《跨学科实践活动：调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用》教案

PAGEPAGE1《跨学科实践活动：调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用》教案本课题分为四个部分，分别为“了解我国宇航产品的基本情况”“了解宇航产品的材料选择”“了解宇航产晶的能源选择”和“设想航天科技领域中未来的新型材料和能源”。本课题的一些列活动，都是课本学习知识的拓展内容重点在培养学生的创新意识，树立民族自豪感。课题调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用课型新授课素养目标1.了解新型材料和新型能源在我国航天科技领城中的应用。2.加深对物质的性质与应用、能量的转化和转移等的认识。3.形成创新意识，进一步树立民族自豪感。教学重点物质的性质与应用的关系能量的转化与能源的使用教学难点化学与材料开发，能源利用的关系教具准备多媒体展示资料。课前预习1.物质的性质与结构有关，在很大程度上决定了物质的用途。2.选择燃料应综合考虑资源、经济、技术和环境等多方面因素，合理利用化石能源，积极开发新能源。新课导入近年来，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。备课笔记进行新课任务一了解我国宇航产品的基本情况[介绍]从嫦娥奔月到战国屈原的《天问》，再到盛唐李白的《飞天》，中华民族的飞天梦源远流长。而伴随着中国空间站的全面建成，我国的航天产业也从“国家队”引领发展到全面开花。在一系列政策支持下，我国商业航天产业正在迅速成长。[提问]我国宇航产品的发展经历了哪些关键节点呢？[讲解]商业航天产业属于战略性新兴产业，其发展和壮大与政策引导息息相关。1970年中国第一颗人造卫星“东方红1号”成功升空，东方红一号的发射成功，开创了中国航天史的新纪元。1999年11月20日中国载人航天计划中第一艘无人试验飞船神舟一号发射升空。2003年10月15日，我国发射的第一艘载人航天飞船神舟五号升空，表明中国掌握载人航天技术。2007年10月24日18时05分，我国自主研制的第一颗月球探测卫星嫦娥一号卫星发射成功并完成首次绕月探测任务。2020年7月23日天问一号发射升空，执行中国第一次自主火星探测任务。2021年10月14日中国首颗太阳探测科学技术试验卫星羲和号成功发射。2021年，神舟十二号在轨飞行期间进行了2次航天员出舱活动，开展了一系列空间科学实验和技术试验，在轨验证了航天员长期驻留、再生生保、空间物资补给、出船活动、船外操作、在轨维修等空间站建造和运营关键技术，为后续空间站建造运营奠定了基础。2022年2月28日，中国空间站天和核心舱成功发射。2023年，我国商业航天运载能力大幅提升，民营航天产业不断迭代，液体发动机技术、商业火箭运力、商用发射场建设等均取得重要进展。2024年，吉利未来出行星座第二个轨道面以一箭11星方式成功发射。吉利未来出行星座是全球首个商用通信导航遥感一体星座。预计2025年，时空道宇将完成星座一期72颗卫星的组网部署，实现全球实时数据通信服务；二期将扩展至168颗卫星，实现全球厘米级高精定位服务，为人类未来出行，如自动驾驶、智能网联、消费类电子领域提供高可靠、低成本的应用服务。[过渡]通过以上内容，我们能知道航天产品的发展围绕卫星制造、运载发射、地面系统设备、空间信息应用和服务等，推动卫星通信、导航、遥感一体化发展。备课笔记进行新课[交流]交流以上我国宇航产品的发展史部分内容，总结我国宇航产品的种类和主要用途。[总结]种类产品主要用途火箭长征系列运载火箭太空运输、将各类航天器、卫星、飞船等送入太空卫星科学与探测卫星、技术试验卫星、导航定位卫星、高分辨率对地观测系统、对地观测卫星、通信广播卫星导航定位、通信广播、遥感运营、对地观测、探测空间环境参数、宇航技术实验、气象预报航天器嫦娥一号探测器、嫦娥二号探测器、嫦娥三号探测器、天问一号探测器；天宫一号、天宫二号探测器广泛应用用于深空探测、行星探测、太阳系探测等领域；天宫空间站为航天员提供居住和工作环境，是进行太空实验和研究的重要平台飞船神舟系列飞船；天舟货运飞船神舟飞船是航天员的往返工具；天舟飞船空间站提供物资补给和燃料加注服务任务二了解宇航产品的材料选择[讲解]宇航产品由于其特殊的使用条件，对其主体结构、外部涂层、功能部件等所使用的材料都有特殊的要求。航空材料是用于制造飞机和航天器的各种材料，包括金属材料、复合材料和陶瓷材料等。[回顾]各种材料的种类和特点。[总结]分类品种特点金属材料钢铁、铝合金、钛合金和镁合金等高强度、高硬度、高导电性、高导热性等无机非金属材料玻璃、陶瓷、水泥等耐高温、耐腐蚀、绝缘等高分子材料塑料、合成纤维、合成橡胶轻质、耐磨损、可塑性强等复合材料如碳纤维复合材料、玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)、芳纶复合材料等能综合各组分性能功能材料有光、电、磁等特殊性质[讨论]组织学生分组讨论，根据航天器的工作条件，结合不同材料的特点分析主体结构、外部涂层、功能部件等的材料选择。[汇报]分小组将讨论结果进行汇报，由教师进行总结和评价。备课笔记进行新课[总结]航天器结构功能需求材料选择发动机质轻、强度高、耐高温金属材料(钛合金等)；复合材料(陶瓷复合材料等)外部涂层质轻、耐高温、耐腐蚀、导热性好、阻燃功能材料（热障涂层材料）、超导材料、复合材料主体结构质轻、强度高、刚度高、耐腐蚀金属材料(铝合金、钛合金等)；复合材料：(碳纤维复合材料等)外壳质轻、强度高、隔热、耐高温、耐腐蚀、可维修、可重复使用金属材料(镍基合金等)；复合材料（玻璃纤维复合材料）[讲解]材料的选用应结合使用条件和材料特点进行选择。任务三了解宇航产品的能源选择[回顾]燃烧的定义、燃烧的基本条件、常见能源种类等知识内容。[小结]燃烧的定义：通常情况下，可燃物与氧气发生的一种发光、放热的剧烈的氧化反应叫作燃烧。燃烧需要三个条件：可燃物；氧气(或空气)；达到燃烧所需的最低温度(着火点)。常见能源种类：化石能源（煤、石油、天然气）、氢能、太阳能、地热能、潮汐能、核能、生物质能等。[展示]展示常用火箭推进剂相关资料。[交流]组织学生根据资料进行交流，并总结不同种类推进剂的特点。[总结]推进剂种类特点应用液氢(燃料)液氧(氧化剂)液体；热值大、燃烧效率高、成本高、不易储存多用于航天飞机及运载火箭末级肼-50(燃料)\t"/item/%E7%81%AB%E7%AE%AD%E6%8E%A8%E8%BF%9B%E5%89%82/_blank"四氧化二氮(氧化剂)液体；燃烧效率一般、价格适中、较易储存多用于中型火箭高精炼煤油(燃料)液氧(氧化剂)液体；燃烧效率一般、价格适中、不易储存多用于火箭第一级肼(燃料)四氧化二氮(氧化剂)液体；燃烧效率一般、可自燃、相对廉价、腐蚀性极强多用于卫星油灰或橡胶状的可燃材料固体；燃烧不易控制、易于储存[讲解]不同的火箭及不同的级数使用的推挤剂不同，液体推进剂相对液体推进剂具有燃烧易控制、燃烧效率高等优势，目前航天器使用的推进剂多为液体推进剂。备课笔记进行新课任务四设想航天科技领域中未来的新型材料和能源[提问]我国的航天科技的发展过程中，与化学有关系吗？[答]有关系。[追问]航天科技的发展与化学的关系主要体现在哪里？[答]能源的开发、材料的应用和研发等。[讲解]新型材料和新型能源的在航天领域中的应用离不开化学的发展，需要我们对物质的性质与应用关系，能量的转化关系有一定认识，所以航天科技的未来的发展与强大，离不开在座各位对化学的学习和研究。