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第二章固體 液體和氣體第一節(jié)晶體和非晶體第二節(jié)晶體的微觀結(jié)構(gòu)第三節(jié)固體新材料 高中物理 選修3 3 粵教版 目標定位 1 知道晶體和非晶體外形和物理性質(zhì)上的區(qū)別 2 知道晶體可分為單晶體和多晶體 3 了解晶體的微觀結(jié)構(gòu) 4 了解固體新材料在生活 生產(chǎn) 科學研究等方面的應(yīng)用 一 晶體和非晶體1 固體可以分為和兩類 晶體又可以分為晶體與晶體 2 石英 云母 明礬 食鹽 硫酸銅 蔗糖 味精等是 玻璃 蜂蠟 松香 瀝青 橡膠等是 3 單晶體確定的幾何形狀 非晶體確定的幾何形狀 預(yù)習導學 晶體 非晶體 晶體 非晶體 有 沒有 單 多 4 晶體確定的熔點 非晶體確定的熔點 晶體的某些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向 非晶體沿各個方向的物理性質(zhì)都是一樣的 表現(xiàn)為各向 多晶體是的 預(yù)習導學 沒有 異性 同性 各向同性 有 二 晶體的微觀結(jié)構(gòu)1 晶體的微觀結(jié)構(gòu)假說的內(nèi)容 晶體內(nèi)部的微粒是地排列著的 2 假說提出的依據(jù) 晶體外形的和物理性質(zhì)的 3 實驗驗證 人們有和電子顯微鏡對晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行研究后證實了晶體的內(nèi)部粒子有規(guī)則排列的假說是正確的 預(yù)習導學 有規(guī)則 規(guī)則性 各向異性 X射線 4 微觀結(jié)構(gòu)理論的內(nèi)容 1 組成晶體的物質(zhì)微粒 原子 分子或離子 按一定的規(guī)律在空間整齊排列 2 晶體內(nèi)部各微粒之間存在著很強的 微粒只能在附近做微小振動 預(yù)習導學 相互作用力 各自的平衡位置 一 正確理解晶體與非晶體的區(qū)別1 區(qū)別 課堂講義 課堂講義 2 區(qū)別晶體和非晶體關(guān)鍵看有無固定的熔點 單晶體與多晶體的區(qū)別關(guān)鍵看有無規(guī)則的幾何外形及是否有各向異性 課堂講義 例1下列關(guān)于晶體和非晶體的說法中正確的是 A 所有的晶體都表現(xiàn)為各向異性B 晶體一定有規(guī)則的幾何形狀 形狀不規(guī)則的金屬一定是非晶體C 大粒鹽磨成細鹽 就變成了非晶體D 所有的晶體都有確定的熔點 而非晶體沒有確定的熔點答案D 課堂講義 解析只有單晶體才表現(xiàn)為各向異性 故A錯 單晶體有規(guī)則的幾何形狀 而多晶體無規(guī)則的幾何形狀 金屬屬于多晶體 故B錯 大粒鹽磨成細鹽 而細鹽仍是形狀規(guī)則的晶體 在放大鏡下能清楚地觀察到 故C錯 晶體和非晶體的一個重要區(qū)別就是晶體有確定的熔點 而非晶體無確定的熔點 故D對 課堂講義 針對訓練某一固體具有一定的熔點 那么它 A 一定是晶體B 一定是非晶體C 是多晶體D 不一定是非晶體答案A解析無論是單晶體還是多晶體都有一定的熔點 課堂講義 例2如圖2 1所示 曲線M N分別表示晶體和非晶體在一定壓強下的熔化過程 圖中橫軸表示時間t 縱軸表示溫度T 從圖中可以確定的是 A 晶體和非晶體均存在固定的熔點T0B 曲線M的bc段表示固液共存狀態(tài)C 曲線M的ab段 曲線N的ef段均表示固態(tài)D 曲線M的cd段 曲線N的fg段均表示液態(tài)答案B 圖2 1 課堂講義 解析只有晶體存在固定的熔點T0 曲線M的bc段表示固液共存狀態(tài) 曲線M的ab段表示固態(tài) 曲線N的ef段不表示固態(tài) 曲線N的fg段不表示液態(tài) 選項B正確 A C D錯誤 課堂講義 二 對晶體和非晶體的微觀解釋1 對單晶體各向異性的解釋如圖2 2所示 這是在一個平面上單晶體物質(zhì)微粒的排列情況 從圖上可以看出 在沿不同方向所畫的等長直線AB AC AD上物質(zhì)微粒的數(shù)目不同 直線AB上物質(zhì)微粒較多 直線AD上較少 直線AC上更少 正因為在不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況不同 