人教版高中地理必修1《第一章 行星地球 问题研究 月球基地该是什么样子》36.docx

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人教版高中地理必修1《第一章行星地球问题研究月球基地该是什么样子》36

第一章 问题研究：

（第一学时）

　　月球基地应该是什么样子

　　平谷区   平谷中学           

　　平谷区教研中心             

　　课标解读

　　学情分析：

本班学生由于平时看相关方面的书籍较多，知识面比较丰富。

相对这方面内容也是科幻作品和学生感兴趣的内容。

恰当、妥善的给学生提出一些具有代表性的探究问题，不仅有助于学生迁移和应用“地球是太阳系中唯一有生命存在的行星”的相关知识，还能给学生提供极大的想象空间，充分发挥学生的想象力和创造力。

　　教材分析；本部分为第一章《行星地球》的问题研究。

月球是地球的天然卫星，也是距离地球最近的天体。

人们对资源的需求不断扩大，地球上的某些资源会枯竭的。

月岩中的氧、铝、铁、钛等资源，月球南北两极可能存在的100亿吨冰，成为在目前状况下人类向太空寻求的宝贵的资源。

那么，月球有可能在某些方面给予地球以支撑，来帮助人类解决这种困难。

于是科学家们就有了在月球上建立月球基地的设想。

　　教学目标：

　　1学生能够从搜集《月球表面自然状况》的资料中，认识可供人类

　　开发利用的月球资源

　　2简要分析月球基地的形成条件

　　3绘制月球基地构想图

　　4树立事物是相互联系、相互影响的辨证的观点和科学的宇宙观

　　教学重点：

1月球基地建设的基本条件

　　2人类可用于发展月球基地的月球资源

　　教学难点：

月球基地构想图，

　　教络教学、合作学习、探究式

　　教学过程

几千年来，中华民族就流传着“嫦娥奔月”的美丽神话，1969年美国“阿波罗”11号在月球探测中取得最辉煌的成果，先后有6次12名宇航员踏上月球，并向地面带回440千克的月岩样品。

科技大国美国、欧洲、中国、日本、加拿大和印度，最近都燃起了对月球的兴趣，计划在10年内派太空船到月球展开探索，并提出要建立月球基地。

2002年6月，科罗拉多开采学院土木工程师苏姗特，就跟欧洲太空总署（ESA）旗下的欧洲太空研究及技术中心（ESTEC）合作，于荷兰举办了第一届欧洲月球基地设计工作坊，由来自16个国家13个学系和40名毕业生，构思出他们心目中的月球基地。

结果，工作坊成功“开发出”数个独特的月球基地设计，每个基地都发挥特有的功能，如开采冰水研究、开发太阳能、用水研究、开采氦-3等，同时也顾及在月球居住的社会和心理问题。

那么月球基地应该是什么样子呢?

下面我们一起来探究这个问题。

推进（新知识传授）

[教师精讲]

师：

我们首先来了解一下人类已经对月球做了哪些探测研究。

（投影）

就国际上的探月活动来说，从1958年至今，美国进行了9次载人月球探测，其中有6次为载人登月;前苏联、美国、日本和欧洲空间局向月球发射的无人探测器共计87个。

1969年7月，“阿波罗”11号实现了人类登月之梦，在月球探测中取得最辉煌的成果。

这一年先后有12名宇航员踏上月球，并向地面带回440千克的月岩样品。

1972年美国“阿波罗计划”结束以后，月球探测一时有所降温，因为探月活动耗资巨大。

1990年日本发射了“飞天”月球探测器，正在研制“月神”月球探测器。

1998年美国发射“月球勘探者”探测器，准备在2004年发射“破冰者”探测器。

2003年9月27日欧洲第一个月球探测器“SMART-1号”在格林尼治时间顺利升空。

2004年2月我国公布了首次探月计划。

师：

再看看今后各国的探月计划。

（投影

美国：

准备重返月球

据美国媒体报道，虽然许多科学家担心美国重返月球的计划耗资太大，影响到其他科研项目的执行，但这些并没有影响到布什政府重返月球的雄心，美国国会已经批准了美国家航空航天局的预算。

