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(共18张PPT)
第十一单元 化学与社会
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
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。
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。
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。
我国宇航产品
人造卫星
通信卫星：实现全球通信、广播电视信号传输
气象卫星：用于气象观察、天气预报
导航卫星：为全球提供定位、导航服务，如北斗导航
载人飞船
空间站
月球探测器
火星探测器
进行太空科学实验、太空技术研究，以及培养宇航员等，如神舟系列飞船、中国空间站“天宫”
对月球进行地质勘探、资源探测等，如嫦娥探测器
探索火星的地质、气候等，为开发火星做准备，如天问一号
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。
任务二 了解宇航产品的材料选择
（1）主体结构方面:常用的金属材料包括钛合金和铝合金。钛合金具有高强度、高耐腐蚀性和良好的高温性能,能够承受太空环境中的极端压力和温度变化。铝合金则具有轻质、良好的加工性能和一定的强度,有助于减轻宇航产品的整体重量。
（2）外部涂层方面:通常会采用耐高温、耐磨损、抗辐射的涂层材料。例如,一些特殊的陶瓷涂层,能够有效保护宇航产品免受太空高能粒子的辐射和微小陨石的撞击;高分子材料聚酰亚胺，具有优异的耐高温性能和绝缘性能,也常用于外部涂层,以提供防护和绝缘作用。
（3）功能部件方面:对于一些需要高精度和高可靠性的部件,如传感器、光学仪器等,会使用具有良好导电性、导热性且稳定性的金属材料,如金、银、铜等。而对于一些需要减震、密封和绝缘的部件,则会使用高分子材料,如橡胶、塑料等,它们具有良好的弹性和柔韧性。
总之,在宇航产品中,材料的选择取决于其特定的性能需求,以确保产品在极端的太空环境中能够安全、可靠地运行。
2.根据调查的材料信息完善示意图。
宇航产品材料
主体结构方面
钛合金
外部涂层方面
功能部件方面
铝合金
陶瓷
高分子材料
金属材料
高分子材料
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。
任务三 了解宇航产品的能源选择
（1）化学推进剂:
①液体推进剂:常见的有液氧和液氢组合。液氧和液氢组合具有很高的比冲（单位质量推进剂产生的冲量）,燃烧效率高,但储存和使用条件苛刻,需要低温和复杂的储存系统。
②固体推进剂:如高氯酸铵复合推进剂。其优点是结构简单、可靠性高、使用方便,能够长期储存。但比冲相对较低,且一旦点火难以控制燃烧过程。
（2）非化学推进剂:
①电推进剂:利用电能将推进剂离子化并加速喷出,产生推力。其比冲极高,能够大幅节省推进剂质量,但产生的推力较小,适用于长时间的轨道调整和深空探测任务。
②核热推进剂:利用核反应堆加热推进剂产生高温气体喷出。具有较高的比冲和较大的推力,但技术复杂,存在核安全和辐射防护等问题。
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。
（1）太阳能:清洁、可持续、易于获取。在近地轨道的航天器中广泛应用,通过太阳能电池板将光能转化为电能。但在远离太阳的区域或阴影区，能源供应会受到限制。
（2）化学电池:如银锌电池、锂电池等。能够提供稳定的电能输出,不受光照条件影响。但能量密度相对较低,储存的能量有限,且使用寿命有限。
（3）核能源:如放射性同位素热电发生器（RTG）,能在长时间内稳定提供电能,不受光照和位置的影响,适合在深空探测等任务中使用，但存在核辐射风险,技术复杂,成本高昂。
（4）燃料电池:将燃料（如氢气）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能。能量转化效率较高,能够提供持续的电力,但需要储存燃料和氧化剂。不同的航天器会根据任务需求、轨道位置、工作时长等因素选择合适的能源,有时也会采用多种能源组合的方式,以确保航天器在各种工况下都能稳定运行。
3.根据调查的能源信息进一步完善示意图。
航天器能源
火箭能源
航天器工作的能源
液体推进剂
固体推进剂
电推进剂
核热推进剂
太阳能
化学电池
核能源
燃料电池
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。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。
（1）新型材料和新型能源:材料有碳纳米管复合材料、量子材料等;能源有反物质能源、可控核聚变能源等。
（2）提示:未来宇航产品可展开合理想象,大胆采用新型材料和能源,设计能够进行长距离的星际旅行,探索未知星系,同时具备科学研究和资源勘探的功能的宇航产品。
1.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。
宇航产品在材料和能源选择时的一般思路
材料选择
能源选择
高强度和轻质化
耐极端环境
抗腐蚀和耐磨损
热稳定性好
高能量密度
可靠性和稳定性
适应宽温度范围
高效的能量转换效率
地辐射和电磁干扰
良好的加工性能
2.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。
作业
内容
教材作业
与同学交流讨论未来航天科技领域的新型材料和能源
自主安排
配套练习册练习题

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