2.4 空间探索（讲义）科学新教材浙教版八年级上册

本讲义聚焦“力与空间探索”核心内容，以力的相互性解释火箭升空原理为起点，衔接万有引力对天体运动的作用，进而系统介绍中国空间站、嫦娥工程、天问一号等我国空间探索成就，融入人类宇宙认知发展历程，构建从力学原理到工程应用再到科学史的完整学习支架。 该资料通过气球反冲模拟实验、水火箭制作等探究实践活动，培养学生模型建构与创新思维能力。随学随练及基础通关题强化科学观念应用，我国空间成就的融入增强态度责任中的家国情怀，课中辅助教师实验教学，课后助力学生巩固知识、弥补盲点。

第2章 力与空间探索 第4节 空间探索 课标要点 1、运用力的作用是相互的解释火箭升空原理；知道太空中火箭推进不依靠空气，依靠喷出燃气的反作用力；了解多级火箭的工程设计思想。 2、知道万有引力，理解卫星、月球绕地球运动由万有引力维持；认识太空微重力环境的特点。 3、了解我国空间探索重大成就：中国空间站、嫦娥探月工程、天问一号火星探测；知道月球、火星环境差异（月球无大气，火星有稀薄大气）。 4、了解人类宇宙认知发展：地心说到日心说的科学发展历程，体会科学理论不断迭代。 5、能结合力学知识简单分析航天器发射、在轨、着陆过程；认识空间探索中技术与工程价值；树立科学探索精神，增强家国情怀。 5、能完成简易模型制作（水火箭），体会工程设计、调试、迭代改进的实践过程。 学习重难点 重点：火箭升空原理（力的作用是相互的，施力物体是燃气）； 嫦娥工程、天问一号、中国空间站基础常识； 万有引力对天体运动的作用。 难点：辨析：火箭在太空也能加速，不需要空气；破除 “靠空气推火箭” 前概念。 微重力不是没有引力；理解卫星绕地的受力情况。 月球与火星着陆方式差异的原因（有无大气）。 知识点 火箭 1.火箭的工作原理 力的作用是相互的。火箭燃料仓中的燃料燃烧产生高温高压气体，从火箭底部开口向后喷出时，产生反作用力推动火箭向前运动。 2.火箭的工作过程 火箭飞行时，燃料仓空了若不扔掉会成为负担，多级火箭通过分离空燃料仓让火箭飞得更高更远。我国长征二号、长征五号等系列火箭多为多级火箭，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。 3.制作水火箭 （1）材料与工具：塑料瓶（500mL、2 个）、气门嘴（含气门芯）、细木棍、彩色卡纸、防水胶带、打孔橡胶塞、塑直尺、裁纸刀、剪刀、打气筒等。 （2）结构示意图： （3）设计与制作 · 头部制作：将塑料板卷成圆锥形并用防水胶带固定，套上彩色卡纸圆锥并固定，去掉塑料瓶下端最宽处底部。 · 尾翼制作：切割塑料板，制作四个尾翼并对称粘贴到去掉瓶底的塑料瓶上。 · 连接：将头部与带尾翼的下半部分对接并用防水胶带固定。 · 喷嘴制作：将气门嘴插入打孔橡胶塞，确保密封性。 （4）发射前准备 · 场地选择：挑选空旷、无障碍物、人员稀少的场地。 · 水量调控：用水量为火箭容空间的\(\frac{1}{4}\)到\(\frac{1}{3}\)之间。 · 发射角度：水平方向飞行最佳角度在\(50^{\circ}\)到\(55^{\circ}\)之间，可通过控制量角器确定。 · 发射操作：装水、安装橡胶塞、连接发射器、调整角度后发射。 · 安全注意事项：确保火箭和轨道平直，严禁朝人发射，围观者站到发射手后方。 （5）交流评估 · 遇到的问题及解决方法：气密性问题可在瓶塞周围缠绕防水胶带；重心不稳可调整尾翼位置和增加配重。 · 改进措施：优化箭体形状使其更光滑；升级尾翼增强硬度和稳定性；精准控制水量和气压。 随学随练 1. 如图所示在月球上，一艘喷气飞船斜向上匀速直线飞行。该飞船有两个喷气孔（记作O1和O2），O1只能竖直向下喷气，O2沿飞行轨迹的反方向喷气，则此时正在喷气的是（　　） A．只有O1在喷气 B．只有O2在喷气 C．O1和O2都在喷气 D．O1、O2都不在喷气 【答案】A 【解答】解：从图示可知，飞船在斜向上做匀速直线运动，故它受到的重力与推力是一对平衡力，因为O1竖直向下喷气，力的作用是相互的，故飞船获得了竖直向上的推力。 故A正确。 故选：A。 2. 小余设计制作了如图甲所示的水火箭，如图乙所示为该水火箭的简易原理图。关于水火箭竖直升空的过程，下列说法中错误的是（　　） A．水火箭向下喷水的过程中，水火箭的惯性不变 B．水火箭喷完水后，达到最高处时，若只受重力作用，它将竖直下落 C．水从水火箭底部向下快速喷出，使水火箭升空，可以说明力的作用是相互的 D．水火箭升空的过程中，水火箭对水向下的力大小等于水对水火箭向上的力 【答案】A 【解答】解：A、惯性大小只与物体的质量有关，“水火箭”向下喷水的过程中，质量减小，所以其惯性减小，故A错误。 B、水火箭喷完水后达到最高处时，速度为0，若此时只受重力作用，根据牛顿第一定律，物体在不受力或受平衡力时保持静止或匀速直线运动状态，而重力是竖直向下的非平衡力，物体将在重力作用下竖直下落，故B正确； C、水火箭底部向下快速喷水时，对水施加了一个向下的力，同时水会对水火箭施加一个向上的反作用力，使水火箭升空，这直接体现了“力的作用是相互的“，故C正确； D、水火箭对水向下的力与水对水火箭向上的力是一对相互作用力，根据相互作用力的特点，这两个力大小相等，方向相反，作用在两个不同物体上，故D正确。 故选：A。 知识点 中国空间站 1.空间站的作用 是我国的太空家园，为空间科学实验、技术试验研究提供条件，促进空间科学技术发展，辐射带动相关领域技术创新，还可用于测试验证军事技术装备，提升国防实力和国际地位。 2.空间站发展脉络 （1）第一阶段：发射神舟系列载人飞船，建成试验性载人飞船工程，开展空间实验。 （2）第二阶段：突破交会对接技术，利用载人飞船技术改装发射空间实验室，解决短期有人照料的空间应用问题。 （3）第三阶段：建造载人空间站，解决较大规模、长期有人照料的空间应用问题，2022 年 11 月中国空间站全面建成。 3.中国空间站组成：包括天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、神舟系列载人飞船、天舟系列货运飞船。 （1）天和核心舱：2021 年 4 月 29 日发射，是空间站管理和控制中心，具备交会对接、航天员长期驻留等能力，舱内总容积约50m3。 （2）问天实验舱：2022 年 7 月 24 日发射，用于开展空间科学与应用实验。 （3）梦天实验舱：2022 年 10 月 31 日发射，用于开展空间科学与应用实验。 （4）神舟系列载人飞船：负责运送航天员往返天地，2003 年神舟五号使中国成为第三个拥有载人航天技术的国家。 （5）天舟系列货运飞船：承担向空间站运输物资等任务，2017 年天舟一号发射成功。 随学随练 3. 目前，我国许多船只都安装了北斗卫星导航系统，船员可利用北斗卫星导航系统进行导航，但用指南针和观星的方法导航仍然是船员必须掌握的基本技能。这说明（　　） A．技术的发展是必然的，与人们的需求无关 B．技术的发展对提升船只航行安全作用不大 C．利用北斗卫星导航系统进行导航的技术还不够先进 D．现代导航技术的发展不能完全取代原有技术 【答案】D 【解答】解：A、技术发展的根本动力是人类的需求。比如人们为了更便捷地出行，发明了汽车、飞机等交通工具；为了更高效地通信，发展了移动通信技术等。北斗卫星导航系统的出现也是因为人们对更精准、更可靠导航的需求，所以技术发展与人们的需求密切相关，A选项说法错误。 B、北斗卫星导航系统能为船只提供高精度的定位、导航等功能，大大提升了船只航行的安全性，如在复杂气象条件下能更准确地确定位置，避免触礁等危险，说其对提升船只航行安全作用不大是错误的，B选项说法错误。 C、北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统，技术先进，能为全球用户提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，C选项说法错误。 D、虽然有了先进的北斗卫星导航系统，但指南针和观星等传统导航方法仍作为船员必须掌握的基本技能，这表明现代先进技术的发展并不能完全替代原有的技术。因为在一些特殊情况下，如卫星信号受干扰等，传统导航方法可能会发挥重要作用，D选项说法正确。 故选：D。 4. 2021年5月15日“祝融号”火星探测器首次在火星着陆，中国人即将开始对这颗红色星球展开实地探素，与地球相比，火星上的陨石坑更多更大的原因是（　　） A．火星表面没有液态水 B．火星的公转速度比地球公转速度更快 C．火星和太阳的距离比地球和太阳距离更远 D．火星表面大气密度比地球表面大气密度小得多 【答案】D 【解答】解：火星与地球相似，具有火星重力。太空中飞行的陨石接近火星时，被火星重力吸引而下落，撞击火星表面形成陨石坑。由于火星空气密度太小，火星下落过程中空气阻力接近为零，所以对火星表面的撞击力特别大，所以火星上的陨石坑更多更大。故ABC不符合题意，D符合题意。 故选：D。 知识点 探索月球与火星 1.探索月球 2004 年开启 “嫦娥工程”，分 “无人月球探测”“载人登月”“建立月球基地” 三个阶段。 （1）无人月球探测：分 “绕”“落”“回” 三期。 · “绕”：2007 年 “嫦娥一号” 发射，绕月运行后受控撞月。 · “落”：2013 年 “嫦娥三号” 软着陆月球，开展科学探测。 · “回”：2020 年 “嫦娥五号” 着陆月球，采样并携带月球样品返回地球。 （2）载人登月阶段：2023 年 5 月启动，目标 2030 年前实现载人登月，开展科学考察和技术试验。 （3）建立月球基地：推动载人航天技术向深空发展，深化对月球和太阳系的认识。 2.探索火星 （1）命名：2020 年 4 月 24 日，中国行星探测任务命名为天问系列，首次火星探测任务为天问一号。 （2）探测器构成与发射着陆：天问一号由轨道飞行器和火星车构成，2020 年 7 月 23 日发射，2021 年 5 月 15 日祝融号火星车着陆火星并巡视探测。 （3）任务成就：一次任务完成火星环绕、着陆和巡视探测，使我国成为第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家，实现深空探测技术跨越。 随学随练 5. 我国的嫦娥工程月球探测计划分三个阶段，目前，我国的探月工程所处的阶段是（　　） A．无人月球探测 B．载人登月 C．建立月球基地 D．地基观测 【答案】A 【解答】解：我国嫦娥工程的三个阶段分别是：无人月球探测、载人登月、建立月球基地；无人月球探测（第一阶段）：包括绕月探测、落月探测和采样返回任务，使用无人探测器获取月球数据。载人登月（第二阶段）：计划将宇航员送上月球，但尚未实施。建立月球基地（第三阶段）：在月球上建立长期科研基地，属于远期目标；目前，我国已经完成了“绕、落、回”的无人月球探测任务，后续将逐步推进载人登月和建立月球基地的计划。 故选：A。 6. 下列有关火箭的说法错误的是（　　） A．我国明朝时期的能工巧匠万户是世界上利用火箭升空的第一人 B．火箭的工作原理与气球十分相似，都是借助释放气体的反作用力向前运动 C．为了节省材料，火箭燃料仓中的燃料即使耗尽了也仍然应当保留 D．20世纪末，科学家用火箭发射的宇宙飞船已经能够登陆月球或达到太阳系的某些行星 【答案】C 【解答】解：A.我国明朝时期的万户进行了飞天尝试，他坐在绑有火箭的椅子上，手持风筝，是世界上利用火箭升空的第一人，这一说法是正确的，A选项不符合题意； B.火箭是通过向后喷射高温高压气体，利用气体的反作用力获得向前的动力；气球在充气后释放，空气向后喷出，气球借助反作用力向前运动，二者工作原理相似，B选项不符合题意； C.火箭燃料仓中的燃料耗尽后，燃料仓的质量会成为火箭继续飞行的负担，为了提高火箭的性能，一般会抛弃燃料仓，而不是保留，C选项说法错误，C符合题意。 D.20世纪末，随着科技的发展，科学家利用火箭发射宇宙飞船，已经实现了登陆月球，并且宇宙飞船也能够达到太阳系的某些行星进行探测等活动，D选项不符合题意。 故选：C。 题型 课堂微型拓展实验 实验 1 气球反冲模拟火箭原理 器材：气球、细线、透明胶带、吸管 步骤：将吸管套在细线上，细线水平拉直固定；气球充足气，气球口朝后，用胶带把气球固定在吸管上； 松开气球口，观察气球运动。 现象 气体向后喷出，气球沿着细线快速向前运动。 结论 力的作用是相互的；气球向后喷出气体，气体给气球向前的反作用力，模拟火箭反冲原理。真空环境依然可以发生，不需要空气。 实验 2 水火箭探究实验（工程实践） 器材：塑料饮料瓶、橡胶塞、打气筒、水、发射支架 步骤：瓶中装入一定量的水，塞紧橡胶塞，固定在发射架；用打气筒向瓶内打气，直到瓶内气压将瓶塞冲开；观察水火箭向上飞出。改变变量：改变装水量、打气次数、发射角度，对比发射高度。 现象 高压水向后喷出，水火箭向上飞出；装水过少 / 过多都会影响升空高度；打气越多飞得越高。 结论 向后喷射水，水对箭体产生向上反作用力；水火箭飞行效果和装水量、气压、发射角度有关。 活学活用 7. 某校项目化实验小组的同学利用可乐瓶等材料制作水火箭（如图甲所示），并进行飞行高度测试实验。水火箭的结构如图乙所示。实验过程：将水火箭竖立于地面，用打气筒通过打气管向瓶内打气，当瓶内压强足够大时，瓶塞脱落，瓶内的水向下喷出，水火箭就接近竖直向上飞。 （1）水火箭向下喷水，水火箭却向上飞行是由于 　 。 （2）实验中无法直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以转换为测量　 　 来间接反映这个高度。 （3）如图丙所示，小组同学用频闪照相机拍下了水火箭从A处起飞，到C处达到最高点的运动情况，照相机每隔0.2s曝光一次，从照片可以看出，水火箭运动情况是　 　 （填“匀速”或“变速”）直线运动。 （4）如丁图为水火箭发射后的速度时间数据图，则水火箭上升时受到推力等于阻力为第　 　 秒的时刻。 （5）以下是水火箭的部分评价量表： 评价指标 优秀 合格 待改进 功能性 火箭能顺利升空，在空中的上升时间t≥6s 火箭能顺利升空，在空中的上升时间3s≤t＜6s 火箭能顺利升空，在空中的上升时间t＜3s或不能升空 图丁是小组同学实验时水火箭的速度和时间的关系，请结合评价量表的功能性指标，对该水火箭进行评价并说明理由：　 　 。 【答案】（1）力的作用是相互的；（2）水火箭发射到落地的时间；（3）变速；（4）5；（5）优秀，由图可知水火箭在空中飞行的时间是8秒。 【解答】解：（1）瓶内的水向下喷出，水火箭给水一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，水给水火箭一个向上的力，水火箭向上运动； （2）火箭上升的高度越高，到落地时所需的时间就越大，所以实验中可以测量水火箭从发射到落地的时间来间接反映这个高度； （3）如图丙所示，因照相机每隔0.2s曝光一次，从他拍下的照片可以看出，在水火箭在做变速直线运动，其理由是：在相同时间内通过的距离不同，根据知，水火箭在做变速直线运动； （4）在图丁的速度时间数据图中，0～5s：火箭速度增大，说明推力大于阻力，合力向上；5～8s：火箭速度减小，说明推力消失（水喷完），只受重力和阻力，合力向下；速度最大的时刻（t＝5s），加速度为 0，此时推力等于阻力（之前推力大于阻力，之后推力消失，阻力小于重力）。 （5）由图丁知该水火箭在空中的飞行时间等于8秒，由评价指标中优秀的标准知该水火箭为优秀。 故答案为：（1）力的作用是相互的；（2）水火箭发射到落地的时间；（3）变速；（4）5；（5）优秀，由图可知水火箭在空中飞行的时间是8秒。 基础通关 1. 中国空间站作为国家级太空实验室，也是重要的太空科普教育基地，蕴含得天独厚的丰富教育资源。下列实验中，不能在中国空间站里完成的是（　　） A．做凸透镜成像实验 B．用天平和量筒测量物体的密度 C．探究影响滑动摩擦力大小的因素 D．验证牛顿第一定律 【答案】B 【解答】解：A．凸透镜成像的原理是光的折射，其成像规律与物体的位置、凸透镜的焦距等因素有关，与重力无关。在失重环境下，光的传播规律不会改变，所以可以完成凸透镜成像实验，故A正确； B．天平实际上是等臂杠杆，根据杠杆平衡原理，当两个托盘中物体的质量相同时，天平就会平衡，被测物体的质量就等于砝码的质量。当物体处于完全失重状态时，物体和砝码对天平两臂上的托盘压力为零，天平始终平衡，无法测量物体的质量；在失重环境下，液体不会受到重力作用而保持稳定的液面，无法准确测量物体的体积；由于在失重环境下无法用天平和量筒测量物体的质量和体积，所以不能完成用天平和量筒测量物体密度的实验，故B错误； C．虽然太空处于微重力环境，但滑动摩擦力的产生并不完全依赖于重力，只要两个物体有相对运动或相对运动趋势，且接触面不光滑，就会产生滑动摩擦力。通过一些特殊的设计和装置，可以在空间站中控制和测量影响滑动摩擦力大小的因素，如改变接触面的粗糙程度、施加不同的正压力等，从而探究影响滑动摩擦力大小的因素，故C正确； D．在失重环境中，物体不受重力的影响，更能清晰地观察到物体在不受外力时的运动状态，所以可以验证牛顿第一定律，故D正确。 故选：B。 2. 目前，人类发射的探测器已经能够飞出太阳系，如果这种探测器所受的外力全部消失，那么探测器将（　　） A．沿原路径返回地球 B．沿原方向做匀速直线运动 C．停在原处静止不动 D．沿原方向做减速直线运动 【答案】B 【解答】解：牛顿第一定律告诉我们：一切物体在不受外力作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。 探测器在外力消失之前是运动的，那么在外力消失之后，由于它不受任何力的作用，所以它的运动状态就不会发生改变，只能沿直线永远的匀速运动下去。 故选：B。 3. 2024年8月中国科学院科研团队对月壤研究发现氢和含铁的矿物在高温下能生成铁和水，这是一种全新的月壤生产水的方法。一吨月壤就能产生51﹣76公斤的水，有望为未来月球科研站和空间站的建设提供重要的设计依据。下列有关科学、技术与工程的说法正确的有（　　） ①科学家对月壤研究发现氢和含铁的矿物在高温下能生成铁和水，属于科学原理 ②建造未来月球科研站和空间站需要多种技术支持，属于工程 ③建造未来月球科研站和空间站可以帮助科学家了解更多有关月球的信息 A．①③ B．②③ C．①② D．①②③ 【答案】D 【解答】解：科学家对月壤研究发现氢和含铁的矿物在高温下能生成铁和水，属于科学原理；建造未来月球科研站和空间站需要多种技术支持，属于工程；建造未来月球科研站和空间站可以帮助科学家了解更多有关月球的信息，属于科学。 故选：D。 4. 2021年5月“祝融号”火星车在火星着陆，开始对这颗红色星球展开实地探索。与地球相比，火星上的陨石坑更多更大的原因是（　　） A．火星表面没有液态水 B．火星的公转周期比地球的公转周期长 C．火星和太阳的距离比地球和太阳的距离更远 D．火星表面大气密度比地球表面大气密度小得多 【答案】D 【解答】解：太空中飞行的陨石接近火星时，被火星吸引而下落，撞击火星表面形成陨石坑。由于火星空气密度太小，陨石下落过程中空气阻力接近为零，所以对火星表面的撞击力特别大，造成火星上的陨石坑更多更大，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选：D。 5. 回顾2024年的天文圈，发生了许多事件，如流星雨、“紫金山﹣阿特拉斯”新星、ZS7星系黑洞合并、太阳活动进一步加强等。请同学们应用相关的宇宙知识完成下面小题。在天空中看到一些拖着尾巴的星星，它们主要是由岩石碎片、固体微粒和水结成的“冰球”，它们是（　　） A．彗星 B．恒星 C．行星 D．卫星 【答案】A 【解答】解：彗星由固体物质构成，受太阳风的影响，表层物质会气化形成长长的彗尾，A正确，BCD错误。 故选：A。 6. 我国探月工程显示：月球表面有着较厚的“月壤”（岩石风化物），影响“月壤”形成的因素最有可能的是（　　） A．生物 B．流水 C．风力 D．温度 【答案】D 【解答】解：人类在探月过程中发现，月球表面覆盖着厚厚的月壤，月壤的形成主要是由于没有大气，月球表面昼夜温差过大造成的。 故选：D。 素养提升 7. 下列说法正确的是（　　） A．地球、月球、火星都是环绕太阳转动的行星 B．流水、风、冰川都是导致地形变化的外力因素 C．板块内部是火山和地震的多发地带 D．大爆炸宇宙论、牛顿第一定律、生物进化论都是得到证实的科学结论 【答案】B 【解答】解：A、月球是地球的卫星，绕地球转，不是太阳的行星，故A错误； B、流水、风、冰川都是导致地形变化的外力因素，故B正确； C、火山和地震多发生在板块交接或边缘处地壳活跃处，故C错误； D、人类没有充足的证据证实大爆炸宇宙论的真实性，故D错误。 故选：B。 8. 火星是地球的近邻，人类对火星的探测一直没有停止过。 （1）如图所示为我国“天问一号”火星探测器行至距离火星1.1万千米处拍摄的火星图像。此时，“天问一号”火星探测器拍摄到的火星图像与地球上看到的 　 　 （填月相名称）类似。 （2）若某探测器在地球表面所受的重力为5000N，则当该探测器停留在火星表面时，其质量为 　 　 kg。 【答案】（1）弦月；（2）500。 【解答】解：（1）此时，“天问一号”火星探测器拍摄到的火星图像与地球上看到的弦月类似； （2）若某探测器在地球表面所受的重力为5000N，根据G＝mg得出探测器的质量为：m500kg， 质量是物体的一种基本属性，与物体的状态、形状、温度、所处的空间位置的变化无关，则当该探测器停留在火星表面时，其质量仍为500kg。 故答案为：（1）弦月；（2）500。 迁移创新 9. 2021年5月，我国“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原（如图甲），实现了我国首次地外行星着陆。图乙是其阶段Ⅲ着陆过程中的高度随时间的变化关系。 （1）火星大气密度是地球的1%，大气中氧气含量为0.15%且没有液态水，表面平均温度为﹣55℃绕日公转周期为687天。下列关于火星的说法不合理的是 　 　 。 A.表面平均温度比地球低 B.公转周期比地球长 C.火星上昼夜温差比地球大 D.雨、雪天数比地球多 （2）图乙中t1时段，着陆巡视器在竖直向上推力作用下，竖直下落的速度减小，该过程中推力F与重力G的大小关系是 　 　 。（不计大气阻力） （3）火星大气层稀薄，大气层上部需要吸收大量的太阳紫外线，紫外线属于 　 （选填“可见光”或“不可见光”），紫外线的应用有 　 　 。 A.杀菌 B.银行利用验钞机发出的紫外线识别伪钞 C.额温枪利用人体发出的紫外线快速测温 （4）其中火星到太阳的距离为22794万千米，大约是地球到太阳距离的1.5倍，太阳光传送到火星大约需要 　 　 分钟. A.8分钟 B.10分钟 C.12分钟 【答案】（1）D；（2）F＞G.（3）AB；（4）C。 【解答】解：（1 ） A.根据题意可知火星表面平均温度为﹣55℃，地球表面平均温度大约为15℃，即火星表面平均温度比地球低，故A正确； B.由题知火星绕日公转周期为687天，而地球公转周期为365天，即火星的公转周期比地球长，故B正确； C.火星上大气稀薄，其保温作用弱，所以火星上昼夜温差比地球大，故C正确； D.火星大气中没有液态水，且平均气温低至﹣55℃，火星上的水大多以冰雾和固体出现，难以形成雨、雪天气，即火星上雨、雪天数比地球少，故D错误； 故选：D； （2 ）巡视器在竖直向上的推力F和竖直向下的重力G的作用下减速下落，其运动状态发生改变，说明二力不平衡，其合力与运动方向相反，即F＞G； （3）紫外线属于不可见光，具有杀菌的作用；银行利用验钞机发出的紫外线识别伪钞，额温枪利用人体发出的红外线快速测温，物体辐射红外线的本领跟物体的温度有关，温度越高的物体，辐射的红外线越强烈。故C不符合题意。 故选：AB； （4）根据t760s≈12min；故选C。 故答案为：（1）D；（2）F＞G.（3）AB；（4）C。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2章 力与空间探索 第4节 空间探索 课标要点 1、运用力的作用是相互的解释火箭升空原理；知道太空中火箭推进不依靠空气，依靠喷出燃气的反作用力；了解多级火箭的工程设计思想。 2、知道万有引力，理解卫星、月球绕地球运动由万有引力维持；认识太空微重力环境的特点。 3、了解我国空间探索重大成就：中国空间站、嫦娥探月工程、天问一号火星探测；知道月球、火星环境差异（月球无大气，火星有稀薄大气）。 4、了解人类宇宙认知发展：地心说到日心说的科学发展历程，体会科学理论不断迭代。 5、能结合力学知识简单分析航天器发射、在轨、着陆过程；认识空间探索中技术与工程价值；树立科学探索精神，增强家国情怀。 5、能完成简易模型制作（水火箭），体会工程设计、调试、迭代改进的实践过程。 学习重难点 重点：火箭升空原理（力的作用是相互的，施力物体是燃气）； 嫦娥工程、天问一号、中国空间站基础常识； 万有引力对天体运动的作用。 难点：辨析：火箭在太空也能加速，不需要空气；破除 “靠空气推火箭” 前概念。 微重力不是没有引力；理解卫星绕地的受力情况。 月球与火星着陆方式差异的原因（有无大气）。 知识点 火箭 1.火箭的工作原理 力的作用是相互的。火箭燃料仓中的燃料燃烧产生高温高压气体，从火箭底部开口向后喷出时，产生反作用力推动火箭向前运动。 2.火箭的工作过程 火箭飞行时，燃料仓空了若不扔掉会成为负担，多级火箭通过分离空燃料仓让火箭飞得更高更远。我国长征二号、长征五号等系列火箭多为多级火箭，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。 3.制作水火箭 （1）材料与工具：塑料瓶（500mL、2 个）、气门嘴（含气门芯）、细木棍、彩色卡纸、防水胶带、打孔橡胶塞、塑直尺、裁纸刀、剪刀、打气筒等。 （2）结构示意图： （3）设计与制作 · 头部制作：将塑料板卷成圆锥形并用防水胶带固定，套上彩色卡纸圆锥并固定，去掉塑料瓶下端最宽处底部。 · 尾翼制作：切割塑料板，制作四个尾翼并对称粘贴到去掉瓶底的塑料瓶上。 · 连接：将头部与带尾翼的下半部分对接并用防水胶带固定。 · 喷嘴制作：将气门嘴插入打孔橡胶塞，确保密封性。 （4）发射前准备 · 场地选择：挑选空旷、无障碍物、人员稀少的场地。 · 水量调控：用水量为火箭容空间的\(\frac{1}{4}\)到\(\frac{1}{3}\)之间。 · 发射角度：水平方向飞行最佳角度在\(50^{\circ}\)到\(55^{\circ}\)之间，可通过控制量角器确定。 · 发射操作：装水、安装橡胶塞、连接发射器、调整角度后发射。 · 安全注意事项：确保火箭和轨道平直，严禁朝人发射，围观者站到发射手后方。 （5）交流评估 · 遇到的问题及解决方法：气密性问题可在瓶塞周围缠绕防水胶带；重心不稳可调整尾翼位置和增加配重。 · 改进措施：优化箭体形状使其更光滑；升级尾翼增强硬度和稳定性；精准控制水量和气压。 随学随练 1. 如图所示在月球上，一艘喷气飞船斜向上匀速直线飞行。该飞船有两个喷气孔（记作O1和O2），O1只能竖直向下喷气，O2沿飞行轨迹的反方向喷气，则此时正在喷气的是（　　） A．只有O1在喷气 B．只有O2在喷气 C．O1和O2都在喷气 D．O1、O2都不在喷气 2. 小余设计制作了如图甲所示的水火箭，如图乙所示为该水火箭的简易原理图。关于水火箭竖直升空的过程，下列说法中错误的是（　　） A．水火箭向下喷水的过程中，水火箭的惯性不变 B．水火箭喷完水后，达到最高处时，若只受重力作用，它将竖直下落 C．水从水火箭底部向下快速喷出，使水火箭升空，可以说明力的作用是相互的 D．水火箭升空的过程中，水火箭对水向下的力大小等于水对水火箭向上的力 知识点 中国空间站 1.空间站的作用 是我国的太空家园，为空间科学实验、技术试验研究提供条件，促进空间科学技术发展，辐射带动相关领域技术创新，还可用于测试验证军事技术装备，提升国防实力和国际地位。 2.空间站发展脉络 （1）第一阶段：发射神舟系列载人飞船，建成试验性载人飞船工程，开展空间实验。 （2）第二阶段：突破交会对接技术，利用载人飞船技术改装发射空间实验室，解决短期有人照料的空间应用问题。 （3）第三阶段：建造载人空间站，解决较大规模、长期有人照料的空间应用问题，2022 年 11 月中国空间站全面建成。 3.中国空间站组成：包括天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、神舟系列载人飞船、天舟系列货运飞船。 （1）天和核心舱：2021 年 4 月 29 日发射，是空间站管理和控制中心，具备交会对接、航天员长期驻留等能力，舱内总容积约50m3。 （2）问天实验舱：2022 年 7 月 24 日发射，用于开展空间科学与应用实验。 （3）梦天实验舱：2022 年 10 月 31 日发射，用于开展空间科学与应用实验。 （4）神舟系列载人飞船：负责运送航天员往返天地，2003 年神舟五号使中国成为第三个拥有载人航天技术的国家。 （5）天舟系列货运飞船：承担向空间站运输物资等任务，2017 年天舟一号发射成功。 随学随练 3. 目前，我国许多船只都安装了北斗卫星导航系统，船员可利用北斗卫星导航系统进行导航，但用指南针和观星的方法导航仍然是船员必须掌握的基本技能。这说明（　　） A．技术的发展是必然的，与人们的需求无关 B．技术的发展对提升船只航行安全作用不大 C．利用北斗卫星导航系统进行导航的技术还不够先进 D．现代导航技术的发展不能完全取代原有技术 4. 2021年5月15日“祝融号”火星探测器首次在火星着陆，中国人即将开始对这颗红色星球展开实地探素，与地球相比，火星上的陨石坑更多更大的原因是（　　） A．火星表面没有液态水 B．火星的公转速度比地球公转速度更快 C．火星和太阳的距离比地球和太阳距离更远 D．火星表面大气密度比地球表面大气密度小得多 知识点 探索月球与火星 1.探索月球 2004 年开启 “嫦娥工程”，分 “无人月球探测”“载人登月”“建立月球基地” 三个阶段。 （1）无人月球探测：分 “绕”“落”“回” 三期。 · “绕”：2007 年 “嫦娥一号” 发射，绕月运行后受控撞月。 · “落”：2013 年 “嫦娥三号” 软着陆月球，开展科学探测。 · “回”：2020 年 “嫦娥五号” 着陆月球，采样并携带月球样品返回地球。 （2）载人登月阶段：2023 年 5 月启动，目标 2030 年前实现载人登月，开展科学考察和技术试验。 （3）建立月球基地：推动载人航天技术向深空发展，深化对月球和太阳系的认识。 2.探索火星 （1）命名：2020 年 4 月 24 日，中国行星探测任务命名为天问系列，首次火星探测任务为天问一号。 （2）探测器构成与发射着陆：天问一号由轨道飞行器和火星车构成，2020 年 7 月 23 日发射，2021 年 5 月 15 日祝融号火星车着陆火星并巡视探测。 （3）任务成就：一次任务完成火星环绕、着陆和巡视探测，使我国成为第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家，实现深空探测技术跨越。 随学随练 5. 我国的嫦娥工程月球探测计划分三个阶段，目前，我国的探月工程所处的阶段是（　　） A．无人月球探测 B．载人登月 C．建立月球基地 D．地基观测 6. 下列有关火箭的说法错误的是（　　） A．我国明朝时期的能工巧匠万户是世界上利用火箭升空的第一人 B．火箭的工作原理与气球十分相似，都是借助释放气体的反作用力向前运动 C．为了节省材料，火箭燃料仓中的燃料即使耗尽了也仍然应当保留 D．20世纪末，科学家用火箭发射的宇宙飞船已经能够登陆月球或达到太阳系的某些行星 题型 课堂微型拓展实验 实验 1 气球反冲模拟火箭原理 器材：气球、细线、透明胶带、吸管 步骤：将吸管套在细线上，细线水平拉直固定；气球充足气，气球口朝后，用胶带把气球固定在吸管上； 松开气球口，观察气球运动。 现象 气体向后喷出，气球沿着细线快速向前运动。 结论 力的作用是相互的；气球向后喷出气体，气体给气球向前的反作用力，模拟火箭反冲原理。真空环境依然可以发生，不需要空气。 实验 2 水火箭探究实验（工程实践） 器材：塑料饮料瓶、橡胶塞、打气筒、水、发射支架 步骤：瓶中装入一定量的水，塞紧橡胶塞，固定在发射架；用打气筒向瓶内打气，直到瓶内气压将瓶塞冲开；观察水火箭向上飞出。改变变量：改变装水量、打气次数、发射角度，对比发射高度。 现象 高压水向后喷出，水火箭向上飞出；装水过少 / 过多都会影响升空高度；打气越多飞得越高。 结论 向后喷射水，水对箭体产生向上反作用力；水火箭飞行效果和装水量、气压、发射角度有关。 活学活用 7. 某校项目化实验小组的同学利用可乐瓶等材料制作水火箭（如图甲所示），并进行飞行高度测试实验。水火箭的结构如图乙所示。实验过程：将水火箭竖立于地面，用打气筒通过打气管向瓶内打气，当瓶内压强足够大时，瓶塞脱落，瓶内的水向下喷出，水火箭就接近竖直向上飞。 （1）水火箭向下喷水，水火箭却向上飞行是由于 　 。 （2）实验中无法直接测量水火箭竖直上升的最大高度，可以转换为测量　 　 来间接反映这个高度。 （3）如图丙所示，小组同学用频闪照相机拍下了水火箭从A处起飞，到C处达到最高点的运动情况，照相机每隔0.2s曝光一次，从照片可以看出，水火箭运动情况是　 　 （填“匀速”或“变速”）直线运动。 （4）如丁图为水火箭发射后的速度时间数据图，则水火箭上升时受到推力等于阻力为第　 　 秒的时刻。 （5）以下是水火箭的部分评价量表： 评价指标 优秀 合格 待改进 功能性 火箭能顺利升空，在空中的上升时间t≥6s 火箭能顺利升空，在空中的上升时间3s≤t＜6s 火箭能顺利升空，在空中的上升时间t＜3s或不能升空 图丁是小组同学实验时水火箭的速度和时间的关系，请结合评价量表的功能性指标，对该水火箭进行评价并说明理由：　 　 。 基础通关 1. 中国空间站作为国家级太空实验室，也是重要的太空科普教育基地，蕴含得天独厚的丰富教育资源。下列实验中，不能在中国空间站里完成的是（　　） A．做凸透镜成像实验 B．用天平和量筒测量物体的密度 C．探究影响滑动摩擦力大小的因素 D．验证牛顿第一定律 2. 目前，人类发射的探测器已经能够飞出太阳系，如果这种探测器所受的外力全部消失，那么探测器将（　　） A．沿原路径返回地球 B．沿原方向做匀速直线运动 C．停在原处静止不动 D．沿原方向做减速直线运动 3. 2024年8月中国科学院科研团队对月壤研究发现氢和含铁的矿物在高温下能生成铁和水，这是一种全新的月壤生产水的方法。一吨月壤就能产生51﹣76公斤的水，有望为未来月球科研站和空间站的建设提供重要的设计依据。下列有关科学、技术与工程的说法正确的有（　　） ①科学家对月壤研究发现氢和含铁的矿物在高温下能生成铁和水，属于科学原理 ②建造未来月球科研站和空间站需要多种技术支持，属于工程 ③建造未来月球科研站和空间站可以帮助科学家了解更多有关月球的信息 A．①③ B．②③ C．①② D．①②③ 4. 2021年5月“祝融号”火星车在火星着陆，开始对这颗红色星球展开实地探索。与地球相比，火星上的陨石坑更多更大的原因是（　　） A．火星表面没有液态水 B．火星的公转周期比地球的公转周期长 C．火星和太阳的距离比地球和太阳的距离更远 D．火星表面大气密度比地球表面大气密度小得多 5. 回顾2024年的天文圈，发生了许多事件，如流星雨、“紫金山﹣阿特拉斯”新星、ZS7星系黑洞合并、太阳活动进一步加强等。请同学们应用相关的宇宙知识完成下面小题。在天空中看到一些拖着尾巴的星星，它们主要是由岩石碎片、固体微粒和水结成的“冰球”，它们是（　　） A．彗星 B．恒星 C．行星 D．卫星 6. 我国探月工程显示：月球表面有着较厚的“月壤”（岩石风化物），影响“月壤”形成的因素最有可能的是（　　） A．生物 B．流水 C．风力 D．温度 素养提升 7. 下列说法正确的是（　　） A．地球、月球、火星都是环绕太阳转动的行星 B．流水、风、冰川都是导致地形变化的外力因素 C．板块内部是火山和地震的多发地带 D．大爆炸宇宙论、牛顿第一定律、生物进化论都是得到证实的科学结论 8. 火星是地球的近邻，人类对火星的探测一直没有停止过。 （1）如图所示为我国“天问一号”火星探测器行至距离火星1.1万千米处拍摄的火星图像。此时，“天问一号”火星探测器拍摄到的火星图像与地球上看到的 　 　 （填月相名称）类似。 （2）若某探测器在地球表面所受的重力为5000N，则当该探测器停留在火星表面时，其质量为 　 　 kg。 迁移创新 9. 2021年5月，我国“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原（如图甲），实现了我国首次地外行星着陆。图乙是其阶段Ⅲ着陆过程中的高度随时间的变化关系。 （1）火星大气密度是地球的1%，大气中氧气含量为0.15%且没有液态水，表面平均温度为﹣55℃绕日公转周期为687天。下列关于火星的说法不合理的是 　 　 。 A.表面平均温度比地球低 B.公转周期比地球长 C.火星上昼夜温差比地球大 D.雨、雪天数比地球多 （2）图乙中t1时段，着陆巡视器在竖直向上推力作用下，竖直下落的速度减小，该过程中推力F与重力G的大小关系是 　 　 。（不计大气阻力） （3）火星大气层稀薄，大气层上部需要吸收大量的太阳紫外线，紫外线属于 　 （选填“可见光”或“不可见光”），紫外线的应用有 　 　 。 A.杀菌 B.银行利用验钞机发出的紫外线识别伪钞 C.额温枪利用人体发出的紫外线快速测温 （4）其中火星到太阳的距离为22794万千米，大约是地球到太阳距离的1.5倍，太阳光传送到火星大约需要 　 　 分钟. A.8分钟 B.10分钟 C.12分钟 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $