第十一单元 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2024-2025学年九年级化学下学期同步教学课件（人教版2024下册）

202X 主讲人： 202X.X AiPPT 时间： 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 【第十一单元 化学与社会】 人教版-化学-九年级下册 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。 活动目标 01 02 03 新课引入 CONTENTS 目录 活动背景与意义 01 航天新型材料探索 02 航天新能源应用 03 跨学科实践活动设计 04 活动评价与反思 05 01 活动背景与意义 Part 中国航天成就 2023年中国航天发射次数居世界第二，彰显航天实力。载人航天、深空探测等取得重大突破，如嫦娥探月、天问一号火星探测。 航天科技发展概述 活动目的与意义 通过实践活动，让学生了解航天材料与能源应用，培养跨学科思维和创新能力，增强民族自豪感。 航天科技发展概述 02 航天新型材料探索 Part 常见的材料 金属材料 纯金属、合金 陶瓷、玻璃、水泥等 棉花、合成材料等 钢筋混凝土 无机非金属材料 有机高分子材料 复合材料 钛合金 陶瓷 玻璃钢—头盔 塑料 特殊性质 功能材料 磁 常见的材料 有机高分子材料 天然有机高分子材料 合成有机高分子材料 ——灼烧闻气味 棉花、羊毛 塑料、合成纤维、合成橡胶 区分棉纤维、羊毛纤维和涤纶 01 钛合金密度小、强度高、耐腐蚀性强，适用于航天结构件。如火箭整流罩、卫星支架，能减轻航天器重量，提高运载能力。 钛合金的特性与优势 钛合金：航天材料的明星 02 钛合金采用海绵钛制备，经真空熔炼成型。加工难度大，需特殊工艺如等离子弧焊接、电子束焊接，保证焊接质量。 钛合金的制备与加工 钛合金：航天材料的明星 03 我国嫦娥五号返回器关键部件采用钛合金，保障返回舱安全返回。钛合金在航天发动机中应用广泛，如发动机叶片、机匣等，提高发动机推重比，提升航天器性能。 钛合金的应用案例 钛合金：航天材料的明星 陶瓷复合材料的性能特点 陶瓷复合材料具有高熔点、低热导率、高强度等特性，能承受航天器再入大气层时的高温烧蚀，如返回舱隔热层。 陶瓷复合材料：耐高温的守护者 陶瓷复合材料：耐高温的守护者 陶瓷复合材料的制造工艺 采用纤维增强陶瓷基体制造工艺，如碳纤维增强碳化硅陶瓷，通过化学气相沉积等方法制备，工艺复杂。 碳纤维复合材料强度高、模量高、密度低，可显著减轻航天器结构重量，如火箭箭体、卫星结构框架。 其具有良好的抗疲劳性能，在航天器长期运行中保持稳定，延长使用寿命，降低维护成本。 碳纤维复合材料的优势 碳纤维复合材料：轻质高强的典范 陶瓷复合材料：耐高温的守护者 陶瓷复合材料的应用实例 陶瓷复合材料还用于航天发动机热端部件，如燃烧室、喷管等，提高发动机性能和可靠性。 碳纤维复合材料：轻质高强的典范 碳纤维通过聚丙烯腈纤维等前驱体高温碳化制备。我国碳纤维复合材料在航天领域广泛应用，如长征七号火箭整流罩、天问一号火星探测器结构件。 碳纤维复合材料的生产与应用 碳纤维复合材料：轻质高强的典范 研究高性能碳纤维复合材料，提高强度和模量。开发智能复合材料，具备自感知、自修复功能，适应未来航天任务需求。 推动碳纤维复合材料低成本化，扩大应用范围，促进航天技术与民用技术融合发展。 碳纤维复合材料的发展趋势 课堂练习 A 1.嫦娥六号实现世界首次月球背面采样，于2024年6月25日返回。嫦娥六号使用了大量复合材料。下列关于复合材料的说法中不正确的是（ ） A.不锈钢是常见的复合材料 B.可将几种材料复合起来形成复合材料 C.复合材料集中了组成材料的优点 D.棉、麻不属于复合材料 03 航天新能源应用 Part 能源的分类 传统能源 新能源 煤、石油、天然气 风能、太阳能、氢能等 能源的分类 传统能源 煤、石油、天然气 1.讨论化石能源的利用方式，在使用的过程中带来了哪些问题？ 问题：①造成环境污染； ②化石能源是不可再生资源，会造成资源枯竭； ③危害人体健康等。 2.怎样降低化石燃料燃烧对环境的影响呢？ ①提高燃料质量；②改进使用技术。 太阳能电池的航天应用 太阳能电池阵是航天器主要电源，如国际空间站、我国天宫空间站，太阳能电池阵面积大，提供持续电力。 太阳能电池在深空探测器中应用，如嫦娥四号月球探测器，通过优化电池阵设计，适应月球昼夜温差大等环境。 太阳能电池：航天器的能源源泉 氢燃料电池的能量转化机制 氢燃料电池通过氢气和氧气的电化学反应，将化学能转化为电能，能量转化效率高，可达60%以上。 