执行重返月球计划的第一步骤是寻找合作厂商，本月初，美国家航空航天局已经签出总价值约10亿美元的70份合同，获得这些合同的都是美国著名的军事和科技设备制造商，如诺斯罗普·格鲁曼公司、波音公司等。

这些合同项目包括建造一个机器人探测者，用于寻找一个适宜做月球基地的好地点，建造采掘月球资源的设备以及着陆器等。

美国家航空航天局曾在一份太空探索战略NASA设想研制移动式月球基地

美国宇航局（NASA）正在积极研究新的月球计划，其中包括设计未来月球基地的研究工作，不仅要研究固定式月球基地，而且还要研究移动式的。

目前，位于加州的NASA埃姆斯研究中心已成功研究出一种移动式月球基地的设计计划。

该中心专家已在6月底提出移动式月球基地新构思，相应的计划由NASA研究员迈克尔·科埃恩博士在新墨西哥州美国物理研究所举办的论坛上提出。

科埃恩博士指出，移动式月球基地具有一系列优点，其中一个主要优点是，移动式月球基地不会拴死在月球表面一个具体点上，借助于移动式月球基地将可以进行更广泛的研究，同时建造移动式月球基地的费用也不会太高。

科埃恩博士批评了传统的月球基地模型，为了确保长期考察队的安全，必须至少派3部车辆运送他们。

这样，建造移动式月球基地要简单得多。

除此之外，移动式月球基地可以协同工作，连接成特殊的“列车”，然后再分散进入各自的研究区域。

不过，研究月球移动式基地的设想暂时还处于起始阶段，到真正实施时也许会与现在讨论的方案完全不同。

（投影

俄罗斯：

要建造月球基地

在美国大张旗鼓准备重返月球的同时，俄罗斯也准备实施相似的计划。

早在2002年，俄罗斯航空航天局领导人就曾宣布，俄罗斯在一系列月球项目方面积累了丰富经验。

许多专家也多次强调，俄罗斯可在近期实现月球飞行。

在美国公布重返月球计划后，俄罗斯航空航天局副局长莫伊谢耶夫22日宣布，俄罗斯将会在2020～2025年间在月球上建成一个自动化基地。

莫伊谢耶夫当天在华盛顿参加美国航空航天局组织的国际空间站项目问题研讨会上宣布，俄罗斯不排除近期在月球建设基地的可能性。

莫伊谢耶夫还告知其他国家的官员关于俄罗斯国际空间站的计划，包括旨在探索太阳系的先进研究，以及自动化航天器的应用。

（投影

欧洲版“嫦娥工程”：

（图为欧洲首颗月球探测器智慧一号）

“SMART-1号”月球探测器于2003年9月发射升空，它是欧洲航天局名为“高级技术研究小规模任务”的系列低成本探测计划的第一步，该计划担负着为日后重大研究项目进行前期技术考察的任务。

“SMART-1号”拥有一套全新设计的动力推进系统：

一种高效能离子驱动系统。

在整个系统中，由太阳能电池板产生电力，以此使得氙气燃料加热后电离化，产生的离子由探测器后部喷射出来，以此推动探测器向前飞行。

据悉，整套系统比传统的火箭推进系统效率高出10倍。

为建月球基地选址欧洲航天局表示，此次“SMART-1号”主要探测活动之一，是详细考察月球上一座名为“恒久光明之巅”的山峰。

这座月球山峰山顶上由于能常年沐浴到太阳光照射，其温度在适宜人类活动的-20℃左右，是人类建造月球基地的理想位置。

同时由于其常年能接受到太阳能辐射，可以满足宇航员工作生活上对能源供给的要求，据初步估计在其附近环形山地带也许还有大量可供使用的水存在。

作为“SMART-1号”探测器上X射线分光设备的主要负责人，来自英国牛津郡的拉塞弗德·阿普尔顿实验室的曼纽尔·格蓝迪博士称：

“月球上的南极地区很可能是建立人类月球基地的理想选址地区。

”

