2019-2020学年高中物理 第三章 固体和液体 第1节 晶体和非晶体 第2节 半导体学案 教科版选修3-3

第1节 晶体和非晶体 第2节 半导体1.知道固体以及晶体的分类，知道晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别2.了解晶体的微观结构3知道什么是半导体，了解半导体材料在生产实际中的应用一、晶体和非晶体1固体分类(1)晶体：金刚石、食盐、石英、云母、明矾、硫酸铜等天然具有规则的几何形状(2)非晶体：玻璃、松香、沥青、橡胶、蜂蜡等天然不具有规则的几何形状2晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性二、单晶体和多晶体比较内容宏观外形物理性质单晶体天然具有规则的形状(1)有确定的熔点(2)导热、导电、光学性质表现为各向异性多晶体天然不具有规则的形状(1)有确定的熔点(2)导热、导电、光学性质表现为各向同性三、晶体的微观结构在各种晶体中，分子(或原子、离子)形成一个有规则的、周期排列的结构，称为晶体的点阵结构例如食盐晶体中钠离子(na)和氯离子(cl)构成的点阵结构如图所示四、固体性质的微观解释1固体具有一定的体积和形状：构成固体的微粒排列非常紧密，微粒间引力很大，绝大多数粒子只在各自平衡位置附近做小范围的无规则振动2晶体具有各向异性：沿不同方向上物质微粒的排列情况不同3同一物质物理性质可能不同：有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布如碳原子如果按图甲那样排列，就成为石墨，而按图乙那样排列，就成为金刚石五、半导体1半导体的特性(1)固体按导电性能可分三类导体：有些物质(例如金、银、铜、铝等)导电性能好绝缘体：有些物质(例如陶瓷、云母、塑料、橡胶等)导电性能很差半导体：有些物质(例如锗、硅、砷化镓等)的导电性能介于导体与绝缘体之间(2)半导体的特性：半导体的导电性能会随着一些物理因素的改变而改变，具有掺杂特性、热敏特性和光敏特性2晶体管、集成电路(1)半导体二极管：具有单向导电性，可将交流电变成直流电(2)三极管：具有放大信号或开、关电流的作用(3)集成电路：用来对信息进行存储、处理、控制和显示3各种特殊性能的半导体器件(1)光敏电阻：在光照条件下，电阻率迅速下降(2)热敏电阻：有负温度系数热敏电阻和正温度系数热敏电阻(3)发光二极管(led)：通电后能发光的半导体器件晶体与非晶体的区别与联系1晶体和非晶体的区别晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则熔点确定不确定物理性质各向异性各向同性原子排列有规则，但多晶体每个晶粒间的排列无规则无规则形成与转化有的物质在不同条件下能够形成不同的形态，同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可转化为晶体典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香由以上表格内容可知：(1)同一种物质在不同的条件下可能是晶体也可能是非晶体(2)晶体中的单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性2晶体和非晶体的联系：在一定条件下，晶体可以变为非晶体，非晶体也可以变为晶体关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是()a有规则几何外形的固体一定是晶体b晶体在物理性质上一定是各向异性的c非晶体不可能转化为晶体d晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点解析因为外形是否规则可以用人工的方法处理，所以选项a错；多晶体在物理性质上是各向同性的，b错；实验证明非晶体在适当的条件下可以转化为晶体，c错；晶体与非晶体的区别表现在是否有确定的熔点，d对答案d判断晶体与非晶体的方法：晶体与非晶体最本质的区别是晶体有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，由于多晶体和非晶体都具有各向同性，没有规则外形的特点，仅从各向同性或几何形状不能断定某一固体是晶体还是非晶体 1.(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三种固体在熔解过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示，以下说法正确的是()a甲、乙为非晶体，丙是晶体b甲、丙为晶体，乙是非晶体c甲、丙为非晶体，丙是晶体d甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体解析：选bd.由题图甲、乙、丙可知：甲、乙各向同性，丙各向异性；由题图丁可知：甲、丙有固定熔点，乙无固定熔点，所以甲、丙为晶体，乙是非晶体其中甲为多晶体，丙为单晶体故b、d正确对晶体微观结构的认识 1晶体微观结构(1)组成晶体的物质微粒规则地在空间排列，呈现周而复始的周期性(2)晶体内部各微粒之间存在很强的相互作用力，结构的不同、结构距离的不同，作用力的大小也不同，微粒被相互的作用力约束在一定的位置上(3)微粒在各自的平衡位置附近做微小的振动当外界干扰强烈或温度变化时，结构也发生变化，周期性被破坏，晶体也可以转为非晶体2物理性质：晶体的微观结构决定其宏观物理性质，改变物质的微观结构从而改变物质的属性，如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石，有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化晶体、非晶体的区分关键是看有无确定的熔点，单晶体与多晶体的区分关键是看有无规则外形及物理性质是各向异性还是各向同性(多选)下列叙述中错误的是()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不同；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由于晶体和非晶体的微粒在排列上的规律不同，所以导致在各自不同方向上导热性、导电性、机械强度等物理性质不同 2.(多选)下列关于晶体和非晶体，正确的说法是()a晶体内部的物质微粒是规则排列的，而非晶体内部的物质微粒排列是不规则的b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c晶体和非晶体并不是绝对的d在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体解析：选ac.晶体内部的微粒是按一定规律排列的，而非晶体则无这一特点，a正确；物质内部的微粒都在运动，b错误；晶体和非晶体在一定条件下可相互转化，c正确；即使是晶体，各个平面上的微粒数也不一定相等，d错误对半导体的认识 1半导体的奇妙电学特性半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间它的电阻比导体大得多，但又比绝缘体小得多当做导体来使用，它的电阻太大了当做绝缘材料来使用，它的电阻太小了但是，半导体有许多神奇而特殊的电学特性，使它获得了多方面的重要应用半导体的导电性能可由外界条件所控制，常见特性如下表特性名称特性内容用途应用实例热敏特性半导体材料受热后，电阻随温度升高而迅速减小热敏电阻热敏温度计光敏特性半导体材料受到光照时，电阻也大大减小光敏电阻光电计时器压敏特性半导体材料受压时会改变电阻值压敏元件称重计掺杂特性掺入极微量的杂质可使其导电性能剧增晶体管发光二极管2.半导体元件的类型及特点(1)类型：用半导体材料制造的半导体二极管、发光二极管、热敏电阻、三极管及集成电路等均属半导体元件(2)特点半导体二极管a半导体二极管具有单向导电性，即仅允许电流由一个方向通过元件说明符号中的三角形可看似指向的箭头，表示电流只能沿这个方向流动符号的左端为正极，右端为负极b半导体二极管的应用：检波、鉴频、限幅、电源设备的整流电路、电源供给电路中的稳压等均应用了半导体二极管发光二极管：是半导体二极管中的一种主要用作指示灯，如家用电器上的电源指示灯说明a.一般发光二极管工作电流为10 ma左右 ，但约在3 ma时就能发光发光二极管用作显示电路中有没有电流，这比用小灯泡要省电，而且要灵敏b不同的发光二极管可以发出不同颜色的光应用时常用不同的颜色表示不同的意义如部分城市街道上的红绿灯就是用发光二极管制作的c通过发光二极管的电流过大会使其烧坏，因此使用时要将一个电阻与发光二极管串联使用. d如图所示是半导体二极管正向电流与电压的图像它与定值电阻导电特性不同一光敏电阻和一用电器串联后接在一电源上，如图所示，当电路中的光敏电阻受到光照射时，用电器_正常工作，当光敏电阻不受光照射时，阻值_，电流_，用电器_工作解析一般光敏电阻的阻值，不受光照射时是受光照射时的1001 000倍，电路中的光敏电阻受光照射时，电流相当强，用电器可以正常工作，而光敏电阻不受光照射时，阻值增大，电流减弱，用电器停止工作答案可以增大减小停止各种半导体器件在电路中一般都有特殊作用，题中由于接入一光敏电阻，此电路成为一光控电路，光成了用电器能否正常工作的“开关” 3.(多选)半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，以下关于其导电性能的说法正确的是()a半导体导电能力介于导体和绝缘体之间，性能稳定b在极低的温度下，纯净的半导体像绝缘体一样不导电c在较高温度时，半导体的导电性能会大大增强，甚至接近金属的导电性能d半导体中掺入杂质后，其导电性能会减弱解析：选bc.半导体材料的导电性能受温度、光照及掺入杂质的影响，故a错误掺入杂质后半导体材料的导电性能可能会大大增强，故d错误随堂检测1下列关于半导体的说法中，正确的是()a纯净半导体的电阻比导体小b温度降低，半导体的电阻减小c光照变强，光敏电阻阻值变小d不能用半导体做激光器解析：选c.纯净半导体内的自由电子数目极少，电阻很大，a错；温度降低，半导体内自由电子数减少，电阻增大，b错；光照变强，半导体内自由电子数增大，光敏电阻阻值变小，c对；半导体可以发光，利用它可以制成半导体激光器，d错2(多选)对下列几种固体物质的认识，正确的有()a食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体b烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体c天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则d石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同解析：选ad.晶体在熔化过程中温度保持不变，食盐具有这样的特点，则说明食盐是晶体，选项a正确；蜂蜡的导热特点是各向同性的非晶体，烧热的针尖使蜂蜡熔化后呈椭圆形，说明云母片的导热特点是各向异性，故云母片是晶体，选项b错误；天然石英表现为各向异性，则该物质微粒在空间的排列是规则的，选项c错误；石墨与金刚石皆由碳原子组成，但它们的物质微粒排列结构是不同的，选项d正确3如图所示的交流电压，通过一个含有理想二极管的电路，则电阻上的电压的波形图是图中的()解析：选b.