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、新型能源的应用导学案--2025-2026学年九年级化学人教版下册

该初中化学导学案围绕航天新型材料与能源应用展开，引导学生结合金属材料、合金、化学反应与能量等知识，通过神舟飞船等航天工程案例导入，连接课前预习的物质性质与用途关系，以小组探究任务为支架构建跨学科知识体系。 资料特色在于跨学科实践整合化学、物理与航天工程知识，借助中国航天官网科普视频、材料性能数据表等资源，通过小组调查分析培养科学探究与实践能力，习题设计注重理论联系实际，渗透科技自信与绿色化学理念，助力学生形成性质决定用途的化学观念和科学态度与责任。

初中化学“导·学·练”课堂导学案 年级 九年级 科目 化学 周次 设计者 序号 班级 主题与课时 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 课型 新授 审核人 学校审核 姓名 课标要求 依据义务教育化学课标要求，本次实践活动引导学生结合金属、复合材料、化学反应与能量等知识，调查航天领域新型材料与新型能源的实际应用。通过跨学科探究，建立物质性质决定用途的核心观念，掌握调查、数据分析、归纳总结的实践方法，了解化学对航天科技发展的支撑作用，树立科技自信与绿色化学发展理念，提升综合实践与创新应用能力。 学习目标 化学观念：明晰航天材料、能源的性质与用途的对应关系，掌握能量转化的化学本质。 科学思维：通过案例分析、对比归纳，构建航天材料与能源的应用逻辑体系。 科学探究与实践：自主完成调查、整理、探究任务，提升跨学科实践能力。 科学态度与责任：感悟我国航天科技成就，增强家国情怀，树立科技创新与绿色发展意识。 重难点 重点：掌握钛合金、特种陶瓷、复合材料等航天新型材料的性能及应用，了解液氢液氧推进剂、太阳能电池等航天新型能源的工作原理与优势。 难点：整合化学、物理、航天工程跨学科知识，深度关联物质结构、性质、用途与能量转化，自主分析航天材料和能源的选择依据，形成系统化科技探究思维。 资源与 建议 本次活动可依托人教版九年级下册化学金属材料、化学与能源相关教材内容，搭配中国航天官网科普资料、神舟飞船与嫦娥探月工程科普视频、航天材料科研报道等数字化资源。同时可借助航天科技图文手册、新型材料性能数据表等纸质资源辅助学习。建议学生以小组为单位分工协作，分别调研航天材料、航天能源两大模块，结合已学金属性质、化学反应放热、新能源特点等知识开展探究。学习中注重理论联系实际，主动整合物理、科学、工程学知识，记录探究过程，梳理知识关联，完成实践总结，提升跨学科应用能力。 学习过程 （一）课前预习案 预习目标 1. 回顾九年级下册金属材料、合金、化学反应与能量、化学与资源环境的核心知识点，夯实理论基础。2. 初步认知航天新型材料、新型能源的种类，了解我国航天科技的基础成就。3. 自主查阅基础资料，完成预习习题，梳理疑问，为课中深度探究做好铺垫。4. 建立“物质性质决定用途”的初步思维，尝试简单分析航天材料与能源的选用逻辑。 预习知识铺垫 结合新教材内容回顾：合金是由金属与金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的混合物，相比纯金属，合金具有硬度大、熔点低、耐腐蚀、强度高等优良性能，广泛应用于高端制造领域。化学反应伴随能量变化，放热反应可提供动力能源，氢气热值高、燃烧产物无污染，是理想的清洁能源。同时，教材中提及的复合材料、无机非金属材料，凭借轻质、耐高温、抗氧化等特性，成为高端科技的核心材料。我国航天事业飞速发展，航天器、运载火箭的研发离不开各类新型材料和绿色新型能源的支撑。 预习习题 1. 基础填空题 （1）合金相较于纯金属，普遍具有_______、_______、耐腐蚀等优良性能。 （2）氢气作为燃料的核心优点是热值高、_______、_______，是航天领域理想的清洁能源。 （3）传统金属材料难以满足航天需求，航天领域常用的新型金属合金有_______。 （4）化学反应中，放热反应可以将_______能转化为热能、动能，为火箭发射提供动力。 2. 基础选择题 （1）下列不属于合金的是（ ）A. 钛合金 B. 不锈钢 C. 金刚石 D. 铝合金 （2）航天火箭推进剂优先选用液氢的主要原因是（ ）A. 制取简单 B. 热值高、无污染 C. 储存方便 D. 成本低廉 3. 简答题 （1）结合教材知识，简单说说普通钢铁为何不能用于制作航天器外壳？ （2）自主查阅资料，列举两种我国航天领域使用的新型材料和一种新型能源。 预习疑问梳理 请学生自主记录预习过程中遇到的问题，例如：航天新型材料的特殊性能如何通过化学结构实现？航天能源与普通民用能源的区别是什么？航天器不同部件为何选用不同材料？将疑问整理记录，留待课中探究解决。 （二）课中探究案 探究导入 从神舟系列飞船、嫦娥探月、天问探火等我国重大航天工程切入，结合教材中化学与社会发展的相关内容，明确航天科技的突破离不开化学材料与化学能源的革新。普通材料和传统能源无法适应太空高温、低温、强辐射、真空的极端环境，因此新型材料、新型能源成为航天事业发展的核心支撑。本节课将以小组探究的形式，深度调查、分析我国航天科技中新型材料和新型能源的应用原理、优势与价值。 探究任务一：航天新型材料的分类、性能及应用（结合教材金属与复合材料知识） 结合九年级下册“金属材料”“无机非金属材料”“复合材料”教材知识点，小组合作完成探究任务。航天材料需要适配太空极端环境，具备轻质、高强度、耐高温、耐低温、抗辐射、耐腐蚀等特性，不同部件的工作环境不同，选用的材料也存在差异，严格遵循“性质决定用途，用途体现性质”的化学核心规律。 1. 航天金属合金材料探究 钛合金是航天核心金属材料，结合教材合金的特性分析，钛合金相较于普通合金，密度更小、强度更高，同时具备极强的耐高低温、抗腐蚀、抗太空辐射能力。火箭箭体、航天器框架、发动机零部件大多采用钛合金制作。普通铝合金质地较轻，但耐高温性能差，仅适用于航天器非高温部件；高强钢强度高但密度大、重量高，会增加火箭发射负荷，无法作为主体材料。请小组完成表格探究，对比分析三种金属材料的航天适配性。 2. 航天无机非金属材料探究 教材中介绍的特种陶瓷是航天关键非金属材料，具备耐高温、抗氧化、绝缘性好、硬度高的特点。火箭发动机尾焰温度极高，普通金属材料会熔化、氧化，而特种陶瓷可耐受上千摄氏度高温，常用于火箭发动机隔热层、航天器外壳涂层，有效隔绝高温，保护航天器内部设备正常工作。同时，特种陶瓷的绝缘性能可抵御太空静电与辐射干扰，保障航天器电路稳定运行。 3. 航天复合材料探究 复合材料是由两种及以上不同材料复合而成，兼具各类材料的优势，弥补单一材料的缺陷，是现代航天高端材料。碳纤维复合材料轻质、高强度、韧性好，重量仅为钢铁的四分之一，强度却是钢铁的数倍，广泛应用于航天器太阳能电池板支架、卫星壳体、飞船舱体辅助部件，能够最大程度减轻航天器重量，减少火箭发射能源消耗，契合航天轻量化发展需求。 小组探究问题：（1）结合教材合金知识点，总结钛合金成为航天主体金属材料的核心原因。（2）特种陶瓷和碳纤维复合材料分别解决了航天领域的哪些技术难题？（3）为何单一材料无法满足航天器的综合使用需求？ 探究任务二：航天新型能源的种类、原理及优势（结合教材化学反应与能量知识） 九年级下册教材明确指出，化学反应伴随能量转化，人类利用化学反应获取能源、服务生产生活。航天工程对能源的能量密度、环保性、稳定性、安全性要求极高，传统化石能源热值低、污染大、稳定性差，无法满足航天需求，因此新型清洁能源、特种能源成为航天核心能源。 1. 液氢液氧推进剂探究 液氢、液氧是我国新一代运载火箭的核心推进剂。结合教材氢气的化学性质可知，氢气具有可燃性，液氢与液氧混合燃烧发生剧烈化学反应，化学能快速转化为热能和动能，为火箭升空提供巨大推力。该反应的燃烧产物只有水，无任何污染物，属于绿色化学反应，契合绿色化学理念。同时液氢热值极高，相同质量的液氢释放的能量远高于化石燃料，能够大幅提升火箭运载能力。对比传统偏二甲肼推进剂，液氢液氧推进剂无毒无污染、推力更强、安全性更高，是航天推进能源的重大突破。 2. 太阳能光伏能源探究 航天器在轨运行的长期能源主要依靠太阳能电池板，其核心原理是光电转化，将太阳能转化为电能，为卫星、飞船、空间站的设备持续供电。结合跨学科知识，太阳能属于可再生清洁能源，无消耗、零污染，能够满足航天器长期在轨工作的能源需求。教材中提及的新能源开发与利用，在航天领域得到充分落地，太阳能电池材料不断迭代，转化效率持续提升，保障了空间站、各类卫星的稳定运行。 3. 辅助核能电源探究 对于深空探测航天器，远离地球、光照不稳定，太阳能无法持续供电，因此采用核电池作为辅助能源。核电池利用核反应的能量转化，将核能转化为电能，具备续航久、不受环境影响、稳定性强的特点，为天问一号、嫦娥探测器等深空探测设备提供持续能源保障。 小组探究问题：（1）从化学角度分析液氢作为航天推进剂的优势，写出氢气燃烧的核心特点。（2）对比传统化石能源，航天新型能源的共同优点是什么？（3）结合能源特性，分析不同航天场景选用不同能源的原因。 探究任务三：跨学科整合与航天科技价值分析 本次实践活动融合化学、物理、工程学、航天科学多学科知识，核心是以化学材料和化学能源为基础，结合物理能量转化、工程结构设计，实现航天设备的研发与应用。结合教材“化学与社会发展”单元内容，小组深度探究：化学学科对航天科技发展的支撑作用，新型材料和新型能源的迭代如何推动我国航天事业自主创新发展。同时结合绿色化学理念，分析航天能源、材料的环保优势，感悟科技与生态保护的协同发展。 小组讨论议题：1. 结合所学化学知识，说说科技创新中“材料先行、能源赋能”的意义。2. 我国航天材料、能源实现自主研发，对国家科技发展有何价值？3. 结合生活实际，谈谈航天新型材料、能源的民用转化价值。 板书设计 跨学科实践10 航天新型材料与新型能源的应用 一、航天新型材料（性质→用途） 1. 金属合金：钛合金（轻质、高强、耐高低温）→箭体、零部件 2. 无机材料：特种陶瓷（耐高温、绝缘）→隔热层、防护涂层 3. 复合材料：碳纤维（轻质高强）→支架、壳体 二、航天新型能源（能量转化） 1. 液氢液氧：化学能→动能、热能（绿色、高热值） 2. 太阳能：太阳能→电能（可再生、长效供电） 3. 核电池：核能→电能（深空探测专用） 三、核心理念 性质决定用途、绿色化学、跨学科创新、科技强国 参考答案 （一）课前预习案答案 1. 基础填空题 （1）硬度大、强度高 （2）产物无污染、热值高 （3）钛合金 （4）化学 2. 基础选择题 （1）C 解析：金刚石是碳单质，不属于合金。（2）B 解析：液氢核心优势为热值高、燃烧产物只有水，无污染。 3. 简答题 （1）普通钢铁密度大、重量高，会增加火箭发射负荷；同时耐高温、耐低温、抗辐射、抗腐蚀性能差，无法适应太空极端环境，易变形、腐蚀、损坏，因此不能用于航天器外壳。 （2）新型材料：钛合金、碳纤维复合材料、特种陶瓷（任选两种）；新型能源：液氢推进能源、太阳能、核能（任选一种）。 （二）课中探究案参考答案（核心要点） 探究任务一：（1）钛合金密度小、重量轻，可减轻航天器负荷；强度高、韧性好，抗冲击；耐高低温、抗腐蚀、抗太空辐射，适配太空极端环境，综合性能远超普通合金。（2）特种陶瓷解决火箭高温灼烧、设备隔热、电路绝缘问题；碳纤维复合材料解决航天器自重过大、结构强度不足的问题，实现航天轻量化。（3）太空环境复杂，兼具高温、低温、辐射、真空、腐蚀等多重极端条件，单一材料无法同时满足轻质、高强、耐高温、抗辐射等多重需求，复合材料可整合多种材料优势。 探究任务二：（1）液氢热值极高，能量密度大，可提供强大推力；燃烧产物只有水，无毒无污染，绿色环保；化学反应剧烈，能量释放快速，适配火箭发射需求。（2）绿色无污染、能量密度高、稳定性强、适配特殊环境。（3）火箭发射需要瞬时巨大推力，选用液氢液氧推进剂；航天器在轨长期工作，选用可再生的太阳能；深空探测光照不足，选用稳定性强的核电池。 探究任务三：（1）化学材料革新为航天设备提供硬件支撑，化学能源升级为航天飞行提供动力保障，是航天科技发展的基础。（2）实现核心技术自主可控，打破国外技术垄断，提升国家科技实力与综合国力。（3）航天轻量化材料、清洁能源可转化应用于交通、新能源、高端制造等民用领域，助力社会绿色高质量发展。 ( 1 / 3 ) 目标领航 任务驱动 评价镶嵌 赢在课堂 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $