第一章 问题研究《火星基地应该是什么样子》课件2025-2026学年高中地理人教版必修一

01学习目标 02重点难点 03课堂导入 04火星的基本概况 05火星基地建立的条件 06火星基地的设计 07航天历程 08课堂练习 09课后作业 目录 01学习目标 1.了解火星表面的自然状况，探究人类定居火星的条件与风险，增强科学精神和创新意识。 2.结合材料,理解航天发射基地、回收基地需要具备的条件。 3.应用地球的宇宙环境等所学知识,结合“知识拓展”提供的资料,加深对“行星地球的特殊性”的理解,强化环境保护意识。 4.结合材料,了解我国四大航天基地的分布和条件。 学习目标 02重点难点 重点难点 重点 火星的地貌特征和基本概况 火星基地建立的条件 火星基地的设计要求和基本功能区 难点 火星存在生命的因素与火星环境研究基地建设的意义 航天基地的分布和条件 03课堂导入 课堂导入 人类对火星的探索 课堂导入 虽然科技发展日新月异，但人类面临的命运却十分脆弱，我们面临的重大自然灾难除了地震、火山、海啸外，还包括小天体撞击、地球磁极倒转、超新星爆发、超级太阳风暴等。生命体即使庞大如恐龙，也能在一夕间灭亡殆尽。因此，人类必须保持足够的危机感和紧迫感。 然而，在可预见的将来，人类还不具有飞出太阳系的能力。在太阳系范围内，只有火星环境最适宜生命生存，是我们移居外星球的首选目标。虽然我们在太阳系中探索木卫二和土卫六等天体，在太阳系外搜索系外行星，但这些任务的主要目标是探测这些天体上的生命信息，而非为人类提供未来的移居地。 课堂导入 在太阳系中，火星被认为是除地球外最适合人类居住的星球。 课堂导入 从20世纪60年代开始，人类向火星发射探测器，开启了火星探测之旅。科学家设想在火星上建立人类定居点。假设技术能够解决目前所有的难题，可以顺利将人送到火星，那么建立一个火星基地需要满足哪些条件呢? 04火星的基本概况 人们通过哪些方法探测火星？ 肉眼观测 使用望远镜 利用航天器探测 火星的基本概况 火星的基本概况 收集资料，了解火星表面的自然状况。 分析火星基地应具备的基本的生命保障条件。 收集资料了解人类目前在生物圈研究领域的成就。 分析火星基地的基本功能，绘制构想图。 火星的基本概况 火星概况 火星因表层土壤中富含铁元素，具有红色的外表，被称为“红色行星”。火星大气稀薄，二氧化碳含量达95%以上。火星表面温差很大，赤道地区夏季白天温度为21℃，到了夜晚能降至-73℃。火星表面遍布尘埃，常年有大风，沙尘暴往往能持续数周。 从太空拍摄的火星照片显示，火星表面有干涸的河床，这表明火星上曾经存在过液态水。科学家据此推测火星表面曾有比现在更厚的大气层，温度也更高，这样才能保证液态水的存在。火星的两极覆盖着由干冰和冰组成的冰盖。科学家检测了火星探测器采集的火星土壤样本，发现火星土壤中含有少量的水分子。近期的研究发现，火星中纬度地区地表之下埋藏着大量的冰,火星南极冰盖下蕴含着大量的液态水。 火星的基本概况 【资料分析】 1.火星上是否具备人类生存的条件? 2.若在火星上生存，需要改造哪些环境条件? 火星的基本概况 火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石、陨石遍布且没有稳定的液态水体（2015年9月28日，美国宇航局公布火星上有少量的水）。（土壤、水） 二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷。（大气、温度） 沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。（大气环境） 火星两极皆有水冰与干冰组成的极冠会随着季节消长。（水、温度） 火星（Mars）是太阳系八大行星之一，是太阳系由内往外数的第四颗行星，属于类地行星。(火星在太阳系中的位置)” 直径约为地球的53%，质量为地球的11%，表面重力约为地球的2/5。自转轴倾角、自转周期均与地球相近，平均火星日为24小时39分35.244秒，公转一周约为地球公转时间的两倍。(火星的体积、质量及运动特性） 火星橘红色外表是地表的赤铁矿（氧化铁）。