绕月追寻月球身世按照整个探测计划，从2005年1月开始，“SMART-1号”在环绕月球的轨道飞行中逐步测绘出月球表面等高线轮廓图、绘制月球上各种矿物质分布图，并进一步探索月球表面地层的进化线索。

其中最主要的任务，就是详细研究月球南极的“埃特肯盆地”区域。

“埃特肯盆地”宽度接近2500千米，深度更达到13千米，是迄今为止太阳系内已知最大的冲击陨石坑。

据称，埃特肯盆地几乎深达月球地幔内部，可以使科学家看清月球的内部构造，进一步了解到月球的过去。

（投影

日本：

日本于1970年发射了第一颗人造卫星，此后的很长一段时间内，日本都处于国际航天业的前列，1996年，当日本拿到为美国休斯公司发射30颗卫星的合同时，日本更是意气飞扬，认为是本国H2火箭计划的巨大成功。

但不幸的事接踵而来，H2火箭接连4次发射失败，致使合同几乎全部被迫取消，虽然此后H2A火箭也有连续两次发射成功的成绩，但是日本火箭的信誉已经丧失殆尽。

早在13年前，日本就开始了研发“月神A”号的工作，并计划于1995年让其搭载M5火箭从位于日本鹿儿岛县的内之浦宇宙空间观测所发射升空。

但是，受M5的开发延迟等因素影响，探月卫星的发射一推再推，如今已经是第7次推迟了。

日本宇宙机构在去年发射“希望”号火星探测卫星失败后，决定对探月卫星“月神A”号进行全面检查，结果发现仍有不少问题。

据悉，宇宙开发委员会下个月将对该卫星进行重新评估，不排除终止探月卫星计划的可能。

发展探月十余年永久基地是目标。

在上世纪六七十年代的探月热潮之后，90年代又掀起第二次高潮，当时拉开新一轮探月序幕的正是日本。

1990年1月24日，日本用M35-2型火箭成功发射了一颗“缪斯A”号科学卫星，这颗卫星进入太空后更名为“飞天”号。

这是日本第一次发射接近月球的科学卫星，使日本成为继美苏之后，世界上第三个探测月球的国家。

1996年，日本提出了建造永久月球基地的计划，预计投资260多亿美元，在之后的30年之内建成月球基地，包括居住、氧和能源生产厂以及月球天

生：

（课前整理资料，初步分析资料）

师：

大家收集并分析了很多资料，请你借鉴地球上有生命存在的条件来分析，月球需要哪些条件才能满足人类生存。

请大家思考：

月球上已经有哪些满足人类生存的基本条件?

生：

月球上适合人类生存的条件有：

引力，极地可能有冰、矿产资源等。

师：

很好。

请大家再思考一个问题，如果在月球上生活，人类还需要创造哪些生存条件?

生：

月球尚不具备、需要人类自己解决的条件是：

适合人类呼吸的大气、适宜的温度条件、可以饮用的液态水、防御宇宙辐射的措施等。

（投影图片）“生物圈”2号

师：

答得不错。

再看资料“生物圈”2号和月球基地有哪些相同之处和不同之处?

生：

都是人工建造的全封闭的模拟地球的生态环境。

但“生物圈”2号是建立在地球上，而月球基地建立在表面引力只有地球1/6近乎真空的月球，“生物圈”2号失败了人还可以重新回到地球的自然环境，但月球基地一旦失败，人就不容易转移到地球上。

师：

答得很好。

我们可以从“生物圈”2号实验中获取哪些经验和教训?

