2016-2017學年高中物理-2.1-2.3-晶體和非晶體-晶體的微觀結構-固體新材料課件

1、目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,三,四,五,六,七,一、固體的分類1.晶體(1)單晶體,如石英、云母、單晶硅或單晶鍺等.(2)多晶體,如各種常見金屬.2.非晶體,如玻璃、松香、瀝青、橡膠等.,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,五,六,七,二、單晶體的宏觀特征1.具有規(guī)則的幾何形狀,如食鹽的晶體是正立方體,雪花是六角形的規(guī)則圖案.2.具有固定的熔點,加熱熔化過程中,物體的溫度保持不變.3.在不同的方向

2、上,具有不同的力學、熱學、電學、光學等物理性質,也就是說,單晶體具有各向異性.,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,五,六,七,三、多晶體的宏觀特征1.沒有規(guī)則的幾何外形.2.具有固定的熔點.3.在不同的方向上,具有相同的物理性質,也就是說,多晶體具有各向同性.,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,五,六,七,中國古代文人對雪花情有獨鐘,有很多吟唱雪花的詩句,其中“雪花六出”常用來形容雪花的形狀.雪花的形狀是多種

3、多樣的(如圖所示),可你知道為什么它的邊角連線總為正六邊形嗎?答案:水汽凝華結晶成的雪花和天然水凍結的冰屬于六方晶系,是晶體,有規(guī)則的幾何外形.,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,五,六,七,四、非晶體的宏觀特征1.沒有規(guī)則的幾何形狀.2.沒有固定的熔點,在加熱熔化的過程中,物體的溫度是增加的.3.在不同的方向上,具有相同的物理性質.鐵塊沒有規(guī)則的幾何形狀,鐵塊是非晶體嗎?答案:鐵塊雖然沒有規(guī)則的幾何形狀,但屬于晶體.

4、,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,五,六,七,五、同種物質的不同狀態(tài)有些材料在某種條件下是晶體,在另一條件下則是非晶體,有的晶體與非晶體,在一定條件下,還可以相互轉化.,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,五,六,七,六、晶體的微觀結構1.晶體的微觀結構假說的內容:晶體內部的微粒是有規(guī)則地排列著的.2.假說提出的依據:晶體外形的規(guī)則性和物理性質的各向異性.3.實驗驗證:人們用X射線和電子顯微鏡對晶體的內部結構進

5、行研究后,證實了晶體內部的粒子有規(guī)則排列的假說是正確的.4.微觀結構理論的內容(1)組成晶體的物質微粒(分子、原子或離子)在空間排成陣列,呈現周而復始的有序結構,說明晶體的微觀結構具有周期性特點.(2)晶體內部各微粒之間存在著很強的相互作用力,微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振動.,,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,五,六,七,5.固體特征的微觀解釋(1)方法:在固體界面沿不同方向畫出等長直線.(2)現象

6、:①單晶體在不同直線上微粒的個數不相等,說明沿不同方向微粒的排列及物質結構情況不同,在物理性質上表現為各向異性.②非晶體在不同直線上微粒的個數大致相等,說明沿不同方向微粒排列及物質結構情況基本相同,在物理性質上表現為各向同性.(3)同一種物質在不同條件下形成不同的晶體.石墨和金剛石都是由碳原子組成的,為什么石墨很軟,而金剛石卻很堅硬呢?答案:金剛石和石墨中的碳原子排列規(guī)則不同.,,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三

7、,四,五,六,七,七、固體新材料1.了解新材料(1)新材料有優(yōu)異的性能和廣闊的應用前景.(2)新材料的發(fā)展與新工藝、新技術密切相關.(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)和應用推動了人類文明和社會的進步.(5)硅是當前用途最廣的半導體材料.,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,五,六,七,2.新材料的未來(1)新材料科學正向著研究各種復合材料(例如復合金屬材料、復合陶瓷材料、

8、復合高分子材料)、研究并開發(fā)納米材料、開發(fā)同時具有感知外界環(huán)境或參數變化和驅動功能的機敏材料、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用也是今后新材料科學技術發(fā)展的重要內容.,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,四,五,六,七,家庭、學?；驒C關的門鎖常用“碰鎖”,然而使用一段時間后,鎖舌就會變澀而不易被碰,造成鎖門困難.這時,你可以用鉛筆在鎖舌上研磨幾下,“碰鎖”便開關自如了,而且可以維持幾

9、個月之久,你知道其中的道理嗎?答案:因為鉛筆中含有石墨成分,利用的是石墨的潤滑作用,石墨具有層狀結構,層與層之間容易脫落,因而起到潤滑作用.,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一、晶體和非晶體單晶體、多晶體及非晶體的區(qū)別,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,云母薄片和玻璃片上分別涂一層很薄的石蠟,然后用燒熱的鋼針去接觸云母片及玻璃片的反面,石蠟熔化,如圖所示,那么你看到的現象及得出的結論是什么?

10、答案:玻璃上的呈圓形,說明玻璃為各向同性,是非晶體.云母片上的呈橢圓形,說明云母片為各向異性,是單晶體.,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,【例1】 關于晶體和非晶體,下列說法正確的是(　　)A.有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體B.晶體在物理性質上一定是各向異性的C.晶體不可能轉化為非晶體D.晶體有確定的熔點,非晶體沒有確定的熔點解析:因為外形是否規(guī)則可以用人工的方法處理,所以選項A錯誤;多晶體在物

11、理性質上是各向同性的,選項B錯誤;實驗證明晶體在適當的條件下可以轉化為非晶體,選項C錯誤;晶體與非晶體的區(qū)別主要表現在是否有確定的熔點,選項D正確.答案:D,,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,1.(多選)某球形固體物質,其各向導熱性能相同,則該物質(　　)A.一定是非晶體B.可能具有確定的熔點C.一定是單晶體,因為它有規(guī)則的幾何外形D.一定不是單晶體,因

12、為它具有各向同性的物理性質答案:BD解析:導熱性能各向相同的物體可能是非晶體,也可能是多晶體,因此,A選項錯誤;多晶體具有確定的熔點,因此B選項正確;物體的外形是否規(guī)則不是判斷是否為單晶體的依據,應該說,單晶體具有規(guī)則的幾何外形是“天生”的,而多晶體和非晶體也可以有規(guī)則的幾何外形,當然,這只能是“后天”人為加工的,因此C選項錯誤;因為單晶體區(qū)別于多晶體和非晶體在于其物理性質上的各向異性,因此D選項正確.,,,一,二,三,知識精要,思

13、考探究,典題例解,遷移應用,2.(2015江蘇單科)(多選)對下列幾種固體物質的認識,正確的有(　　) (導學號51140014)A.食鹽熔化過程中,溫度保持不變,說明食鹽是晶體B.燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面,熔化的蜂蠟呈橢圓形,說明蜂蠟是晶體C.天然石英表現為各向異性,是由于該物質的微粒在空間的排列不規(guī)則D.石墨和金剛石的物理性質不同,是由于組成它們的物質微粒排列結構不同答案:AD,,一,二,三,知識精要,思考探

14、究,典題例解,遷移應用,解析:晶體有固定的熔點,在熔化過程中,溫度保持不變,選項A正確;蜂蠟是非晶體,熔化的蜂蠟呈橢圓形,說明云母是單晶體,選項B錯誤;具有各向異性的晶體的物質微粒排列規(guī)則,選項C錯誤;石墨是多晶體,金剛石是單晶體,組成它們的物質微粒結構不同,使得它們的物理性質不同,選項D正確.,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,二、晶體的微觀結構1.有的物質有幾種晶體的解釋這是由于它們的物質微粒能夠形成不同的晶體

15、結構,例如碳原子按不同的結構排列可形成石墨和金剛石,二者在物理性質上有很大的不同.白磷和紅磷的化學成分相同,但白磷具有立方體結構,而紅磷具有與石墨一樣的層狀結構.2.晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉化,因為在不同條件下物質微粒的排列結構可以發(fā)生變化.,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,3.多晶體是由許多雜亂無章地排列著的單晶體(晶粒)組成的.平常見到的各種金屬材料都是多晶體.把純鐵做成的樣品放在顯微鏡下觀察,可以看

16、到它是由許許多多晶粒組成的,晶粒有大有小,最小的只有10-5 cm,最大的也不超過10-3 cm.每個晶粒都是一個小單晶體,具有各向異性的物理性質和規(guī)則的幾何形狀.因為多晶體的晶粒雜亂無章地排列著,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是相同的,即具有各向同性.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.,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,1.如圖所示,這是在一個平面上單

17、晶體物質微粒的排列情況.從圖上可以看出,在沿不同方向所畫的等長直線AB、AC、AD上,物質微粒的數目不同.直線AB上物質微粒較多,直線AD上較少,直線AC上更少.由于什么原因造成了單晶體的各向異性?答案:正因為在不同方向上物質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的不同.,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,2.晶體熔化時為什么有確定的熔點?答案: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

18、間的作用力,離開平衡位置,使規(guī)則的排列被破壞,晶體開始熔化,熔化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.,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,【例2】 (多選)下列敘述錯誤的是(　　)A.晶體的各向異性是由于它的微粒按空間點陣排列B.單晶體具有規(guī)則的幾何外形是由于它的微粒按一定規(guī)律排列C.非晶體有規(guī)則的幾何形狀和確定的熔點D.石墨的硬度比金剛石差很多,是由于它的微粒沒有按空間點陣分布解析:晶體

