第十一單元化學(xué)與社會(huì)

跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)10

調(diào)查我國(guó)航天科技領(lǐng)域中新型材料、新型能源的應(yīng)用人教版化學(xué)

九年級(jí)下冊(cè)近年來(lái)，我國(guó)航天重大工程取得了一系列輝煌成就?！吧裰邸眴?wèn)天、“嫦娥”攬?jiān)?、“北斗”指路、“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰、“悟空”“慧眼”探索宇宙奧秘……飛天逐夢(mèng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，離不開(kāi)對(duì)新型材料和新型能源的不斷探索。1.

了解新型材料和新型能源在我國(guó)航天科技領(lǐng)域中的應(yīng)用，加深對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用、能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移等的認(rèn)識(shí)。2.

形成創(chuàng)新意識(shí)，進(jìn)一步樹(shù)立民族自豪感。任務(wù)一了解我國(guó)宇航產(chǎn)品的基本情況查閱資料，了解我國(guó)宇航產(chǎn)品的發(fā)展、種類和主要用途，嘗試?yán)L制包含這些信息的示意圖。我國(guó)宇航產(chǎn)品人造衛(wèi)星通信衛(wèi)星：實(shí)現(xiàn)全球通信、廣播電視信號(hào)傳輸氣象衛(wèi)星：用于氣象觀察、天氣預(yù)報(bào)導(dǎo)航衛(wèi)星：為全球提供定位、導(dǎo)航服務(wù)，如北斗導(dǎo)航載人飛船空間站月球探測(cè)器火星探測(cè)器進(jìn)行太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)、太空技術(shù)研究，以及培養(yǎng)宇航員等，如神舟系列飛船、中國(guó)空間站“天宮”對(duì)月球進(jìn)行地質(zhì)勘探、資源探測(cè)等，如嫦娥探測(cè)器探索火星的地質(zhì)、氣候等，為開(kāi)發(fā)火星做準(zhǔn)備，如天問(wèn)一號(hào)1.

