跨学科实践活动10 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用教案-2025-2026学年九年级化学人教版下册

《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 教案 一、基本信息 适用学段：九年级 对应学科：化学（跨学科实践） 课时安排：1课时 课标依据：《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》跨学科实践要求，融合物理“物质的属性、能量转化”、化学“金属材料、高分子材料、燃烧与能源”等核心知识点 二、核心素养目标 1.科学观念：理解新型材料（金属材料、高分子材料等）的性质与航天应用的关联，掌握航天能源的类型、能量转化规律，形成“物质性质决定用途、能量转化支撑技术”的科学认知。 2.科学思维：通过分析航天材料、能源的选择逻辑，提升信息检索、归纳推理与跨学科整合能力，能基于证据分析不同推进剂、材料的优缺点。 3.探究实践：完成资料查阅、信息整理、示意图绘制、未来产品设计等实践任务，掌握跨学科调查研究的基本方法，提升动手与创新设计能力。 4.态度责任：了解我国航天事业的辉煌成就，增强民族自豪感与科技自信，树立“科技强国”的责任意识，激发对航天科技的探索兴趣。 三、教学重难点 重点：航天产品常用新型材料的种类、特点与应用；航天能源的类型、特点与能量转化。 难点：结合物质性质、能量知识分析航天材料与能源的选择逻辑；完成未来航天产品的创新设计。 四、教学准备 1.多媒体资源：我国航天工程（神舟、嫦娥、北斗等）相关视频、航天产品实物/结构图片、材料与能源科普资料。 2.学习工具：学案（含资料检索指引、表格模板）、绘图工具、笔记本。 3.分组安排：4-5人一组，明确分工（资料检索员、记录员、绘图员、汇报员）。 五、教学过程 航天成就回顾与材料、能源基础调查 （一）情境导入 播放我国“神舟”问天、“嫦娥”揽月、“北斗”指路、“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰等航天工程辉煌成就短视频，提问：“我国航天事业飞速发展，离不开新型材料和新型能源的支撑。这些航天产品用了哪些特殊材料？靠什么能源提供动力？今天我们就通过跨学科实践，一起探索航天科技中的材料与能源奥秘。” 明确本次实践活动的目标：了解新型材料、新型能源在我国航天科技领域的应用，深化对物质性质与应用、能量转化的认识，形成创新意识，树立民族自豪感。 （二）任务一：了解我国宇航产品的基本情况 1.任务要求：查阅资料，了解我国宇航产品的发展、种类和主要用途，尝试绘制包含这些信息的示意图。 2.教师引导：梳理我国宇航产品核心类别，提供基础资料框架，指导学生分类整理信息。 3.学生活动：分组检索资料，完成信息整理，绘制基础示意图。 4.成果梳理（表格）： 宇航产品类别 代表型号 主要用途 载人飞船 神舟系列 航天员天地往返、空间科学实验 月球探测器 嫦娥系列 月球探测、采样返回、深空探测技术验证 全球卫星导航系统 北斗系列 全球定位、导航、授时服务，民用与国防应用 火星探测器 祝融号 火星表面巡视探测、火星环境研究 太阳探测卫星 羲和号 太阳空间探测、太阳物理研究 空间站核心舱 天和号 中国空间站核心舱，航天员长期驻留、空间实验平台 暗物质粒子探测卫星 悟空号 暗物质探测、宇宙线研究 （三）任务二：了解宇航产品的材料选择 1.任务要求：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；根据调查的材料信息完善示意图。 2.教师引导：结合化学“金属材料、高分子材料”知识点，讲解材料性能（耐高温、耐腐蚀、轻量化、高强度等）与航天需求的关联。 3.学生活动：分组检索资料，分析不同部件的材料选择逻辑，完善表格与示意图。 4.成果梳理（表格）： 宇航产品部件 材料类型 代表材料 核心特点 航天应用价值 主体结构 金属材料 钛合金、铝合金、镁合金 高强度、低密度、耐高温、耐腐蚀 减轻航天器重量，提升结构强度，适应太空极端环境 外部涂层 特种高分子 / 无机涂层 聚酰亚胺基隔热涂层、陶瓷热障涂层 耐高温、隔热、防辐射、抗氧化 抵御再入大气层时的高温，隔绝太空冷热交替环境 功能部件（密封、绝缘） 高分子材料 氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯 耐高低温、密封性能好、绝缘性强 保障舱体密封、电路绝缘，适应太空极端温度 防热部件 复合材料 碳纤维增强树脂基复合材料、碳 - 碳复合材料 超高强度、超耐高温、轻量化 航天器返回舱防热，承受数千摄氏度高温 （四）课堂小结 总结本节课核心内容：我国宇航产品的类别与用途，航天材料的类型、特点与应用逻辑，布置课后任务：完善示意图，预习航天能源相关知识。 航天能源分析与未来产品设计 （一）复习回顾 回顾上节课航天材料的核心知识点，提问：“航天器的动力和工作能源来自哪里？不同推进剂有什么特点？”引出本节课任务。 （二）任务三：了解宇航产品的能源选择 1.任务要求： （1）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。 （2）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。 （3）根据调查的能源信息进一步完善示意图。 2.教师引导：结合化学“燃烧与能量”、物理“能量转化”知识点，讲解推进剂的化学原理、太阳能的能量转化逻辑。 3.学生活动：分组检索资料，分析能源特点，完善表格与示意图。 4.成果梳理（表格）： （1）火箭推进剂对比 推进剂类型 代表推进剂 核心特点 适用场景 液体推进剂 液氧 + 煤油、液氧 + 液氢、四氧化二氮 + 偏二甲肼 推力大、可调节、可多次启动、比冲高 运载火箭芯级、上面级，载人航天发射 固体推进剂 复合固体推进剂（端羟基聚丁二烯等） 结构简单、发射准备快、可靠性高、推力大 火箭助推器、导弹武器、小型运载火箭 固液混合推进剂 固体燃料 + 液体氧化剂 兼顾固体的可靠性与液体的可调节性 小型运载火箭、探空火箭 （2）航天器工作能源对比 航天器类型 主要能源 能量转化 核心特点 人造卫星（近地 / 地球同步轨道） 太阳能（光伏电池） 太阳能→电能 清洁、可持续、轻量化，受光照影响，需配备储能电池 宇宙飞船 太阳能 + 化学电池（锂离子电池） 太阳能→电能；化学能→电能 兼顾长期在轨与短期大功率需求，保障航天员生命系统 空间探测器（深空探测） 放射性同位素热电发生器（RTG）+ 太阳能 核能→热能→电能；太阳能→电能 深空无光照环境下持续供电，可靠性高，寿命长 空间站 大型太阳能帆板 + 储能电池 太阳能→电能；化学能→电能 大功率持续供电，保障航天员驻留、空间实验、设备运行 （三）任务四：设想航天科技领域中未来的新型材料和能源 1.任务要求：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，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。 2.教师引导：介绍前沿研究方向（如石墨烯基复合材料、气凝胶、可控核聚变能源、空间太阳能电站等），启发学生创新设计。 3.学生活动：分组讨论，完成未来宇航产品设计，绘制标注图。 （四）展示与交流 1.小组汇报：展示最终形成的示意图，总结宇航产品在材料和能源选择时的一般思路；介绍设想的未来宇航产品，说明设计思路。 2.全班交流：讨论未来航天科技领域新型材料和能源可能的发展方向，教师点评总结。 3.核心思路梳理： 材料选择思路：以航天需求为核心，匹配材料性能——优先满足轻量化、高强度、耐高温、耐腐蚀、防辐射等极端环境要求，同时兼顾成本与工艺性。 能源选择思路：以任务场景为依据，保障能量供应——近地任务优先太阳能，深空任务优先核电源，动力任务优先高比能推进剂，兼顾可靠性、可持续性与安全性。 （五）课堂总结与升华 总结本次跨学科实践活动的核心内容，回顾我国航天成就，强调新型材料与能源是航天科技的核心支撑，鼓励学生努力学习科学知识，未来为我国航天事业贡献力量，升华民族自豪感与科技自信。 六、板书设计 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用 1.我国宇航产品：神舟、嫦娥、北斗、祝融、羲和、天和、悟空等 2.航天材料： 金属材料：钛合金、铝合金（高强度、轻量化） 高分子材料：聚酰亚胺、氟橡胶（密封、隔热） 复合材料：碳纤维、碳-碳材料（耐高温、高强度） 3.航天能源： 火箭推进剂：液体（液氧+液氢）、固体、固液混合 工作能源：太阳能、化学电池、核电源（RTG） 4.未来方向：新型复合材料、可控核聚变、空间太阳能 七、作业布置 1.完善本次实践活动的所有示意图与表格，整理成完整的实践报告。 2.撰写一篇短文，介绍一款你感兴趣的航天材料或能源，说明其原理、应用与发展前景（300字左右）。 3.拓展任务：查阅资料，了解我国在航天新型材料、能源领域的最新突破。 数理化word 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $