2.4 空间探索 第1课时 讲义 2026-2027学年浙教版科学八年级上册

本讲义聚焦空间探索核心知识点，从人类探索太空历程（如万户、凡尔纳贡献）切入，通过气球实验理解力的相互作用，进而阐释火箭原理，再到多级火箭结构与运行，水火箭制作发射实验，最终延伸至中国空间站“三步走”战略、嫦娥工程“绕落回”及天问一号火星探测，构建从基础原理到实践应用再到国家成就的学习支架。 该资料亮点在于以实验探究为核心，如设计气球实验和水火箭制作发射活动，培养学生科学思维与探究实践能力。通过“避坑指南”辨析易错点强化科学观念，系统梳理中国航天成就渗透态度责任。课中辅助教师开展探究教学，课后助力学生巩固知识、查漏补缺，提升学习效果。

2.4 空间探索（第1课时） 本节导航·目标清单 教材精研·内容全解 避坑指南·易错辨析 实战演练·随堂检测 巩固拓展·课后提升 本节导航·目标清单 目标导航 方法指导 · 了解人类探索太空的历程，知道万户、凡尔纳等先驱的贡献 · 通过飞驰的气球实验理解力的作用是相互的，能解释火箭升空的原理 · 知道多级火箭的结构和工作方式，了解长征系列火箭 · 了解水火箭的制作过程，能进行水火箭发射探究实验 · 知道中国空间站的组成、三步走战略及太空抛物实验 · 了解嫦娥工程和天问一号火星探测的主要成就 · 从气球实验到火箭原理：观察现象→分析受力→归纳原理 · 多级火箭：理解为什么要分级→分级如何工作 · 中国航天：按时间线梳理发展历程 · 嫦娥工程：按“绕”“落”“回”三期记忆 教材精研·内容全解 考点01 火箭的工作原理 1. 人类探索太空的历程 自古以来，人们一直梦想着有朝一日能在太空中遨游。尽管太阳系中的行星和卫星要比其他恒星距离我们近得多，但是它们离我们的距离仍然很远。人类一直在进行探索：14世纪末，我国能工巧匠万户利用自制火箭驱动“飞船”升空飞行；19世纪60年代，法国著名科幻作家凡尔纳（J. Verne）设想用大炮将一艘宇宙飞船发射到月球。随着科技的进步，人们的飞天梦终于得以实现。20世纪，科学家用火箭发射的宇宙飞船已经能够登陆月球或到达太阳系的某些行星。 人类梦想探索太空——太阳系行星距离遥远 万户利用自制火箭驱动“飞船”升空飞行 凡尔纳设想用大炮将宇宙飞船发射到月球 2. 飞驰的气球实验 探索活动：通过气球实验探究气球运动的动力来源。 实验步骤： （1）把吸管穿在细绳上，把细绳拉紧，并用胶带把气球粘在吸管上。 （2）把气球吹大，用手捏紧气球的吹气口。 （3）将另一只手放在吹气口的右方，松开吹气口，观察气球的运动情况，感受气球喷出的空气所产生的力。 （4）重复步骤2和3。 （5）分析气球运动的动力来源。 实验现象：气球往右边移动，同时另一只手感到气体向左喷出，即有向左的力。重复实验，现象一致。 3. 力的作用是相互的 实验表明，推动气球向前运动的动力来自气球内向后喷出的气体。因为物体间力的作用是相互的，气球给其内部的气体施加一个作用力使之向后喷出的同时，喷出的气体也给气球施加一个反作用力，这个反作用力推动气球前进。这一原理是理解火箭升空的基础：气球对气体施力，气体对气球反作用力，两者方向相反、同时存在。 气球与喷出气体的相互作用力示意 4. 火箭的工作原理 火箭的工作原理与气球非常相似，它也是借助释放气体的反作用力向前运动的。由于火箭燃料舱中的燃料燃烧产生高温高压的气体，这些热气体从火箭底部的开口处向后喷出时，就会产生一个反作用力，这个反作用力推动火箭向前运动。具体过程：燃料燃烧→产生高温高压气体→气体从底部开口向后喷出→产生反作用力→推动火箭向前运动。 火箭工作原理——燃料燃烧喷出气体，反作用力推动火箭前进 考点02 多级火箭 1. 多级火箭的必要性 一枚火箭携带的燃料有限，燃料耗尽后燃料舱变空。空的燃料舱若不扔掉，就会成为火箭后续飞行的负担。如果把火箭中变空的燃料舱分离出来，可以使火箭飞得更高、更远。为此，科学家研制出多级火箭。 我国目前用于发射神舟系列飞船的长征二号、长征五号系列火箭都是多级火箭，特别是被人们亲切地称为“胖五”的长征五号运载火箭，是我国目前推力最大、运载能力最强的运载火箭。 长征五号运载火箭——我国目前推力最大的运载火箭 2. 多级火箭的运行方式 典型的多级火箭有三级。前面一级火箭的燃料耗尽后，会从火箭上脱落，下一级火箭点燃接替工作，继续为火箭飞行提供动力。最后将携带的承载物运送到目的地。 