高中物理 22.3 固体的微观结构材料科技与人类文明同步课件 鲁科版选修33.ppt

第3节材料科技与人类文明 第2节固体的微观结构 1 掌握 用固体的微观结构解释宏观性质2 理解 晶体结合类型和特点3 认识 晶体微观结构的特点 1 假说的根据 假说的提出是根据晶体外形的规则性和物理性质的 2 实验证实 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 证实了这种假说是正确的 3 微观结构理论的内容包括 组成晶体的物质微粒 分子 原子或离子 是依照一定的规律在空间中整齐地排列的 微粒的热运动特点表现为在一定的平衡位置附近不停地做 晶体微观结构假说 各向异性 微小的振动 1 离子晶体 由正负离子通过离子键结合而成的晶体 2 原子晶体 相邻原子之间通过 结合而成的晶体 3 金属晶体 物质微粒通过 结合而成的晶体 晶体外形规则可用晶体内部 的排列有一定规律来解释 单晶体的各向异性是由于在不同方向上的微粒 及物质结构情况不一样 同一种 在不同的条件下有可能生成不同的晶体 晶体的几种结合类型 固体特征的微观解释 共价键 金属键 物质微粒 排列 物质微粒 1 按照材料的特性 可以把材料分为 材料和 材料两类 按照材料的应用领域 可以把材料分为 材料 材料 材料 生物材料 航空航天材料等 人们习惯把材料分为 材料 材料 有机高分子材料和 材料 2 材料科学是研究材料的 与 三者之间相互关系的科学 半导体材料是具有优异特性的 材料 从导电性能上看 半导体的 介于金属导体和绝缘体之间 粒度在1 100nm的材料称为 材料 材料种类和新材料及其应用 结构 功能 能源 信息 建筑 金属 无机非金属 复合 制造 结构 性能 微电子 电阻率 纳米 从微观结构上解释单晶体 多晶体 非晶体的宏观特性 1 对外形及物理性质表现各向异性还是各向同性的解释 2 有的物质有几种晶体 是因为它们的物质微粒能形成不同的晶体结构 例如碳原子按不同结构排列可形成石墨和金刚石 二者在物理性质上有很大差别 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 二者在物理性质上也有很大差别 特别提醒多晶体和非晶体内部物质微粒的排列都是杂乱无章 没有一定规律的 在物理性质上都具有各向同性 都有无规则的几何外形 下列叙述中错误的是 a 单晶体的各向异性是由于它的内部微粒的排列是杂乱无章的b 单晶体具有规则的几何外形是由于它的内部微粒按一定规律排列c 非晶体有规则的几何形状和固定的熔点d 石墨的硬度与金刚石差得多 是由于它的微粒没有按空间结构分布 例1 对固体微观结构的认识和理解 思路点拨 从晶体的微观结构理论去分析 弄清晶体 非晶体的不同 解析单晶体的各向异性是由于在不同方向上 单晶体内部物质微粒的排列情况不同导致的 非晶体内部物质微粒的排列没有一定规律 表现为杂乱无章 故它没有规则的几何形状 也没有固定的熔点 金刚石与石墨物理性质差别很大 是由于内部微粒的排列组合结构不同造成的 故a c d均不对 b选项正确 故选a c d 答案acd借题发挥单晶体与非晶体 多晶体由于其内部物质微粒的空间排列 物质结构不同 导致其物理性质不同 关于晶体和非晶体 下列说法正确的是 a 它们内部的物质微粒都有规则的空间分布b 单晶体内部的物质微粒是有规则排列的 而非晶体内部物质微粒排列是不规则的c 晶体内部的微粒是静止的 而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的d 在物质内部的各个平面上 微粒数相等的是晶体 数量不等的是非晶体解析单晶体内部微粒排列规则 