2016-2017學(xué)年高中物理-2.1-2.3-晶體和非晶體-晶體的微觀結(jié)構(gòu)-固體新材料課件

1、目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)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(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)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(diǎn),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(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等物理性質(zhì),也就是說,單晶體具有各向異性.,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)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(diǎn).3.在不同的方向上,具有相同的物理性質(zhì),也就是說,多晶體具有各向同性.,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,五,六,七,中國古代文人對雪花情有獨(dú)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(jié)晶成的雪花和天然水凍結(jié)的冰屬于六方晶系,是晶體,有規(guī)則的幾何外形.,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)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(diǎn),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(zhì).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(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,五,六,七,五、同種物質(zhì)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(zhuǎn)化.,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,五,六,七,六、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)部的微粒是有規(guī)則地排列著的.2.假說提出的依據(jù):晶體外形的規(guī)則性和物理性質(zhì)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(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)

5、行研究后,證實了晶體內(nèi)部的粒子有規(guī)則排列的假說是正確的.4.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、原子或離子)在空間排成陣列,呈現(xiàn)周而復(fù)始的有序結(jié)構(gòu),說明晶體的微觀結(jié)構(gòu)具有周期性特點(diǎn).(2)晶體內(nèi)部各微粒之間存在著很強(qiáng)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(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)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(xiàn)象

6、:①單晶體在不同直線上微粒的個數(shù)不相等,說明沿不同方向微粒的排列及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況不同,在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向異性.②非晶體在不同直線上微粒的個數(shù)大致相等,說明沿不同方向微粒排列及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況基本相同,在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性.(3)同一種物質(zhì)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(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)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(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(qiáng)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(jìn)步.(5)硅是當(dāng)前用途最廣的半導(dǎo)體材料.,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,五,六,七,2.新材料的未來(1)新材料科學(xué)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、

8、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(jī)敏材料、研究開發(fā)生物醫(yī)學(xué)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(jī)應(yīng)用也是今后新材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容.,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,五,六,七,家庭、學(xué)?；驒C(jī)關(guān)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(guān)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(jié)構(gòu),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(yīng)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(yīng)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(xiàn)象及得出的結(jié)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(yīng)用,【例1】 關(guān)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(zhì)上一定是各向異性的C.晶體不可能轉(zhuǎn)化為非晶體D.晶體有確定的熔點(diǎn),非晶體沒有確定的熔點(diǎn)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(zhì)上是各向同性的,選項B錯誤;實驗證明晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下可以轉(zhuǎn)化為非晶體,選項C錯誤;晶體與非晶體的區(qū)別主要表現(xiàn)在是否有確定的熔點(diǎn),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(yīng)用,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,1.(多選)某球形固體物質(zhì),其各向?qū)嵝阅芟嗤?則該物質(zhì)(　　)A.一定是非晶體B.可能具有確定的熔點(diǎn)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(zhì)答案:BD解析:導(dǎo)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(diǎn),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(jù),應(yīng)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(dāng)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(zhì)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(yīng)用,2.(2015江蘇單科)(多選)對下列幾種固體物質(zhì)的認(rèn)識,正確的有(　　) (導(dǎo)學(xué)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(xiàn)為各向異性,是由于該物質(zhì)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(zhì)不同,是由于組成它們的物質(zhì)微粒排列結(jié)構(gòu)不同答案:AD,,一,二,三,知識精要,思考探

14、究,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:晶體有固定的熔點(diǎn),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(zhì)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(zhì)微粒結(jié)構(gòu)不同,使得它們的物理性質(zhì)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(yīng)用,二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)1.有的物質(zhì)有幾種晶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

15、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)上有很大的不同.白磷和紅磷的化學(xué)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).2.晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化,因為在不同條件下物質(zhì)微粒的排列結(jié)構(gòu)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(diǎn),而非晶體沒有.,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,1.如圖所示,這是在一個平面上單

17、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.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(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.,,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,2.晶體熔化時為什么有確定的熔點(diǎn)?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(yīng)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)陣分布解析:晶體

19、內(nèi)部微粒排列的空間結(jié)構(gòu)決定著晶體的物理性質(zhì)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(yuǎn)是由于它們內(nèi)部微粒的排列結(jié)構(gòu)不同,石墨的層狀結(jié)構(gòu)決定了它的質(zhì)地柔軟,而金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了其中碳原子間的作用力很強(qiáng),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(yīng)用,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)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(jié)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用,2.(2015全國理綜Ⅰ)(多選)下列說法正確的是(　　)(導(dǎo)學(xué)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(xué)性質(zhì)C.由同種元素構(gòu)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(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)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(nèi)能也保持不變,一,二,三,知識精要,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)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(xué)性質(zhì),選項B正確;同種元素構(gòu)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(zhuǎn)變,選項D正確;晶體在熔化過程中,溫度不變,內(nèi)能增加,選項E錯誤.,,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,

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

24、泳中心內(nèi)部設(shè)施盡收眼底.這種獨(dú)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(zhì)上具有各向同性B.在物理性質(zhì)上具有各向異性C.具有一定的熔點(diǎn)D.沒有一定的熔點(diǎn)解析:非晶體沒有一定的熔點(diǎn),在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性.答案:AD,,,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,利用掃描隧道顯微鏡(S

25、TM)可以得到物質(zhì)表面原子排列的圖像,從而可以研究物質(zhì)的構(gòu)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(gòu)成的,具有一定的結(jié)構(gòu)特征,則構(gòu)成這些材料的原子在物質(zhì)表面排列的共同特點(diǎn):(1) 　. (2)　.,一,二,三,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)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(gòu)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(guān)于晶體和非晶體,下列說法正確的是(　　)A.可以根據(jù)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?qū)λ┘永?發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)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(dǎo)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(dǎo)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(guān)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(zhì),并不是所有的物理性質(zhì)都是各向異性的,故當(dāng)晶體某一物理性質(zhì)顯示各向同性,并不意味著該物質(zhì)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(zhì)上各向異性,則