运行过程：第1级火箭点燃→燃料耗尽后脱落→第2级火箭点燃接替工作→燃料耗尽后脱落→第3级火箭点燃→继续飞行直至送达目的地。 每一级火箭脱落后，火箭总质量减小，在相同推力下加速度增大，从而使火箭飞得更高、更远。 多级火箭运行方式——逐级点燃、逐级脱落 3. 万户与古代火箭 万户，本名陶成道，是我国明朝时期的一名能工巧匠，他是世界上利用火箭升空的第一人。他设计并制造了一种“飞龙”火箭，这种火箭用引信点燃后，可飞行约1 km。一天，他坐在带有两只大风筝的木质“飞船”（椅子）里，“飞船”的周围绑上47支“飞龙”火箭，设想等火箭升空后就用风筝飞行。“飞龙”将万户带上天空，但不久“飞船”就坠落到山脚，万户为此献出了生命。1970年，国际天文学联合会用他的名字命名了月球背面的一座环形山，以纪念这位火箭飞行的先驱者。万户这种勇于探索、为科学献身的精神，值得我们学习。 万户乘坐的木质“飞船”和“飞龙”火箭 考点03 水火箭的制作与发射 1. 水火箭的材料器具与制作 材料器具：塑料瓶（2只），橡胶塞，气门芯，发射架，打气筒，剪刀，美工刀，胶带，打孔器等。 制作步骤： （1）取一只塑料瓶，用剪刀（或美工刀）剪取塑料瓶上部，用作导流罩，并用胶带固定在另一只塑料瓶的底部。 （2）裁取三片或四片相同大小的硬纸板，用胶带固定在塑料瓶合适的位置上，作为火箭尾翼。 （3）取一只自行车气门芯装在一只已钻孔的橡胶塞上，在塑料瓶内倒入适量的水，将装有气门芯的橡胶塞紧塞在塑料瓶瓶口，水火箭制作完成。 2. 水火箭的发射与探究 发射步骤： （1）将水火箭放在发射架上，用打气筒通过气门芯向水火箭内充气，进行竖直向上发射试验，比一比各组水火箭的发射高度。 （2）在水火箭内装入不同质量的水，研究水火箭竖直向上发射高度与塑料瓶水量的关系。 （3）如果水火箭不能升空、在空中翻滚或在空中解体等，分析产生的原因并进行有针对性的改进。 实验探究：制作一个倾角可调的发射架，保持水火箭中水的质量相同，调整每一次水火箭发射的角度（30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°），记录水火箭飞行的水平距离。分析数据，得出实验结论：发射角度影响水火箭的水平飞行距离，一般在45°左右射程最远。 3. 交流评价与问题讨论 各小组进行展示交流，并从水火箭发射的平稳性、水火箭的牢固性、水火箭的艺术性等方面分析优点和不足，改进和优化自己组的水火箭。 问题讨论： （1）水火箭为什么能升空？真实火箭与水火箭有什么相似之处？水火箭升空原理：打气筒向瓶内充气，瓶内气压增大，当气压大到一定程度时，水和空气从瓶口高速喷出，由于力的作用是相互的，喷出的水和空气对水火箭产生一个向上的反作用力，推动水火箭升空。真实火箭与水火箭的相似之处：都是利用力的相互作用原理，通过向后喷出物质获得向前的反作用力。 （2）水火箭从高空坠落容易损坏箭体和地面物品，如何回收水火箭、确保地面安全？可以加装降落伞回收系统，或在箭体上添加缓冲材料。 考点04 中国空间站 1. 东方红一号与人造地球卫星 1970年4月24日，我国第一颗人造地球卫星东方红一号发射成功，开创了中国航天历史的新纪元。人类已经发射了数千颗人造地球卫星，目前在轨有效运行的卫星有上千颗。 人造地球卫星按用途可分为三类： （1）科学卫星：用于科学探测和研究的卫星。 （2）技术试验卫星：进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。 （3）应用卫星：直接为人类服务的卫星，包括通信、导航、气象、资源等卫星，已极大地改变了人类的生活。 地球同步卫星：有一种卫星位于地面上方约36000 km高度处运行，卫星轨道周期与地球自转周期相同，这种卫星称为地球同步卫星。 东方红一号——我国第一颗人造地球卫星 2. 中国空间站的意义 中国空间站是我们的太空家园，为我国科学家进行长期的、大规模的空间科学实验、技术试验研究提供条件，能够极大地促进空间科学技术的发展，辐射带动相关领域技术创新。中国空间站拥有丰富的科学应用资源和完备的支持能力，是开展国际合作的绝佳平台，也是促进人类航天技术发展、造福全人类的空间站。 中国空间站——我国的太空家园 3. 载人航天工程“三步走”发展战略 1992年9月21日，我国政府决定实施载人航天工程，确定了“三步走”的发展战略： 第一步：发射载人飞船（即神舟系列飞船），建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间实验。 