1材料CONTENTS第15章材料和能源能源215.1課程標準

1.知識目標古德伊爾（美國）、齊格勒（美國）、卡羅瑟斯(美國)、高錕（英籍華裔）、肖克利（美國）、昂里斯(荷蘭)的創新成果。

理解常規材料的分類。理解光導纖維、形狀記憶合金、貯氫合金、半導體材料、超導材料、納米材料的內涵和用途。

2.能力目標具備初步批判性思維能力。3.素質目標弘揚科學家精神，博學德清，鼎新致用。第一節材料

一、常規材料

（一）金屬材料金屬材料分黑色金屬和有色金屬兩大類。目前主要的金屬材料有銅、鐵、鋁等。所謂材料，一般指人類能用來制作有用物件的物質。一般傾向于根據其物理化學屬性，分為金屬、無機非金屬、有機高分子以及復合材料四大類。金屬材料1.銅含銅的礦石主要有：

黃銅礦(CuFeS2)；孔雀石[CuCO3·Cu(OH）2]藍銅礦[2Cu(OH）2·CuCO3]等

這些礦石若與碳一起熔燒，就可生成銅。將銅礦石和錫礦石共同冶煉，就可以得到性能好得多的青銅（熔點700℃-900℃）。Cu(OH)2·CuCO3+2C=2Cu+2CO+CO2+H2O

2.鐵鐵礦石主要有磁體礦（Fe3O4）、赤鐵礦（Fe2O3）等，鐵器的出現普遍比銅器晚，主要原因在于鐵的熔點(1539℃)比銅的熔點高。鐵礦石、燃料等原料在爐子里加熱、混合，鐵礦石中的鐵就可以被還原出來。Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2在鋼中摻入了18％的鉻和8％鎳，就得到“不銹鋼”。青銅器混凝土

（二）無機非金屬材料

3.鋁鋁的主要礦物是鋁土礦（

Al2O3

）,通過冶煉和電解可以得到純鋁。1906年德國人威爾姆在鋁中加入銅、鎂和錳等形成了第一種鋁合金——硬鋁，它被用來制造飛機。現代家庭中裝修門窗所用的又輕又硬的鋁合金是鋁與鎂或錳的合金。

1.水泥硅酸鹽水泥是在1824年由英國泥水匠約瑟夫·阿斯普丁發明的。

制造水泥時以碳酸鈣（CaCO3

）和黏土（高嶺石Al2H4Si2O9

）為主要原料，經過研磨、混合后在水泥回轉窯中煅燒，再加上適量石膏（CaSO4），以調節水泥的凝結時間，并研細成粉末就得到普通的水泥了。水泥中只需加入砂、石就能成為混凝土，再加入鋼筋就成為鋼筋混凝土了。鋁合金2.玻璃

普通玻璃的主要原料是純堿(Na2CO3)石灰石(CaCO3)和石英（SiO2）

生產時，把原料粉碎，按適當的比例混合后，放入玻璃窯中加強熱就可以制造得到透明的普通玻璃。如果添加某些金屬氧化物，可以制出具有各種美麗顏色的玻璃，如氧化鈷(Co2O3)可使玻璃呈藍色，氧化銅(Cu2O)或金的氧化物可使玻璃呈紅色。3.陶瓷

陶瓷是陶器和瓷器的總稱。兩者的差別在于，陶器表面沒有釉質或只有低溫釉（鉛釉料），原料是高嶺土（Al2H4Si2O9），燒制溫度較低(低于1000℃)；而瓷器表面有高溫釉，用高嶺土在高溫下(達1200℃)燒制而成。

水晶玻璃，即在普通玻璃里面加入氧化鉛和氧化鉀。陶瓷水晶玻璃（三）有機高分子材料1.合成橡膠

1839年，美國人古德伊爾成功地將天然橡膠硫化，實現了橡膠分子鏈的交聯，使橡膠具備了良好的彈性。

1955年美國人利用齊格勒催化劑聚合異戊二烯，首次用人工方法合成了結構與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠。不久用乙烯、丙烯這兩種最簡單的單體制合成橡膠造的乙丙橡膠也獲成功。2.合成纖維