生：

（1）模拟的生态系统毕竟不是自然的生态系统，其中的生态系统各个组成部分简单、生物种类少、食物链的复杂程度比农田生态系统差，需要人为调节而不是自然调节。

（2）种植绿色植物制造氧气但不能过多，否则二氧化碳和肥力不足;动物饲养不能太多，否则氧气消耗会增加;科学家要维持气候、大气成分、生物种类和数量平衡，创造适合生命生存的环境。

（3）大气成分发生变化，内部气候没有调节好，粮食歉收，生态平衡被破坏等导致实验失败。

（4）日本的“迷你地球”与20世纪90年代初期美国大力宣传的“生物圈”2号计划性质相同。

氧气未能顺利循环正是导致“生物圈”2号失败的重要原因。

由于土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳，部分二氧化碳又与建“生物圈”2号用的混凝土中的钙反应生成碳酸钙，导致其中氧气含量从21%降到了14%。

到后期，“生物圈”2号中的植物几乎灭绝，必须注入氧气才能维持人员生存。

“迷你地球”没有使用土壤和依赖微生物，而是使用机器来人工分解和处理废料。

这个人工支持部分占据了整个场地的1/4。

支持系统的中心部分是复原氧气的处理机，使用高温和电解水的办法从二氧化碳中重新获得氧气。

师：

很好。

“生物圈”2号实验能给你带来哪些启示?

生：

“生物圈”2号实验说明人类建立起一个独立的人造生态系统是有可能的，这就为在月球上建立一个类似的人造生态系统提供了经验和教训。

但实验失败则说明人类目前的科学与技术水平还有待提高。

自然界不同于人工控制系统，大而全的设计导致了顾此失彼。

“生物圈”2号内的土壤均来自一个地方，不像地球那样不同地带有不同的土壤类型。

模拟的各类生态系统的空间分布格局及大小比例不合理。

地球上生态系统内的生物间关系很复杂，目前人类还未全面了解生物间的协调性。

它最重要的启示在于：

我们人类目前对地球的了解还是远远不够的，目前最好的办法还是保护和利用好地球，进行环境保护和生态恢复是实现人类可持续发展的必由之路。

师：

同学们思考得很深刻。

下面看资料：

月球资源，考虑两个问题：

月球上具有哪些人类可以利用的资源?

哪些月球资源可用于发展月球基地?

生：

可以利用的资源包括月球上的空间资源、矿产资源、太阳能资源等。

（1）空间资源。

月球是人类研究宇宙和地球本身的最佳平台。

科学家认为，月球表面刻有能够追溯到数十亿年前被彗星和小行星碰撞的痕迹，而在地球上这种记载已被大气层所化解。

这种记录是人类的宝贵财富。

通过对月面上没有人为改造和破坏的某些本来面目研究月球，有助于了解地球的远古状态、太阳系乃至整个宇宙的起源和演变，了解月球的成因、演变和构造等诸方面的信息，有助于搞清空间现象和地球自然系统之间的关系，可以极大地丰富人们对地球、太阳系以及整个宇宙起源和演变及其特性的认识，从中寻求有关地球上生命起源和进化的线索。

