如何评价 2021 年《开学第一课：理想照亮未来》？

2021年秋季开学第一课，在天宫空间站出差的三名航天员为孩子们送上了两个科学实验，其中一个就是挑战“用筷子喝茶”。航天员先是将保鲜袋中的茶水挤出来，让一大滴液体漂浮在空气中，汤洪波小心地用筷子夹起茶水送入口中。


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2 N& q- a. @6 l9 g: z0 [9 z# v汤洪波用筷子夹起茶水
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喝茶喝水，我们通常都是倒进水杯或者碗里，然后端起来喝。但航天员们在空间站里喝水大多使用水袋，这是因为空间站处于微重力环境，水很难在杯子里老实呆着，它会漂浮到空中，一不小心便飞得到处都是。空间站四壁都是精密的科学仪器，一旦进了液体会造成大麻烦，所以航天员喝水都是使用可以挤压、方便吸吮的软包装容器。

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6 S2 M4 F' z5 U% C5 E2013年王亚平展示水的表面张力
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朋友们或许还记得，2013年神舟十号太空任务时，航天员王亚平开设“太空讲堂”，就已经在天宫一号里做过类似的实验：先让水在空中慢慢聚集成一个球，透过水球显示出航天员的倒影；王亚平还表演了太空吞水珠。
既然类似的实验已经做过，为什么时隔8年神舟十二号又要再做一次呢？难道在空间站里没有更多有趣实验了吗？

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王亚平太空喝水

: Y6 j* h$ i" ^; [" f天和核心舱的最主要功能是为未来空间站提供控制支持，它同时也是一个科学实验舱。在核心舱的中段安装了许多实验机柜，比如人系统研究机柜、医学样本分析与高微重力科学实验机柜等等。神舟十二号以及未来的航天员除了要完成空间站的组装、测试调试任务外，还需要利用这些设备对他们自己的身体进行测试，做一系列复杂的生命科学实验。



天和核心舱有多个生命科学实验机柜

, ^7 d$ ~, c( }1 J% z& i$ j! A+ X航天员做的这些实验涵盖了太空生命科学的所有领域，对我们未来星辰大海的漫漫征程有极大科学价值，但这些实验过于先进，中小学生们看不懂。为了引导孩子们对宇宙探索、对科学的兴趣，科学家们需要设计一些好玩的、能够启发思考的科学实验——水就是中外航天员最喜欢使用的工具。
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用疏水表面触碰太空中的水珠
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4 I) l- s$ x/ E水是我们最常见的物质，人每一天都需要补充水，对于水你一定也有许多了解，但这仅限于地球表面的水。水在太空中、在失重环境下到底是什么样的？在失去地球引力的影响之后，水又有哪些神奇表现？这些现象背后究竟有哪些科学道理？追寻这些问题的答案，恰恰就是对物理学的认知过程。
' s' J& P& X( b8 x$ w3 l2 e! @在微重力环境下，无论大小，水都会自动地形成一个圆球形，这是为什么呢？
水是由许许多多水分子凝聚在一起形成的液体，水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，并且氢原子与氧原子之间形成了一个弯曲结构，这导致水分子表面电荷分布不均匀：氧原子这边略带负电，氢原子那边带正电。
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水分子的极性与氢键
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# e3 D) h9 Y$ c1 k5 g' c4 r% k当两个水分子靠近时，带正电的氢原子会被另一个水分子的氧吸引，从而将两个分子拉到一起，这就是物理学里常讲的“氢键”，水中所有的水分子之间都是通过氢键相连。
0 n+ P1 g* a/ h$ m' m4 \水里的每一个水分子都通过氢键与周围4个其它水分子“牵手”，由于氢键的力比较强，因此水的黏性很强；同时由于水表面的水分子上方是空气，没有其它水分子，这导致水分子与旁边其它水分子之间的结合力更强，这种结合力被称为表面张力。在所有液体中，除了汞，水的表面张力是最强的。
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; T/ _3 H( X8 U: m水表面张力的形成
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由于有很强的表面张力，水滴表面就像是有一张橡皮膜包裹着，使水滴的表面积尽量地小。我们知道，相同体积的物体，圆球表面积最小，于是水滴会自动团成圆球形状。
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( f: C  e2 B$ p) C5 n( J, h表面张力
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地面有强大的引力，只有很小的水滴（比如小露珠和雾滴）才会接近球形。在近地轨道飞行的空间站里，空间站绕地球做圆周运动抵消了地球重力加速度，这里测得的重力几乎为0，即便是乒乓球大小的水珠，它也能团成一颗比较完美的圆球（不考虑空气扰动的情况下）。
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- F5 f. V: `1 O! R太空中的液滴是一个圆球
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- L+ J* Y6 Q, K' b$ D水分子有很强的吸附性，它会粘在所有亲水物体表面，进而带着其它水分子一并黏上去。
/ F8 A, h1 g) b! A. Y1 Y在地面，由于有地球引力帮忙，我们可以很容易地拧干毛巾，但在太空微重力环境下，水会吸附在毛巾表面，你不可能拧掉毛巾上的水。无论用使多大劲儿，只要一松手，水又被吸进毛巾里了。
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, R" B) G) b* x; D% U拧不干的毛巾
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水分子的吸附性给汤洪波用筷子夹茶水提供了方便，只要筷子接触到漂浮空中的水珠，它就会整个儿吸附在筷头上，航天员可以毫不费力地将它送进嘴里。
' ]; y# _# `  u* O6 G: M+ V0 `# M' F神舟十二号航天员们通过“筷子夹茶水”这样一个简单有趣的实验，向中小学生们生动展示了水在太空中的神奇特性：它会因为失去重力而漂浮在空中；因为表面张力而团成一个小球；因为氢键造成的黏性而吸附在筷子上。这些都涉及基础的力学知识。
3 c" Q' y- Q0 G! n$ i9 R- B9 C不只是中国，国际上几个主要航天大国都在宇宙探索活动的同时，也不忘向公众特别是向孩子们做科普。阿波罗15号登月任务中，宇航员特意将一枚老鹰羽毛带到月球，利用月球的真空环境做了一次自由落体实验。
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月面上的自由落体实验

