【核心素养】《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》课件+教学设计+跟踪分层练习

/ 让教学更有效 精品试卷 | 化学
人教版九年级化学下册
《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》教学设计
【教材分析】
本实践活动基于物理、化学、材料科学等多学科知识,旨在让学生深入探究航天科技领域中新型材料与新型能源的应用。教材内容与多学科知识点紧密相连,帮助学生整合知识,提升综合运用能力,同时引导学生关注前沿科技,激发科学探索精神。
【学情分析】
学生已具备一定的物理、化学基础知识,但对航天科技领域的专业知识了解有限。他们对航天充满好奇,有较强的求知欲和探索精神,但在跨学科知识整合与实践应用方面需要引导与锻炼,具备初步的资料查阅与信息整理能力,但在深入分析与创新思维方面有待提高。
【教学目标】
1.学生能够系统阐述我国宇航产品的发展历程、种类与主要用途;准确分析宇航产品各部分所使用材料及能源的种类与特点;了解处于试验阶段的航天新型材料与能源,并能合理设想未来宇航产品的相关应用。
2.通过查阅资料、小组合作、绘制示意图等活动,提升学生信息收集与整理能力、团队协作能力、创新思维能力以及跨学科知识整合运用能力。
3.激发学生对航天科技的兴趣与热爱,增强民族自豪感与科学探索精神,培养学生勇于创新、敢于实践的科学品质。
【教学重点】
全面掌握我国宇航产品的发展、种类、用途以及材料和能源的应用现状,深入剖析宇航产品主体结构、外部涂层、功能部件等材料的特性,火箭推进剂与航天器工作能源的特性。
【教学难点】
引导学生跨越学科界限,深度理解航天材料与能源应用背后的多学科原理及其相互关联。
【教学方法】
文献法、观察法、问卷调查法、访谈法
【教学准备】
教师准备:PPT教学课件
【教学过程】
【新课导入】近年来,我国航天重大工程取得了一系列辉煌成就。“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、“悟空”“慧眼”探索宇宙奥秘……飞天逐梦变为现实,离不开对新型材料和新型能源的不断探索。引入新课。
【探究新知】
任务一:了解我国宇航产品的基本情况
【教师活动】播放一段精彩的航天发射视频,激发学生兴趣,引出本节课主题—我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用。随后,教师介绍本次实践活动的任务流程与要求,组织学生分组,每组推选一名组长负责组织协调工作。
【学生活动】小组内成员分工协作,对收集到的信息进行整理与初步分析。在资料收集与整理完成后,尝试共同绘制我国宇航产品信息示意图,以时间轴为脉络展示宇航产品的发展进程,在相应节点标注产品种类、外形轮廓及主要用途简介,要求示意图简洁明了、信息准确。
任务二:了解宇航产品的材料选择
【教师活动】回顾金属材料(如铝合金、钛合金的强度、密度特性)、高分子材料(如碳纤维复合材料的耐高温、高强度性能)等基础知识,讲解这些材料在航天领域应用的特殊要求,如轻质、高强度、耐高温、抗辐射等,引导学生思考如何将材料特性与宇航产品的不同部位需求相匹配。
