高中物理 2.1-2.3 晶体和非晶体 晶体的微观结构 固体新材料 粤教版选修3-3

1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,一、固体的分类 1.晶体 (1)单晶体,如石英、云母、单晶硅或单晶锗等. (2)多晶体,如各种常见金属. 2.非晶体,如玻璃、松香、沥青、橡胶等,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,二、单晶体的宏观特征 1.具有规则的几何形状,如食盐的晶体是正立方体,雪花是六角形的规则图案. 2.具有固定的熔点,加热熔化过程中,物体的温度保持不变. 3.在不同的方向上,具有不同的力学、热学、电学、光学等物理性质,也就是说,单晶体具有各向异性,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,三、多晶体的宏观特征 1.没有规则的几何外

2、形. 2.具有固定的熔点. 3.在不同的方向上,具有相同的物理性质,也就是说,多晶体具有各向同性,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,中国古代文人对雪花情有独钟,有很多吟唱雪花的诗句,其中“雪花六出”常用来形容雪花的形状.雪花的形状是多种多样的(如图所示),可你知道为什么它的边角连线总为正六边形吗? 答案:水汽凝华结晶成的雪花和天然水冻结的冰属于六方晶系,是晶体,有规则的几何外形,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,四、非晶体的宏观特征 1.没有规则的几何形状. 2.没有固定的熔点,在加热熔化的过程中,物体的温度是增加的. 3.在不同的方向上,具有相同的物理性质. 铁块

3、没有规则的几何形状,铁块是非晶体吗? 答案:铁块虽然没有规则的几何形状,但属于晶体,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,五、同种物质的不同状态 有些材料在某种条件下是晶体,在另一条件下则是非晶体,有的晶体与非晶体,在一定条件下,还可以相互转化,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,六、晶体的微观结构 1.晶体的微观结构假说的内容:晶体内部的微粒是有规则地排列着的. 2.假说提出的依据:晶体外形的规则性和物理性质的各向异性. 3.实验验证:人们用X射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后,证实了晶体内部的粒子有规则排列的假说是正确的. 4.微观结构理论的内容 (1)组成晶

4、体的物质微粒(分子、原子或离子)在空间排成阵列,呈现周而复始的有序结构,说明晶体的微观结构具有周期性特点. (2)晶体内部各微粒之间存在着很强的相互作用力,微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,5.固体特征的微观解释 (1)方法:在固体界面沿不同方向画出等长直线. (2)现象:单晶体在不同直线上微粒的个数不相等,说明沿不同方向微粒的排列及物质结构情况不同,在物理性质上表现为各向异性. 非晶体在不同直线上微粒的个数大致相等,说明沿不同方向微粒排列及物质结构情况基本相同,在物理性质上表现为各向同性. (3)同一种物质在不同条件下形成不同的晶体. 石

5、墨和金刚石都是由碳原子组成的,为什么石墨很软,而金刚石却很坚硬呢? 答案:金刚石和石墨中的碳原子排列规则不同,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,七、固体新材料 1.了解新材料 (1)新材料有优异的性能和广阔的应用前景. (2)新材料的发展与新工艺、新技术密切相关. (3)新材料往往具有特殊性能,如超高强度、超高硬度、超塑性. (4)新材料的研发和应用推动了人类文明和社会的进步. (5)硅是当前用途最广的半导体材料,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,2.新材料的未来 (1)新材料科学正向着研究各种复合材料(例如复合金属材料、复合陶瓷材料、复合高分子材料)、研究并开发纳

6、米材料、开发同时具有感知外界环境或参数变化和驱动功能的机敏材料、研究开发生物医学材料等方向发展. (2)新材料的制备工艺、检测仪器和计算机应用也是今后新材料科学技术发展的重要内容,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,六,七,家庭、学校或机关的门锁常用“碰锁”,然而使用一段时间后,锁舌就会变涩而不易被碰,造成锁门困难.这时,你可以用铅笔在锁舌上研磨几下,“碰锁”便开关自如了,而且可以维持几个月之久,你知道其中的道理吗? 答案:因为铅笔中含有石墨成分,利用的是石墨的润滑作用,石墨具有层状结构,层与层之间容易脱落,因而起到润滑作用,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一、晶体和非

7、晶体 单晶体、多晶体及非晶体的区别,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,云母薄片和玻璃片上分别涂一层很薄的石蜡,然后用烧热的钢针去接触云母片及玻璃片的反面,石蜡熔化,如图所示,那么你看到的现象及得出的结论是什么? 答案:玻璃上的呈圆形,说明玻璃为各向同性,是非晶体.云母片上的呈椭圆形,说明云母片为各向异性,是单晶体,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,例1】 关于晶体和非晶体,下列说法正确的是() A.有规则几何外形的固体一定是晶体 B.晶体在物理性质上一定是各向异性的 C.晶体不可能转化为非晶体 D.晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点 解析:因为外形是否规

8、则可以用人工的方法处理,所以选项A错误;多晶体在物理性质上是各向同性的,选项B错误;实验证明晶体在适当的条件下可以转化为非晶体,选项C错误;晶体与非晶体的区别主要表现在是否有确定的熔点,选项D正确. 答案:D,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.(多选)某球形固体物质,其各向导热性能相同,则该物质() A.一定是非晶体 B.可能具有确定的熔点 C.一定是单晶体,因为它有规则的几何外形 D.一定不是单晶体,因为它具有各向同性的物理性质 答案:BD 解析:导热性能各向相同的物体可能是非晶体,也可能是多晶体,因此,A选项错误;多

9、晶体具有确定的熔点,因此B选项正确;物体的外形是否规则不是判断是否为单晶体的依据,应该说,单晶体具有规则的几何外形是“天生”的,而多晶体和非晶体也可以有规则的几何外形,当然,这只能是“后天”人为加工的,因此C选项错误;因为单晶体区别于多晶体和非晶体在于其物理性质上的各向异性,因此D选项正确,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,2.(2015江苏单科)(多选)对下列几种固体物质的认识,正确的有() (导学号51140014) A.食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体 B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体 C.天然石英表现为各向异性

10、,是由于该物质的微粒在空间的排列不规则 D.石墨和金刚石的物理性质不同,是由于组成它们的物质微粒排列结构不同 答案:AD,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,解析:晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度保持不变,选项A正确;蜂蜡是非晶体,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明云母是单晶体,选项B错误;具有各向异性的晶体的物质微粒排列规则,选项C错误;石墨是多晶体,金刚石是单晶体,组成它们的物质微粒结构不同,使得它们的物理性质不同,选项D正确,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,二、晶体的微观结构 1.有的物质有几种晶体的解释 这是由于它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构,例如碳

11、原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石,二者在物理性质上有很大的不同.白磷和红磷的化学成分相同,但白磷具有立方体结构,而红磷具有与石墨一样的层状结构. 2.晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化,因为在不同条件下物质微粒的排列结构可以发生变化,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,3.多晶体是由许多杂乱无章地排列着的单晶体(晶粒)组成的.平常见到的各种金属材料都是多晶体.把纯铁做成的样品放在显微镜下观察,可以看到它是由许许多多晶粒组成的,晶粒有大有小,最小的只有10-5 cm,最大的也不超过10-3 cm.每个晶粒都是一个小单晶体,具有各向异性的物理性质和规则的几何形状.因为多晶体

12、的晶粒杂乱无章地排列着,所以多晶体没有规则的几何形状,也不显示各向异性.它在不同方向的物理性质是相同的,即具有各向同性.多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点,而非晶体没有,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.如图所示,这是在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况.从图上可以看出,在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上,物质微粒的数目不同.直线AB上物质微粒较多,直线AD上较少,直线AC上更少.由于什么原因造成了单晶体的各向异性? 答案:正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同,才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应

13、用,2.晶体熔化时为什么有确定的熔点? 答案:给晶体加热到一定温度时,一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力,离开平衡位置,使规则的排列被破坏,晶体开始熔化,熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列,温度不发生变化,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,例2】 (多选)下列叙述错误的是() A.晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列 B.单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排列 C.非晶体有规则的几何形状和确定的熔点 D.石墨的硬度比金刚石差很多,是由于它的微粒没有按空间点阵分布 解析:晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶体的物理性质是否相同;也正是由于微粒按一

14、定规律排列,使单晶体具有规则的几何形状.石墨与金刚石的硬度相差甚远是由于它们内部微粒的排列结构不同,石墨的层状结构决定了它的质地柔软,而金刚石的网状结构决定了其中碳原子间的作用力很强,所以金刚石有很大的硬度. 答案:CD,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.(多选)在两片材料不同的均匀薄片上涂一层很薄的石蜡,然后用烧热的钢针尖端分别接触两片的反面,结果薄片a上熔化的石蜡呈圆形,薄片b上熔化的石蜡呈椭圆形.由此可以判定() A.a一定是晶体B.b一定是晶体 C.a一定不是晶体D.a一定不是单晶体 答案:BD 解析:a薄片上熔

15、化的石蜡呈圆形,表示它的导热性是各向同性的;b薄片上熔化的石蜡呈椭圆形,表示它的导热性是各向异性的,所以b薄片一定是晶体.由于非晶体和多晶体都是各向同性的,所以a薄片可能是非晶体,也可能是多晶体,但不可能是单晶体,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,2.(2015全国理综)(多选)下列说法正确的是()(导学号51140015) A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体 B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质 C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体 D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变

16、为晶体 E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变,一,二,三,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,答案:BCD 解析:晶体敲碎后,得到的小颗粒仍为晶体,选项A错误;某些晶体在不同方向上有不同的光学性质,选项B正确;同种元素构成的固体,可形成不同的晶体,比如金刚石和石墨,选项C正确;在合适条件下,某些晶体和非晶体可相互转变,选项D正确;晶体在熔化过程中,温度不变,内能增加,选项E错误,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,三、固体新材料 1.新材料的特殊性能 (1)超高强度. (2)超高硬度. (3)超塑性. (4)各种特殊的物理性质(如磁性、超导性等). 2.新

17、材料 (1)各种复合材料:复合金属材料、复合陶瓷材料、复合高分子材料. (2)纳米材料. (3)机敏材料:同时具有感知外界环境或参数变化和驱动功能. (4)生物医学材料,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,例3】 (多选)国家游泳中心水立方,像一个透明的水蓝色的“冰块”,透过它,游泳中心内部设施尽收眼底.这种独特的感觉就源于建筑外墙采用了一种叫做ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚物)的膜材料,这种膜材料属于非晶体,那么它具有的特性是() A.在物理性质上具有各向同性 B.在物理性质上具有各向异性 C.具有一定的熔点 D.没有一定的熔点 解析:非晶体没有一定的熔点,在物理性质上表现为各向同性.

18、 答案:AD,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图像,从而可以研究物质的构成规律.如图中的照片是一些晶体材料表面的STM图像,通过观察、比较,可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的,具有一定的结构特征,则构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点: (1). (2,一,二,三,知识精要,典题例解,迁移应用,答案:(1)在确定方向上原子有规律地排列,在不同方向上原子的排列一般不同 (2)原子的排列具有一定的对称性 解析:本题通过扫描隧道显微镜研究晶体材料的构成规律,尽管不同材料的原子在空间排列情况不同,但原子都是按照一定规律排列的,都具有一定的对称性,案例探究,方法规律,正确理解晶体的各向异性 关于晶体和非晶体,下列说法正确的是() A.可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体 B.一块均匀薄片,沿各个方向对它施加拉力,发现其强度一样,则此薄片一定是非晶体 C.一个固体球,如果沿其