12月9日，叶光富在太空课堂上。新华社记者 张金加 摄
水膜张力实验。
水球光学实验。
武汉晚报讯（记者陈晓彤 通讯员高翔 贾法雷）12月9日下午，天宫课堂开讲，这是我国空间站时代的第一课。航天员翟志刚、王亚平和叶光富通过太空转身、浮力消失实验、水膜张力实验、水球光学实验和泡腾片实验等多个物理实验，展示了在太空失重环境下物体运动特性、液体表面张力特性等物理现象，并通过视频通话与地面课堂师生进行互动交流。
课后，记者采访了华中科技大学物理学院教授周月明和引力中心副教授刘力，对实验原理进行解读。作为深耕物理学多年的专家，他们表示，“太空实验既是一堂科学课，更是一堂思政课，对学生很具有启发性。”
周月明说，这些物理实验大多围绕“重力”展开。在太空失重的环境下，不论生物科研还是物理实验，都会跟地球上大不一样。没有重力的作用，有些现象会更加明显，充分展现了物理的奇妙。
“这样的科学课能激发青少年的科学兴趣和民族自豪感。”刘力说，此次“天宫课堂”向全球展示的中国空间站凝聚了中国诸多科研力量，是我国科研实力的有力体现。
作为科研人员，他和团队曾参与中国空间站建设。2021年4月29日，中国空间站天和核心舱发射升空。天和核心舱上就有华中科技大学引力中心团队、精密重力测量国家重大科技基础设施研制的簧片空间加速度计，用来开展我国空间科学实验舱的微重力和振动等参数测量，满足在轨空间科学实验研究的需求。
》》 太空实验解读
实验一：太空转身
现象：在实验“太空转身”中，航天员叶光富尝试在太空中行走，却飘起来了。随后，他尝试转身，但上半身与下半身始终朝相反的方向转动，他又尝试了双臂划水，以及用嘴不停吹气的方式进行转身，均没有成功。最后，他用右臂快速划圈，并越划越快，身体渐渐向左旋转，终于完成转身动作。
原理解读：这里利用了角动量守恒的原理。静止的航天员的总角动量为零，航天员要转身，他的身体需要一个非零的角动量。航天员旋转手臂的时候，他的手臂有了非零的角动量，相应地，他的身体有了方向相反的角动量，实现翻身。但是在整个过程中，航天员保持他的身体和手臂的总角动量为零。
实验二：浮力消失实验
现象：在地面上，乒乓球放在水面，会浮在水面。但当王亚平在太空中，将乒乓球送入水中，球却静止在水中。
原理解读：物体受到的浮力大小等于排开液体的重力，在太空中，重力消失了，自然浮力也就没有了。太空中的物体不受到重力，因此物体也不受浮力，只能静止在水中。不光是乒乓球，如果你在太空中，将一个铁球放在水面，它也不会沉下去。重力和浮力是相辅相成的。
实验三：水膜张力
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。随后，她往水膜表面贴上一片小纸花，纸花在水膜上缓缓绽放，水膜却依然完好。当王亚平不断往水膜里注水，水膜很快长成一个晶莹剔透的大水球。
原理解读：由于液体与空气接触形成表面层，液体表面相邻液面之间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。
只不过在地球上，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”，这就是用同样的方法不能在地面上形成稳定的大的水膜的原因。但是在太空中，水珠没有了重力的干扰，在表面张力的作用下，形成一块完整的膜。而由于表面能与表面积成正比，为保持稳定，液体趋向于球体，这就是水膜不断注水，渐渐形成水球的原因。
实验四：水球光学实验
现象：当实验三中的水膜经由注水变成大水球后，上面映出王亚平倒立着的人像。当她往水球中注入空气，水球上形成一大一小，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：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，我们眼睛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发散光线，我们看到的是正立缩小的像。
实验五：泡腾片实验
现象：在这项实验中，当学生们在地球上将泡腾片放进水杯，容器底部产生细密的小气泡，不断浮上水面。但当王亚平往水球里塞入半片泡腾片，水球中产生很多小气泡，但气泡并没有离开水球，而是一直附着在容器内部。
原理解读：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。在微重力的空间站中，压强差不明显，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，不会逸出到水球外。
》》 幕后
太空无延时上课有多难
武汉晚报讯（记者谭芳 蓝永丽）12月9日下午，“天宫课堂”第一课正式开讲，地球上的人们在同一时间观看了一堂无延时的太空直播课程。中南民族大学电子信息工程学院院长、教授杨春勇告诉你：太空无延时上课有多难？
杨春勇教授说，在地球上，站在讲台上讲课，可以很轻松地用道具或者黑板书写；但在太空失重的状况下如何配合使用道具，如何保证课程内容实时、连续传输回地球，都很考验我们的技术手段。
杨春勇教授介绍，太空无延时授课要克服诸多困难，包括传输中的大气扰动、电离层干扰、宇宙噪声和数百公里无线超长传输距离等。具体而言，卫星在天上发射信号的功率会因体积大小等约束受到限制。发射功率小，抵抗噪声和各种干扰的能力就会弱。空间站到地面的距离比较远，所以从太空传到地球上的信号也会因受到传输距离的影响，叠加大气的扰动等因素，导致信号能量衰减大，到达地球时已经非常微弱。传输的过程，需要极强的技术支撑。
中继星链、空间站、地面的监控站都需要协同，密切配合，否则的话，传输画面会出现延时、卡顿、失真，还有可能会出现我们小时候看电视时容易出现的“小雪花”、变形画面和马赛克画面。
杨春勇教授表示，此次太空授课如此流畅，太空和地球实时互动，充分展现了我国长距离无线通讯技术手段，特别是深空通讯技术的水平。“从嫦娥5号到天问1号的火星探测，有十多个国家申请入驻中国空间站，这些都说明我们在基于深空的通讯技术已走在世界前列，并得到了世界各国对我国的空间站技术，尤其是通信技术的认可和肯定。”