19、內部微粒排列的空間結構決定著晶體的物理性質是否相同;也正是由于微粒按一定規(guī)律排列,使單晶體具有規(guī)則的幾何形狀.石墨與金剛石的硬度相差甚遠是由于它們內部微粒的排列結構不同,石墨的層狀結構決定了它的質地柔軟,而金剛石的網狀結構決定了其中碳原子間的作用力很強,所以金剛石有很大的硬度.答案:CD,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,1.(多選)在兩片材料不同的均勻薄片上涂一層

20、很薄的石蠟,然后用燒熱的鋼針尖端分別接觸兩片的反面,結果薄片a上熔化的石蠟呈圓形,薄片b上熔化的石蠟呈橢圓形.由此可以判定(　　)A.a一定是晶體　　　　　B.b一定是晶體C.a一定不是晶體D.a一定不是單晶體答案:BD解析:a薄片上熔化的石蠟呈圓形,表示它的導熱性是各向同性的;b薄片上熔化的石蠟呈橢圓形,表示它的導熱性是各向異性的,所以b薄片一定是晶體.由于非晶體和多晶體都是各向同性的,所以a薄片可能是非晶體,也可能是多晶

21、體,但不可能是單晶體.,,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,2.(2015全國理綜Ⅰ)(多選)下列說法正確的是(　　)(導學號51140015)A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學性質C.由同種元素構成的固體,可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D.在合適的條件下,某些晶體可以轉變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉變?yōu)榫wE.在熔化過

22、程中,晶體要吸收熱量,但溫度保持不變,內能也保持不變,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應用,答案:BCD解析:晶體敲碎后,得到的小顆粒仍為晶體,選項A錯誤;某些晶體在不同方向上有不同的光學性質,選項B正確;同種元素構成的固體,可形成不同的晶體,比如金剛石和石墨,選項C正確;在合適條件下,某些晶體和非晶體可相互轉變,選項D正確;晶體在熔化過程中,溫度不變,內能增加,選項E錯誤.,,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,

23、三、固體新材料1.新材料的特殊性能(1)超高強度.(2)超高硬度.(3)超塑性.(4)各種特殊的物理性質(如磁性、超導性等).2.新材料(1)各種復合材料:復合金屬材料、復合陶瓷材料、復合高分子材料.(2)納米材料.(3)機敏材料:同時具有感知外界環(huán)境或參數變化和驅動功能.(4)生物醫(yī)學材料.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,【例3】 (多選)國家游泳中心——水立方,像一個透明的水藍色的“冰塊”,透過它,游

24、泳中心內部設施盡收眼底.這種獨特的感覺就源于建筑外墻采用了一種叫做ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚物)的膜材料,這種膜材料屬于非晶體,那么它具有的特性是(　　)A.在物理性質上具有各向同性B.在物理性質上具有各向異性C.具有一定的熔點D.沒有一定的熔點解析:非晶體沒有一定的熔點,在物理性質上表現為各向同性.答案:AD,,,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,利用掃描隧道顯微鏡(S

25、TM)可以得到物質表面原子排列的圖像,從而可以研究物質的構成規(guī)律.如圖中的照片是一些晶體材料表面的STM圖像,通過觀察、比較,可以看到這些材料都是由原子在空間排列而構成的,具有一定的結構特征,則構成這些材料的原子在物質表面排列的共同特點:(1) 　. (2)　.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應用,答案:(1)在確定方向上原子有規(guī)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對稱

26、性解析:本題通過掃描隧道顯微鏡研究晶體材料的構成規(guī)律,盡管不同材料的原子在空間排列情況不同,但原子都是按照一定規(guī)律排列的,都具有一定的對稱性.,,案例探究,方法規(guī)律,正確理解晶體的各向異性關于晶體和非晶體,下列說法正確的是(　　)A.可以根據各向同性或各向異性來鑒別晶體和非晶體B.一塊均勻薄片,沿各個方向對它施加拉力,發(fā)現其強度一樣,則此薄片一定是非晶體C.一個固體球,如果沿其各條直線方向的導電性能不同,則該球一定是單晶體D

27、.一塊晶體,若其各個方向的導熱性能相同,則一定是多晶體,案例探究,方法規(guī)律,解析:本題考查對晶體的特性——各向異性的理解.解題關鍵是要明確多晶體和非晶體都顯示各向同性,只有單晶體顯示各向異性,所以選項A、B錯,選項C正確;晶體具有各向異性的特性,僅是指某些物理性質,并不是所有的物理性質都是各向異性的,故當晶體某一物理性質顯示各向同性,并不意味著該物質一定不是單晶體,所以選項D錯誤.答案:C,,案例探究,方法規(guī)律,物理性質上各向異性,則