人教版化学九下跨学科实践活动10《调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用》课件+教案+分层作业

跨学科实践活动10 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用人教版化学九年级下册1.了解新型材料和新型能源在我国航天科技领域中的应用，加深对物质的性质与应用、能量的转化和转移等的认识。2. 形成创新意识，进一步树立民族自豪感。近年来，我国航天重大工程取得了一系列辉煌成就。“神舟”问天、“嫦娥”揽月、“北斗”指路、“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰、“悟空”“慧眼”探索宇宙奥秘……飞天逐梦变为现实，离不开对新型材料和新型能源的不断探索。任务一了解我国宇航产品的基本情况 卫星查阅资料了解我国宇航产品的种类有哪些？其主要用途有哪些呢？卫星、运载火箭、载人航天器、航天探测器等由人类制造并发射到地球轨道或其他天体轨道上的航天器。通常用于各种科学、军事和商业目的，如通信卫星（“天通一号”系列）、气象卫星（“风云”系列）、遥感卫星（“高分”系列）、导航卫星（北斗导航）等。“天通一号”系列“风云”系列“高分”系列北斗导航运载火箭用于把人造地球卫星、载人飞船、航天站或行星际探测器等送入太空预定轨道的载具，如“长征”系列运载火箭。载人航天器是指用于载人航天的，在绕地球轨道或外层空间按受控飞行路线运行的飞行器，包括载人飞船、货运飞船、空间实验室、空间站等。航天员出舱活动穿着的舱外航天服也是一种微型航天器。如“神州”系列载人飞船、“天宫”空间站等。“神州”载人飞船“天宫”空间站航天探测器是对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器和空间探测的主要工具。如“嫦娥”系列，主要用于月球探测和科学研究；“天问一号”，用于探测火星及其环境。“嫦娥”系列月球探测器“天问一号”火星探测器任务一了解我国宇航产品的基本情况 查阅资料，了解我国宇航产品的发展、种类和主要用途，尝试绘制包含这些信息的示意图。任务二了解宇航产品的材料选择 1.查阅资料，结合金属材料、高分子材料等知识，了解并分析宇航产品的主体结构、外部涂层、功能部件等所使用的材料及其特点。火箭有什么结构？每部分结构有什么作用？运载火箭主体结构所使用的材料及其特点1.铝合金(常用于火箭壳体和燃料箱等结构)特点：①轻量化，相比于钢，铝合金更加轻便，能够降低火箭整体重量；②高强度，在一定厚度下，铝合金具有良好的强度，适合承受高压；③良好的抗腐蚀性，铝合金在空气中形成一层氧化膜，能够抵抗一定程度的腐蚀。运载火箭主体结构使用的材料通常在强度、重量和耐高温等方面具有特殊要求。以下是一些常用的材料及其特点：运载火箭主体结构所使用的材料及其特点2.钛合金(常用于发动机、分离装置和其他高负荷部件)特点：①耐高温，适合用于发动机部件；②高强度，比铝合金强度更高，能够承受更大的压力和温度；③低密度，它的强度与钢材相当，但其重量仅为钢材的57%。长征系列火箭用钛合金气瓶资料卡片：发射火箭时，火箭外壳与大气摩擦将会产生上千度的高温，因此外部涂层的选择至关重要。RZ-1轻质防热涂料这种复合材料具有轻质、防隔热性能优异、粘接性能高、环境友好、工艺性好等优点，是我国首款用于运载火箭卫星整流罩热防护的防热涂料，2023年，RZ-1轻质防热涂料及关键技术在我国新一代运载火箭中应用占比已达76.9%。什么是复合材料，复合材料有什么优点?复合材料人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，往往综合了各组分性能的优点复合材料热防护板(常用于火箭的热防护系统)特点：①耐高温，能够承受极高的温度，通常用于高热负荷的部位；②轻量化，相对于传统材料，更轻，有助于减轻整体结构重量航天服的组成航天手套航天压力服装各层材料及作用任务二了解宇航产品的材料选择 2.根据调查的材料信息完善示意图。任务三了解宇航产品的能源选择 1.火箭的能源。查阅资料，结合燃烧、能量等知识，了解并分析火箭的推进剂，说明不同推进剂的特点。