查閱資料，結(jié)合金屬材料、高分子材料等知識(shí)，了解并分析宇航產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)、外部涂層、功能部件等所使用的材料及其特點(diǎn)。任務(wù)二了解宇航產(chǎn)品的材料選擇（1）主體結(jié)構(gòu)方面:常用的金屬材料包括鈦合金和鋁合金。鈦合金具有高強(qiáng)度、高耐腐蝕性和良好的高溫性能,能夠承受太空環(huán)境中的極端壓力和溫度變化。鋁合金則具有輕質(zhì)、良好的加工性能和一定的強(qiáng)度,有助于減輕宇航產(chǎn)品的整體重量。（2）外部涂層方面:通常會(huì)采用耐高溫、耐磨損、抗輻射的涂層材料。例如,一些特殊的陶瓷涂層,能夠有效保護(hù)宇航產(chǎn)品免受太空高能粒子的輻射和微小隕石的撞擊;高分子材料聚酰亞胺，具有優(yōu)異的耐高溫性能和絕緣性能,也常用于外部涂層,以提供防護(hù)和絕緣作用。（3）功能部件方面:對(duì)于一些需要高精度和高可靠性的部件,如傳感器、光學(xué)儀器等,會(huì)使用具有良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性且穩(wěn)定性的金屬材料,如金、銀、銅等。而對(duì)于一些需要減震、密封和絕緣的部件,則會(huì)使用高分子材料,如橡膠、塑料等,它們具有良好的彈性和柔韌性。總之,在宇航產(chǎn)品中,材料的選擇取決于其特定的性能需求,以確保產(chǎn)品在極端的太空環(huán)境中能夠安全、可靠地運(yùn)行。2.根據(jù)調(diào)查的材料信息完善示意圖。宇航產(chǎn)品材料主體結(jié)構(gòu)方面鈦合金外部涂層方面功能部件方面鋁合金陶瓷高分子材料金屬材料高分子材料1.火箭的能源。查閱資料，結(jié)合燃燒、能量等知識(shí)，了解并分析火箭的推進(jìn)劑，說(shuō)明不同推進(jìn)劑的特點(diǎn)。任務(wù)三了解宇航產(chǎn)品的能源選擇（1）化學(xué)推進(jìn)劑:①液體推進(jìn)劑:常見(jiàn)的有液氧和液氫組合。液氧和液氫組合具有很高的比沖（單位質(zhì)量推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量）,燃燒效率高,但儲(chǔ)存和使用條件苛刻,需要低溫和復(fù)雜的儲(chǔ)存系統(tǒng)。②固體推進(jìn)劑:如高氯酸銨復(fù)合推進(jìn)劑。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、使用方便,能夠長(zhǎng)期儲(chǔ)存。但比沖相對(duì)較低,且一旦點(diǎn)火難以控制燃燒過(guò)程。（2）非化學(xué)推進(jìn)劑:①電推進(jìn)劑:利用電能將推進(jìn)劑離子化并加速噴出,產(chǎn)生推力。其比沖極高,能夠大幅節(jié)省推進(jìn)劑質(zhì)量,但產(chǎn)生的推力較小,適用于長(zhǎng)時(shí)間的軌道調(diào)整和深空探測(cè)任務(wù)。②核熱推進(jìn)劑:利用核反應(yīng)堆加熱推進(jìn)劑產(chǎn)生高溫氣體噴出。具有較高的比沖和較大的推力,但技術(shù)復(fù)雜,存在核安全和輻射防護(hù)等問(wèn)題。2.航天器開(kāi)展工作的能源。查閱資料，了解并分析人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間探測(cè)器、空間站等航天器在開(kāi)展工作時(shí)所使用的能源種類及其特點(diǎn)。（1）太陽(yáng)能:清潔、可持續(xù)、易于獲取。在近地軌道的航天器中廣泛應(yīng)用,通過(guò)太陽(yáng)能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能。但在遠(yuǎn)離太陽(yáng)的區(qū)域或陰影區(qū)，能源供應(yīng)會(huì)受到限制。（2）化學(xué)電池:如銀鋅電池、鋰電池等。能夠提供穩(wěn)定的電能輸出,不受光照條件影響。但能量密度相對(duì)較低,儲(chǔ)存的能量有限,且使用壽命有限。（3）核能源:如放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器（RTG）,能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定提供電能,不受光照和位置的影響,適合在深空探測(cè)等任務(wù)中使用，但存在核輻射風(fēng)險(xiǎn),技術(shù)復(fù)雜,成本高昂。（4）燃料電池:將燃料（如氫氣）和氧化劑（如氧氣）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。能量轉(zhuǎn)化效率較高,能夠提供持續(xù)的電力,但需要儲(chǔ)存燃料和氧化劑。不同的航天器會(huì)根據(jù)任務(wù)需求、軌道位置、工作時(shí)長(zhǎng)等因素選擇合適的能源,有時(shí)也會(huì)采用多種能源組合的方式,以確保航天器在各種工況下都能穩(wěn)定運(yùn)行。3.根據(jù)調(diào)查的能源信息進(jìn)一步完善示意圖。航天器能源火箭能源航天器工作的能源液體推進(jìn)劑固體推進(jìn)劑電推進(jìn)劑核熱推進(jìn)劑太陽(yáng)能化學(xué)電池核能源燃料電池任務(wù)四設(shè)想航天科技領(lǐng)域中未來(lái)的新型材料和能源查閱資料，了解目前正處于試驗(yàn)階段的新型材料和新型能源。設(shè)想一款未來(lái)的宇航產(chǎn)品，繪制出它的外觀，并將其用途、所使用的材料、能源等標(biāo)注在圖中。（1）新型材料和新型能源:材料有碳納米管復(fù)合材料、量子材料等;能源有反物質(zhì)能源、可控核聚變能源等。（2）提示:未來(lái)宇航產(chǎn)品可展開(kāi)合理想象,大膽采用新型材料和能源,設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離的星際旅行,探索未知星系,同時(shí)具備科學(xué)研究和資源勘探的功能的宇航產(chǎn)品。1.展示最終形成的示意圖，交流并嘗試總結(jié)宇航產(chǎn)品在材料和能源選擇時(shí)的一般思路。宇航產(chǎn)品在材料和能源選擇時(shí)的一般思路材料選擇能源選擇高強(qiáng)度和輕質(zhì)化耐極端環(huán)境抗腐蝕和耐磨損熱穩(wěn)定性好高能量密度可靠性和穩(wěn)定性適應(yīng)寬溫度