【学生活动】学生根据教师提示,进一步查阅资料,深入分析宇航产品的主体结构(如航天器框架常用铝合金以减轻重量并保证强度)、外部涂层(如航天飞机的隔热陶瓷涂层可抵御高温)、功能部件(如太阳能电池板采用硅材料利用光电效应)等所使用的材料及其独特的物理、化学性质。各小组将分析结果进行汇总,讨论材料选择与宇航产品性能提升之间的关系,并将材料信息详细标注在之前绘制的示意图上,用不同颜色的笔区分不同部位的材料,同时附上材料特性的简要说明。
任务三:了解宇航产品的能源选择
【教师活动】介绍火箭推进剂的基本原理与分类,如化学推进剂(包括固体推进剂、液体推进剂)的燃烧反应过程以及产生推力的机制,对比不同推进剂(如液氢液氧推进剂燃烧效率高、产物无污染,固体推进剂结构简单、储存方便)的特点与适用场景。
【学生活动】学生分组查阅资料,了解人造卫星、宇宙飞船、空间探测器、空间站等航天器在执行不同任务时所使用的能源种类(如卫星主要依靠太阳能电池提供电能,空间站可能还会配备燃料电池作为备用电源)及其工作原理与特点。分析不同能源选择的依据,如能源的稳定性、能量密度、可获取性等因素。各小组将调研所得的能源信息补充到示意图中,在对应的宇航产品旁边标注能源类型、能源转化原理及主要优势。
任务四:设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
【教师活动】展示一些目前国内外正在试验阶段的航天新型材料(如纳米材料在提高材料强度和韧性方面的潜在应用)与新型能源(如可控核聚变能源的巨大潜力)的科研成果报道或科普视频,激发学生的创新思维,鼓励他们大胆想象未来航天科技的发展方向。
【学生活动】学生在充分了解现有航天材料与能源的基础上,结合所查阅的新型材料与能源信息,发挥想象力,设想一款未来的宇航产品。可以从产品的功能需求出发,反推所需的材料与能源支持。学生用绘图工具绘制出未来宇航产品的外观设计图,在图上清晰标注产品的用途、所采用的新型材料名称及特性、能源类型及供应方式等信息,并撰写一份简短的设计说明,阐述设计理念与创新点。各小组在内部交流展示后,推选一名代表准备在全班进行汇报展示。
【展示交流】
1.展示最终形成的示意图,交流并尝试总结宇航产品在材料和能源选择时的一般思路。
2.介绍你设想的未来的宇航产品,说明设计思路,并讨论未来航天科技领域新型材料和能源可能的发展方向。
【课后小结】
回顾我国宇航产品的发展历程、材料与能源应用现状,强调跨学科知识在航天科技领域的重要性以及创新思维在科技发展中的引领作用。鼓励学生在今后的学习和生活中继续关注航天科技领域的发展动态,积极参与科技创新实践活动。
【板书设计】
【课后作业】
整理有关资料,撰写活动报告,并与同学交流。
【教学反思】
亮点:主题具有高度的吸引力和时代感,能够充分激发学生的学习兴趣与探索欲望,将抽象的多学科知识与具体的航天科技应用紧密结合,使学习过程更具趣味性和实用性。采用任务驱动式教学方法,明确的四个任务逐步引导学生深入探究,培养了学生的自主学习能力、团队协作能力和问题解决能力。学生在完成任务的过程中,不仅学到了知识,更提升了综合素养。
不足: 在跨学科知识融合的教学过程中,对于一些基础薄弱的学生,引导和辅导还不够精准到位,导致部分学生在理解和应用多学科知识时存在困难,影响了整体教学效果。
教学建议:针对学生的学科基础差异,在教学前进行更细致的学情分析,在教学过程中设计分层教学环节,如提供不同难度层次的资料查阅引导、小组讨论问题设置等,满足不同层次学生的学习需求,确保每个学生都能在活动中有所收获。
()(共36张PPT)
(人教版)九年级化学

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
01
学习目标
内容总览
02
新知导入
03
探究新知
04
课堂练习
05
课堂总结
06
分层作业
核心素养教学目标
学生能够系统阐述我国宇航产品的发展历程、种类与主要用途;准确分析宇航产品各部分所使用材料及能源的种类与特点;
01
02
通过查阅资料、小组合作、绘制示意图等活动,提升学生信息收集与整理能力、团队协作能力、创新思维能力以及跨学科知识整合运用能力。
03
激发学生对航天科技的兴趣与热爱,增强民族自豪感与科学探索精神,培养学生勇于创新、敢于实践的科学品质。
近年来,我国航天重大工程取得了一系列辉煌成就。“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、“悟空”“慧眼”探索宇宙奥秘……飞天逐梦变为现实,离不开对新型材料和新型能源的不断探索。
新知导入
探究新知
任务一:了解我国宇航产品的基本情况
探究新知
任务一:了解我国宇航产品的基本情况
1970年中国第一颗人造卫星“东方红1号”成功升空
1999年11月20日中国载人航天计划中第一艘无人试验飞船神舟一号发射升空
探究新知
任务一:了解我国宇航产品的基本情况
2003年10月15日,我国发射的第一艘载人航天飞船神舟五号升空,表明中国掌握载人航天技术;2007年10月24日18时05分,我国自主研制的第一颗月球探测卫星嫦娥一号卫星发射成功并完成首次绕月探测任务。
第一艘载人航天飞船神舟五号
第一颗月球探测卫星嫦娥一号
探究新知
任务一:了解我国宇航产品的基本情况
我国宇航产品的发展历程辉煌且成果丰硕,以下是其主要发展阶段及成果:
起步阶段
载人航天工程阶段
深空探测阶段
空间站建设阶段
新技术与新产品研发阶段
探究新知
任务一:了解我国宇航产品的基本情况
我国宇航产品的种类和主要用途
探究新知
任务二:了解宇航产品的材料选择
金属
材料
01
纯金属
02
合金(钢铁、铝合金、钛合金和镁合金等)
优点:高强度、高硬度、高导电性、高导热性等
探究新知
任务二:了解宇航产品的材料选择
无机非金属材料——如耐高温、耐腐蚀、高强度及可导电的各种新型陶瓷;
复合材料——玻璃钢、碳纤维复合材料等;
纳米材料——将声、光、电、磁、热性能呈现新特性。
新型有机合成材料:
陶瓷
复合材料
纳米材料
探究新知
任务二:了解宇航产品的材料选择
高分子材料,纳米材料
重量轻:
高分子材料,纳米材料,都具有密度小重量轻的特点,在航天飞行中,减小运载火箭的质量能够使得发动机推力得到更大利用,运力就能提升。
强度高:
金属基复合材料和纳米材料都具有强度高,石墨烯,纳米材料等在强度高的同时还可以做到重量轻,所以,铝合金,碳纤维复合材料等在火箭薄如蝉翼的外壳上保障了箭体结构的坚固。
探究新知
任务二:了解宇航产品的材料选择
复合材料
耐高温材料的应用:
应用最广泛的耐高温材料是碳化硅复合材料。它可以在1200℃的高温下长时间运行,而且还具有一定的强度和韧性,适用于制造发动机喷口、翼面、加热器和结构件等。
复合材料的应用:
复合材料是一种混合物。
复合材料可以提高零部件的强度、刚度和耐久性,大大降低了航天器的质量,并提高了其性能。
探究新知
任务二:了解宇航产品的材料选择
分组讨论:
根据航天器的工作条件,结合不同材料的特点分析主体结构、外部涂层、功能部件等的材料选择。
探究新知
任务三:了解宇航产品的能源选择
通常情况下,可燃物与氧气发生的一种发光、放热的剧烈的氧化反应叫做燃烧。
燃烧一般有什么特征?
探究新知
任务三:了解宇航产品的能源选择
太阳能、风能、地热能、潮汐能、核能、生物质能等。
潮汐能
风能
地热能
探究新知
任务三:了解宇航产品的能源选择
新能源的利用
太阳能:
太阳能是一种广泛利用航天技术的新能源。航天技术中的光伏技术可以将太阳能转化为电能。通过航天卫星上的太阳能电池板,可以将太阳光转化为电能,并通过无线传输方式传回到地面,实现实时的太阳能电力系统。
风能:
风能是航天新能源领域的另一个重要方向。航天技术可以通过卫星上的风力发电装置,利用高空强风资源进行发电。由于航天技术的应用,可以使风力发电装置提升到更高的风层,从而获取到更强大的风力资源,提高风能的利用效率。
探究新知
任务三:了解宇航产品的能源选择
新能源的利用
液氢:
液氢作为目前公认的清洁高效火箭燃料,具有比冲高,燃烧后产生水,清洁无污染,推力大等优点,但成本高且不易保存,液氢的沸点很低(零下253℃和零下183℃)因此对于温度的要求很高。
风能:
液氧甲烷也是很有前景的一种燃料,其具有比冲高、维护方便、易于获取、发射成本低等等优点,同时在可回收火箭方面具有很广阔的前景。
探究新知
任务三:了解宇航产品的能源选择
探究新知
任务三:了解宇航产品的能源选择
火箭推进剂的分类
化学推进剂
液体推进剂
液氢液氧推进剂燃烧效率高、产物无污染;
固体推进剂
结构简单、储存方便
探究新知
目前正处于试验阶段的一些新型材料
铌合金:
西北工业大学团队研发出的新型耐高温材料,能耐受超过2400摄氏度高温,并展现出高度的可塑性,有望应用于六代战斗机等领域。
任务四:设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
探究新知
任务四:设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
目前正处于试验阶段的一些新型材料
全固态电池:
宁德时代主攻硫化物路线的全固态电池,已进入20Ah样品试制阶段,其能量密度较三元锂电池提升40%以上,但充电速度和循环寿命还未达预期.
探究新知
任务四:设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
目前正处于试验阶段的一些新型材料
纳米材料:
可用于高端医疗器械等领域,目前总体还没有大规模生产,未来应用场景广阔.
探究新知
任务四:设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
目前正处于试验阶段的一些新型材料
石墨烯:
能让智能家电导电以及透光性能增强,属于前沿材料,正处于试验阶段,尚未大规模量产。
探究新知
任务四:设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
目前正处于试验阶段的一些新型材料
泡沫金属:
湖南科力远新能源股份有限公司正在研发制氢设备用泡沫金属,与传统材料相比,可将催化性能提升3-10倍,能耗降低20%左右,目前已送多款小样至下游客户,并在优化性能。
探究新知
任务四:设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
目前正处于试验阶段的一些新型能源
钠离子电池:
钠离子储能技术主要运用于电动自行车充电电池领域,2024年建成了全国乃至全球规模最大的钠离子电池储能电站,但钠离子储能设备零部件及配套产品基本处于试验阶段。
探究新知
任务四:设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
目前正处于试验阶段的一些新型能源
可燃冰:
学名为天然气水合物,我国早在1999年便成立了可燃冰开发项目,但目前仍处于试验开采阶段,面临环境保护、成本控制、地区局势等难题,尚未实现大规模商业应用。
探究新知
任务四:设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
目前正处于试验阶段的一些新型能源
小型核电池:
中国贝塔福特公司即将量产的小型核电池已进入到了中试阶段,其单块体积小,无需维护,无外部辐射,能量密度高,安全性强,能够实现50年自发电,但目前还未正式量产。
探究新知
【展示与交流】
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。
1.展示最终形成的示意图,交流并尝试总结宇航产品在材料和能源选择时的一般思路。
2.介绍你设想的未来的宇航产品,说明设计思路,并讨论未来航天科技领域新型材料和能源可能的发展方向。
课堂练习
1.硼纤维有较好的耐热性,不与氯气和水反应,可与某些金属制成新型材料,在1200℃时氯化硼(BCl3)蒸气与干燥纯净的氢气反应可制得硼和氯化氢。下列说法不正确的是( )
A.该反应中只有两种物质为气态
B.氯化硼可能会与水反应
C.含硼纤维的材料有耐热性
D.该反应需要在隔绝空气的条件下进行
A
课堂练习
2.“信息”“材料”利“能源”被称为新科技革命的三大支柱。下列叙述不正确的是( )
A.核能、太阳能、氢能等具有广阔的开发前景
B.制造“神舟六号”宇宙飞船,使用了大量新型材料
C.有机高分子材料的广泛应用“有百利而无一害”
D.人类应与环境和谐相处,要合理开发和利用化石燃料等矿物资源
C
课堂总结
1
2
了解我国宇航产品的基本情况(火箭、卫星、飞船和航天器四大类)。
了解宇航产品的材料选择(质轻、耐高温、耐腐蚀、强度高、可塑性好、可重复利用等);
能源应具备的特点(成本适中、易储存、燃烧易控制,燃烧效率高)。
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
分层作业
【基础培优】:
如图所示为电动起重机的工作场景。下列说法正确的是( )
A.钢属于合金
B.铁属于非晶体
C.塑料属于天然材料
D.图中所示的滑轮属于定滑轮
分层作业
【能力提升】:
1.下列是小明一天中的生活经历和相关解释,其中错误的是( )
A.早上用不锈钢水壶在燃气灶上烧水,利用的是金属的导电性
B.下午体育课后喝了葡萄糖溶液,补充的糖类能为人体提供能量
C.傍晚将塑料矿泉水瓶放入可回收垃圾桶,该塑料属于可回收的合成材料
D.晚饭后将洗净的铁锅擦干,是为了防止铁锅生锈
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人教版九年级化学下册
《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》同步分层练习
【基础篇】
1.下列金属材料中,常用于航天领域的是( )
A. 纯铁 B. 铝合金 C. 青铜 D. 铅锡合金
2.航天领域使用的金属材料具有的特点是( )
A. 强度高、密度大 B. 强度低、密度小
C. 强度高、密度小 D. 强度低、密度大
3.以下不属于新能源的是( )
A. 太阳能 B. 风能 C. 煤炭 D. 核能
4.在航天科技中,下列金属材料的性质与其应用无关的是( )
A. 钛合金的熔点高 B. 钨的熔点高
C. 铝的导电性好 D. 不锈钢的抗腐蚀性强
5.如图所示为电动起重机的工作场景。下列说法正确的是( )
A.钢属于合金 B.铁属于非晶体
C.塑料属于天然材料 D.图中所示的滑轮属于定滑轮
【能力篇】
一、单选题:
1.硼纤维有较好的耐热性,不与氯气和水反应,可与某些金属制成新型材料,在1200℃时氯化硼(BCl3)蒸气与干燥纯净的氢气反应可制得硼和氯化氢。下列说法不正确的是( )
A.该反应中只有两种物质为气态
B.氯化硼可能会与水反应
C.含硼纤维的材料有耐热性
D.该反应需要在隔绝空气的条件下进行
2.“信息”“材料”利“能源”被称为新科技革命的三大支柱。下列叙述不正确的是( )
A.核能、太阳能、氢能等具有广阔的开发前景
B.制造“神舟六号”宇宙飞船,使用了大量新型材料
C.有机高分子材料的广泛应用“有百利而无一害”
D.人类应与环境和谐相处,要合理开发和利用化石燃料等矿物资源
3.如图是我国西汉青铜雁鱼灯及其示意图。灯油燃烧时,烟气通过鱼身和雁颈导入雁体内水中,减少对室内空气的污染。下列说法错误的是( )
该灯使用的青铜是一种金属材料
B.产生烟尘的原因是灯油不完全燃烧
C.转动灯罩隔绝空气,可使灯火熄灭
D.水能吸收烟尘,还能吸收一氧化碳
4.下列是小明一天中的生活经历和相关解释,其中错误的是( )
A.早上用不锈钢水壶在燃气灶上烧水,利用的是金属的导电性
B.下午体育课后喝了葡萄糖溶液,补充的糖类能为人体提供能量
C.傍晚将塑料矿泉水瓶放入可回收垃圾桶,该塑料属于可回收的合成材料
D.晚饭后将洗净的铁锅擦干,是为了防止铁锅生锈
5.苏州是历史悠久的文化名城,古今建筑交相辉映。下列建筑材料属于金属材料的是( )
A.旧城墙的青砖 B.古城门的铜钉
C.火车站立柱的水泥 D.博物馆天窗的玻璃
二、填空探究题:
1.材料科学在利用太阳能上大显身手。最近,一种利用石英热捕捉器()捕获太阳能的新方法,可使温度达到1000°C以上,从而有可能在玻璃、钢铁、水泥和陶瓷等工业生产中取代化石燃料。回答相关问题:
(1)玻璃、钢铁、水泥和陶瓷中不属于无机非金属材料的是 ,这些无机非金属材料与石英均含有的元素为氧和 。
(2)该捕获太阳能取代化石燃料的新方法,目前其主要的2点优势为______(选填编号)。
A.应用更环保 B.技术更成熟 C.资源更丰富
2.科技是第一生产力,近年来我国在科技领域取得了一系列辉煌成就。
(1)“福建号”航母在建造过程中大量使用特种钢。该特种钢的耐腐蚀性能比纯铁的 (填“好”或“差”)。
(2)“天舟号”货运飞船换装了以LiFePO4作正极材料的新型锂电池。已知LiFePO4中Li为+1价,PO43-为-3价,则其中Fe的化合价为 。
(3)“嫦娥号”月球登陆器表面覆盖了由聚酰亚胺和铝箔构成的多层保温材料。
① 聚酰亚胺属于有机合成材料。聚酰亚胺中一定含有的元素是 (填元素符号)、H、O、N等。
② 铝块可以制成铝箔是利用了铝的 (填“导电”或“延展”)性。
(4)“长征五号”大推力运载火箭助力我国天宫空间站建设。该火箭助推器使用煤油(含C11、C24、C12H26、C13H28等分子)作燃料,液氧作助燃剂。
① 煤油属于 (填“纯净物”或“混合物”)。
② 煤油在氧气中充分燃烧,产物的化学式为 。
【拔高篇】
1.近年来,我国航空航天事业取得了举世瞩目的成就。阅读材料,回答下列问题。
材料一:2020年11月24日,我国用长征五号运载火箭成功发射嫦娥五号探测器。长征五号运载火箭用液氧和液氢代替有毒的液体四氧化二氮和液体偏二甲肼做推进剂。嫦娥五号探测器第一次在月球表面展示了以国产高性能芳纶纤维材料为主,采用“高效短流程嵌入式复合纺纱技术”制作的五星红旗。
材料二:2021年5月15日,中国“天问一号”探测器成功着陆火星,火星车采用钛合金、铝合金、复合记忆纤维等材料制造,它应用的新型镁锂合金材料是由西安四方超轻材料有限公司自主研发。
(1)用液氧和液氢代替液体四氧化二氮和液体偏二甲肼做推进剂的优点是______(写一条)。
(2)嫦娥五号探测器在月球表面展示的五星红旗所用的芳纶纤维材料的类型是______(选填“合成材料”、“复合材料”或“金属材料”)。
(3)镁锂合金硬度比其纯金属的硬度______(填“大”或“小”)。
(4)图1为镁在元素周期表中的部分信息,则镁的相对原子质量为______。
图2为几种粒子的结构示意图,其中属于同种元素的是______(填序号)与镁元素化学性质相似的是______(填序号)。
(5)工业制钛过程中的一个反应:,X的化学式为______。
同步分层练习答案
【基础篇】:
1.B 2.C 3.C 4.A 5.A
【能力篇】:
一、选择题:
1.C 2.D 3.D 4.A 5.B
二、填空探究题:
1.(1)钢铁 硅 ;(2)AC
2.(1)好 ;(2)+2 ;(3)C 延展 ;
(4)混合物 CO2、H2O
【拔高篇】:
1.(1)无毒或无污染
(2)合成材料
(3)大
(4) 24.31 ①④ ③
(5)SO3
精品试卷·第 2 页 (共 2 页)
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