根据二极管的单向导电性，只有一个方向的电流可以通过二极管，只有b图满足此项要求4(多选)云母薄片和玻璃薄片的表面分别涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母薄片和玻璃薄片的反面，石蜡熔化，如图所示，那么()a熔化的石蜡呈圆形的是玻璃薄片b熔化的石蜡呈现圆形的是云母薄片c实验说明玻璃薄片各向同性是非晶体d实验说明云母薄片各向同性是晶体解析：选ac.云母薄片是单晶体，具有各向异性；玻璃薄片是非晶体，具有各向同性，所以a、c选项正确5.(多选)岩盐的颗粒很大，我们能清楚地看出它的立方体形状将大颗粒的岩盐敲碎后，小的岩盐仍然呈立方体如图所示是岩盐的平面结构，实心点为氯离子，空心点为钠离子，如果将它们用直线连起来，将构成一系列大小相同的正方形则()a岩盐是晶体b岩盐是非晶体c固体岩盐中氯离子是静止的d固体岩盐中钠离子是运动的解析：选ad.岩盐分子按一定规律排列，分子构成一系列大小相同的正方形，则岩盐是晶体；根据分子永不停息地做无规则运动，可知固体岩盐中氯离子和纳离子都是运动的，故选ad.课时作业 一、单项选择题1下列说法正确的是()a黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体b同一种物质只能形成一种晶体c单晶体的所有物理性质都是各向异性的d玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状解析：选d.常见的金属都是多晶体，因而黄金也是多晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，故a错；同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金刚石和石墨两种晶体，故b错；单晶体只在某些物理性质上表现出各向异性，并不是所有的物理性质都表现出各向异性，故c错；玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，故d对2在一些城市中，路灯的亮度和开关是通过光线实际照射的强度来进行控制的，其中就有二极管的作用，这是利用的半导体的()a压敏特性b光敏特性c热敏特性 d以上说法都不对答案：b3一块厚度和密度都均匀分布的长方体被测样品，长ab是宽ad的两倍，如图所示如果用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴o1o1和o2o2方向测量，结果阻值均为r，则这块样品可能是()a单晶体 b多晶体c非晶体 d金属解析：选a.用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴o1o1和o2o2方向测量结果均相同，说明该物体沿o1o1和o2o2方向电阻率(即导电性能)不同，即表现出各向异性的物理性质，所以a正确如果是普通金属，可以分析出沿o1o1方向电阻比较大4晶体在熔化过程中所吸收的热量，主要用于()a破坏空间点阵结构，增加分子动能，不改变体积b破坏空间点阵结构，增加分子势能，改变体积c重新排列空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能和改变体积d重新排列空间点阵结构，但不增加分子势能和动能，也不改变体积解析：选b.晶体熔化过程中保持温度不变，所以分子的平均动能不变，所以选项a、c都不对；晶体分子是有序排列的空间点阵结构，熔化成液体后分子排列是无序的，故选项d不对；晶体熔化的过程是破坏空间点阵结构的过程，空间点阵结构被破坏以后，分子排列无序，故体积改变，分子势能增加，选项b正确5如图所示，曲线m、n分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程图中横线表示时间t，纵轴表示温度t.从图中可以确定的是()a晶体和非晶体均存在固定的熔点t0b曲线m的bc段表示固液共存状态c曲线m的ab段、曲线n的ef段均表示固态d曲线m的cd段、曲线n的fg段均表示液态解析：选b.只有晶体存在固定的熔点t0，曲线m的bc段表示固液共存状态，曲线m的ab段、表示固态，曲线n的ef段不表示固态，曲线n的fg段不表示液态，选项b正确，a、c、d错误二、多项选择题6下列说法正确的是()a将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体b固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质c由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体d在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变解析：选bc.将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，故选项a错误单晶体具有各向异性，有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同，故选项b正确例如金刚石和石墨由同种元素构成，但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，故选项c正确熔化过程中，晶体的温度不变，但内能改变，故选项d错误7关于晶体和非晶体，下列说法正确的是()a所有晶体沿各个方向的光学性质都相同b非