《固體》課件3

1、,第九章：固體、液體和物態(tài)變化,第1節(jié)：固體,,分子不停地做無規(guī)則運動，它們之間又存在相互作用力．分子力的作用使分子聚集在一起，分子的無規(guī)則運動又使它們分散開來．這兩種作用相反的因素決定了分子的三種不同的聚集狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)．物理學(xué)又把固態(tài)和液態(tài)統(tǒng)稱為凝聚態(tài)．凝聚態(tài)物理學(xué)是當(dāng)前物理學(xué)發(fā)展最迅速的分支學(xué)科之一．,固體和液體有一個共同的特點：它們的分子間的距離跟分子本身的大小具有相同的數(shù)量級，因而分子間有較強的相互作用．這使得固體和液

2、體都不易壓縮，在微觀結(jié)構(gòu)上不像氣體那樣無序．,一 .晶體和非晶體固體可以分成晶體和非晶體兩類． 在常見的固態(tài)物質(zhì)中，石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、糖、味精等都是晶體，玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等都是非晶體．,1.晶體、非晶體的外形和物理性質(zhì)的差異(1)晶體都具有規(guī)則的幾何形狀．食鹽的晶體呈立方體形，明礬的晶體呈八面體形，石英的晶體中間是一個六面棱柱，兩端是六棱錐．冬季的雪花，是水蒸氣在空氣中凝華時形成的冰的晶體，它們的形狀雖然不

3、同，但一般是六角形的規(guī)則圖案．,(2)晶體有一定的熔點，非晶體沒有一定的熔點.,非晶體則沒有規(guī)則的幾何形狀．,現(xiàn)象:熔化了的石蠟在云母片上呈橢圓形，而在玻璃片上呈圓形．,(3)晶體的物理性質(zhì)與方向有關(guān)，這種特性叫做各向異性．非晶體的各種物理性質(zhì)、在各個方向上都是相同的，所以是各向同性的．,結(jié)論:云母晶體在各個方向上的導(dǎo)熱性能不同，而非晶體玻璃在各個方向上的導(dǎo)熱性能相同．,,二.單晶體和多晶體 1.晶體又可以分為單晶體和多晶體． 2

4、.如果一個物體就是一個完整的晶體，例如雪花、食鹽小顆粒等．這樣的晶體就叫做單晶體．制造各種晶體管、集成電路只能用單晶體(單晶硅或單晶鍺)．3.如果整個物體是由許多雜亂無章地排列著的小晶體組成的，這樣的物體就叫做多晶體．由許多食鹽單晶體粘在一起而成大塊的食鹽，就是多晶體．其中的小晶體叫做晶粒．各種金屬材料，也是多晶體．,顯微鏡下鋁-鋰-錳合金的斷裂面,單晶硅在微電子工業(yè)中應(yīng)用廣泛,多晶體沒有規(guī)則的幾何形狀，也不顯示各向異性，但是同單晶體

5、一樣，仍有確定的熔點．,,晶體與非晶體的區(qū)別,三.晶體的微觀結(jié)構(gòu)晶體和非晶體在外形和物理性質(zhì)上存在那么多的差異，這是為什么呢？,1．微觀結(jié)構(gòu)理論的內(nèi)容(1)組成晶體的物質(zhì)微粒（分子或原子、離子）依照一定的規(guī)律在空間中整齊地排列、晶體中物質(zhì)微粒的相互作用很強,具有空間上的周期性．(2)微粒的熱運動不足以克服它們的相互作用而遠離．微粒的熱運動特點表現(xiàn)為在一定的平衡位置附近不停地做微小的振動．,2．實驗證實：人們用X射線和電子顯微鏡對晶

6、體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行研究后，證實了這種假說是正確的．1982年，掃描隧道顯微鏡的問世，使人類第一次觀察到原子在物質(zhì)表面的排列狀況．,3．用微觀結(jié)構(gòu)理論對單晶體特性的解釋,食鹽的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,食鹽的晶體是由鈉離子Na+和氯離子CI－組成的，它們等距離、交錯地排列在三組相互垂直的平行線上，因而食鹽具有正立方體的外形．,(1)晶體外形的規(guī)則性可以用物質(zhì)微粒的規(guī)則排列來解釋．,(2)晶體的各向異性也是由晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的．,直線AB上物質(zhì)微粒較