合成纖維是由小分子化合物通過聚合得到的。第一種合成纖維尼龍66是美國科學家卡羅瑟斯(1896—1937)領導的小組1938年研制成功的，它的主要成分是“聚己二酰己二胺(尼龍-66)”；1968年，美國杜邦公司研制的一種芳綸（凱芙拉）纖維，“聚對苯二甲酰對苯二胺”，它的強度達到鋁合金的45倍，可用來制作降落傘、機輪簾布、航天飛機熱防護材料、耐壓軟管以及軍事上的避彈衣、頭盔等.合成纖維合成橡膠3.塑料

1938年人工合成聚四氟乙烯，在王水中煮沸不會發生變化。-269.3℃不會被凍變脆，300℃的高溫也不會融化裂解。1960年后，各種塑料中產量躍居首位的是聚烯烴。其中主要是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲醛等。塑料塑料制品

（四）復合材料

復合材料是由金屬、有機高分子、無機非金屬等具有不同結構和功能的材料，通過特殊工藝復合為一體的新型材料。如玻璃鋼、碳纖維復合材料等。

復合材料復合材料

二、新材料

（一）高性能金屬與合金1.形狀記憶合金

1963年，美國一個海軍研究所發現某些合金存在形狀記憶效應，如Cu—Zn系；Al—Cu系；Ti—Ni系等。

發現不論把形狀記憶合金變成什么樣子，只要加熱到轉變溫度，就能使它恢復原來的形狀。2.貯氫合金1968年，美國布魯赫本國立研究所發現了Mg—Ni具有貯氫的性能。

目前各國正在開發的貯氫合金主要有鎂系、鈦系、混合稀土系和鐵系等。貯氫合金能夠貯存比它自己體積大1000～1300倍的氫，是一種容量大、既輕便又安全的理想的貯存和運輸氫的手段。

氫與這些金屬的結合力很弱，若改變溫度壓力，金屬氫化物就會分解釋放出氫。3.非晶態金屬1960年，美國的杜維茨發現Au—Si合金熔液以每秒106℃冷卻獲得的金屬玻璃，其強度達4000N/mm2。（二）新型無機非金屬和半導體材料

用氧化鋁(Al2O3)燒制而成的陶瓷材料。利用它的耐熱性來制造坩堝、高溫爐管，利用它硬度高的特點來制造剛玉球磨機和切割用的陶瓷刀具。若使用高純度原料，可以使氧化鋁陶瓷變得透明，用于制作高壓鈉燈的燈管。

1.人造剛玉非晶態金屬人造剛玉2.碳纖維碳纖維指的是含碳量在90%以上的高強度高模量纖維。碳纖維只是鐵重量的1／4，強度卻是鋼的5倍；可以耐受2000℃以上的高溫；具有優秀的抗腐蝕與輻射性能。3.光導纖維光導纖維是用純度極高的石英玻璃拉制成的非常細的可有效地遠距離傳導光信號的纖維。

1966年，被譽為“光纖之父”的英籍華裔科學家高錕和他的合作者霍克漢提出用光纖進行長距離通信的建議，他們證明單模光纖每秒有可能傳送10億位數字信號，并論證了單模光纖的要求和特性。光導纖維的通信容量極大，一根光纖可通過1～2億路電話，可同時傳遞5000路電視。碳纖維

4.半導體材料

1949～1950年間，美國貝爾電話實驗室的肖克利根據能帶理論的基本思想，創立了半導體的p—n結理論。將它作為晶體二極管，具有單向導電性。在面積比拇指的指甲還小的一塊半導體晶片上，可以集成上百萬個電子元件，集成電路的制成開辟了微電子技術的時代，電子計算機的發展得益于此。

（三）超導材料1911年荷蘭萊頓大學的昂里斯(1853—1926)首次發現，當水銀在冷卻到4.2K以下時，電阻幾乎完全消失，這便是所謂超導現象。

2025年，中國北京大學物理學院量子材料科學中心的王健團隊及其合作者，以銅氧化物高溫超導體為基礎，成功制備了一種新型的超導二極管，并發現了其在零磁場下最高可達72開爾文（約-201.15攝氏度）的工作溫度。