（矿产） 火星的基本概况 火星 ” 火星的基本概况 2014年12月，包括中国科学家在内的国际研究团队的科学家们在一块火星陨石中发现了碳颗粒，并证明了这种碳颗粒是有机物质，而且认为这种有机物质有可能是生物形成的。 05火星基地建立的条件 1.分析火星适宜人类生存的条件 火星也围绕着太阳运行，宇宙环境安全 火星到太阳的距离与地球接近，自转轴倾角、自转周期均与地球相近 有大气层 有不同形态的水体 火星基地建立的条件 2.分析火星不适宜人类生存的条件 大气：火星大气层极稀薄，缺乏人类呼吸的氧气。 温度：火星表面昼夜温差极大，平均温度为-55℃，大部分地区四季严寒 液态水：严寒的气温无法存在低盐液态水 恶劣的环境：火星上经常有非常严重的超级大沙尘暴，没有食物来源，宇宙射线强烈 火星基地建立的条件 3.若在火星上生存，需要改造哪些环境条件？ 适合人类呼吸的大气 适宜的温度条件 可以饮用的液态水 要有生产太阳能所需的充足阳光，能够使空间站获取足够多的能源 防御宇宙射线的辐射 火星基地建立的条件 地球 火星 有无大气层 有 稀薄 大气成分 氮、氧为主 二氧化碳为主（95%以上） 昼夜温差 小 大 有无食物 有 无 液态水 有 无，有冰 地表环境 大部分地区植被茂盛 地表尘埃遍布，大风、沙尘暴 火星上是否具备人类生存的条件? 火星基地建立的条件 2020年7月23日，长征五号遥四运载火箭托举着中国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场点火升空。火箭成功将探测器送入预定轨道。天问一号探测器将在地火转移轨道飞行约7个月后，到达火星附近，通过“刹车”完成火星捕获，进入环火轨道，并择机开展着陆、巡视等任务，进行火星科学探测。 火星基地建立的条件 天问一号配备的火星车 火星1号基地，是一处通过火星生存场景模拟、实体建筑仿制、科幻造境等方式打造的火星主题实景体验基地 。 火星基地建立的条件 火星1号基地位于甘肃省金昌市金川区，其戈壁地貌、红色岩体等显著性地形地貌及自然条件与火星较为类似，是“太空C计划”重要组成部分。 火星1号基地打造了3大体验中心、4大主题内容以及30+项沉浸式体验项目，通过火星生存场景模拟、实体建筑仿制、科幻造景等手段形成了完整的沉浸式航天体验设施和科普、研学体系，构建了多元新业态火星生活场景，成为中国首个火星主题沉浸式实景体验基地。火星1号基地已获批成为甘肃省级科普教育基地、全国中小学生科普教育基地。 火星基地建立的条件 建造火星基地需要考虑的问题 1.长期失重：将造成肌肉萎缩、钙流失、肾脏负担增大、体液转移等问题，为减小失重的影响，基地上会配备各种锻炼设施，或者制造人工重力。 火星基地建立的条件 建造火星基地需要考虑的问题 2.辐射防护：火星表面上的辐射环境远比近地轨道飞行恶劣，特定条件下(如大规模太阳粒子爆发)可能对航天员的生命和健康构成威胁。目前想到的防护措施包括加厚舱壁、药物防护、制造掩体、制造等离子场、选拔辐射敏感度不高的航天员等。 火星基地建立的条件 建造火星基地需要考虑的问题 3.生活物资保障：受控生态生保系统似乎是不错的选择，可以让水和空气循环使用，再加上种植植物和养殖动物给航天员补充营养。还有食品的种类和口感能否满足需要，生食品如何加工，洗浴洗衣如何进行，废弃物如何处理和再生利用。 火星基地建立的条件 06火星基地的设计 火星基地的设计 绿航星际 为开展载人航天深空探测提供技术储备，为人类星际旅行和地外居住创造保障条件，我国科学家研发了“绿航星际”这一受控生态生保系统集成试验平台。该试验平台由植物舱、乘员舱、生保舱和资源舱组成。它基于生态学原理，通过动植物培养、废水废物处理、大气调控等多个功能单元的协作，以实现封闭环境内的大气、水和食物的循环再生，建立适合人类长期驻留的生命和健康保障体系，减少地面物资补给需求。 2016年12月14日，4名志愿者结束了为期180天的密闭试验。舱内系统实现了志愿者所需氧气、水以及部分食物的再生式供应。该次试验为我国空间站任务提供了有力的技术支持，也为未来地外星球基地生命保障技术的预先研究打开了新局面。 