2019-2020学年高中物理 第2章 固体、液体和气体 第2节 晶体的微观结构 第3节 固体新材料课件 粤教版选修3-3

第二 三节晶体的微观结构固体新材料 1 2017年徐州期中 关于晶体和非晶体 下列说法中正确的是 a 单晶体具有各向同性b 多晶体具有各向异性c 非晶体的物理性质 在各个方向上都是相同的d 无论是单晶体还是多晶体 它们的各种物理性质 在各个方向上都是不同的 答案 c 单晶体具有各向异性 而多晶体具有各向同性 故a错误 b错误 非晶体的物理性质具有各向同性 在各个方向上都是相同的 故c正确 多晶体具有各向同性 它们的各种物理性质 在各个方向上都是相同的 故d错误 故选c 2 2017年湖南名校期中 关于晶体 非晶体 液晶 下列说法正确的是 a 所有的晶体都表现为各向异性b 晶体一定有规则的几何形状 形状不规则的金属一定是非晶体c 所有的单晶体都有确定的熔点 而多晶体没有确定的熔点d 液晶既像液体一样具有流动性 又跟某些晶体一样具有光学性质的各向异性 答案 d 只有单晶体才表现为各向异性 多晶体表现为各向同性 故a错误 晶体是具有格子构造的固体 晶体一定是固体 且内部具格子构造 但外部并不一定具有规则的几何形状 如形状不规则的金属是晶体 故b错误 所有的晶体均具有固定的熔点 故c错误 液晶既像液体一样具有流动性 又跟某些晶体一样具有光学性质的各向异性 故d正确 故选d 3 2017年武汉名校期中 下列说法正确的是 a 单晶体和多晶体在物理性质上都表现出各向异性b 液体表面张力产生的原因是表面层分子较稀疏 分子间引力小于斥力c 液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点d 玻璃没有固定的熔点 但有规则的几何形状 所以是晶体 答案 c 多晶体是多个单晶体的结合体 在热传导中不具有各向异性 故a错误 液体表面张力产生的原因是表面层分子较稀疏 分子距离大于平衡距离 故分子间引力大于斥力 故b错误 液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点 故c正确 区分晶体和非晶体 最可靠的是依据熔化温度 晶体有一定的熔化温度 非晶体没有一定的熔化温度 而玻璃没有固定的温度 故不为晶体 故d错误 故选c 4 下列物质哪些是晶体 哪些是非晶体 铁 橡胶 玻璃 食盐 云母 塑料 答案 属于晶体的有 铁 食盐 云母 属于非晶体的有 橡胶 玻璃 塑料 一 晶体的微观结构1 晶体的微观结构假说的内容 晶体内部的微粒是 地排列着的 2 假说提出的依据 晶体外形的 和物理性质的 3 实验验证 人们用 和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究 证实了晶体的内部粒子有规则排列的假说是正确的 有规则 规则性 各向异性 x射线 4 微观结构理论的内容 1 组成晶体的物质微粒 原子 分子或离子 按一定的规律在空间整齐排列 2 晶体内部各微粒之间存在着很强的 微粒只能在 附近做微小振动 相互作用力 各自的平衡位置 5 固体特征的微观解释 1 方法 在固体界面沿不同方向画出等长直线 2 现象 单晶体在不同直线上 不相等 说明沿不同方向 及 情况不同 在物理性质上表现为各向异性 非晶体内部物质微观粒子的排列是不规则的 沿不同方向从客观上看物质微粒的排列情况基本相同 在物理性质上表现为各向同性 3 同一种物质在 形成不同的晶体 微粒的个数 微粒的排列 物质结构 不同条件下 为什么多晶体表现为各向同性 答案 多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体 晶粒 组成的 每个晶粒都是一个小单晶体 具有各向异性 但由于晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着 所以它在不同方向的物理性质是相同的 即各向同性 二 固体新材料1 新材料的基本特征 1 新材料有优异的性能和广阔的应用前景 2 新材料的发展与 密切相关 3 新材料往往具有 如超高强度 超高硬度 超塑性 4 新材料的研发和应用推动了人类文明和社会的进步 5 是当前用途最广的半导体材料 新工艺 新技术 特殊性能 硅 2 新材料的未来 1 新材料科学正向着研究各种 如复合金属材料 复合陶瓷材料 复合高分子材料 研究并开发 开发同时具有感知外界环境或参数变化和驱动功能的机敏材料 研究开发 等方向发展 2 新材料的 和 也是今后新材料科学技术发展的重要内容 复合材料 纳米材料 生物医学材料 制备工艺 检测仪器 计算机应用 用微观结构理论对固体特征的解释 2 对晶体具有一定熔点的解释给晶体加热到一定温度时 一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力 离开平衡位置 使规则的排列被破坏 晶体开始熔解 熔解时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列 温度不发生变化 3 对同素异构体的解释这是由于它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构 例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石 二者在物理性质上有很大不同 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 4 对多晶体宏观特征的解释多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体 