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(共37张PPT)
2025年秋九下化学情境课堂教学课件嵌视频（新教材）
调查我国航天科技领域中
新型材料、新型能源的应用
跨学科实践活动10
第十一单元 化学与社会
调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用
任务主题
材料和能源的分类及各类材料或能源的优缺点；燃烧与充分燃烧的条件
基本知识
子任务
任务一：了解我国宇航产品的基本情况
任务二：了解宇航产品的材料选择
任务三：了解宇航产品的能源选择
任务四：设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
子问题
我国宇航产品的发展历程是怎样的？我国宇航产品的种类有哪些？用途分别是什么？
运载火箭的主体结构和航天服用到的材料有哪些？这些材料有什么作用？什么是合金？什么是复合材料？
你知道火箭为什么会升空吗？火箭使用的推进剂与氧化剂有哪些吗？它们有哪些优缺点？煤油、液氧推进剂结焦的原因是什么？
目前新型材料和新型能源的发展趋势是怎样的？未来可能应用于航空航天领域的新型材料和新型能源有哪些？
1．查阅资料，了解我国宇航产品的发展、种类和主要用途。
2．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。
3．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。
4．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。
5．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。
　　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。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……
　　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。
神舟
“嫦娥”
北斗
“祝融”
“羲和”
天和核心舱
“悟空”
“慧眼”
任务一　了解我国宇航产品的基本情况
视频：我国航天发展大事记
时长：126秒
拓展视野　观看视频，了解我国航天事业发展史。
查阅资料，了解我国宇航产品的种类有哪些？用途分别是什么？
运载火箭
　　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”系列运载火箭等。
　　长征火箭已经拥有退役、现役共计 4 代 20 种型号。具备发射低、中、高不同地球轨道不同类型卫星及载人飞船的能力，并具备无人深空探测能力。
卫星
　　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。
“天通一号”系列
通信卫星(“天通一号”系列)：全球通信、应急保障、国际合作
气象卫星(“风云”系列)：灾害预警、气候研究
“风云”系列
遥感卫星(“高分”系列)：国土监测、环境评估
“高分”系列
导航卫星(“北斗”系列)：精准定位、授时服务
“北斗”系列
航天器
　　在绕地球轨道或外层空间按受控飞行路线运行的飞行器。
天宫一号：验证空间科学实验技术和载人航天技术
天宫二号：承担着验证空间站相关技术的重要使命
天宫一号
天宫二号
中国空间站：国家级太空实验室
探测器：对月球和月球以远的天体和空间进行探测
“天问一号”与“祝融”号火星车
飞船
　　运送航天员、货物往返太空的航天器。
载人飞船(“神舟”系列)
货运飞船(“天舟”系列)
根据搜集到的有关我国宇航产品的发展、种类和主要用途的资料，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
运载火箭
视频：火箭的主要结构及功能
时长：61秒
火箭的主体系统包括有效载荷系统、制导系统、推进系统
运载火箭主体结构所使用的材料有哪些？
外壳——铝合金，如航天硬铝7075等
　　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。
轻量化：相比于钢材，能够降低火箭整体重量。
高强度：铝合金具有良好的强度，适合承受高压。
