高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第五节 晶体试讲课课件ppt

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知道固体分为晶体与非晶体两类，知道晶体与非晶体的特点。知道空间点阵假说，能根据固体的微观结构解释晶体、非晶体的特点。知道液晶的主要性质及其在显示技术中的一些应用。知道什么是半导体材料，它具有哪些特点，它在生产生活中有哪些应用 。初步了解什么是纳米材料，它具有什么特性，有些什么应用，人们对它进行了哪些方面的研究.
观察食盐颗粒和松香的外形，它们的外形各有怎样的特征？再用显微镜观察精盐和松香粉末的外形，两者有什么样的差别吗？
1.晶体：具有规则的几何形状，有确定的熔点。
常见的晶体有：石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精等。
2.非晶体：没有规则的几何形状，也没有确定的熔点。
常见的非晶体有：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。
①晶体都具有规则的几何形状．食盐的晶体呈立方体形，明矾的晶体呈八面体形，石英的晶体中间是一个六面棱柱，两端是六棱锥．冬季的雪花，是水蒸气在空气中凝华时形成的冰的晶体，它们的形状虽然不同，但一般是六角形的规则图案．
②非晶体则没有规则的几何形状．
(1)在外形上：晶体具有规则的几何形状，非晶体没有规则的几何形状。
3.晶体和非晶体的差异
(2)在物理性质上，晶体的物理性质与方向有关（这种特性叫各向异性），非晶体的物理性质在各个方向是相同的（这种特性叫各向同性）。
【注意】①晶体具有各向异性，并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性。云母导热性上表现出显著的各向异性，而有些晶体在导电性上表现出显著的各向异性，如方铝矿，有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性，如方解石。②晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点。
1）单晶体：如果一个物体就是一个完整的晶体，这样的晶体叫做单晶体。例如：雪花、食盐小颗粒等。制造各种晶体管、集成电路只能用单晶体(单晶硅或单晶锗)
2）多晶体： 如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体叫做多晶体．其中的小晶体叫做晶粒．（1）多晶体没有规则的几何形状。（2）多晶体是各向同性的．（每一晶粒内部都是各向异性的）；（3）多晶体有确定的熔点。
显微镜下铝-锂-锰合金的断裂面
单晶硅在微电子工业中应用广泛
多晶体没有规则的几何形状，表现为各向同性，但是同单晶体一样，仍有确定的熔点．
固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体非晶体的标志．
(1)组成晶体的物质微粒（分子或原子、离子）依照一定的规律在空间中整齐地排列、晶体中物质微粒的相互作用很强,具有空间上的周期性．(2)微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．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微小的振动．
1．微观结构理论的内容
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．1982年，扫描隧道显微镜的问世，使人类第一次观察到原子在物质表面的排列状况．
3．用微观结构理论对单晶体特性的解释
(1)晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释
(2)晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的．
直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体的不同方向上物理性质的不同．
如图表示在一个平面上晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上，物质微粒的数目不同．
4.有的物质能够生成种类不同的几种晶体，那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布，形成不同的晶体结构．
例如，碳原子如果按图甲那样排列就成为石墨，按图乙那样排列就成为金刚石．
石墨是层状结构，层与层之间距离较大，作用力较弱，沿着这个方向容易把石墨一层层地剥下．石墨的层状结构决定了它的质地松软，可以用来制作粉状润滑剂，也可以用来制作铅笔心．
金刚石中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度，可以用来切割玻璃．如果把它装在钻探机的钻头上，能够钻入坚硬的岩石内．
石墨的密度小，金刚石的密度大；石墨能导电，金刚石不能导电．
5.晶体和非晶体间的转化
（1）一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的。
例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝结的水晶（即石英玻璃）就是非晶体。
（2）许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体。
