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“天宫课堂”第三课第二课授课内容

“天宫课堂”第三课授课内容

1、问天实验舱

展示介绍问天实验舱的基本情况以及科学手套箱、生命生态实验柜、生物

技术实验柜和变重力实验柜等设施设备。

2、毛细效应

展示失重环境下液体显著的毛细现象，讲解毛细现象的重要性及其工程应

用。

3、水球变“懒”

探究在微重力环境下，液体与液固混合体在相同冲击作用下的振动表现。

4、太空趣味饮水

展示在微重力环境下，使用超长吸管喝水的有趣现象。

5、会调头的扳手

展示微重力环境下的扳手旋转翻转的现象。

6、植物生长研究

介绍生命生态实验柜进行的水稻种植和拟南芥种植研究项目，演示样本采

集操作。

7、天地互动环节

航天员与地面课堂师生进行天地互动。

“天宫课堂”第二课授课内容

实验一：温热的“冰球”

【现象回顾】这一幕仿佛发生在“魔法世界”：透明的液球飘在半空中，王

亚平用一根小棍点在液球上，球体瞬间开始“结冰”，几秒钟就变成通体雪白的

“冰球”。王亚平说，这枚“冰球”摸上去是温热的。

【专家解读】“太空‘冰雪’实验实际上是过饱和乙酸钠溶液形核、结晶的

过程，过程当中会释放热量。”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张璐

介绍，过饱和溶液结晶通常需要外界“扰动”，而这个实验的“玄机”就在于小

棍上沾有晶体粉末，为过饱和乙酸钠溶液提供了凝结核，进而析出三水合乙酸钠

晶体。

【延伸阅读】在地面上进行结晶实验时，晶体的样子可能因容器形状不同有

很大差异。而在微重力环境中，晶体并不受容器的限制，可以悬浮在半空“自由

生长”，这与中国空间站里的无容器材料实验柜相呼应。无容器材料实验柜目前

主要有两个用途：一是实现材料在无容器状态下从熔融到冷却凝固的过程，供科

研人员收集物性参数进行研究;二是用于特殊材料在轨生长，缩短新材料从实验

室走向流水线、走进大众视野的时间。

实验二：“拉不断”的液桥

【现象回顾】叶光富将水分别挤在两块液桥板上，水球状似倒扣着的碗。液

桥板合拢，两个水球“碗底”挨“碗底”;液桥板分开，一座中间细、两头粗的

“桥”将两块板相连;王亚平再将液桥板拉远，液桥变得更细、更长，仍然没有

断开。

【专家解读】张璐介绍，微重力环境与液体表面张力是液桥得以成形的主要

原因。日常生活中的液桥不易被察觉，比如洗手时两个指尖偶然形成几毫米液柱，

再拉远一点就会受重力作用坍塌。而在空间站里，航天员轻松演示出比地面大数

百倍的液桥，这在地面上是不可能看到的景象。

【延伸阅读】液体表面张力是“天宫课堂”中的高频词，天宫一号太空授课、

中国空间站首次太空授课做过的水膜、水球实验都阐释了这一原理。中国科学院

力学研究所研究员康琦介绍，空间站可以最大限度摆脱地面重力影响，为包括液

桥实验在内的流体力学研究创造了良好的条件。20XX年9月15日，天宫二号空

间实验室带着液桥热毛细对流实验项目升空。

实验三：“分不开”的水和油

现象回顾】王亚平用力摇晃一个装有水和油的瓶子，让水油充分混合，瓶中

一片黄色。时间一分一秒过去，瓶中没有发生任何变化，油滴仍然均匀分布在水

中。叶光富前来助力，抓着系在瓶上的细绳甩动瓶子。数圈后，水油明显分离，

油在上层，水在下层。

【专家解读】“我们都知道地面上油比水轻，平时喝汤的时候看到油花都习

以为常。”中国科学院物理研究所研究员梁文杰说，然而在空间站中，情况却大

不一样，水和油之所以“难舍难分”、长时间保持混合态，是由于在微重力环境

下密度分层消失了，也就是浮力消失了。

“水油在天上成功分离的原因是，瓶子高速旋转时类似离心机，可以理解为

离心作用使得浮力重新出现了。”张璐说。

【延伸阅读】科研人员可以借助微重力环境特性开展研究，例如利用密度分

层消失，在微重力环境下向熔融合金中注入气体，可以得到航空航天、能源和环

保领域的重要材料——泡沫金属。

与之相关的是，高微重力科学实验柜能够提供高微重力环境，其内部微重力

水平是空间站舱内百倍到千倍，更接近真实宇宙空间;外部设计气浮、磁浮两级

悬浮，减轻了空间站姿态和轨道控制机动产生的加速度、各类仪器运转产生的力

矩和震动、航天员活动带来的质心变化和冲击、太阳风和稀薄大气的扰动等干扰

因素影响，能够支持更为精密的科学实验。

实验四：翻跟头