（四）納米材料納米材料是由尺寸在0.1～100nm之間的超微顆粒構成。1,特殊的力學性能研究表明，人的牙齒之所以有很高的強度，是因為它由磷酸鈣等納米材料構成的。

呈納米晶粒的金屬要比傳統的粗晶粒的金屬硬3—5倍。超導材料納米材料

2.特殊的光學性能

金屬在超微顆粒狀態下都呈現為黑色。尺寸越小，顏色越黑。這說明金屬的超微顆粒對光的反射率極低。利用這個性質做成的材料可以高效率地將太陽能轉換為熱能、電能。

3.特殊的熱學性固體物質超細微化后其熔點將顯著降低，當顆粒小于10nm量級時尤為顯著。金的熔點為1064℃，2nm尺寸時的熔點僅為327℃左右；銀的熔點為670℃，而超微銀顆粒的熔點可低于100℃。4.特殊的磁學性能

磁性超導微顆粒實質上是一個生物磁羅盤。生活在水中的趨磁細菌依靠它游向營養豐富的水底。隨著超微顆粒尺寸減小，它會呈現出超順磁性。利用這種特性可制成用途廣泛的磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙。5.特殊的電學性質當金屬晶粒處于納米范疇時，其密度隨之增加。這樣，金屬中自由電子移動的路程將會變小，使電導率降低。因此原來的金屬良導體就轉變為絕緣體，這種現象稱之為尺寸誘導的金屬—絕緣體轉變。思考與練習

1.古德伊爾（美國）、齊格勒（美國）、高錕（英籍華裔）、肖克利（美國）、昂里斯(荷蘭)有何創新成果？2.簡答常規材料的分類。

3.簡答光導纖維、形狀記憶合金、貯氫合金、半導體材料、超導材料、納米材料的內涵和用途。1材料CONTENTS第15章材料和能源能源215.2課程標準

1、知識目標：了解煤炭、石油、天然氣等常規能源的應用情況。理解煤炭、石油、天然氣的成因了解風能、太陽能、地熱能、核能的應用情況。理解風能、太陽能發電的機理。2、能力目標：

具備批判性思維的初步能力。3、素質目標：

弘揚科學家精神，博學德清，鼎新致用。

第二節能源

一、常規能源能源就是能提供能量的自然資源。目前已被人類大規模開發利用并在生產和生活中起著重要作用的初級能源主要有煤炭、石油、天然氣、水能、核裂變能和植物燃料幾大類。它們又稱為常規能源或傳統能源，占去世界能源消費總量的99%以上。（一）煤

煤是古代植物遺體堆積在湖泊、海灣、淺海等地方，經過復雜的生物化學和物理化學作用轉化而成的一種具有可燃性能的沉積巖。

在整個地質年代中有三個大的成煤期。古生代石炭紀和二疊紀，成煤植物主要是孢子植物；中生代侏羅紀和白堊紀，成煤植物主要是裸子植物；新生代第三紀，成煤植物主要是被子植物。1、煤的形成煤是古代植物遺體堆積在湖泊、海灣、淺海等地方，經過變質作用形成的

（1）煤的干餾將煤粉放在隔絕空氣的煉焦爐中加熱，煤分解得到焦炭、煤焦油、焦爐氣、粗氨水和粗苯等。這些產物可用于生產化肥、塑料、合成橡膠、合成纖維、炸藥、染料、醫藥等。

（2）煤的氣化煤的氣化是把煤中的有機物轉化為可燃性氣體的過程。氣化過程在氣化爐中進行。這是一個吸熱反應，所需熱量一般由同時進行的碳的燃燒反應來提供。

C+H2O=CO+H2

煤氣分為低熱值氣(CO、H2為主)和中熱值氣(CO、H2、少量CH4)。高熱值氣(CH4為主)。

（3）煤的液化

煤的液化是把煤轉化成液體燃料的過程。

把煤與適當的溶劑混合后，在高溫高壓下使煤與氫氣作用生成液體燃料，這是把煤直接液化的一種方法。煤還可以進行間接液化，就是先把煤氣化成一氧化碳和氫氣，然后再經過催化合成，得到液體燃料。

2H2+CO→CH3OH

2、煤的利用

（二）石油

1.石油的形成大多數地質學家認為，石油是古代生物遺骸，堆積在湖里、海里，或是陸地上，經高溫、高壓的作用，由復雜的生物及化學作用轉化而成的。石油在地層中一點一滴地生成，并浮游于地層中。油點緩慢地沿著地層或斷層向上移動，直到受不透油的封閉地層阻擋而停留下來。當此封閉地層內的油點越聚越多，便形成了油田。

2.石油的利用

（1）石油的分餾把石油加熱后，不同的烴就按各自沸點的高低分別在不同溫度的塔盤里凝結成液體。如汽油、煤油、輕柴油等。

剩下的渣油，人們通過裂化和重整來增加產品的品種。石油分餾爐

（2）裂化

裂化就是在一定條件下，把分子量大、沸點高的烴斷裂為分子量小、沸點低的烴的過程。裂化有熱裂化和催化裂化。裂解是一種更深度的裂化。目前，石油裂解已成為生產乙烯的主要方法。

（3）重整直餾汽油含直鏈烷烴多，性能不能滿足要求，人們就采用“重整”的辦法來解決。重整是汽油在催化劑的作用下，生成芳香烴等化合物的過程。

（三）天然氣

1.天然氣的形成天然氣是儲存于地下多孔巖石或石油中的可燃氣體。它的成因與石油的成因相似。天然氣可分為油田氣、煤層氣、生物氣和水合物氣四種。

2.天然氣的利用

天然氣可當作燃料產生熱能，也是石油化學制品的原料。

天然氣的主要成分是甲烷，它不含一氧化碳，無色無味無毒、熱值高、燃燒穩定。壓縮天然氣是天然氣加壓并以氣態儲存在容器中，它與管道天然氣的成分相同，可作為車輛燃料利用。可燃冰燃氣灶

（四）電力發電機是將其他形式的能源轉換成電能的機械設備，通常由定子、轉子等部件構成，使轉子能在定子中旋轉，做切割磁力線的運動，從而產生感應電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產生了電流。1.火力發電火力發電是利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產生的熱能，通過發電動力裝置(包括電廠鍋爐、汽輪機和發電機及其輔助裝置)轉換成電能的一種發電方式。發電機和電動機模型火力發電示意圖2.水力發電

水力發電是利用江、河、水庫水位的落差來做功，推動水輪機轉動再帶動發電機產生電能。水力發電示意圖二、新能源

新能源主要是指目前尚未被人們大規模開發和廣泛利用的能源。

一般來說，包括太陽能、風能、地熱能、核聚變能、海洋能和氫能等。

1.經光—熱轉換獲得熱能

目前已推廣使用的有太陽灶、太陽能熱水器和太陽能干燥器。

太陽能是一種無污染、經濟、取之不盡的理想能源。但又存在密度低、不連續、不穩定等缺點，所以太陽能大規模利用的關鍵在于解決太陽能的聚集和儲存以及提高太陽能向其他能量形式的轉換效率問題。（一）太陽能太陽能熱水器

2.經光—電轉換獲得電能

目前研制成功的太陽能電池有100多種，主要是硅電池和砷化鎵電池等。太陽能電池的轉換效率已超過25％。太陽能電池是利用半導體材料的光電效應，將太陽能轉換成電能的裝置。已廣泛用于空間站、人造衛星等航天器、太陽能汽車、太陽能飛機、太陽能電子產品等。（二）風能

太陽能電池板風力發電機

（三）地熱能地熱能是指在地球內部蘊藏著的巨大的熱能，它主要來源于地球內部放射性元素衰變產生的熱量。主要有水熱型、地壓型、干熱巖型和巖漿型四大類。2017年，在中國青海共和盆地3705米深處鉆獲236℃的地溫異常區，每100m平均增溫6℃。中國已探明地熱儲量約合30億t標準煤，展現出良好的利用前景。干熱巖發電模式

（四）核能據計算，1公斤核裂變燃料放出的能量約與1萬噸標準煤完全燃燒所放出的能量相等，而且產生的放射性廢物很少。

核裂變反應的燃料鈾和钚等天然放射性重元素在地球上的儲量畢竟很少，也有耗盡的危險，所以人們又在積極探索利用核聚變能的方法。

人造太陽模型核電站模型

（五）氫能

氫能有三大優點：①效率高，氫燃燒所釋放的熱值約是同重汽油的27倍；②無污染，燃燒后的產物是水，對環境沒有污染；③來源廣，地球表面71%都為水所覆蓋，而有水就可以分解制氫，氫燃燒后又生成水。目前氫能汽車和飛機已經問世。

（六）海洋能

海洋能是指海洋中的可再生自然能源，主要包括溫差能、波浪能、潮汐能、海流能和鹽度差能等，其資源極其豐富。海洋能的技術應用在20世紀60年代末才起步，目前潮汐發電、小型波浪發電技術已達到實用水平。海洋能利用模型氫能電池模型思考與練習

1.簡答煤炭、石油、天然氣常規能源的應用情況。2.解釋煤炭、石油、天然氣的成因

3.簡答風能、太陽能、地熱能、核能的應用情況。4.解釋風能、太陽能發電的機理。5.太陽能都有哪些特點？

1海洋資源與技術CONTENTS第16章海洋技術空間技術空間資源與技術216.1課程標準

1.知識目標了解海洋植物資源、海洋動物資源、海洋礦物資源、海洋化學資源、海洋能源。理解海洋環境探測技術；海洋資源開發技術；海洋生物技術。2.能力目標具備初步批判性思維能力。3.素質目標弘揚科學家精神，博學德清，鼎新致用。

一、海洋資源與技術

（一）海洋生物資源

1.水中浮游植物

主要是單細胞水上植物，以硅藻和綠藻為主。它們主要靠陽光和海水里的營養鹽類生活。浮游植物是海洋里有機物的基本生產者，含有人體所需要的多種多樣的營養物質。第一節海洋資源與技術硅藻

2.近岸大型水生植物

主要指近岸大型水生植物和紅樹林。

分布在太平洋東部沿岸，非洲南部沿岸等地的一種巨型藻體，一般都在百米左右，重達180多公斤。巨藻是多年生植物，生活期可達12年之久。

海藻具有很高的工業、農業、食用及藥用等價值。

紅樹林和藻類

2.海洋中的動物資源

（1）魚類

世界上的魚的種類有1.5萬～4萬種。海洋魚類中鯊魚最令人恐怖。它兇殘、貪婪，被稱為“海中霸王”。

據統計，全世界海洋中共有各種鯊魚350種左右，通常棲息于3000m深處。

海洋中的游泳冠軍是箭魚，它的體形呈流線型，體表還有一層光滑的粘液，可使阻力減少。游速可達120km／h。大、小黃魚分布和棲息于我國沿海淺近海域，廣泛分布于我國黃海、渤海、東海和南海，其中以東海產量最高，在我國海洋漁業中占有重要的地位。

大、小黃魚圖片鯊魚圖片箭魚圖片魚肝可以提取魚肝油，是防治眼病、呼吸器官疾病的藥物，對兒童的生長有促進作用；一些魚類，如鱈魚、鯊魚腺體中的胰島素含量要超過陸生動物，是治療糖尿病和神經痛的重要藥物。

（2）甲殼類

海洋中的甲殼類動物有2萬多種，但人們最熟悉的是蝦和蟹。生長在大西洋亞速爾群島附近深海底的巨蟹，其寬度竟達6m以上；而小的蟹有的只有幾毫米寬。龍蝦是現存蝦類中體態最大的一種。一般體長約40cm、體重為2～3kg，大的可達10kg，最大的達到20kg，真可謂蝦中之王。魚肝油巨蟹圖片龍蝦圖片

對蝦是我國沿海重要的蝦類，主要產于黃海、渤海。生長在南極的磷蝦，有著極為驚人的資源量和很高的營養價值。據統計，南極磷蝦的總量約5×109～6×109

噸。磷蝦的繁殖速度極快，年增長率大于5%。年捕撈量約為5×107～7×107噸，遠遠超過目前人類對它的捕撈量。

（3）海獸

海獸和陸地上的哺乳動物一樣，是胎生的，體溫恒定，用肺呼吸。鯨是獸的主體，全世界的鯨類共90余種，可分為兩大類。

一類口中沒有牙齒，只有須的叫須鯨，如藍鯨等。

另一類口中無須而保留著牙齒，叫齒鯨，如虎鯨和海豚等。海豚圖片對蝦圖片磷蝦圖片虎鯨圖片海中巨獸藍鯨為世界動物之冠，2019年6月15日發現的藍鯨長達33米，重239噸，是實至名歸的動物界的巨無霸。抹香鯨最大體長達20m，重60多噸，是齒鯨中的“巨人”。除肉可食用、皮可制革外，在它巨大的頭部中有一種特殊的鯨蠟油，是一種用途很廣的高級潤滑油，許多精密儀器如手表、天文鐘，甚至宇宙火箭都離不了它。腸道中的異物——龍涎香是一種名貴的香料，燃燒時香氣四溢，似麝香，但更為幽香。藍鯨圖片抹香鯨圖片

（二）海洋礦物資源

沉積于海底的礦物可達幾萬億噸。海底的礦物資源主要是海底油氣和深海重金屬軟泥。海底石油的儲量在2500億噸以上，可采儲量是陸地儲量的3倍。目前有50多個國家從海洋中取得石油，年產量為7.6億噸。海洋天然氣的資源總量約為7.6×1018m3，正開采的海洋天然氣的產量占天然氣總產量20％。重金屬軟泥是指在深海底部富含鐵、錳、鉛、鋅、銀、金、鉑、鋁、銅等的沉積物。這種軟泥經過提煉可得到各種金屬。

錳結核也是重要的海底礦物資源。

它含有錳、鐵、鎳、鈷、銅等30種左右的元素，經濟價值相當高。其儲量也很可觀，有幾千億噸。

在太平洋，錳結核以107噸“瘋長”，是一種取之不盡的資源。海底錳結核

海洋中的水量是地球上總水量的96%多，海水中蘊藏著大量化學資源。海水中溶解了多種無機鹽，且濃度不低，每立方千米的海水中含有3500萬噸無機鹽。在這些無機鹽中，食鹽占70%。食鹽除食用，還可作為重要的化工原料。氯化鎂的含量居第二位，約占14%。海水中鈾的儲量約45億噸，相當于陸地總儲量的4500倍。海水中氘的儲量46萬億噸，它和鈾都是核反應的重要原料。（三）海洋化學資源海水中的化學資源

二、現代海洋技術

（一）海洋環境探測技術

現代的海洋技術包括海洋環境探測技術、海洋資源開發技術、海洋生物技術等。1、遙感衛星

是用作外層空間遙感平臺的人造衛星。遙感衛星可以從太空觀測海洋上空氣象的變化、海面的溫度和顏色，對監測赤潮、海洋污染；應用微波遙感技術、聲納技術和其他技術，從太空、大氣層、陸地、海面，對海洋進行長期、持續的全方位的探測，以求對海洋環境有更全面的了解和認識。海洋環境探測技術2.深潛器具有水下觀察和作業能力的活動深潛水裝置。主要用來執行水下考察、海底勘探、海底開發和打撈、救生等任務，并可以作為潛水員活動的水下作業基地。馬里亞納海溝的水壓高達1100個大氣壓。世界最大載人潛水深度為10916米，由美國“的里雅斯特”號深潛器1960年1月完成的。

我國的蛟龍號2012.6曾創造了下潛7062米的中國載人深潛紀錄。2020.11.10，中國奮斗號11月10日，創造10909米的中國載人深潛新紀錄。中國的深潛器

（二）海洋資源開發技術

1.鉆井平臺采油

是主要用于鉆探井的海上結構物。在淺海提取油氣資源，一般有固定平臺、座底式鉆井船和自升式鉆井平臺。在較深一點的海里開采石油，則采用柔性平臺、張力腿式平臺和浮式平臺，它們可以適應波浪和海流的沖擊。鉆深能力亦達當前創世界紀錄的40000英尺（12200米）。各種鉆井平臺

2.長纜料斗式、遙控機器人式和吸塵器式采砂船

對于深海底的錳結核的開發，需要較高的技術，已試驗使用的采集方式有長纜料斗式、遙控機器人式和吸塵器式。吸塵器式采砂船吸塵器式采砂船3.化工提取有用礦物

從海水中提取鈾已成為現實，如日本已建成從海水中提取鈾的工廠（1噸鈾/3億噸海水）。從海水中提取溴和鎂已有較大的規模和較高的產量。化工提取有用礦物技術1.海上養殖

利用灘涂、淺海、港灣及陸上海水水體，通過人工投放苗種或天然納苗，進行人工管理，養殖海洋經濟動植物的生產活動。生物學家對魚、蝦、貝、藻品種的改良，為人工養殖的發展創造了有利的條件。2.深水網箱

設置水深在15米以上、沿海開放性水域的大型網箱稱為深水網箱。

深水網箱養殖容量較大，是具有較強的抗風浪、海流性能的海上養殖設施。深水網箱在拓展養殖海域、減輕沿岸環境壓力、提高養殖魚的質量、增加養殖效益等方面已顯示出明顯的優勢。（三）海洋生物技術海面養殖圖片深水網箱思考與練習

1.說說海洋有什么植物資源？動物資源？礦物資源？化學資源？能源？

2.簡答海洋環境探測技術、海洋資源開發技術、海洋生物技術。1海洋資源與技術CONTENTS第16章海洋技術空間技術空間資源與技術216.2課程標準

1.知識目標識記運載器、航天器、地面測控技術的概念。理解空間位置資源、空間環境資源、空間物質資源。理解空間技術的產生和發展、空間技術的理論基礎。2.能力目標具備初步批判性思維能力。3.素質目標弘揚科學家精神，博學德清，鼎新致用。

一、空間資源

（一）空間位置資源通信衛星的出現和廣泛應用，已帶來了世界通信體制的根本性變革。只要在赤道上空約為3.6萬千米的同步軌道上，等距離地分布三顆通信衛星，就可以實現全球通信和傳播。美國于1963年發射第一顆同步通信衛星。此后，世界各國迅速建立起完整的國際通信系統。1984年4月8日，中國自行研制的第一顆地球同步通信衛星東方紅2號由長征3號運載火箭從西昌衛星發射中心發射上天。第二節空間資源與技術同步通信衛星

氣象衛星可以利用各種氣象探測儀器，拍攝全球的云圖，精確地測量全球各處的氣溫、降水量，監視臺風、暴雨等災害性天氣的變化，從而可以提高氣象預報的準確性，減少自然災害給人們帶來的損失。地球資源衛星上裝有高分辨率的電視攝像機、多光譜掃描儀、微波輻射儀和其他遙感儀器，可用來勘測地球表面的森林、水力和海洋資源，調查地下礦藏和地下水源，觀察農作物的長勢和估計農作物的產量，監視農作物的病蟲害和環境的污染情況，以及進行地理測量等。應用衛星的大家族中還有導航衛星、軍事衛星、科學衛星、商業衛星等，它們各有其特殊的用途。導航衛星（二）空間環境資源宇宙空間有著地球上所不具備的失重、高真空、強輻射、超低溫等條件，為空間環境資源。利用這些特殊條件的環境能開展一些在地球上很難做的科學實驗。

（三）空間物質資源宇宙空間中的物質資源主要是太陽能資源、月球資源以及其他行星資源。月球含有十分龐大的礦物資源，比如月球上的鈦金屬推測高達100萬億噸；月球上有氦-3資源，它屬于核聚變最理想的材料之一。月球表面空間站失重、高真空、強輻射、超低溫等條件

二、空間技術（一）空間技術的產生和發展

人類探空活動的歷史，大致經歷了氣球、火箭、人造衛星等幾個階段。

20世紀20年代，各種氣球已用于科學考察。但由于大氣密度的降低氣球上升到50千米左右后只能望“空”興嘆。中國在元、明朝期間應用的火箭武器是現代火箭的始祖。人類探空活動

1903年，俄國科學家齊奧爾科夫斯基發表了題為《利用噴氣儀器研究宇宙空間》的論文，提出了利用火箭探索宇宙空間的思想。1926年3月，美國物理學家戈達德獨立地研究了火箭的推進原理，設計、制造并發射了世界上第一枚液體火箭。1942年10月，德國人馮·布勞恩制造并成功地發射了第一枚軍用液體火箭V—2

（最大高度80km，射程320km）。

1942年，梅塞施米特研制的噴氣式戰斗機Me-262，試飛時速為960千米，成為世界上最早的實用型噴氣式戰斗機。液體火箭V—2

1957年10月4日，前蘇聯成功地發射了世界上第一顆人造地球衛星。1961年4月12日，前蘇聯第一個發射了載人飛船，把宇航員加加林送入地球軌道，運行108分鐘后安全返回地面，開辟了人類航天的新紀元，標志著人類空間技術進入了新的時代。1969年7月16日，美國成功地利用“土星-V”運載火箭發射阿波羅飛船，把宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林送上月球，并于7月25日返回地球。1973，美國又利用“土星-V”火箭將82噸重的“天空實驗室1號”送入太空。2002年國際空間站建成，并運行，可供6人活動。

國際空間站宇航員加加林在地球軌道運行108分鐘后安全返回地面

中國在2016年9月15號發射“天宮二號”空間實驗室，隨后2016年10月下旬發射神舟11號載人飛船和“天舟一號”貨運飛船，并與“天宮二號”對接。

中國空間站在2022年建成。空間站軌道高度為400~450公里，設計壽命為10年，長期駐留3人，總重量可達180噸。2021年6月17日，神舟十二號載人飛船與天和核心艙完成自主快速交會對接。航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先后進入天和核心艙。2022.10.30，中國空間站神州14與神州15號飛船會合，6人會師。中國空間站名稱發射時間回歸時間搭載宇航員姓名神舟五號2003-10-1509:002003-10-1606:28楊利偉神舟六號2005-10-1209:002005-10-1704:32費俊龍、聶海勝神舟七號2008-09-2521:102008-09-2817:37翟志剛、劉伯明、景海鵬神舟八號2011-11-0105:582011-11-1719:32搭載模擬人神舟九號2012-06-1618:372012-06-2910:03景海鵬、劉旺、劉洋神舟十號2013-06-1117:382013-06-2608:07聶海勝、張曉光、王亞平神舟十一號2016-10-1707:302016-11-1813:33景海鵬、陳冬神舟十二號2021-06-1709:222021-09-1713:30聶海勝、劉伯明、湯洪波

2024.10.30神舟十九號成功發射，航天員由蔡旭哲、宋令東、王浩澤。

（二）理論基礎

1.“三個宇宙速度”理論要使飛行器成為人造地球衛星，

利用物理學的公式算得最小速度V=7.9千米／秒。這就是“第一宇宙速度”。

要使飛行器成為飛往月球或太陽系的空間探測器，它的最小速度V=11.18千米／秒。這就是“第二宇宙速度”。第三宇宙速度是指飛行器越出太陽系的引力作用范圍所需要的最小速度，其數值此16.7千米／秒。齊奧爾科夫斯基公式：在忽略重力和空氣阻力的情況下，火箭的最大速度V、火箭的噴氣速度C、火箭起飛時的質量M1、推進劑耗完以后火箭的質量M2的質量比，具有如下關系：V＝C㏑