（3）在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体。
1、液晶：由固态向液态转化的中间态液体具有与晶体相似的性质，称为液态晶体，简称液晶。
2、液晶的特点：既有液体的流动性，又具有晶体的某些各向异性。
1、半导体材料：导电能力介于导体与绝缘体之间。导电性能可通过掺杂来控制。
与宏观物体相比，纳米材料通常硬度、韧性、延展性等力学性能更好，熔点、磁性、导热和导电性能降低，对光和物质具有更好的吸收和吸附性，化学活性大大增加。
3、超材料：具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构的复合材料。
（1）左手材料：一种介电常数和磁导率同时为负值的材料
（2）光子晶体：能使某一频率范围的电磁波不能在其内部传播
晶体：食盐、砂糖、石英、云母、硫酸铜、明矾、味精雪花
非晶体：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶
三、液晶：具有液体的流动性，具有晶体的光学各向异性的特点
1.下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是（　　）A.所有的晶体都表现为各向异性B.大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体C.因为金属的物理性质表现出各向同性，故金属是非晶体D.所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点
【解析】A错：单晶体具有各向异性，而多晶体具有各向同性。B错：食盐是晶体，大颗粒的盐磨成细盐仍有规则的几何外形和确定的熔点。C错：多晶体具有各向同性，金属是晶体。D对：单晶体和多晶体都有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点。
2.在两片材质不同的均匀薄片上涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针尖端分别接触两薄片的反面，结果薄片甲上熔化的石蜡呈圆形，薄片乙上熔化的石蜡呈椭圆形，如图所示。由此可以判定（　　）A.甲一定是晶体B.乙一定是晶体C.甲一定不是晶体 D.乙一定不是单晶体
解析：薄片甲上熔化的石蜡呈圆形，表明它的导热性是各向同性的；薄片乙上熔化的石蜡呈椭圆形，表明它的导热性是各向异性的，所以薄片乙一定是晶体。由于非晶体和多晶体都是各向同性的，所以薄片甲可能是非晶体，也可能是多晶体。
3.［多选］单晶体不同于非晶体，它具有规则的几何外形，在不同方向上物理性质不同，而且具有一定的熔点，下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性（　　）A.组成单晶体的物质微粒，在空间按一定的规律排列B.单晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上微粒数目不同，微粒间距离也不相同C.单晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上物质微粒性质不同D.单晶体在熔化时吸收热量，全部用来瓦解单晶体原子或分子间的结构，转化为分子势能，因此，单晶体在熔化过程中保持一定的温度不变。只有空间结构完全被破坏，单晶体完全变为液体后，继续加热，温度才会升高
【解析】单晶体微粒有规则的分布是单晶体有规则几何外形的原因，单晶体在物理性质上的各向异性是由于空间结构中不同方向的微粒数目不同，微粒间距离也不相同。晶体熔点的存在是由于晶体在熔化时要吸收热量用来瓦解空间点阵，增加分子势能。熔化过程中分子热运动的平均动能不变，即温度不变。只有当晶体全部转变为液体后温度才会升高，分子热运动的平均动能才会增加。
4.晶体内部的分子有序排列为如图2-4-2所示的空间点阵（图中的小黑点表示晶体分子 ），图中AB、AC、AD为等长的三条直线。下列说法中正确的是（　　）A. A处的晶体分子可以沿三条直线发生定向移动B.三条直线上晶体分子的数目相同，表明晶体的物理性质是各向同性的C.三条直线上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的D.以上说法均不正确
解析：A错：晶体中的分子只在平衡位置附近振动，不会沿三条直线发生定向移动。C对，B、D错：三条直线上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的。
5.［多选］关于石墨和金刚石的区别，下列说法正确的是（　　）A.石墨与金刚石是由同种物质微粒组成、空间结构不同的晶体B.金刚石晶体结构紧密，所以质地坚硬；石墨晶体是层状结构，所以质地松软C.石墨和金刚石是不同物质的微粒组成的不同晶体D.石墨导电、金刚石不导电是由于组成它们的化学元素不同
解析：石墨和金刚石都是由碳原子组成的，由于空间结构不同，故有金刚石坚硬、石墨松软的特点。
5.［多选］下列关于液晶的说法中，正确的是（　　）A.液晶是液体和晶体的混合物B.液晶能像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似C.液晶表现各向同性的性质D.液晶的微观结构介于晶体和液体之间，其光学性质具有各向异性的特点
解析：A错：液晶并不是指液体和晶体的混合物，是物质的一种特殊状态。B对，C错：液晶像液体一样可以流动，并且光学性质与某些晶体相似，具有各向异性。D对：根据液晶的特点可知，液晶的微观结构介于晶体和液体之间，其光学性质是各向异性的。