第二步：突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术，并利用载人飞船技术改装、发射一个空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题。 第三步：建造载人空间站，解决较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。至2022年11月，中国空间站全面建成，6名航天员可以同时在轨开展科学研究。 4. 中国空间站的设计指标 中国空间站（China Space Station，简称CSS，又称“天宫空间站”）是我国的国家级太空实验室。 主要设计指标： 轨道高度：400～450 km 倾角：42°～43° 设计寿命：10年 长期驻留：3人 最大可扩展为：180吨级六舱组合体，以进行较大规模的空间应用。 5. 中国空间站的构成 中国空间站由天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、载人飞船（神舟系列飞船）和货运飞船（天舟系列飞船）五个模块组成。各飞行器具备独立的飞行能力，又可以与核心舱组合成多种形态的空间组合体，在核心舱统一调度下协同工作，完成空间站承担的各项任务。 各模块简介： （1）天和核心舱：2021年4月29日发射升空，标志着中国空间站在轨组装建造全面展开。 （2）问天实验舱：2022年7月24日发射，是中国空间站首个科学实验舱，航天员在这里进行实验、太空授课等。 （3）梦天实验舱：2022年10月31日发射，是中国空间站第二个科学实验舱，主要用于开展空间科学与应用实验。 （4）载人飞船（神舟系列）：如神舟十六号（2023年5月30日发射），搭载3名航天员。 （5）货运飞船（天舟系列）：如天舟六号（2023年5月10日发射），是中国空间站运送补给物资的飞船。 中国空间站构成——五个模块协同工作 6. “太空抛物”实验 2022年3月23日，中国空间站“天宫课堂”开课，“太空教师”王亚平、叶光富演示了“太空抛物”实验。在空间站里，王亚平向前抛出“冰墩墩”。“冰墩墩”被抛出后，保持近似的匀速直线运动，最后稳稳地“立”在叶光富的手中。 实验分析：在空间站中，物体处于微重力环境（近似失重状态），“冰墩墩”被抛出后几乎不受外力作用影响，由于惯性保持原来的运动状态，沿水平方向做近似的匀速直线运动。“太空抛物”实验展示了牛顿第一定律所描述的现象：物体在不受外力作用时，将保持匀速直线运动状态或静止状态。 考点05 探索月球和火星 1. 嫦娥工程 20世纪60年代，人类开始探索月球。2004年，我国开启月球探测工程——“嫦娥工程”。“嫦娥工程”分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。 “无人月球探测”工程分“绕”“落”“回”三期： （1）“绕”——环绕月球：2007年10月24日，嫦娥一号探测器发射升空，并进入月球轨道绕月球运行，2009年按预定计划受控撞月。 （2）“落”——着陆月球：2013年12月14日，嫦娥三号探测器成功软着陆月球，开展“观天、看地、测月”的科学探测任务。 （3）“回”——月球取样返回：2020年12月，嫦娥五号探测器在月球正面着陆，自动采样、月面起飞、月球轨道上交会对接，并携带1731 g月球样品返回地球。 2007年至2020年间，已有5个嫦娥系列的探测器奔赴月球，“绕”“落”“回”三期任务已圆满完成。 嫦娥工程“绕”“落”“回”三期任务 2. 载人登月 2023年5月，我国“载人登月”阶段任务也已启动实施，总体目标是在2030年前实现载人登陆月球，并开展月球科学考察及相关技术试验，掌握载人地月往返、月面短期驻留、人机联合探测等关键技术，完成“登”“巡”“采”“研”“回”等多重任务。 载人登月方案：两枚运载火箭分别将月面着陆器和载人飞船送到地月转移轨道交会对接，航天员进入月面着陆器；月面着陆器着陆月面预定区域，航天员登上月球开展科学考察与样品采集；完成任务后，航天员将乘坐月面着陆器回到环月轨道与飞船交会对接，并携带样品乘坐飞船返回地球。 我国载人登月方案——2030年前实现载人登陆月球 3. 建立月球基地 不久的将来，在完成载人登月的基础上，我国将建立“月球基地”，开展系统、连续的月球探测和相关技术试验验证，推动载人航天技术由近地走向深空的跨越式发展，深化人类对月球和太阳系起源与演化的认识，为月球科学的发展贡献中国智慧。 未来建立“月球基地”——推动载人航天走向深空 4. 天问一号火星探测 2020年4月24日是第五个“中国航天日”，中国行星探测任务被命名为天问系列，首次火星探测任务被命名为天问一号。 天问一号探测器由一部轨道飞行器和一辆火星车构成，并于2020年7月23日发射升空。祝融号火星车于2021年5月15日成功着陆火星表面，对火星表面进行巡视探测。 天问一号探测器升空，实现通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视探测三大目标，使我国成为世界上第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家。 天问一号对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等的科学探测，实现了中国在深空探测领域的技术跨越，从而进入世界深空探测先进行列。 天问一号火星探测——祝融号火星车着陆火星表面 5. 航天探测器的发展 到目前为止，人类的航天探测器已经访问了几乎所有的太阳系行星，帮助科学家解开了太阳系的许多奥秘。它们还探测了许多卫星、小行星和彗星，这些探测器收集的信息给科学家带来了许多新的发现，让人类对不同行星及其周围的环境有了新的认识。 航天探测器是人类探索太阳系的重要工具，通过对各行星、卫星、小行星和彗星的探测，科学家获得了大量关于太阳系形成和演化的关键数据。 航天探测器已访问几乎所有太阳系行星 避坑指南·易错辨析 【温馨提示】 1. 火箭升空的动力来自燃料燃烧喷出的燃气的反作用力，施力物体是燃气，不是空气。不能说“空气推火箭上升”。 2. 力的作用是相互的，气球对气体施力的同时气体对气球也有反作用力，两个力同时存在、方向相反，不能认为“先有作用力后有反作用力”。 3. 多级火箭分级的目的不是“增加推力”，而是减轻火箭后续飞行的负担（丢弃空燃料舱），使火箭飞得更高更远。 4. 在太空抛物实验中，冰墩墩做匀速直线运动是因为在空间站微重力环境下几乎不受外力，体现的是牛顿第一定律，不能说“冰墩墩不受任何力”（仍受微弱引力）。 5. 地球同步卫星的轨道周期与地球自转周期相同（约24小时），不是“与地球公转周期相同”。 6. 嫦娥工程“绕”“落”“回”三期属于“无人月球探测”阶段，载人登月是第二阶段，不要混淆。 实战演练·随堂检测 【实战演练】 1. 2024年10月30日，神舟十九号载人飞船冲向宇宙，约6.5h后与空间站组合体完成自主快速交会对接。（1）点火后，搭载神舟十九号飞船的火箭开始加速上升，则能够使火箭上升的力的施力物体为________（选填“空气”或“燃气”）。（2）对接前，神舟十九号飞船绕地球匀速飞行，此时飞船受________（选填“平衡力”或“非平衡力”）的作用。 答：（1）__________（2）__________ 2. “冰墩墩”上太空了！2022年3月23日下午“天宫课堂”第二课在中国空间站开课。王亚平老师为我们演示了牛顿第一定律——太空抛物实验。当“冰墩墩”在“失重”的状态下被水平向右推出，下列哪幅图是冰墩墩被推出后的运动路线（ ） A. 向右做减速直线运动 B. 向右做加速直线运动 C. 向右做匀速直线运动 D. 向右做抛物线运动 答：__________ 3. 2023年7月，我国公布载人登月初步方案，计划2030年前把航天员送上月球开展科学探索，其后将探索建造月球科研试验站。下列不属于科学问题的是（ ） A. 月球上看到的地球美丽吗？ B. 如果有水和空气等适宜条件，月球土壤本身适合种植蔬菜吗？ C. 在月球上适合提供给科研试验站的能源有哪些种类？ D. 如何利用月球自身资源获得水和氧气？ 答：__________ 4. 关于火箭的工作原理，下列说法正确的是（ ） A. 火箭升空是因为空气对火箭产生了向上的推力 B. 火箭燃料燃烧产生的气体向后喷出，气体对火箭产生向前的反作用力 C. 火箭在太空中无法前进，因为太空中没有空气 D. 火箭升空时只受重力作用 答：__________ 5. 2007年10月24日18时05分，中国以一种前所未有的激情派使者出访月球，围绕月球进行一年的探测。