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（教学课件） 化学沪科版五四学制2024九年级全一册

该初中化学课件聚焦航天科技中的新型材料与能源，以世界首颗人造卫星及中国航天成就导入，通过火箭推进剂历程、高性能材料应用、能源材料方案设计三大模块，结合编年史绘制、反应计算、模型制作等任务支架，帮助学生系统探究化学原理与航天应用的关联。 其亮点是以跨学科实践活动为核心，融合科学探究与实践（如航天器材料铠甲模型制作、火星基地需求分析）和科学思维（如推进剂性能雷达图评估、材料结构-性质-用途模型构建），通过“固液之争”辩论赛、微观分子模型制作等实例强化化学观念。学生能提升实践创新能力，教师可直接借助丰富活动设计开展沉浸式教学。

专题10 化学与人类社会进步 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》 九年级化学 全一册·沪科版五四学制2024 学习内容导览 航天高性能材料的应用现状调查 2 火箭推进剂的发展历程探究 1 航天能源与材料方案设计与展望 3 2 通过调查火箭推进剂的发展历程与性能特征，运用时间轴与雷达图进行系统归类，掌握基于化学计算与模型分析评估技术迭代的方法，形成化学驱动能源变革的辩证认知。 通过探究航天极端环境与材料性能的关联，构建“结构-性质-用途”认知模型，掌握控制变量法进行实验探究与数据分析，提升从微观本质到宏观应用的系统论证能力。 通过对比未来航天能源与材料的技术路径，设计创新方案并权衡性能、安全与可持续性，掌握系统思维与可行性评估方法，建构服务国家战略的理性决策与创新设计能力。 明·学习目标 3 引·新课导入 1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星——“卫星1号”被送到了外层空间。这是人类第一次冲破重力的束缚，自由自在地探测宇宙空间。 4 引·新课导入 从天宫、北斗、嫦娥到天和、天问、羲和，中国航天不断创造新的历史。 中国航天人以一次又一次的非凡突破，让中国印记闪耀星空。这些成果离不开新型材料与新型能源的应用。 5 火箭推进剂的发展历程探究 01 一、火箭推进剂的发展历程探究 探·知识奥秘 任务一：溯源·征途——火箭推进剂的发展历程探究 任务目标：通过文献研究，梳理火箭推进剂的发展脉络。 通过计算与建模，理解推进剂的化学原理与性能差异。 通过评估与辩论，形成对推进剂技术发展的辩证认知。 任务清单：活动1.1：推进剂发展“编年史”绘制 活动1.2：推进剂“能量密码”揭秘（反应与计算） 活动1.3：推进剂“性能雷达”图鉴设计 活动1.4：“固液之争”主题辩论赛 活动1.5：“我的推进剂”微观模型制作 活动1.6：任务一研究报告撰写 7 探·知识奥秘 活动1.1：推进剂发展“编年史”绘制 任务要求： ①查阅资料，梳理出至少4种关键火箭推进剂（如：液氧煤油、液氢液氧、四氧化二氮/偏二甲肼、固体推进剂）。 ②以时间轴图谱形式呈现，标注每种推进剂的广泛使用年代、主要成分（化学式）、状态（固/液）、代表火箭（如长征系列）。 ③在图谱旁用思维导图简要分析推动每次变迁的主要驱动力（技术突破、国家需求、环保要求等）。 一、火箭推进剂的发展历程探究 8 探·知识奥秘 活动1.2 推进剂“能量密码”揭秘 任务要求： ①选择2种典型推进剂（如液氢液氧、 偏二甲肼/四氧化二氮），书写其完全燃烧 的化学方程式。 ②根据方程式，计算每1kg推进剂完全 燃烧所产生的气体体积（在0℃和101kPa下）。 一、火箭推进剂的发展历程探究 气体 密度/（g·L-1） CO2 1.976 H2O 0.804 N2 1.251 O2 1.429 Cl2 3.214 一些气体在0℃和101kPa下的密度 9 探·知识奥秘 活动1.3 推进剂“性能雷达”图鉴设计 任务要求： ①选择3种推进剂，从性能、价格、安全性、储存要求、环保型五个维度进行调研和量化评分（1-5分）。 ②使用Excel或在线图表工具，为每种推进 剂绘制性能雷达图。 ③在全班范围内，将同类推进剂的雷达图 进行对比，分析其优势与劣势。 一、火箭推进剂的发展历程探究 肼类推进剂形能雷达图 10 探·知识奥秘 活动1.4 “固液之争”主题辩论赛 一、火箭推进剂的发展历程探究 未来中国航天的主力运载火箭，应优先发展固体推进剂还是液体推进剂？ 流程清晰 辩论按陈词、攻辩、自由辩论和总结陈词四环节有序进行，严格控制时间。 焦点明确 双方需围绕比冲、成本、响应速度及环保性等核心维度，用数据和原理论证。 全员参与 未上场同学组成评审团，须全程记录、量化评分，并在特定环节进行现场提问。 成果固化 赛后由特定小组整理辩论精华，形成可视化海报，供全班学习与反思。 辩 题 11 探·知识奥秘 活动1.5 “我的推进剂”微观模型制作 任务要求： ①选择一种你感兴趣的推进剂，用超轻黏土、3D打印或其他材料，制作其分子结构模型（如H2, O2, CH4, N2O4等）。 ②在模型旁附上标签，说明该分子的名称、化学式，并在推进剂中扮演的角色（氧化剂/燃烧剂）。 一、火箭推进剂的发展历程探究 12 探·知识奥秘 活动1.6 任务一研究报告撰写 一、火箭推进剂的发展历程探究 《火箭推进剂发展历程研究报告》撰写框架 1. 摘要 用200-300字概括整个报告的核心内容，包括研究背景、主要发现和最终结论。 2. 发展脉络梳理 结合活动1.1的“编年史”，以时间顺序清晰阐述推进剂的演变历程，并简述每次变迁的主要驱动力。 3. 化学原理分析 结合活动1.2的“能量密码”，展示所选推进剂的化学方程式，并从微观角度解释其能量释放的原理。 4. 性能综合对比 结合活动1.3的“性能雷达图”，系统比较不同推进剂在效率、环保、成本等方面的优劣，可插入图表。 5. 未来趋势展望 基于以上分析，结合活动1.4的辩论见解，有理有据地预测未来推进剂的发展方向。 6. 参考文献 列出你所引用的所有资料（网站、书籍、教材页码等），格式规范，体现学术诚信。 13 航天高性能材料的应用现状调查 02 探·知识奥秘 二、航天高性能材料的应用现状调查 思考 是何等铠甲，守护中国航天器遨游寰宇？ 15 探·知识奥秘 任务二：铸剑·苍穹——航天高性能材料的应用现状调查 任务目标：通过案例分析，建立航天器极端环境与材料性能需求的关联。 通过模型构建，理解不同材料在航天器各部位的具体应用。 通过测试与评估，培养严谨的材料选择与评价能力。 任务清单：活动2.1：航天器“极限挑战”环境分析 活动2.2：航天材料“履历表”填写 活动2.3：航天器“材料铠甲”模型制作 活动2.4：材料性能“实验室”探究 活动2.5：“我是材料设计师”演讲会 活动2.6：任务二调查报告撰写 二、航天高性能材料的应用现状调查 16 探·知识奥秘 活动2.1 航天器“极限挑战”环境分析 任务要求： ①查阅资料，聚焦航天器在发射、轨道运行、返回再入三个阶段面临的极端环境（如：超高温、极低温、剧烈振动、真空、强辐射等）。 ②绘制一个三栏式概念图，将每个阶段的环境挑战、对材料的性能要求（如：耐高温、高强度、低密度、抗辐射）清晰地关联起来。 二、航天高性能材料的应用现状调查 发射升空 轨道运行 返回再入 17 探·知识奥秘 活动2.2 航天材料“履历表”填写 任务要求：从金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料中各举一例，说说这些材料的主要形能有哪些，分别适用于航天器的哪些部位。 二、航天高性能材料的应用现状调查 材料类型 材料名称 材料形能 适用部位 金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料 复合材料 18 探·知识奥秘 活动2.3 航天器“材料铠甲”模型制作 任务要求： ①以小组为单位，选择一个航天器（如：火箭、卫星、月球车、空间站舱段）作为对象。 ②利用纸板、泡沫塑料、不同颜色的贴纸/颜料 等日常材料，制作该航天器的简化模型。 ③用不同颜色在模型上标注出至少4种不同类型 的材料及其应用的部位，并附上简要说明。 二、航天高性能材料的应用现状调查 19 探·知识奥秘 活动2.4 材料性能“实验室”探究 任务要求： ①设计小实验，对比2-3种常见材料（如：铝片、不锈钢片、碳纤维板、普通塑料片）的导热性、强度/韧性、耐腐蚀性（可选）。 ②导热性：在材料一端加热，用温度传感器或手触感比较热量传递速度。 ③强度/韧性：在材料中间悬挂重物，观察其形变或断裂的难易程度。 ④记录实验现象，分析数据，得出结论。 二、航天高性能材料的应用现状调查 20 探·知识奥秘 活动2.5 “我是材料设计师”演讲会 任务要求： ①每组选择一种航天材料（如：钛合金、碳纤维复合材料、陶瓷基复合材料、气凝胶）。 ②扮演“材料设计师”，准备一份3分钟的演讲稿和辅助PPT。 二、航天高性能材料的应用现状调查 材料简介 典型应用部位 一个有趣的科普知识点 选择该材料的理由 核心性能 21 航天能源与材料方案设计与展望 03 探·知识奥秘 三、航天能源与材料方案设计与展望 思考 怎样的创新，能引领中国航天驶向更远的深空？ 23 探·知识奥秘 任务三：创想·未来——航天能源与材料方案设计与展望 任务目标：通过综合评估，提出面向未来的航天能源与材料创新方案。 通过辩论与反思，提升批判性思维与社会责任感。 任务清单：活动3.1：“火星基地”能源与材料需求分析 活动3.2：“未来航天”创新方案设计 活动3.3：“绿色航天”可行性论证会 活动3.4：航天科普创作与传播 活动3.5：我的航天实践反思报告 二、航天高性能材料的应用现状调查 24 探·知识奥秘 活动3.1 “火星基地”能源与材料需求分析 三、航天能源与材料方案设计与展望 🚀 你的使命 你被任命为2050年中国火星基地的首席科学家。请立即召开科学委员会，分析并确定基地建设与运行所必需的能源与材料。 🚀 核心任务 绘制一张火星基地生存需求思维导图。 25 探·知识奥秘 三、航天能源与材料方案设计与展望 📝 你的工作清单 第一步：环境评估 - 查阅火星环境资料（温度、大气、辐射等），明确我们面临的挑战。 第二步：需求规划 - 绘制思维导图，中心为“火星基地需求”。 一级分支1：能源需求 (例如：生命维持系统、环境温控、科学实验、漫游车充电) 一级分支2：材料需求 (例如：居住舱结构、宇航服、辐射防护层、就地资源利用设施) 第三步：细化论证 - 对每个子需求进行简要说明，解释为何它是必不可少的。 26 探·知识奥秘 活动3.2 “未来航天”创新方案设计 三、航天能源与材料方案设计与展望 发布你的“深空开拓”计划 📢 设计征集令 未来概念局现面向全球征集创新方案！请选择一个深空探测任务： [ ] 长期月球科研站  [ ] 小行星采样返回  [ ] 木星探测器 [ ] 光帆星际航行 [ ] 其他：______ 27 探·知识奥秘 三、航天能源与材料方案设计与展望 📢 你的方案必须包括 01 02 03 04 简明扼要地阐述你的任务核心。 任务目标 设计并图解你的能源方案（如：空间核反应堆、高效柔性太阳帆、基于氦-3的聚变装置等），并说明其原理与优势。 能源系统 列出至少两个关键部位（如：探测器外壳、发动机喷管、辐射防护罩）所需的创新材料，并阐述选择理由。 关键材料 用一段话总结你的方案最具革命性的创新点。 创新宣言 28 探·知识奥秘 活动3.3 “绿色航天”可行性论证会 三、航天能源与材料方案设计与展望 反方（4人） 正方（4人） 核心议题：未来深空探测的主力能源，是核能还是太阳能？ 论证焦点：请双方围绕 能量密度、环境稳定性、技术成熟度、安全风险、全周期成本五个核心维度，提供数据与案例进行论证。 论证“核能”应成为主力。 论证“太阳能”应成为主力。 议事员（全体其他同学）：担任评审团，负责聆听、记录、提问与裁决。 29 探·知识奥秘 活动3.4 航天科普创作与传播 核心任务：选择一种你擅长的形式，创作并传播航天知识。 