太空课堂铃声响起 天宫实验有这些知识点

“天宫课堂”第一课每项实验背后蕴含什么知识点?昨日，华中科技大学物理学院教授周月明、物理学院引力中心副教授刘力，湖北省物理特级教师黎鹏，武汉市第十一中学生物高级教师吴风胜就此进行了解读。

专家们表示，此次天宫实验有利于培养青少年的科学兴趣，也是我国科技实力的展现，能培养青少年的民族自豪感，激励青少年刻苦求学献身科学事业。

细胞培养

知识点：太空细胞学

实验现象：叶光富老师展示了失重条件下细胞的生长发育研究。将细胞放在培养装置里培养，培养装置能维持适当的温度和气体浓度。当细胞培养到一定阶段后，将其拿出来进行观察。将细胞放在显微镜下，用医学样本显微观察记录装置记录细胞的生长情况。将细胞置于有重力或完全失重的情况下，生长形态会有所差异，通过对比两种环境下细胞的形态等差异，来研究细胞的变化规律和机制等。

原理解读：心肌细胞在荧光显微镜下会闪闪发光，漂亮而神奇。吴风胜告诉极目新闻记者，因为活的心肌细胞在生命活动过程中会产生生物电，生物电会激发荧光显微镜中的荧光物质，通过显示屏就可观察到荧光现象。心肌细胞具有自动节律收缩的特性，所以显微镜下可以观察到它们有节律地跳动。

心肌等细胞在微重力环境下，功能和基因表征都会出现变化，但回地面后基本又会退回地面状态，也有一些会发生改变。研究心肌细胞在太空中的生理变化，可以帮助人们涉足更远的太空旅行。

太空转身

知识点：角动量守恒

实验现象：三位航天员展示了太空漫步及转身。这个原本在地面上轻易能做的普通动作，在太空中却隐藏着很高的物理知识。太空中人体上半身左转时，下半身右转;手臂左转时，身体其他部分将右转。

原理解读：黎鹏分析，在地面上，由于地球引力的作用，人与地面之间有压力和摩擦力，所以转身很容易;在太空完全失重的环境中，人和地面的压力、摩擦力消失，要实现转身就不太容易了，必须找到一个着力点，在力的作用下才能转身。如果没有着力点，人体还可以利用角动量守恒实现太空转身。

浮力消失实验

知识点：重力和浮力相辅相成

实验现象：在地球上，乒乓球会浮在水面。而王亚平在太空中将乒乓球送入水中，球却静止在水中。

原理解读：周月明介绍，重力和浮力是相辅相成。物体受到的浮力大小等于排开液体的重力，太空中重力消失了，浮力自然也没有。太空中的物体没有重力，因此物体没有浮力，所以只能静止在水中。不光是乒乓球，如果在太空中将一个铁球放在水面，它也不会沉下去。

水膜张力实验

知识点：液体表面张力

实验现象：王亚平将一个金属圈插入饮用水袋并抽出后，形成了一个透明的水膜。然后她往水膜表面贴上一片小纸花，纸花在水膜上缓缓绽放，水膜依然完好。接下来，王亚平不断往水膜里注水，水膜很快成为一个晶莹剔透的大水球。

原理解读：刘力解释，由于液体与空气接触形成表面层，液体表面相邻液面之间的相互作用表现为张力。不管是地球上还是太空中，液滴产生表面张力的原理以及表面张力大小都是一样的。地球上水的表面张力受到重力的干扰，一旦膜大了，水的重力会把这张膜“撕破”，所以不能在地面上形成稳定的大水膜。而在太空中，水珠没有了重力的干扰，在表面张力的作用下，就能形成一块完整的膜。由于表面能与表面积成正比，为保持稳定，液体趋于球体，这就是水膜不断注水并能渐渐形成水球的原因。

水球光学实验

知识点：透镜成像原理

实验现象：当上一个实验中的水膜经过注水变成大水球后，上面映出王亚平倒立的人像。当她往水球中注入空气，水球上呈现出一大一小、一正一反的双重人像。注入空气部分映出的脸是正的，而空气周围充满水的部分，脸仍然是倒立的。

原理解读：周月明介绍，由于水中光的折射率小于空气中光的折射率，所以水球可以看作一个凸透镜，能汇聚光线。王亚平站在远处，大家眼里看到的是她倒立缩小的像。往水球中注入空气，空气球部分相当于一个凹透镜，会发散光线，所以大家看到的是她正立缩小的像。

泡腾片实验

知识点：微重力环境

实验现象：王亚平往蓝色水球里塞入半片泡腾片，做了一个蓝色的太空欢乐球。水球中产生了很多小气泡，但气泡没有离开水球，而是一直附着在容器内部。

原理解读：刘力解释，泡腾片中含有碳酸盐与酸类成分，在水中反应生成不稳定的碳酸，碳酸分解产生二氧化碳气体，无法继续溶于水的气体以气泡的形式存在。

在地面上，水的自重而产生的压强在气泡周围不均匀，总体上，下侧压强比上侧压强大，净力为向上的浮力，浮力大于气体自重，气泡上浮;而在微重力的空间站中，压强差不再明显，浮力无法体现。此时水的表面张力起到了决定性作用，气泡被表面张力约束，就不会逸出到水球外。(记者李碗容 狄鑫 实习生 黄蓓 黄舒慧 通讯员 贾法雷 苏敏 高翔)