宇航员将1.32公斤重的铝制地质锤与30克重的鹰毛举到约1.6米高度再同时松手，视频显示地质锤与羽毛几乎同时落在月面上，从而证明伽利略的自由落体定律是对的。地球表面有稠密大气，同样的实验几乎不可能做成，空气阻力会极大地拖慢羽毛的下降速度，从而给人“重量越轻下落越慢”的错误理解。
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锤子与羽毛同时落下
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神舟十二号航天员在“开学第一课”上挑战“用筷子喝茶”，并不是因为没别的实验可做，而是这个实验足够好玩，同时能利用我们最熟悉的工具传授更多科学知识，让学生通过生动的实验提升对物理、对太空探索的兴趣。这种实验不需要花许多钱，却能让孩子们受益终生。
科普也可以很有趣，不是么？

2021年秋季开学第一课，在天宫空间站出差的三名航天员为孩子们送上了两个科学实验，其中一个就是挑战“用筷子喝茶”。航天员先是将保鲜袋中的茶水挤出来，让一大滴液体漂浮在空气中，汤洪波小心地用筷子夹起茶水送入口中。
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2 `. V; U" W' M6 C+ N2 i汤洪波用筷子夹起茶水
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. k. V5 U) Z- L1 Q/ S喝茶喝水，我们通常都是倒进水杯或者碗里，然后端起来喝。但航天员们在空间站里喝水大多使用水袋，这是因为空间站处于微重力环境，水很难在杯子里老实呆着，它会漂浮到空中，一不小心便飞得到处都是。空间站四壁都是精密的科学仪器，一旦进了液体会造成大麻烦，所以航天员喝水都是使用可以挤压、方便吸吮的软包装容器。


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2013年王亚平展示水的表面张力

$ x, ~+ z) @; G3 w' s朋友们或许还记得，2013年神舟十号太空任务时，航天员王亚平开设“太空讲堂”，就已经在天宫一号里做过类似的实验：先让水在空中慢慢聚集成一个球，透过水球显示出航天员的倒影；王亚平还表演了太空吞水珠。
) D$ P6 w% G9 }3 i既然类似的实验已经做过，为什么时隔8年神舟十二号又要再做一次呢？难道在空间站里没有更多有趣实验了吗？



) ]* t+ |0 Y: F; y- S+ y王亚平太空喝水

天和核心舱的最主要功能是为未来空间站提供控制支持，它同时也是一个科学实验舱。在核心舱的中段安装了许多实验机柜，比如人系统研究机柜、医学样本分析与高微重力科学实验机柜等等。神舟十二号以及未来的航天员除了要完成空间站的组装、测试调试任务外，还需要利用这些设备对他们自己的身体进行测试，做一系列复杂的生命科学实验。

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天和核心舱有多个生命科学实验机柜
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航天员做的这些实验涵盖了太空生命科学的所有领域，对我们未来星辰大海的漫漫征程有极大科学价值，但这些实验过于先进，中小学生们看不懂。为了引导孩子们对宇宙探索、对科学的兴趣，科学家们需要设计一些好玩的、能够启发思考的科学实验——水就是中外航天员最喜欢使用的工具。