氢燃料电池反应产物为水，无污染，符合航天器对清洁能源的需求，减少太空环境污染。 01 氢燃料电池：高效清洁的能源选择 02 氢燃料电池：高效清洁的能源选择 氢燃料电池可作为航天器辅助动力源，如航天飞机，提供应急电力，保障航天器关键系统运行。 氢燃料电池在航天领域的应用 03 氢燃料电池：高效清洁的能源选择 氢燃料电池技术的挑战与前景 氢燃料电池面临氢气储存、加注等技术挑战，需研发高效储氢材料和加注技术，提高系统可靠性。随着技术进步，氢燃料电池在航天领域应用前景广阔，有望成为未来航天能源重要组成部分。 我国计划在深空探测任务中应用核电池，如木星探测，解决远距离、长时间能源供应问题。 核电池在深空探测中的应用 核电池：深空探测的可靠能源 课堂练习 D 1.2023年6月4日，神舟十五号载人飞船的返回舱经过大气层时，经受住了一千多度的高温考验，最终成功返回地面。下列说法错误的是（ ) A.太阳翼可将太阳能转化为电能 B.飞船大量使用密度较小的合金材料，能减轻船体质量 C.返回舱表面所用的材料具有熔点高、强度大等特点 D.天线材料采用了钛镍合金，它属于合成材料 04 跨学科实践活动设计 Part 01 航天材料博物馆 02 航天能源科普讲座 03 跨学科知识讨论 第一课时：知识建构 模拟航天环境实验，如真空、低温、高温条件下材料性能测试，了解材料在太空环境下的适应性。 航天材料实验探究 各小组汇报实践活动成果，展示实验探究和模型制作成果，分享学习体会和收获。 跨学科实践活动总结 搭建氢燃料电池简易模型，观察氢气与氧气反应产生电能现象，探究影响能量转化效率的因素。 航天能源模型制作 01 02 03 第二课时：实践探究 05 活动评价与反思 Part 知识掌握程度 评估学生对航天新型材料性质、应用和新能源能量转化原理的掌握情况。 创新意识与实践能力 评价学生在实践活动中的创新思维和实践操作能力，鼓励学生提出新想法、新方法。 民族自豪感与科学精神 通过学生在活动中的表现和讨论，评价其对我国航天成就的认识和民族自豪感的增强程度。 跨学科研究能力 观察学生在跨学科知识融合、研究方法应用等方面的表现，评价其跨学科研究能力。 活动评价指标 01 02 03 活动内容与形式反思 反思活动内容是否丰富、形式是否多样，是否能够充分激发学生兴趣，满足不同学生的学习需求。 教学指导与支持反思 评估学校在活动开展过程中提供的教学资源、实验设备等支持是否充足，是否需要进一步完善。 活动效果与目标达成反思 对比活动目标与实际效果，反思活动是否达到了预期的学科知识传授、跨学科能力培养、民族自豪感增强等目标。 活动反思与改进 课后练习 1.北京时间2024年10月30日4时27分，神舟十九号载人飞船乘夜色飞向浩瀚太空，发射取得圆满成功。神舟十九号航天员乘组顺利入驻“天宫”与神舟十八号航天员乘组会师。液氢、液氧可用作神舟飞船运载火箭的推进剂，下列说法不正确的是(     ) A.火箭升空是化学能转化为内能并最终转化为机械能的结果 B.用液氧来做推进剂是利用了液态氧的可燃性 C.液氢是高能清洁燃料，其本身无毒，燃烧产物是水，热值很大 D.运载火箭的铝合金外壳具有密度小、耐腐蚀、强度高的特性 B 课后练习 2.科技是第一生产力，近年来我国在科技领域取得了一系列辉煌成就。 （1）“福建号”航母在建造过程中大量使用特种钢。该特种钢的耐腐蚀性能比纯铁的______（填“好”或“差”）。 （2）“天舟号”货运飞船换装了以LiFePO4作正极材料的新型锂电池。已知LiFePO4中Li为+1价，PO43－为－3价，则其中Fe的化合价为________。 好 +2  “福建号”航母 “天舟号”货运飞船 课后练习 （3）“嫦娥号”月球登陆器表面覆盖了由聚酰亚胺和铝箔构成的多层保温材料。 ① 聚酰亚胺属于有机合成材料。聚酰亚胺中一定含有的元素是_____（填元素符号）C、H、O、N等。 ② 铝块可以制成铝箔是利用了铝的_____ （填“导电”或“延展”）性。 （4）“长征五号”大推力运载火箭助力我国天宫空间站建设。该火箭助推器使用煤油（含C11H24、C12H26、C13H28等分子）作燃料，液氧作助燃剂。 ① 煤油属于_____________（填“纯净物”或“混合物”）。 ② 煤油在氧气中充分燃烧，产物的化学式为____________。 C 延展 混合物 CO2、H2O 202X 202X 谢谢大家 主讲人： 202X.X AiPPT 时间： Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 vid:v0d00fg10000chodhcbc77uf3u1h1td0 $$