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。
思考：为什么使用铝合金制造火箭外壳？
发动机——钛合金，如高温钛合金、结构钛合金等
耐高温：钛合金在高温环境下表现优异，适合用于发动机部件。
高强度：强度更高，能够承受更大的压力和更高的温度。
低密度：强度与钢材相当，但重量仅为钢材的57%。
长征系列火箭用钛合金气瓶
什么是合金？合金和组成它的纯金属相比具有哪些特性？
　　在纯金属中加热熔合某些金属或非金属，就可以制得具有金属特征的合金。
易错警示：合金中不一定只含有
　　　　　金属元素
合金的概念
与组成它的纯金属相比，一般情况下：
硬度和强度更大
熔点更低
抗腐蚀性更强
合金的性能
三增一降
太阳探测器
资料卡片
　　科学家通过研究发现，探测器穿过太阳周围的日冕区域，隔热罩表
　面温度只会被加热到大约1400摄氏度，为此科学家设计了一个11.43厘米厚度的碳复合材料防护罩安装在探测器前端，最高可承受1650摄氏度的温度。碳复合材料防护罩采用碳复合泡沫和碳板制造，并涂上白色陶瓷漆，尽可能反射更多的热量。
什么是复合材料，复合材料有什么优点
　　人们不断改进材料的性能，并将几种材料复合起来，综合各组分性能的优点，形成复合材料。如：
碳纤维复合材料
玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)
芳纶复合材料
航天服
显示与控制模块
太空背包
(生保系统)
航天头盔：
聚碳酸酯(PC塑料)：高抗冲击性
表面涂金：隔热、阻挡宇宙射线
压力服装的
结构层示意图
压力服装
航天手套
安全绳：
内含钢缆，可承受一定的拉力
你知道航天服是由哪些部分组成的吗？
内衣舒适层：纯棉制成，吸汗、透气，提供舒适的贴身
　　　　　　感受
航天压力服装各层材料及作用
限制层：能限制服装膨胀，方便关节活动
隔热层：多采用镀铝聚酯薄膜，可以阻挡外界的高温或
　　　　低温，且具有保温效果
外防护层：采用特氟龙复合纤维(聚四氟乙烯涂覆玻璃纤
　　　　维布)等，就像一层防弹衣，能防辐射，缓冲小
　　　　陨石撞击
主气密层和备份气密层：合成橡胶，维持航天服内部气压
化
学
材
料
有机材料
无机材料
金属材料
航天硬铝7075
复合材料
碳复合材料
无机非金属材料
天然材料
纯棉
合成材料
聚碳酸酯(PC塑料)
　　对航天器中用到的材料[航天硬铝7075、钛合金、碳复合材料、聚碳酸酯(PC塑料)、金、钢缆、纯棉、合成橡胶、镀铝聚酯薄膜、特氟龙复合纤维]进行归类。
你能对化学材料进行分类吗？
钛合金
金
钢缆
合成橡胶
镀铝聚酯薄膜
特氟龙复合纤维
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
火箭的能源
你知道火箭为什么会升空吗？
视频：火箭为什么会升空
时长：83秒
你知道火箭使用的推进剂与氧化剂有哪些吗？它们有哪些优缺点？
资料卡片 比冲
　　比冲是衡量火箭燃烧效率的指标，比冲值越高，消耗同样质量的燃料，产生的冲量越大。比冲大小：
液氢为445秒 煤油为300~344秒
甲烷为390秒 偏二甲肼、四氧化二氮(约300秒)
推进剂种类 优点 缺点
煤油、液氧
液氢、液氧
四氧化二氮、 偏二甲肼
液氧、甲烷
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
比冲较高、冷却能力强、环保、成本低
不易贮存、技术要求高
　　选择合适的推进剂对于火箭的设计和任务成功至关重要。通常，推进剂的选择要根据具体的任务需求、发射环境等因素进行综合考虑。
煤油、液氧推进剂结焦的原因是什么？
燃烧的条件
推进剂(煤油)
氧化剂
(液氧)
煤油没有充分燃烧
可燃物+助燃物 生成物+能量
温度达到
着火点
增大可燃
物与助燃
物的接触
面积
提供充足
的助燃剂
可燃物充分燃烧
该如何使煤油充分燃烧呢？
在燃料进入燃烧室之
前将煤油喷成雾状
雾化器
资料卡片
分级燃烧技术是预燃烧室和主燃烧室进行了液态和气态的两次燃烧，从而实现了分级的燃烧过程。
　　为了避免液氧/煤油在高温下结焦的问题，预燃烧室采用了富氧燃烧模式，并在主燃烧室进行二次燃烧时补充更多燃料，形成了补燃的过程。
航天器开展工作的能源
日发电量约500度，相当于普通家庭约3个月的用电量
航天器使用的电能从何而来？
太阳能→电能
双自由度柔性太阳电池翼系统
轻、薄：1平方米的电池重量仅为180克
转化效率高：光电转换率目前已达到32%
适应性强：超强环境适应性，设计寿命达15年
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。
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。
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。
航天器开展工作的能源
航天器使用的电能从何而来？
核能→电能
嫦娥三号携带的“玉兔”号月球车
长效稳定：适合远离太阳的深空探测任务；
能量密度高：适合对重量和体积要求严格的航天器；
安全性和管理：需要严格的安全管理和后勤支持，以防止辐射泄漏等风险。
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
目前新型材料的发展趋势是怎样的？
高性能、轻量化、环保及智能化等。
科学世界
未来可能应用于航空航天领域的新型材料
冷沸材料
　　可被用于制造高性能的航空发动机和飞行器外壳等关键部件，以应对太空飞行中产生的极高温度和复杂环境。
磁流体材料
　　常用于一些需要动态密封的场合，确保设备在各种极端条件下都能稳定运行。如卫星、探测器上的轮子、陀螺仪等。
微格金属
　　轻盈却异常坚硬，抗压能力也相当出色，在航空飞行器制造等领域有着广阔的应用前景。
纳米点钙钛矿太阳能电池
金属氢
清洁、高效等。
科学世界
未来可能应用于航空航天领域的新型能源
目前新型能源的发展趋势是怎样的？
核反应堆
(太阳能)
(氢能)
(核能)
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．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。
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。
3．结合老师提供的未来可能应用于航空航天领域的新型材料与能源，查阅相关资料，以墙报或论文的形式与同学们交流。
1．如图所示为航天员身着的航天服，制作航天服无需考虑的问题是( )
A．人为制造气压，保证宇航员安全
B．防止太空垃圾危害宇航员生命安全
C．避免宇宙射线的伤害，不能有通信装置
D．充入氧气，并有除湿装置和二氧化碳吸附装置
C
2．2025年4月24日是第十个“中国航天日”，某班学生组织参观了当地的航天展览馆，同学们以“解码火箭秘密，弘扬航天精神”为主题开展项目式学习活动。
任务一：了解新型材料在航天科技中的应用
(1)神舟号载人飞船的建造使用了大量的高强度钛合金，钛合金的硬度______(填“＞”“＜”或“＝”)金属钛的硬度。
(2)火箭“整流罩”在火箭进入大气层时可以保护航天器，其前锥采用玻璃钢蜂窝夹层结构，玻璃钢属于________(填“复合材料”或“合成材料”)，用它做外壳是利用其_________________(写一点)的优良特性。
>
复合材料
强度高(合理即可)
任务二：了解新型能源在航天科技中的应用
(3)通过分馏的方法从石油中获得航空煤油的过程中发生了_________(填“物理”或“化学”)变化。
(4)新一代运载火箭的发动机主要采用液氢发动机和液氧贮运发动机，工作时液氢燃烧的化学方程式为________________________，该过程是将化学能转化为_____________。
(5)传统火箭采用四氧化二氮(N2O4)与偏二甲肼(C2H8N2，有毒)作为火箭推进剂。运载火箭点火后，偏二甲肼与四氧化二氮发生反应的化学方
程式为C2H8N2+2N2O4 ======== 4H2O+2CO2+3________，该推进剂在使用时应注意_________________________。
一定条件
物理
内能(或热能)
2H2+O2 ==== 2H2O
点燃
防止反应物泄漏(合理即可)
N2
利用石油中各成分沸点不同进行分离
化学反应中原子种类和数目不变
任务三：自制火箭模型
(6)同学们通过查阅资料按照如图所示模型进行火箭制作，纸质导流罩设计成图示形状的目的是_______________。
减小空气阻力
Thanks!
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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