用月球作基地，进行深空探测活动。

月球的引力只有地球的1/6，航天器从月球上起飞，可大大节省能源。

寂静的月球环境，是进行空间天10厘米厚的沙土，共含有80000亿吨铁。

月球研究者认为，如果不把碳氢化合物计算在内，月球上的物质能为人类制造出90%的所需物品。

月球上有丰富的能源。

月球表面覆盖着一层岩屑、粉尘、角砾岩和冲击玻璃组成的细小颗粒状物质。

这层物质中富含由太阳风粒子积累所形成的气体，如氦、氖、氮等。

这些气体在加热到700℃时，就可以全部释放出来。

尤其是月球上的氦-3，是地球上所没有的核聚变反应的高效燃料，在月壤中的资源总量可以达到100万～500万吨。

30吨这样的尘埃，经热核反应产生的能源，可相当于美国一年生产能源的总和，如果每年从月球上开采1500吨氦-3，就能满足世界范围内能源的需要。

利用氦-3进行热核反应，产生的放射性最低，具有经济、安全两大优点。

另据计算，从月球中每提炼出1吨氦-3，还可以获得6300吨氢气、700吨氮气和1600吨含碳气体。

所以，通过采取一定的技术，来获得这些气体，对于人类找到新的能源和维护永久性月球基地十分重要。

月岩土壤中氧占40%，可以就地生产推进剂和作为受控生态环境和生命保障系统的氧气来源。

硅占20%，可以为航天器制作太阳电池阵，其他金属可以为航天器制作各种部件设备。

还可以用月球作中转站，为过往的航天器进行检修和补充燃料。

（3）太阳能资源。

由于月球表面几乎没有大气，太阳辐射可以长驱直入。

计算表明，每年到达月球范围内的太阳光辐射能量大约为12万亿千瓦，相当于目前地球上一年消耗的各种能源所产生的总能量的2.5万倍。

按太阳能能量密度为1.353千瓦/平方米计算，假设在月球上使用目前光电转化率为20%的太阳能发电装置，则每平方米太阳能电池每小时可发电2.7千瓦时，若采用1000平方米的电池，则每小时可产生2700千瓦时的电能。

由于月球自转周期恰好与其绕地球公转周期的时间相等，所以月球的白天是14天半，晚上也是14天半，一天相当于地球一个月的长度，这样它就可以获得更多的太阳能。

科学家认为，如果在月球表面建立全球性的并联式太阳能发电厂，就可以获得极其丰富而稳定的太阳能，这不但解决了未来月球基地的能源供应问题，而且随着人类空间转换装置技术和地面接收技术的发展与完善，还可以用微波传输太阳能，为地球提供源源不断的能源。

月球上的空间资源、矿产资源、太阳能资源等都可用于发展月球基地

师：

非常好。

要想在月球上建成永久性空间站，必须达到哪几个基本要求呢?

生：

（1）那里要有生产太阳能所需要的充足阳光，能使空间站获取足够多的能源，以维持空间站的运行。

（2）那里十分靠近一个很可能储存着丰富的冰的永久性阴影区，便于空间站人员获取水。

这样一个初步的月球生存体系就建立了，空间站的基础也就有了。

（3）能够进行有效准确的空间天气预报。

从太阳抛出的氢原子核和电子组成的等离子流，就是所谓的太阳风。

太阳风的等离子流，由于地球磁场的屏障作用而对地球影响甚微，但是月球屏障作用弱，在月球空间站户外活动的空间站工作者却要经受高能粒子“雨”和等离子“风”以及磁爆的袭击。

地球上每平方厘米的面积上有1千克的大气，保护我们免遭宇宙射线的侵袭。

然而，如果我们来到宇宙空间，便失去了大气这个保护伞。

在这样残酷的宇宙气象环境中，要想积极地、安全地从事月球开发工作，就必须很好地了解和预测月球环境的变化情况。

在月球南极有一些区域接近于在太阳永久照射之下。

以英国探险家沙克尔顿命名的一座环形山的边缘，是一个优选地区，因为它有80%的时间处于阳光的照射之下，基本符合上述第一个条件。

在沙克尔顿环形山的内部，是一个永久性阴影区，有可能储存冰。

该地区又符合上述第二个条件。

在这座环形山的边缘地区建立空间站，可以把生产电力的太阳能发电站架设在阳光充足的地方，并通过电缆或微波将电力传输到空间站去;同时，该空间站还能到环形山内部的阴影区采集冰块，从而获得必需的水源。

由于月球的引力只有地球的1/6，在那里发射太空探测火箭，所消耗的燃料将比从地球上发射少得多;再加上月球上有丰富的核燃料，因此，月球还是优良的航天发射基地。

师：

很好。

我们再来了解美国温德尔·门德尔的月球基地计划。

希望对你们能有一定的启发。

（投影6米，长18米的巨型管道，组成3个等边六角形，六角形中用高压充气建立18米高的巨大圆舱，人员设备皆可容纳在管道或圆舱中。

第四阶段开采利用月岩中氧、铝、铁、钛、硅等资源，制取生活用氧及扩建月球基地所需的金属、玻璃等原材料。