而非晶体内部微粒排列不规则 晶体与非晶体内部的微粒都在不停地运动着 故a c d均不正确 答案b 变式1 食盐晶体由钠离子和氯离子组成 图2 2 3 1是食盐中钠离子和氯离子空间分布的示意图 这个图把相邻离子的中心用线连接起来 组成了一个个大小相等的立方体 现在要估算相邻两个钠离子中心的距离 除了知道食盐的 例2 关于晶体内部微粒的计算 图2 2 3 1 密度 2 17 103kg m3外 还要知道哪些数据 请用字母表示这些已知数据 推导出相邻两个钠离子中心距离的表达式 思路点拨 由食盐的结构示意图可以看出相邻钠离子的距离即为晶格正方体的对角线长 答案见解析 内陆盐矿中开采的氯化钠称为岩盐 岩盐的颗粒很大 我们能清楚地看出它的立方体形状 把大颗粒的岩盐敲碎后 小颗粒的岩盐仍然呈立方体形状 如图2 2 3 2所示为岩盐晶体的平面结构 白点为氯离子 黑点为钠离子 如果把它们用直线连起来 将构成一系列大小相同的正方形 作分界线aa1 使它平行于正方形的对角线 作分界线bb1 使它平行于正方形的一边 在两线的左侧各取一个钠离子 m和n 为了比较这两个钠离子所受分界线另一侧的离子对它作用力的大小 分别以m n为圆心 作两个相同的扇形 不考虑扇形以外远处离子的作用 变式2 图2 2 3 2 1 如果f表示两个相邻离子之间引力的大小 问 m n所受肩形范围内的负离子对它作用力的合力是f的多少倍 为使问题简化 设所有离子都是质点 而且它们的相互作用遵从平方反比规律 2 根据计算结果解释 为什么敲碎的岩盐总是呈立方形状 而不会沿图中aa1分界线断开 解析 1 因扇面内相邻粒子间的引力为f 则m所受两个离子作用力的合力为f n所受相邻离子的作用力为f 2 因受外力作用后 岩盐沿粒子间作用力较小的方向断开 即可以沿bb1断开而不会沿aa1断开 实际晶体中的作用力比这里分析的复杂得多 但这里的分析对解释简单现象还是有用的 答案见解析 材料如果按特性分类 可分为 a 结构材料b 信息材料c 复合材料d 功能材料思路点拨 材料按不同的分类标准 就有不同的类型 解析按照材料的特性 可以把材料分为结构材料和功能材料两类 结构材料主要利用材料的力学特性 功能材料主要利用材料的声 光 热 电 磁等特性 故选a d 答案ad 例3 材料及其作用 以下说法中不正确的是 a 材料科学是研究材料的制造 结构与性能三者之间相互关系的科学b 材料对人类文明进程有着重要的影响c 纳米是长度单位 1nm 10 10md 半导体是具有优异特性的微电子材料解析1nm 10 9m c选项错 由材料的有关知识 可知a b d均正确 答案c 变式3 下列哪些属于晶体的结合类型 a 金属晶体b 单晶体c 多晶体d 原子晶体答案ad 固体的微观结构 1 下列有关晶体的结构叙述正确的是 a 在晶体内部 组成晶体的物质微粒是无规则排列的b 晶体的微观结构具有周期性c 在晶体内部 组成晶体的物质微粒可以自由运动d 晶体内部微粒间存在着很强的作用力解析在晶体的内部 组成晶体的物质微粒是规则排列的 a错误 晶体的微观结构具有周期性 且微粒间存在着很强的作用力 b d正确 在晶体内部 组成晶体的物质微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动 而不能自由运动 c错误 答案bd 2 发现晶体内部的物质微粒是按一定的规律整齐排列的科学家是 a 劳厄b 伦琴c 玻尔d 富勒解析1912年 德国物理学家劳厄用x射线来探测固体内部的原子排列 证实了晶体内部的物质微粒是按一定的规律整齐排列的 答案a 3 按照材料的应用领域 可把材料分为 a 信息材料b 金属材料c 建