火箭的推进剂能量角度：化学能转化为内能，内能再转化为机械能燃烧角度：推进剂目前常见的推进剂种类总结各类推进剂的优缺点成本低、使用方便、安全无毒存在结焦等问题比冲高、环保不易贮存、技术要求高常温下接触即可发生反应、易于贮存偏二甲肼和四氧化二氮有毒比冲高、冷却能力强、环保、成本低 不易贮存、技术要求高任务三了解宇航产品的能源选择 2.航天器开展工作的能源。查阅资料，了解并分析人造卫星、宇宙飞船、空间探测器、空间站等航天器在开展工作时所使用的能源种类及其特点。资料卡片：①中国天宫空间站主要依靠太阳能作为能源，配备了砷化镓太阳能电池和锂电池。展开后的太阳能电池板能够在太空中持续高效工作，具备优异的能量转换效率，保证了空间站长期运行和科学实验的用电需求。同时，空间站还配置了锂电池，以满足在阴影区域的用电需求。②对于远离太阳的探测器，如“嫦娥四号”月球探测器号，通常使用核能提供电力。太阳能、锂离子电池、核能的特点太阳能①清洁可再生：太阳能是一种清洁且可再生的能源来源，只要太阳能板处于阳光照射下，就可以不断获得能量；②高效率：现代太阳能电池板具有较高的能量转换效率，且在太空中太阳光不会被大气减弱，也不受季节、昼夜变化影响；③适用性广：适合用于近地轨道的卫星和空间站，但在深空探测（如远离太阳的任务）中效率会降低。锂离子电池①存储能源：锂离子电池用于储存电能，优化能源使用，确保在阴影区域或太阳光不足时仍能供电；②充电和放电循环：能够进行多次充电和放电，但存在使用寿命限制，随着循环次数增加，性能会衰退；③广泛应用：几乎所有航天器都配备锂离子电池以确保能源供应的可靠性。核能①长效稳定：核能（尤其是放射性同位素热电发生器）能够提供长期而稳定的电力，适合远离太阳的深空探测任务；②能量密度高：核能源具有极高的能量密度，可以在小体积内提供大量能量，适合对重量和体积要求严格的航天器；③安全性和管理：虽然提供稳定的能源，但核能的使用需要严格的安全管理和后勤支持，以防止辐射泄漏等风险。任务三了解宇航产品的能源选择 3.根据调查的能源信息进一步完善示意图。任务四设想航天科技领域中未来的新型材料和能源 查阅资料，了解目前正处于试验阶段的新型材料和新型能源。1. 高抗疲劳3D打印钛合金通过热处理工艺窗口处理，制备出几乎无气孔的钛合金材料，相对于传统3D打印材料具有天然超高抗疲劳性能和韧性，未来有望在航空航天领域发挥作用。新型材料新型材料2. 空间站太阳翼伸展机构润滑薄膜这种薄膜材料具备优异的耐湿热、抗氧化、抗辐照等性能。该薄膜为我国未来的滨海发射、海上发射环境以及长寿命航天器(如深空探测、探月、探火、星链卫星等)所需的新一代空间功能涂层提供了技术基础。新型能源1. 钙钛矿太阳能电池2024年5月31日酒泉卫星发射中心成功将光因科技钙钛矿组件发射到太空，开启绕地轨道运行测试，向进一步探索钙钛矿太阳能电池在未来太空事业中的应用潜力迈出了重要一步。钙钛矿太阳能电池具备效率高、质量轻、成本低的三大优点，它的柔性特质还能适应不同的弯曲弧度。新型能源2.斯特林热电转换技术该技术采用闭式循环往复活塞式斯特林发动机将热能转换为动能，再通过耦合线性交流发电机将动能转换为电能。具有结构简单、效率高、质量轻、启动快、振动小及噪声低等优点，能减少对传统太阳能的依赖，在未来载人月球及深空探测等空间任务中具有广阔应用前景。设想航天科技领域中未来的新型材料和能源 设想一款未来的宇航产品，绘制出它的外观，并将其用途、所使用的材料、能源等标注在图中。展示最终形成的示意图，交流并尝试总结宇航产品在材料和能源选择时的一般思路。介绍你设想的未来的宇航产品，说明设计思路，并讨论未来航天科技领域新型材料和能源可能的发展方向。1.硼纤维有较好的耐热性，不与氯气和水反应，可与某些金属制成新型材料，在1200℃时氯化硼(BCl3)蒸气与干燥纯净的氢气反应可制得硼和氯化氢。下列说法不正确的是（ ）A.该反应中只有两种物质为气态B.氯化硼可能会与水反应C.含硼纤维的材料有耐热性D.该反应需要在隔绝空气的条件下进行A2.“信息”“材料”利“能源”被称为新科技革命的三大支柱。下列叙述不正确的是（ ）A.核能、太阳能、氢能等具有广阔的开发前景B.制造“神舟六号”宇宙飞船，使用了大量新型材料C.有机高分子材料的广泛应用“有百利而无一害”D.人类应与环境和谐相处，要合理开发和利用化石燃料等矿物资源C跨学科实践活动10调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用了解我国宇航产品的基本情况了解宇航产品的材料选择了解宇航产品的能源选择设想航天科技领域中未来的新型材料和能源课程结束