三、航天能源与材料方案设计与展望 撰写一篇科普文章，或一篇关于未来能源/材料的微型科幻小说。 赛道一：文字大师 创作一幅主题鲜明的科普海报，或一组幽默易懂的四格漫画。 赛道二：视觉设计师 制作一个1-2分钟的科普短视频，生动讲解一个你学到的知识点。 赛道三：新媒体达人 30 探·知识奥秘 活动3.5 我的航天实践反思报告 航天任务日志：记录我的成长航迹。 三、航天能源与材料方案设计与展望 反思维度 引导性问题 角色与行动 在本次跨学科实践中，我扮演了哪些角色？具体完成了哪些工作？ 收获与成长 我最大的收获是什么？（是新的知识、更强的能力、不同的思维方式，还是更新的观念？） 挑战与突破 我遇到了哪些困难？是如何尝试去解决它们的？ 认知与联结 现在，我对“化学”在航天事业中的作用有了哪些全新的、更深的理解？ 规划与展望 我将如何把这次实践的收获（知识、技能、感悟）应用到未来的学习与生活中？ 31 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源 火箭推进剂的发展历程探究 航天高性能材料的应用现状调查 理·核心要点 航天能源与材料方案设计与展望 32 练·技能实战 1.2025年4月24日是我国第十个航天日。我国空间站的建设、载人飞船和月球探测器的成功发射等，向世界展示了我国的航天实力。 (1)空间站实验舱使用的太阳能电池中含有镓元素。镓属于___________(填“金属”或“非金属”)元素。 (2)空间站核心舱内的气体组成和地球上空气的组成基本一致，其中能供给呼吸的气体是_________________。 (3)长征七号运载火箭的推进剂是液氧和煤油，构成液氧的微观粒子是_________________(填粒子名称)。 (4)嫦娥六号完成世界首次月球背面采样和起飞。带回的没有接触过大气的原始月壤可被保存于充氮密封手套箱中，用氮气密封的原因是_______________________。 金属 氧气 氧分子 氮气化学性质稳定 33 练·技能实战 2.镓在航天领域有重要的应用价值。如图是元素周期表中镓元素的信息。下列说法正确的是 A．镓属于非金属元素 B．镓原子核内中子数为31 C．镓的相对原子质量为 D．一个中含有的电子数为28 D 34 练·技能实战 3.月球探测器的成功发射，是我国航天事业的又一伟大成就。下列月球探测器部件所用的材料中，其主要成分属于合成材料的是 A．高纯度铜天线 B．聚酰亚胺塑料国旗 C．晶体硅(Si)电池板 D．铝合金摇臂，镁合金轮毂 B 35 练·技能实战 4.如图为我国研制的大推力循环氢氧发动机工作原理的微观模拟示意图。 ①液态燃料和助燃剂从储存室进入燃烧室气化后 体积变大的微观解释：________________________。 ②燃烧室发生反应的化学方程式为 ______________________________________________。 ③从绿色化学的角度分析，使用该氢氧发动机的 优点是_______________________________________。 微粒间隙增大 燃烧产物是水，不会污染环境 2H2+O₂ 2H2O 点燃 36 练·技能实战 5.北斗系统的全面建成彰显了中国航天的力量。在航天科技中运用了大量金属材料，下列有关金属材料的说法正确的是 A．纯金属的熔点一般比它们组成合金的熔点更低 B．金属单质在常温下都是固体 C．钛和钛合金被广泛应用于火箭、导弹等 D．合金中一定只含金属元素 C 37 练·技能实战 6.2024 年4月25 日，我国在酒泉卫星发射中心，成功发射神舟十八号载人飞船。航天所用的燃料之一为液氢，关于这种燃料的说法错误的是 A．液氢是高能燃料且燃烧后的产物无污染 B．燃烧产生淡蓝色火焰 C．热值高、推力大 D．贮存、运输和加注都容易 D 38 THANKS! 谢谢观看 九年级化学 全一册·沪科版五四学制2024 $