火星基地的设计 “绿航星际”实验平台在模拟什么？ 封闭环境内的大气、水和食物的循环再生，恰好就是在模拟地球表层大气圈、水圈、生物圈。如火星并不具备人类生存的条件，可以尝试制造人造可循环的封闭环境。 火星基地的设计 “绿航星际”试验对火星基地的建设能提供哪些参考? 可以为火星基地的形态、功能、防护等方面提供一定的参考。火星并不具备人类生存的条件，所以制造可循环的封闭环境，对于实现人类在火星生存的愿望显得尤为重要。“绿航星际”和“生物圈2号“基于生态学原理，实现封闭环境内的大气、水和食物的循环再生，为未来火星基地的建设提供了很好的模拟实验，为人类走向火星打开了新局面。 火星基地的设计 生物圈Ⅱ号——美国微型人工生态循环系统 1991年9月26日，美国历时8年在建成的全封闭式人工模拟生态系统：热带雨林、灌木林、草地、淡水沼泽、海水湿地、沙漠、深海（珊瑚礁等）、农田、楼房（包含人工风雨装置），只有阳光可以照射进去，引进物种3800多个、有4男4女住进，希望在这里可以获得（产生）足够的食物、水和空气，供这8位科学家生活2年。 火星基地的设计 火星基地的基本功能区——登陆区 火星的表面，像地球表面一样，崎岖不平，有山脉、有平原、有峡谷，只是没有像地球上一样有海洋。未来建立火星基地，面临的第一个问题就是如何使人员和航天器安全登陆火星，因此登陆区的建设要求就是保证航天器安全着陆，保证登陆人员安全。 火星基地的设计 火星基地的基本功能区——居住区 人类要想在火星上立足，最大的挑战是如何开发出适合人类生活的居所。这个居所需要使用火星自身拥有的资源，如水冰、土壤、太阳能等来支撑生物的生存。设计居住区需要注意以下几点： ①能为人类提供氧气、水、食物以及所需的燃料等。 ②要有完善的住宅、公共服务设施，并且有宜人的居住环境。 ③居住区的用地布局要合理，公共建筑与住宅有方便的联系；各项公共服务设施的规模和布局恰当，方便居民使用。 ④居住区内有完善的给水与排水以及供暖系统，居住区内空气新鲜洁净，无有害气体与烟尘污染，日照充足，通风良好，无噪声等。 ⑤对预防火灾、地震、沙尘暴等灾害有周密的考虑，创造安全的居住环境。 ⑥居住区应赏心悦目，景观有特色，建筑空间应富有变化，色调和谐统一。 火星基地的设计 火星基地的基本功能区——科研区 科研区的建设需要满足以下要求： ①科研区与生活区分开； ②减小科研区的温差，以保证设备安全运行(因为火星温差太大，所有的研究设备都要面临极端的考验)； ③有先进的安全防护措施，保证科研人员以及信息的安全。 火星基地的设计 火星基地的基本功能区——能源区 由于火星几乎没有云层，这里的太阳能资源非常丰富。 07航天历程 航天历程 目前世界上只有中国在内的10个国家拥有航天器发射场。航天发射基地负责航天器发射、定位、监控和管理。由于航天装备体积巨大、航天器发射波及范围广、航天零件产地分布广、航天科研保密程度高，因此对航天发射基地的选址有较高要求。每一次航天器发射燃料消耗巨大，天宫一号火箭发射消耗燃料450多吨，因此降低发射成本是航天发射基地选址的重点要求之一。 天宫空间站——中国国家级太空实验室 航天历程 我国航天基地分布 航天历程 我国航天基地选址区位因素 纬度因素 海陆位置因素 地形、地质因素 纬度低、地球自转线速度大，可以节省燃料和成本， 大陆内部气象条件好，隐蔽性强，人烟稀少，安全性强； 地势平坦开阔，易于跟踪观测；地势高，地球自转线速度较大；地质条件稳定，有利于基地建设。 气象、气候因素 交通因素 安全因素 晴天多，风速小、大气污染轻、湿度低的地区，有利于卫星的发射和跟踪。 便利的交通条件，有利于大宗物质的运输。 出于国防安全的考虑，航天基地多建于山区、沙漠等人烟稀少的地区， 航天历程 航天返回基地选址条件 地势平坦，视野开阔，便于搜救； 地质条件好，着陆点安全稳定； 气候干旱，多晴朗天气，空气能见度高，便于观察； 无大河、湖泊，少森林； 人烟稀少，有利于人群的疏散。 航天历程 总结 随着世界人口的激增、人类科技水平的不断提升，地球资源环境问题日渐凸显。寻找人类的另一家园，既有研究价值，也有很重要的现实意义。 这一章我们研究的主要就是人类生存的环境，从宇宙环境到地球环境，从地质历史时期到现今人类的生存环境。希望大家能够正确认识人类生存环境，更好地理解“环境”这个词的地理学意义。 航天历程 08课堂练习 课堂练习 1.火星是地球的近邻之一，我国古代将它称为“荧惑星”，位于太阳系生命宜居带范围内，是未来地球人移民太空的理想场所。阅读图文材料，回答下列问题。  材料一“天问一号”探测器经历 202天的奔火飞行，于2021年5月15日成功着落火星，祝融号火星车开展巡视探测。2023年4月28日国家航天局和中国科学院联合发布了中国首次火星探测火星全球彩色影像图和着陆点附近大量的地理实体图（如图），将为开展火星探测工程和火星科学研究提供质量更高的基础底图。 中国首次火星探测火星全球影像和部分地理实体图 课堂练习 材料二  火星和地球部分数据表   火星 地球 平均直径 6790千米 12742千米 平均密度 393克/厘米3 5.518克/厘米3 表面平均温度（平均） -60℃ 15℃ 昼夜温差（平均） 100℃左右 10—20℃ 干洁大气成分 二氧化碳占95% 氮气占78%，氧气占21% 大气密度 0.07 1 课堂练习 (1) 地球日落时常常霞光满天，是因为低层大气中的水滴、灰尘等颗粒较大，太阳可见光中的红光、橙光被______（选填：反射/散射/吸收）较多，出现“霞光”。但在火星上看到的却是蓝色日落，其原因是火星的大气中漫天沙尘______（选填：反射 /散射/吸收）掉了太阳光中红光、橙光。 (2) 近几十年来，地球气候变暖是因为大气中的二氧化碳比重越来越大。火星大气中二氧化碳比重远大于地球，但火星的平均温度远低于地球，昼夜温差则大于地球，主要原因是____________________。 (3) 火星影像图显示，火星表面沙丘、砾石遍布，类似地球上的________（选填：风成/喀斯特）地貌。火星土壤与地球土壤的组成物质中，都有丰富的_______（选填：有机质/矿物质）。 (4) 我国宇航员到在太空运行的“天宫一号”顺利出差，主要是因为“天宫一号”内建有一套生命保障系统。结合地球演化历史，简述如何在火星上创造适合人类生存的生命保障系统。 散射 吸收 火星大气密度非常小 风成 矿物质 课堂练习 【小题4答案】氧气、液态水、食物和循环生态系统是生命生存的基本要素。人类想要在火星生存，需要在火星建设生命保障系统的基地，在这个人造系统里，要有与地球上类似的温度、湿度、气压、饮用水、可供呼吸的空气、食物等生命生存所需要的基本元素。火星基地上使用的生命保障系统，应随基地发展阶段的不同而不同。在初期，该生命保障系统是非再生式的，基地消耗的氧气、水和食物，要依靠地球补充供应。在后期，该生命保障系统是再生式的，即基地的氧气、水、食物，都要靠自身的密闭循环处理和绿色植物的光合作用来就地解决。 课堂练习 【解析】1. 本题考查大气的受热过程，旨在考查学生获取和解读信息的能力，准确获取材料信息是解答本题的关键。大气通过吸收、反射、散射, 对太阳辐射起削弱作用。早晨和黄昏, 太阳光斜射穿过大气层, 低层大气中水滴、灰尘等颗粒较大,红、橙光散射较多,出现“霞光”。火星上经常沙尘蔽日,沙尘里的颗粒物吸收了太阳光中波长更长的红光,导致红光减少, 所以太阳看起来是蓝色的。 2. 本题考查大气的受热过程，旨在考查学生获取和解读信息的能力，准确获取材料信息是解答本题的关键。二氧化碳等温室气体具有温室效应。但火星上大气密度非常小,大气吸收火星表面的辐射少,大气逆辐射也弱,保温作用差, 二氧化碳的温室效应极低, 所以火星的平均温度远低于地球、昼夜温差大于地球。 3. 本题考查火星的地貌特征，旨在考查学生获取和解读信息的能力，准确获取材料信息是解答本题的关键。沙丘是沙漠的基本形态之一, 是在风力沉积作用下形成的, 属于风成地貌中的风积地貌; 喀斯特地貌是在流水溶蚀作用下形成的, 地表崎岖是其典型特征.火星和地球都是由岩石组成, 土壤的矿物质直接或间接来自岩石的风化物。土壤有机质包括动物和植物的残体, 以及其经过微生物作用形成的腐殖质, 地球有生物存在, 但火星上没有, 故火星土壤中没有有机质。 4. 本题考查火星上创造适合人类生存的生命保障系统的方法，旨在考查学生获取和解读信息的能力，准确获取材料信息是解答本题的关键。地球的特殊之处,是其为太阳系中目前已知的唯一有生命存在的天体,这与地球所处的宇宙环境及自身条件密切相关。地球公转、自转运动、所处的宇宙环境、与太阳距离等, 与其火星相比, 有相似的地方, 这是火星成为未来地球人移民太空的理想场所的原因.但火星大气成分、密度与地球差异巨大, 气压低, 缺乏氧气、液态水, 缺乏其他生物, 无法为人类提供食物.在火星上创造人类的生存条件, 就是人为营造地球环境。目前地球环境状况, 是地球在漫长的演化过程中逐步形成的, 故在火星生命保障系统初期, 基地消耗的氧气、水和食物, 要依靠地球补充供应, 但火星与地球相距遥远, 太空运输成本太大,因此, 在后期, 该生命保障系统应该是再生式的, 确保人类可以永居火星。 课堂练习 材料一在太阳系中，火星环境与地球环境最为相似，因此人类首先选择火星作为探索生命起源和进化的行星。下表示意火星与地球的部分资料对比，甲图为行星科学家在北半球上建立的火星环境研究基地，乙图为青海省茫崖市冷湖火星营地所在地地貌景观图。 材料二2019年4月17日，中国首个根据真实航天逻辑打造的“火星1号基地"在甘肃省金昌市正式开营。该项目由金昌市与中国航天员科研训练中心、金昌星辰宇宙文化旅游投资有限公司深度合作建设，整体规划面积 67 km², 核心建设区5 km²，总投资25.22亿元。 课堂练习 行星 质量（地球为1） 体积（地球为1） 大气密度（地球 为1） 公转周期 自转周期 黄赤交角 与日平均距离（ 106 km） 平均温度（° C） 地球 1 1 1 1 年 23时 56分 23°26' 149.6 15 火星 0.11 0.15 0.01 1.9 年 24时 37分 23°59' 227.9 -55 课堂练习 （1）根据材料一分析火星上可能存在生命的推测依据。 （2）青海省茫崖市冷湖火星营地所处地区因与火星地貌特征极其相似，被誉为“地球上最不像地球的地方”，简述其地貌形成的地质作用过程。 （3）“火星1号基地”建设的主要意义。 课堂练习 【答案】25．(1)火星与太阳的距离与日地距离相差不大，温度不会太低；火星、地球自转周期比较适中，温度变化不大 ;具有大气层 (2)河流湖泊堆积，地壳抬升，风化、风力侵蚀 (3)发展旅游业,促进经济发展;增加就业;作为科研基地;成为教育基地 【解析】【分析】本大题以火星与地球的部分资料、火星1号基地等为材料设置试题，涉及天体、地貌等相关内容（知识点），考查学生对材料解读与分析能力、有效信息的提取能力，提高相关知识的迁移应用素养。 【详解】（1）生命存在的条件，需要适宜的温度，火星与太阳的距离与日地距离相差不大，温度不会太低；同时生命需要有可呼吸的大气和适宜的温差，火星与地球的自转周期比较适中，温差较小，并且火星体积适宜，存在大气层。 （2）青海茫崖市冷湖火星营地所处地区拥有中国最大最典型的雅丹地貌群。独特的地形地貌、自然风光、气候条件与火星表面极其相似。地貌的形成是内外力共同作用下形成。据图乙可知，该地貌的形成先是河流湖泊堆积，后地壳抬升，然后外力风化、风力侵蚀作用形成。 （3）火星1号基地”具备一系列体验式、趣味性、可传播的研学方式，将科研、科普、文旅有机结合，旅游业的发展，促进就业、拉动经济发展，让更多人而不仅仅是科学家，体验到航天探索的乐趣，成为教育基地。 09课后作业 课后作业 1. 阅读教材，复习本节课的内容。 2. 完成课后练习题，包括选择题、判断题和简答题。 3. 查阅资料，设计一个火星基地。 设计火星基地的基本功能 能够和地球保持方便的通信联系； 能够为火星基地与地球之间的物资运输提供最大的方便； 有良好的光照条件，可以充分利用太阳能； 火星基地应具有生产，生活，科研的功能，应在最大程度上实现自给自足！ 周围有丰富的资源，能满足研究和利用的需要； 能满足科学研究的需要； 课后作业 结束 Lavf56.40.101 Packed by Bilibili XCoder v1.0 Lavf56.15.102 $