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用疏水表面触碰太空中的水珠
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水是我们最常见的物质，人每一天都需要补充水，对于水你一定也有许多了解，但这仅限于地球表面的水。水在太空中、在失重环境下到底是什么样的？在失去地球引力的影响之后，水又有哪些神奇表现？这些现象背后究竟有哪些科学道理？追寻这些问题的答案，恰恰就是对物理学的认知过程。
在微重力环境下，无论大小，水都会自动地形成一个圆球形，这是为什么呢？
水是由许许多多水分子凝聚在一起形成的液体，水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，并且氢原子与氧原子之间形成了一个弯曲结构，这导致水分子表面电荷分布不均匀：氧原子这边略带负电，氢原子那边带正电。



2 W8 t" H4 X3 k  W, S水分子的极性与氢键

当两个水分子靠近时，带正电的氢原子会被另一个水分子的氧吸引，从而将两个分子拉到一起，这就是物理学里常讲的“氢键”，水中所有的水分子之间都是通过氢键相连。
7 ^) y$ k1 W0 E' [7 B( _水里的每一个水分子都通过氢键与周围4个其它水分子“牵手”，由于氢键的力比较强，因此水的黏性很强；同时由于水表面的水分子上方是空气，没有其它水分子，这导致水分子与旁边其它水分子之间的结合力更强，这种结合力被称为表面张力。在所有液体中，除了汞，水的表面张力是最强的。



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水表面张力的形成
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% @' F$ G4 d/ X% o* ^由于有很强的表面张力，水滴表面就像是有一张橡皮膜包裹着，使水滴的表面积尽量地小。我们知道，相同体积的物体，圆球表面积最小，于是水滴会自动团成圆球形状。

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4 z9 Z/ V2 a6 B* K& `6 R表面张力

地面有强大的引力，只有很小的水滴（比如小露珠和雾滴）才会接近球形。在近地轨道飞行的空间站里，空间站绕地球做圆周运动抵消了地球重力加速度，这里测得的重力几乎为0，即便是乒乓球大小的水珠，它也能团成一颗比较完美的圆球（不考虑空气扰动的情况下）。

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, L: R3 `# M3 i9 _5 O$ O8 ]- v太空中的液滴是一个圆球
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水分子有很强的吸附性，它会粘在所有亲水物体表面，进而带着其它水分子一并黏上去。
2 ?5 f7 @+ }9 C- j" ~  K/ E1 a: Z! v在地面，由于有地球引力帮忙，我们可以很容易地拧干毛巾，但在太空微重力环境下，水会吸附在毛巾表面，你不可能拧掉毛巾上的水。无论用使多大劲儿，只要一松手，水又被吸进毛巾里了。
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9 E& ]9 R. R( t拧不干的毛巾
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, E) Z5 ?4 b/ y) g水分子的吸附性给汤洪波用筷子夹茶水提供了方便，只要筷子接触到漂浮空中的水珠，它就会整个儿吸附在筷头上，航天员可以毫不费力地将它送进嘴里。
, a* ~' C9 f" M/ c7 @' v神舟十二号航天员们通过“筷子夹茶水”这样一个简单有趣的实验，向中小学生们生动展示了水在太空中的神奇特性：它会因为失去重力而漂浮在空中；因为表面张力而团成一个小球；因为氢键造成的黏性而吸附在筷子上。这些都涉及基础的力学知识。
- C- v+ D8 g, m+ b; s不只是中国，国际上几个主要航天大国都在宇宙探索活动的同时，也不忘向公众特别是向孩子们做科普。阿波罗15号登月任务中，宇航员特意将一枚老鹰羽毛带到月球，利用月球的真空环境做了一次自由落体实验。

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月面上的自由落体实验
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宇航员将1.32公斤重的铝制地质锤与30克重的鹰毛举到约1.6米高度再同时松手，视频显示地质锤与羽毛几乎同时落在月面上，从而证明伽利略的自由落体定律是对的。地球表面有稠密大气，同样的实验几乎不可能做成，空气阻力会极大地拖慢羽毛的下降速度，从而给人“重量越轻下落越慢”的错误理解。
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锤子与羽毛同时落下
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神舟十二号航天员在“开学第一课”上挑战“用筷子喝茶”，并不是因为没别的实验可做，而是这个实验足够好玩，同时能利用我们最熟悉的工具传授更多科学知识，让学生通过生动的实验提升对物理、对太空探索的兴趣。这种实验不需要花许多钱，却能让孩子们受益终生。
0 S* c4 x" J+ C7 D9 }- a; ^. F科普也可以很有趣，不是么？