《天宫课堂》知识点

　　1、太空转身知识点：角动量

　　在今天的太空授课中，三位航天员首先为大家展示了在太空中转身的神奇现象。这个原本在地面上难度系数为零的普通动作，在太空中却隐藏着很高的物理知识。

　　中国科技馆科普讲师团副团长陈征介绍说，太空转身实验的核心关键词叫做角动量。角动量是描述物体转动的物理量。这个试验所展现的是在微重力的环境中，航天员在不接触空间站的情况下，类似于理想状态下验证“没有外力矩，物体会处于角动量守恒”。航天员上半身向左转动时，按照角动量守衡的原则，下半身就会向右转。

　　另一个动作是航天员伸展身体的时候，因为质量分布得离旋转轴比较远，转动惯性比较大，所以角速度就减慢，通俗地说就是转得慢了。而当把四肢收回时，转动惯性小，角速度就会增加，直观感受就是转动速度变快了。

　　在很多科幻电影中都曾出现过这样的镜头：一旦重力消失，浮力也就没了，人们在游泳的时候都会变得更艰难。太空老师王亚平所开展的浮力消失实验，展现的就是这一现象。

　　陈征告诉记者，这项实验所展现的是浮力和重力伴生的现象。浮力来源于重力引起的液体在不同深度的压强差。当重力消失时，液体内部压强相同，浮力也就消失了。不过地球表面难以让浮力消失，这个试验很难直观地展示出来。在空间站的微重力条件下，浮力和重力之间的伴生关系就可以非常清楚地显现。

　　航天员叶光富所展示的太空水球光学实验，则同时展现了三个物理原理。

　　陈征介绍称，当航天员往水球中打入一个气泡，因为在太空中浮力已经消失了，所以气泡不会向上飘，而是老老实实待在水球中，水球因此被气泡变为了两部分，中间是空气，气泡周围是水。这个时候整个水球就变成了两个透镜，外圈成为了一个凸透镜，所以呈现出一个倒立的像，内圈相当于变成了两个凹透镜的组合，这个时候又出现了一个正立的像。因此可以在水球中同时看到一正一倒的两个像。

　　这项实验其实体现了三个物理现象，首先就是在失重环境下，水滴会在表面张力的作用下收缩成一个接近完美球体的水球，而在地面上，因为受重力影响，水滴呈现为水滴形，几乎不可能获得一个完美的水球。其次，就是这个水球可以被看成是一个凸透镜，如果你站在这个凸透镜的两倍焦距以外，就看到的就是一个倒立的实像。最后，就是在水球中打入一个气泡，因为太空中浮力消失，这个气泡不会飘出来，它就老老实实的待在里边。

　　这个实验在地面上其实可以通过玻璃去模拟，但是肯定没有水球呈现的效果好。

　　航天员所进行的泡腾片实验，是本次太空授课中的一项趣味性实验。

　　据介绍，在地面环境中，将泡腾片扔进水球里，就能看到气泡上浮，可在中国空间站的失重环境中，因为浮力的消失，泡腾片扔进水中的产生的气泡不再上浮，而是相互挤压，最后就会形成一个很有意思的样子，这个水球也会被气泡撑得更大，就能看到水球一点点膨胀的效果。

　　因为空间站和地面最大的不同就是空间站是微重力环境，但是微重力环境对常人而言只是一个名词，通过这些实验大家就能够知道微重力环境下，许多物理现象和地面环境有所不同了。

　　在中国科技馆科普讲师团副团长陈征看来，“它（天宫课堂）并不是单纯的灌输知识，在看完这些实验的内容后还可以让孩子们自己再去探索还会发生什么，让孩子们在地面上去尝试更多可能的方案。让孩子们去了解这背后更深层次的东西。”

　　什么是微重力环境？

　　答：太空站里环境就是微重力环境，属于失重情况，但重力并没有消失，只是重力和离心力平衡了，人感受不到重力。看到人飘起来了。

　　空间站里能像地面一样走路吗？

　　答：不能。因为没有重力，和地面没有摩擦力。

　　怎么实现太空转身？扭动身体吗能转身吗？身体角动量守恒，不受外力，质心不变，所以不能转身；

　　吹气可以转身吗？力太小；

　　用扇子扇可以吗？力太小；

　　用游泳的方式可以吗？不可以；

　　答：可以用一侧手臂画圈实现太空转身。身体旋转时，手臂收回旋转速度会变快。

　　浮力消失实验：太空中的水不会产生浮力，乒乓球在水中不会上浮，因为水不受重力。没有重力就没有浮力。空间站使用再生水。

　　水球实验：水球中可以看到倒立的像，是凸透镜成像原理。水球中注入一个气泡，可以看到一正一反两个像。

　　太空欢乐球：泡腾片放入水中产生大量的气泡，气泡不会从水球中冒出。实验中的水球像一个蓝色地球。

　　太空站看到的天空不是蓝色，是深邃的黑色。中国太空站90分钟绕地球一圈，所以太空站每天可以看到16次日出。

　　同学们！太空梦永不失重！科技梦张力无限！科学无处不在，未来属于你们！希望你们能够多学习，多努力，认真观察，去发现科学的神奇与奥秘。课堂有限时，但学习无穷尽，请大家尽情发挥你们的想象力和好奇心，用你们的所学所长为我们的航天事业添砖加瓦！