方案设计人：XXX

　　方案摘要：在地球引力场内，水沸腾时，其气泡和液态水明显分离。在无引力情况下，气泡和液体可以混合，可分离成内外、外内或左右而存在。本实验使用伸缩自如的医用注射针筒盛满清水，内安电阻丝，经电池通电加热，使水产生气泡。用录相机记录沸腾过程，确定气、液两态存在状态的真相。

 

 

　　问题：在地面上，当水沸腾时，在瓶底生成的蒸汽泡上升到液面，蒸汽和水明显分离，气泡的产生和与水分离的想象皆由于液体（水）内部有压力梯度存在。而压力梯度是地球引力所致，也就是帕斯卡定律。当引力场消失时，压力梯度即随之消失，这时沸腾现象是否仍然存在？气泡和水是否仍然分离？需要通过实验给予回答。

　　假设：我对上述问题的推想是：在无引力情况下，沸腾会以下列若干可能的状态出现。

1、流体的对流是由热胀冷缩及压力梯度两个因素所致。因压力梯度又起因于地球引力，故当引力消失时，电阻丝旁因

沸腾所形成的气体（气泡）只能膨胀，不能不升。气体受热产生高压，将液体推向电阻丝四周，形成内气外液的分布（见图一）。

 

图一

电阻丝四周内气外液的现象

 

 

  

3、如实验安装位置正跨在航天飞机运行轨道的中心线上，中线内方受到向后的拉力，中线外方受到向前的拉力（由

于内、中、外三部分的微重力略有不同），在内外两部分产生了不同方向的压力梯度，于是气泡移动的方向随之不同（见图四）。

图四

气泡向压力递减的方向移动

 

　　步骤：以能伸缩自如的医用注射针筒为容器，盛满清水，内装电阻丝及温度计各一。电阻丝通电加热期间，针筒的活塞自动调节，保持液体内外压力均等。筒内所发生的一切现象及温度计上所显示的度数均由一台自备电源的录相机记录。实验的实施分为两步：

　　1、地面测试：在飞行前实施。测定电池容量，电阻丝电阻、照明及录相机安装角度、保险装置及实验所需时间（估计10分钟）。

　　2、飞行实验：记录气、液分离状态受地球引力场的影响。实验中要观察记录的想象为“沸腾现象”、“气泡形成现

象”及“气液两态界限”。上述全部设备安装在指定的实验容器内。实验容器在天宫二号里的位置，必须正跨在它的中心线上，要航天员代办的工作只限于打开电钮，但不需要关闭。电池用完后，实验自动停止。

　　材料及设备：①医用注射针筒（5X15厘米）；②电阻丝；③温度计；④蓄电池；⑤透明塑料盒和防水密封胶；⑥录相机（连同自备电源、计时器和记录器）；⑦电钮；⑧照明。

　　数据分析：①确定四种假设之一；②根据记录时间、计算气泡行踪。

　　得出结论：1、对无引力环境内由于温度梯度而产生的流体对流运动有所认识；2、为中学基础物理教材补充“无引力情况下沸腾现象”的内容；3、模拟肉眼看不见的电子在电子阴极管图四 里的运动；4、研究热力学中有关气液混合状态的新理论。

 

【范例简介】

 

 

液态混合物的凝固 在地面上，不同密度、凝固点和表面自由能的两种液态物质的混合物，在凝固时，由于重力的影

响，会分出层次，密度大者在下。在太空无重力环境中，表面张力占统治地位，凝固体还会分层吗？凝固过程中，固液界面如何分布？本方案采用伍德合金和松香两种物质，按质量1:2的比例混合，装在实验容器里。由航天飞机带入太空后，加热至熔化，搅拌均匀，然后迅速冷却。带回地面后，检测伍德合金和松香的分布情况，研究失重对物质表面物理化学性能的影响，为创造新材料新工艺探路。
 

失重对洋葱细胞分裂的影响 在地面上，洋葱和其他高等植物一样，体细胞是以有丝分裂方式增殖的。有丝分裂是一个连续而复杂的过程，中间要经过纺锤丝和染色体等一系列的发育变化。在太空失重条件下，洋葱有丝分裂的过程还能顺利进行吗？如能进行、与地面上有什么不同？洋葱由航天飞机带入太空后，让其吸收水份和给于有丝分裂需要的其它条件。3—4天后，用酒精将洋葱的发育状态固定，带回地面后，与地面上同样的一组对比研究，了解失重对洋葱细胞有丝分裂的影响和失重情况下洋葱细胞有丝分裂的规律。
 

太空环境对天麻等种子发芽生长的影响 天麻、砂仁、罗汉果和田七等是广西的特产药材，为发展这些名贵药材创新路，将这些药材的种子分两组带入太空，一组让其在适当的温、湿度下发芽生长。然后均带回地面，发芽生长的一组与地面上发芽生长的一组对比研究，看起有何不同。未让其发芽的种子，保存数年后再种植，了解太空环境对这些药物生长发育有何影响。

 

微重力下观察表面张力的性质 在地面上，用密度比水小的油或密度比水大的四氯化碳分别与水混合，总是水分散油和四氯化碳。水的表面张力比油和四氯化碳都大，如果上述结果是由表面张力决定的，那么，表面张力比水大的汞与水混合时，应该是汞分散水。但由于汞的密度比水大得多，在地面上由于重力的作用，汞很快就沉到水底，得不到稳定的分散体系。在微重力环境中，可得到汞和水的稳定分散体系，就可观察表面张力是否具有这种性质。
 

宇宙辐射对药物的影响 在一个圆柱形转轴的轴面上，安有分格的直槽，每格放一种药物。转轴外装圆筒形防辐射屏

蔽，圆筒上留有与直槽同宽的开口。当某一直槽对准开口时，其中的药物即接受辐射，可用感光胶片记下辐射剂量。让转轴按要求转动，使各种药物均接收不同剂量的宇宙辐射。回到地面后，对各种药物进行分析，研究宇宙辐射对药物的影响。
 

外层空间植物细胞的有丝分裂 在地面上，植物细胞的有丝分裂分期明显。分裂前期，细胞两极发出纺锤丝，逐渐形成纺锤体；分裂中期，纺锤丝牵引染色体均匀地分布在纺锤体的赤道上；分裂后期，纺锤丝收缩，两个染色单体分离；分裂末期，细胞板规则扩散，形成规整的细胞壁，从而形成子细胞。在太空失重条件下，上述分裂过程能否正常进行？有哪些影响？太空的宇宙辐射如何影响植物的有丝分裂？本方案可采用洋葱做实验，用冰醋酸固定后，带回地面与地面上的一组做对比研究。