晶粒 组成的 平常见到的各种金属材料都是多晶体 把纯铁做成的样品放在显微镜下观察 可以看到它是由许许多多晶粒组成的 晶粒有大有小 最小的只有10 5cm 最大的也不超过10 3cm 每个晶粒都是一个小单晶体 具有各向异性的物理性质和规则的几何形状 因为晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着 所以多晶体没有规则的几何形状 也不显示各向异性 它在不同方向的物理性质是相同的 即各向同性 多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点 而非晶体没有 5 对非晶体特征的微观解释在非晶体内部 物质微粒的排列是杂乱无章的 从统计的观点来看 在微粒非常多的情况下 沿不同方向的等长直线上 微粒的个数大致相等 也就是说 非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同 所以非晶体在物理性质上表现为各向同性 例1下列叙述错误的是 a 晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列b 单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排列c 非晶体有规则的几何形状和确定的熔点d 石墨的硬度比金刚石差得多 是由于它的微粒没有按空间点阵分布 解析 晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶体的物理性质 也正是由于它的微粒按一定规律排列 使单晶体具有规则的几何形状 石墨与金刚石的硬度相差甚远是由于它们内部微粒的排列结构不同 石墨的层状结构决定了它的质地柔软 而金刚石的网状结构决定了其中碳原子间的作用力很强 所以金刚石有很大的硬度 答案 cd 题后反思 1 单晶体具有各向异性是因为沿不同方向微粒的排列及物质结构情况不同 2 晶体具有确定的熔点是因为晶体具有规则的排列结构 3 同一物质有几种不同的晶体是因为物质微粒排列的空间结构不同 1 下列关于晶体空间点阵的说法 不正确的是 a 构成晶体空间点阵的物质微粒 可以是分子 也可以是原子或离子b 晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵 是由于晶体中物质微粒之间相互作用很强 所有物质微粒都被牢牢地束缚在空间点阵的结点上不动 c 所谓空间点阵与空间点阵的结点 都是抽象的概念 结点是指组成晶体的物质微粒做永不停息的微小振动的平衡位置 物质微粒在结点附近的微小振动 就是热运动d 相同的物质微粒 可以构成不同的空间点阵 也就是同一种物质能够生成不同的晶体 从而能够具有不同的物理性质 答案 b 组成晶体的物质微粒可以是分子 原子或离子 这些物质微粒也就是分子动理论所说的分子 显然 组成晶体的物质微粒处在永不停息的无规则的热运动之中 物质微粒之间还存在相互作用 晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵 是由于晶体中物质微粒之间的相互作用很强 物质微粒的热运动不足以克服这种相互作用而彼此远离 所以选项b的说法错误 a c d正确 1 纳米 长度单位 符号 nm 1nm 10 9m 2 纳米技术 指在纳米尺度上制造材料和器件的技术 3 纳米材料的分类纳米金属材料 纳米磁性材料 有机 无机纳米复合物 纳米传感材料 纳米医用材料等 对纳米材料的认识 4 纳米材料的奇特效应 1 量子尺寸效应 如银的超细微粒在温度为1k时 会由导体变为绝缘体 2 小尺寸效应 如当材料超细微粒的尺寸与光波波长相当或更小时 将由超导状态变为正常状态 3 表面和界面效应 如纳米材料活性极高 极不稳定 很容易与其他原子结合 4 宏观量子隧道效应 如低于某一临界温度时 其微观粒子的运动速度基本上与温度无关 5 纳米材料的良好性能主要表现在 力学 热学 电学 磁学 光学 化学等方面 1 在力学性能方面 纳米材料具有高强 高硬和良好的塑性 2 在热学性能方面 纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多 3 在电学性能方面 纳米金属在低温时会呈现电绝缘性 4 在磁学性能方面 当超细微粒的尺寸小到临界尺寸时 常规的铁磁性材料会转变为处于顺磁性甚至超顺磁状态的纳米材料 5 在光学性能方面 纳米半导体材料在室温下具有光致发光特性 光电转换特性 介电特性和压电特性 6 在化学性能方面 纳米材料具有相当高的化学活性 例2纳米晶体材料在现代科技和国防中具有重要的应用 下列关于晶体的说法正确的是 a 晶体内的微观粒子在永不停息地做无规则热运动b 晶体内的微观粒子间的相互作用很强 使各粒子紧紧地靠在一起c 晶体的微观粒子在不同方向上排列情况不同d 晶体的微观粒子在空间排列上没有顺序 无法预测题眼直击 晶体内微观粒子的排列具有周期性 解题流程 答案 c 题后反思 解答本题时应注意纳米材料的良好性能主要表现在 1 力学性能 高强 高硬和良好塑性 2 热学性能 熔点较低 3 电学性能 低温时会呈现电绝缘性 4 化学性能 具有相当高的化学活性 例3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 下图表示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 1 如果f表示两个相邻离子之间引力的大小 问 m n所受扇形范围内的