神舟十三号乘组在“天宫课堂”第一课上演示的每个实验，都包含着物理学定律。这堂太空科普课上究竟有哪些知识点？一起来看详解。

太空转身

知识点：角动量和角动量守恒

角动量是指物体绕某个轴线旋转时，物体旋转速度与自身到轴线的距离有关。比如，旋转的陀螺、正在转身的花样滑冰运动员，乃至地球绕太阳转动、太阳系和银河系自转，都拥有大小不一的角动量。

角动量有方向和大小，在一个孤立系统里，角动量是守恒的。航天员叶光富“游泳”和“吹气”时，对自身改变很小，无法实现转身。当他抡起一侧手臂时，手臂拥有了一个角动量，那么身体的另一部分就产生了相反的角动量，从而实现了转身。

要改变整体的角动量，需要系统跟外界有接触作用，比如扔出一个重的物体或用手脚去触碰舱壁，这也是为何太空舱壁要安装那么多把手。

浮力消失

知识点：没有重力就没有浮力

浮力定律是人类历史上很早就发现的定律，其产生源自物体上下表面所受的液体压力差，这意味着重力是产生浮力不可或缺的条件。所以，在几乎不受重力的空间站，这里的液体只由分子间作用力（尤其是表面张力）聚集在一起，内部各处没有压力差。

当航天员王亚平把乒乓球放入水中，乒乓球不会浮在水面上，而是在水体中自由游荡。也因为失重，当王亚平把水杯“倾斜”时，水也不会洒出来。不过，如果水杯总是开口放置的话，由于随机运动，水还是会逐渐溢出。所以，叶光富还是立刻用盖子把水杯盖上了。

水膜张力

知识点：分子“手拉手”的力量

水球、水膜的形成，用到的是液体一种被称为“表面张力”的性质。液体分子之间存在的吸引力，会让液体表面积尽量缩小，从而形成球形。

太空授课中，王亚平在叶光富的帮助下，把一个带柄圆环伸入水袋中，再小心翼翼地拉出来时，圆环上就附着了一层水膜。这是因为水跟圆环的物质分子之间也有吸引力，所以水没有兀自聚集成球，而是变成了近似平面。而且，由于空间站处于失重状态（微重力环境），水膜不会下垂。所以，当王亚平继续向水膜上加水时，水膜逐渐变厚，最后变成了一个球，这仍是表面张力在起作用。

当王亚平将在地面上与女儿一起折的纸花放在水球上时，同样是在水的表面张力的作用下，纸花慢慢绽放。

水球成像

知识点：水和空气的透镜游戏

水球就像一个凸透镜（放大镜），当我们跟随摄像机镜头观察水球另一侧的王亚平时，就会看到她在水球里呈现的倒像。

其实，光线在一种均匀物质里是呈直线传播的。但在物质的界面处，光会发生折射，让物体看起来改变了位置和大小，并由此产生很多有趣的光学现象。

王亚平往水球中间轻轻注入一些气体，水球中间就出现了一个气泡（气体球）。同样由于失重，没有浮力，气泡不会“浮出”水面。这时候，我们可以看到气泡上出现了一个更小的正像。

为何会同时存在的倒像和正像？我们可以把水球看成一个凸透镜，即呈现外圈的倒像。而从气泡来看，它的外围是水，内侧的两个气-水界面相当于两个凹透镜，所以就呈现出了航天员的正像。

泡腾片实验

知识点：泡而不腾水球“长胖”

王亚平把水球中的气泡吸走之后，又往水球上放了半片泡腾片。众所周知，泡腾片在溶解过程中会释放二氧化碳，形成许多小气泡。在地面上做这个实验时，我们可以看到气泡纷纷从水杯中逃走。但在空间站的失重状态下，气泡感受不到浮力，它们会“安逸”地待在水球里。

由于泡腾片的溶解过程是在分子量级上发生的作用，随着泡腾片和水的接触、溶解，形成了越来越多的小气泡。在失重状态下，各处都没有压力，小气泡既不会溢出，也不会集中，只是随着气体释放，使水球的体积不断增加，最终变成了一个越来越“胖”的大水球。

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