使者与月宫仙女同名，出发点是西昌卫星发射中心，托举她的是长征3号甲运载火箭。你知道这位使者是谁吗（ ） A. 嫦娥一号 B. 阿波罗一号 C. 神舟五号 D. 神舟六号 答：__________ 6. 2005年10月12日9时39分，中国成功发射的载人航天飞行器为（ ） A. 神舟四号 B. 神舟五号 C. 神舟六号 D. 神舟七号 答：__________ 巩固拓展·课后提升 【巩固拓展】 1. 解释火箭升空的科学原理。 答：________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ 2. 查阅资料，了解更多关于我国火箭发展的情况和故事，介绍给其他同学。 答：________________________________________________ ________________________________________________ 3. 说一说你了解的我国近年来在航天事业建设方面取得的主要成就。 答：________________________________________________ ________________________________________________ ________________________________________________ 参考答案 1. （1）燃气 （2）非平衡力 解析：（1）火箭发射时向相反的方向喷射高温燃气，即火箭对高温燃气有一个向下的力的作用，由于物体间力的作用是相互的，所以燃气对火箭有一个向上的力的作用，使得火箭上升，故使火箭上升的力的施力物体是燃气。 （2）对接前，神舟十九号飞船绕地球匀速飞行，但运动方向一直在改变，即运动状态在不断改变，所以此时飞船受非平衡力。 2. C 解析：太空中接近完全失重状态，沿水平方向推出的“冰墩墩”由于惯性，保持原来的运动状态，故“冰墩墩”会在水平方向做匀速直线运动。 3. A 解析：科学问题是指一定时代的科学家在特定的知识背景下提出的关于科学知识和科学实践中需要解决而尚未解决的问题。“月球上看到的地球美丽吗？”属于主观审美问题，不属于科学问题；B、C、D都属于科学问题。 4. B 解析：火箭燃料燃烧产生高温高压气体，气体从底部向后喷出时产生反作用力推动火箭前进，B正确；A错误，推力来自燃气而非空气；C错误，火箭在太空中靠喷出燃气获得反作用力，不需要空气；D错误，火箭升空时受燃气反作用力和重力等多个力。 5. A 解析：2007年10月24日18时05分，中国派嫦娥一号出访月球，围绕月球进行一年的探测。故选A。 6. C 解析：2005年10月12日9时许，我国自主研制的神舟六号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空，准确进入预定轨道。故选C。 巩固拓展参考答案： 1. 火箭的燃料舱中燃料燃烧产生高温高压气体，这些热气体从火箭底部开口处向后喷出时，由于力的作用是相互的，喷出的气体对火箭产生一个反作用力，这个反作用力推动火箭向前运动。多级火箭通过逐级脱落空燃料舱、逐级点燃下一级火箭，减轻负担，使火箭飞得更高更远。 2. 参考方向：我国火箭发展历程从长征一号（1970年发射东方红一号）到长征二号系列（发射神舟飞船）、长征三号系列（发射嫦娥探测器）、长征五号（“胖五”，我国目前推力最大的运载火箭）、长征七号等，形成了完整的长征火箭家族。可查阅具体型号的发射任务和技术特点进行介绍。 3. 我国航天事业主要成就（参考）：（1）1964年6月，自行研制的运载火箭腾空而起；（2）1970年，用长征号运载火箭成功发射第一颗人造地球卫星——东方红一号，成为世界第五个能独立发射卫星的国家；（3）1999年，成功发射第一艘无人飞船“神舟一号”；（4）2003年，第一艘载人飞船“神舟五号”发射成功，航天员杨利伟，成为世界第三个把人类送入太空的国家；（5）2005年，“神舟六号”载人飞船发射成功；（6）2008年，“神舟七号”发射成功，首次进行出舱作业；（7）2011年，“天宫一号”目标飞行器发射成功，并与神舟八号完成首次交会对接；（8）2020年，嫦娥五号完成月球取样返回；天问一号火星探测器发射升空；（9）2022年，中国空间站全面建成。 学科网（北京）股份有限公司 $