才引起單晶體在不同方向上物理性質(zhì)的不同 圖2 2 課堂講義 2 對晶體具有一定熔點的解釋給晶體加熱到一定溫度時 一部分微粒有足夠的動能克服微粒間的作用力 離開平衡位置 使規(guī)則的排列被破壞 晶體開始熔解 熔解時晶體吸收的熱量全部用來破壞規(guī)則的排列 溫度不發(fā)生變化 3 對多晶體特征的微觀解釋晶粒在多晶體里雜亂無章地排列著 所以多晶體沒有規(guī)則的幾何形狀 也不顯示各向異性 它在不同方向的物理性質(zhì)是相同的 即各向同性 多晶體和非晶體的主要區(qū)別是多晶體有確定的熔點 而非晶體沒有 課堂講義 4 對非晶體特征的微觀解釋在非晶體內(nèi)部 物質(zhì)微粒的排列是雜亂無章的 從統(tǒng)計的觀點來看 在微粒非常多的情況下 沿不同方向的等長直線上 微粒的個數(shù)大致相等 也就是說 非晶體在不同方向上的微粒排列及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況基本相同 所以非晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性 課堂講義 5 對同素異構(gòu)體的解釋這是由于它們的物質(zhì)微粒能夠形成不同的晶體結(jié)構(gòu) 例如碳原子按不同的結(jié)構(gòu)排列可形成石墨和金剛石 二者在物理性質(zhì)上有很大不同 白磷和紅磷的化學成分相同 但白磷具有立方體結(jié)構(gòu) 而紅磷具有與石墨一樣的層狀結(jié)構(gòu) 課堂講義 例3 雙選 2010年諾貝爾物理學獎授予安德烈 海姆和康斯坦丁 諾沃肖洛夫 以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究 他們通過透明膠帶對石墨進行反復(fù)的粘貼與撕開 使得石墨片的厚度逐漸減小 最終尋找到了厚度只有0 34nm的石墨烯 是碳的二維結(jié)構(gòu) 如圖2 3所示為石墨 石墨烯的微觀結(jié)構(gòu) 根據(jù)以上信息和已學知識判斷 下列說法中正確的是 課堂講義 A 石墨是晶體 石墨烯是非晶體B 石墨是單質(zhì) 石墨烯是化合物C 石墨 石墨烯與金剛石都是晶體D 他們是通過物理變化的方法獲得石墨烯的答案CD 課堂講義 解析石墨 石墨烯 金剛石都為晶體且都為單質(zhì) A B錯誤 C正確 兩位科學家是通過物理變化的方法獲得石墨烯的 D正確 故正確的答案為C D 課堂講義 三 固體新材料1 新材料的基本特征 1 新材料有優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景 2 新材料的發(fā)展與新工藝 新技術(shù)密切相關(guān) 3 新材料往往具有特殊性能 如超高強度 超高硬度 超塑性 4 新材料的研發(fā)和應(yīng)用推動了人類文明和社會的進步 課堂講義 2 新材料的未來 1 新材料科學正向著研究各種復(fù)合材料 例如復(fù)合金屬材料 復(fù)合陶瓷材料 復(fù)合高分子材料 研究并開發(fā)納米材料 開發(fā)同時具有感知外界環(huán)境或參數(shù)變化和驅(qū)動功能的機敏材料 研究開發(fā)生物醫(yī)學材料等方向發(fā)展 2 新材料的制備工藝 檢測儀器和計算機應(yīng)用也是今后新材料科學技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容 課堂講義 例4下列說法正確的是 A 新材料特殊的性能 它不僅包括特殊的物理性能 也包括一些特殊的化學性能B 制作集成電路時 盡管對硅單晶片的完整性有很高的要求 但是可以允許單晶片內(nèi)原子的規(guī)則排列出現(xiàn)微小的缺陷C 納米是長度單位 1nm 10 10mD 金屬薄膜可以配合讀寫磁頭設(shè)計的改進 增大磁記錄的密度答案D 課堂講義 解析新材料的特殊性能是指物理性能 A錯 制作集成電路的硅單晶片是不允許硅單晶片內(nèi)原子的規(guī)則排列出現(xiàn)微小的缺陷的 B錯 1nm 10 9m C錯 由于金屬薄膜的晶粒尺寸小 晶粒各向異性大 晶粒間的相互交換作用弱 是可以配合讀寫磁頭的改進增大磁記錄的密度的 D正確