7、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，才引起晶體的不同方向上物理性質(zhì)的不同．,如圖表示在一個平面上晶體物質(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．,各向異性的微觀解釋,4.有的物質(zhì)能夠生成種類不同的幾種晶體，那是因為組成它們的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布，形成不同的晶體結(jié)構(gòu)．,例如，碳原子如果按圖甲那樣排列就成為石墨，按圖乙那樣排列就成為

8、金剛石．,石墨是層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間距離較大，作用力較弱，沿著這個方向容易把石墨一層層地剝下．石墨的層狀結(jié)構(gòu)決定了它的質(zhì)地松軟，可以用來制作粉狀潤滑劑，也可以用來制作鉛筆心．,金剛石中碳原子間的作用力很強，所以金剛石有很大的硬度，可以用來切割玻璃．如果把它裝在鉆探機的鉆頭上，能夠鉆入堅硬的巖石內(nèi)．,石墨的密度小，金剛石的密度大；石墨能導(dǎo)電，金剛石不能導(dǎo)電．,一種物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，也就是說一種物質(zhì)是晶體還是非晶體，

9、并不是絕對的．例如，天然水晶是晶體，而熔化以后再凝結(jié)的水晶（即石英玻璃）就是非晶體．,許多非晶體在一定的條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體．人們在研究中還發(fā)現(xiàn)，在冷卻得足夠快和冷卻到足夠低的溫度時，幾乎所有的材料都能成為非晶體．,關(guān)于晶體和非晶體，下列說法中正確的是(　　)A．有規(guī)則的幾何外形的固體一定是晶體B．晶體在物理性質(zhì)上一定是各向異性的C．非晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下可能轉(zhuǎn)化為晶體D．晶體有確定的熔點，非晶體沒有確定的熔點,CD,變式訓(xùn)練　

10、下列說法正確的是(　　)A．一個固體球，若沿各條直徑方向上的導(dǎo)電性能不同，則該球為單晶體B．一塊固體，若是各個方向?qū)嵝阅芟嗤?，則這個固體一定是非晶體C．一塊固體，若有確定的熔點，則該固體必定為晶體D．黃金可以切割加工成各種形狀，所以是非晶體,,AC,,單晶體不同于非晶體，它具有規(guī)則的幾何外形，在不同方向上物理性質(zhì)不同，而且具有一定的熔點，下列哪些說法可以用來解釋晶體的上述特性（ ）,A．組成晶體的物質(zhì)微粒，在空間按一定的規(guī)

11、律排成整齊的行列，構(gòu)成特定的空間點陣B．晶體在不同方向上物理性質(zhì)不同，是由于不同方向上微粒數(shù)目不同，微粒間距離也不相同,C．晶體在不同方向上物理性質(zhì)不同，是由于不同方向上的物質(zhì)微粒的性質(zhì)不同D．晶體在熔化時吸收熱量，全部用來瓦解晶體的空間點陣，轉(zhuǎn)化為分子勢能，因此，晶體在熔化過程中保持一定的溫度不變，只有空間點陣完全被瓦解，晶體完全變?yōu)橐后w后，繼續(xù)加熱，溫度才會升高．,【答案】 ABD,變式訓(xùn)練　有關(guān)晶體的排列結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是

12、(　　)A．同種元素原子按不同的結(jié)構(gòu)排列有相同的物理性質(zhì)B．同種元素原子按不同的結(jié)構(gòu)排列有不同的物理性質(zhì)C．同種元素形成晶體只能有一種排列規(guī)律D．同種元素形成晶體可能有不同的排列規(guī)律,BD,變式訓(xùn)練下列說法錯誤的是(　　)A．晶體具有天然規(guī)則的幾何形狀，是因為物質(zhì)微粒是規(guī)則排列的B．有的物質(zhì)能夠生成種類不同的幾種晶體，因為它們的物質(zhì)微粒能夠形成不同的空間結(jié)構(gòu)C．凡各向同性的物質(zhì)一定是非晶體D．晶體的各向異性是由晶體內(nèi)部結(jié)

13、構(gòu)決定的,C,對熔點的解釋給晶體加熱到一定溫度時，一部分微粒具有足夠大的動能克服微粒間的相互作用，離開振動的平衡位置，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(從能量角度來看是增加了分子勢能)，溫度并不發(fā)生變化．,多晶體的微觀結(jié)構(gòu)及對其性質(zhì)的解釋多晶體是由許多雜亂無章地排列著的小晶體(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，可以看到它是由許許多多晶粒組成的