[学生活动]根据所学内容，设想未来一款未来的宇航产品，并绘制设计图。[展示]组织学生进行设计图展示，评选活动。教学板书跨学科实践活动9调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用1.了解我国宇航产品的基本情况我国宇航产品主要有火箭、卫星、飞船和航天器四大类。2.了解宇航产品的材料选择宇航产品的材料要求：质轻、耐高温、耐腐蚀、强度高、可塑性好、可重复利用等宇航产品的常用材料种类：金属材料、复合材料、功能材料。3.了解宇航产品的能源选择能源应具备的特点：成本适中、易储存、燃烧易控制，燃烧效率高等。常用推进剂种类：多为液体推进剂（液氢液氧推进剂、肼-50\t"/item/%E7%81%AB%E7%AE%AD%E6%8E%A8%E8%BF%9B%E5%89%82/_blank"四氧化二氮推进剂、高精炼煤油液氧推进剂、肼四氧化二氮推进剂）4.设想航天科技领域中未来的新型材料和能源课堂小结通过“调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用”系列实践活动，了解我国航天科技领域中的新型材料、新能源的应用。通过讨论实际问题的解决备课笔记课堂小结方案，探究物质的性质与应用的关系，加深对能量的转化和转移的认识，本课题设计大量航天资料的归纳，应给予学生充分的归纳与思考的时间，引导学生加深化学与科技的发展有关的认识。布置作业：设计一款未来的宇航产品，并绘制设计图，编写功能说明书。教学反思本节课重点在总结物质的性质与应用关系，同时加深能量的转化与应用的相关认知，涉及大量科技发展内容，课程进行以讲解、归纳为主，注意引导学生思考，增加课堂活力。教学过程中老师的疑问：教师点评和总结：课后知能演练基础巩固1.(重庆中考)能源是人类发展的基础。下列属于不可再生能源的是()。A.风能 B.氢能 C.石油 D.潮汐能2.(河南中考)建设美丽家园需要天蓝、地绿、水清。下列做法不利于保护环境的是()。A.开发和利用新能源 B.积极植树、造林、种草C.露天焚烧树叶、塑料袋 D.将垃圾分类、回收、利用3.(黑龙江大庆中考)化学就在我们身边,人类的衣、食、住、行都离不开化学。下列说法错误的是()。A.棉花属于合成纤维B.葡萄糖可为人体组织提供营养C.水泥、玻璃等化工产品都是重要的建筑材料D.在汽油中加入适量乙醇,可适当节省石油资源4.化学是一门以实验为基础的学科,认真观察、记录实验现象是十分必要的。下列实验现象描述正确的是()。A.用灼烧法鉴别纤维,烧纯羊毛线时闻到烧焦羽毛的气味B.用稀硫酸除铁锈时,铁锈逐渐溶解,同时溶液变为浅绿色C.硫酸铜溶液和氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜蓝色沉淀D.铁丝在空气中剧烈燃烧,火星四射,生成黑色固体,放热能力提升5.(湖南中考)阅读下列材料。陶瓷基复合材料是以陶瓷材料为基体,以高强度纤维、晶须、晶片和颗粒为增强体,通过适当的复合工艺所制成的复合材料。陶瓷材料可分为氧化物陶瓷(如氧化铝陶瓷)和非氧化物陶瓷(如碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等),具有硬度大、相对密度较小、抗氧化、高温磨损性能好和耐化学侵蚀性好等优点,但也存在断裂韧性低、断裂应变小、抗冷热交变和冲击载荷性能差的固有缺点。向陶瓷基体中加入增强体能够改善陶瓷材料固有的脆性,提高其韧性和抗脆性断裂能力。陶瓷基复合材料优异的高温性能可显著降低发动机燃油消耗,提高运行效率,具有良好的应用前景。在航天航空领域,陶瓷基复合材料主要应用于液体推进火箭发动机的热结构件、喷气发动机等的高温部件。依据材料内容,回答下列问题。(1)材料中提到的氧化物是。(2)写出陶瓷材料的一条物理性质:。(3)在航天航空领域,陶瓷基复合材料主要应用于

(写一条即可)。6.(福建中考)请参加社会性议题“汽车能源的变迁”的项目式学习。(1)传统汽车能源主要来自石油。①从物质分类角度看,石油属于(填“纯净物”或“混合物”)。②汽油作汽车燃料的缺点有(写一个)。(2)天然气和乙醇可替代传统汽车能源。①甲烷(CH4)和乙醇(C2H6O)均属于(填“无机”或“有机”)化合物。②天然气的主要成分是甲烷,其完全燃烧的化学方程式为。(3)电池可为新能源汽车提供动力。①电动汽车的电池放电时,其能量转化方式为能转化为电能。②以“使用电动汽车代替燃油车是否能减少CO2的排放”为题进行小组辩论,你的看法和理由是

。思维拓展7.氢能具有广阔的发展前景,安全高效的制氢和储氢是氢能成为主要能源的关键。(1)电解水制氢气可用铁作电极,是利用了铁的性。氢气在与电源极相连的电极上产生。(2)高压气态储氢是通过恒温高压将氢气储存在压力容器中,从微观角度解释此过程主要发生改变的是。(3)氢化物储氢是利用氢气与金属(如Al)反应生成金属氢化物(如AlH3),从而进行氢的储存,该过程属于(填“物理变化”或“化学变化”)。(4)活性炭具有很多的微孔结构,可用作储氢材料,这是利用活性炭的性。(5)我国科学家实现了天然气(CH4)制氢的突破,在400℃条件下,将天然气与水蒸气直接转化为氢气与二氧化碳。请写出该反应的化学方程式:

。(6)氢气是理想的清洁能源,原因是。答案：课后知能演练1.C解析:风能是可以从自然界中源源不断地得到的能源,属于可再生能源,A项不符合题意;氢气作为能源,能用水来制取,故氢能属于可再生能源,B项不符合题意;石油属于化石燃料,它的储量是有限的,不能短时期内从自然界得到补充,属于不可再生能源,C项符合题意;潮汐能可循环使用,在使用后会在短时间内重新形成,因此潮汐能属于可再生能源,D项不符合题意。2.C解析:开发和利用新能源,有利于减少化石燃料的使用,可以减少污染,有利于保护环境,A项不符合题意;积极植树、造林、种草,可以净化空气,有利于保护环境,B项不符合题意;露天焚烧树叶、塑料袋,会产生大量烟尘和有害物质,不利于保护环境,C项符合题意;将垃圾分类、回收、利用,可以节约资源,减少污染,有利于保护环境,D项不符合题意。3.A解析:棉花属于天然纤维,A项错误;葡萄糖和氧气在体内发生缓慢氧化产生二氧化碳和水,释放出能量,因此葡萄糖可为人体组织提供营养,B项正确;水泥、玻璃等化工产品都是重要的建筑材料,C项正确;在汽油中加入适量乙醇,可适当节省石油资源,减少对环境的污染,D项正确。4.A解析:纯羊毛线的主要成分是蛋白质,因此灼烧纯羊毛线,会产生烧焦羽毛的气味,A项正确;向铁锈中加入稀硫酸,铁锈与稀硫酸反应生成易溶于水的硫酸铁和水,硫酸铁溶液呈黄色,因此实验现象是铁锈逐渐溶解,溶液变为黄色,B项错误;硫酸铜与氢氧化钠反应生成氢氧化铜,氢氧化铜呈蓝色,难溶于水,因此实验现象是生成蓝色沉淀,现象中不能出现具体物质的名称,C项错误;铁丝在氧气中燃烧的现象是:剧烈燃烧,火星四射,生成黑色固体,铁丝在空气中不能燃烧,D项错误。5.(1)氧化铝(或Al2O3)(2)硬度大(或相对密度较小)(3)液体推进火箭发动机的热结构件(或喷气发动机等的高温部件)解析:(1)氧化物是由两种元素组成的化合物,其中一种元素是氧元素,材料中提到的氧化物是氧化铝。(2)根据材料信息可知,陶瓷材料硬度大、相对密度较小,它们不需要通过化学变化就能表现出来,属于物理性质。(3)根据材料信息可知,在航天航空领域,陶瓷基复合材料主要应用于液体推进火箭发动机的热结构件、喷气发动机等的高温部件。6.(1)①混合物②汽油来自不可再生能源石油(2)①有机②CH