,高中物理·選修3-3·魯科版,第2節(jié) 固體的微觀結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 材料科技與人類文明,目標(biāo)定位 1.認識固體微觀結(jié)構(gòu)和特點 2.用固體的微觀結(jié)構(gòu)解釋其宏觀性質(zhì) 3.了解材料科技與人類文明,一、晶體的結(jié)構(gòu) 1組成晶體的物質(zhì)微粒有規(guī)則地在空間排成 ，呈現(xiàn)周而復(fù)始的 ，說明晶體的微觀結(jié)構(gòu)具有 特點 2晶體內(nèi)部各微粒之間存在著很強的 ，將微粒約束在一定的 上熱運動時，這些微粒只能在各自的 附近做微小振動,陣列,有序結(jié)構(gòu),周期性,相互作用力,平衡位置,平衡位置,二、晶體的結(jié)合類型 1離子晶體：由正、負離子通過 結(jié)合而成的晶體 2原子晶體：相鄰原子之間通過 結(jié)合而成的晶體 3金屬晶體：物質(zhì)微粒通過 結(jié)合而成的晶體,離子鍵,共價鍵,金屬鍵,三、固體特征的微觀解釋 1晶體內(nèi)部微粒的排列有一定規(guī)律，在宏觀上具有規(guī)則的幾何外形單晶體在沿不同方向的等長直線上，微粒的個數(shù)通常是 的，這說明單晶體在不同方向上的微粒 及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況是不一樣的，所以單晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向 性,不相等,排列,異,2非晶體的內(nèi)部物質(zhì)的排列沒有一定規(guī)律，在宏觀上沒有規(guī)則的幾何外形非晶體在沿不同方向的等長直線上，微粒的個數(shù) 說明非晶體在不同方向上的微粒 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 性 3同一種物質(zhì)微粒在 的條件下有可能生成 的晶體，雖然構(gòu)成這些晶體的物質(zhì)微粒都 ，但是由于它們的排列形式 ，因而物理性質(zhì)也 (填“相同”或“不同”),大致相等,排列,同,不同,不同,相同,不同,不同,四、材料及分類 1分類 (1)按材料特性分為： 材料和 材料 (2)按應(yīng)用領(lǐng)域分為： 材料、能源材料、建筑材料， 材料、航空航天材料等 (3)按習(xí)慣分為： 材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和 材料,結(jié)構(gòu),功能,信息,生物,金屬,復(fù)合,2新材料 (1)發(fā)生形變后幾乎能100%恢復(fù)原狀的材料稱為形狀記憶合金 (2)微電子材料： (3)力、熱、聲、光、磁等方面的某些性能會發(fā)生突變的 材料 (4) 、 、 被當(dāng)今國際社會公認為現(xiàn)代文明的三大支柱,半導(dǎo)體,納米,材料,信息,能源,一、對固體微觀結(jié)構(gòu)的認識和理解 1對單晶體各向異性的解釋 如圖22、31所示，這是在一個平面 上單晶體物質(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,圖22、31,2對晶體具有一定熔點的解釋 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 3對多晶體特征的微觀解釋 晶粒在多晶體里雜亂無章地排列著，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，而非晶體沒有,4對非晶體特征的微觀解釋 在非晶體內(nèi)部，物質(zhì)微粒的排列是雜亂無章的，從統(tǒng)計的觀點來看，在微粒非常多的情況下，沿不同方向的等長直線上，微粒的個數(shù)大致相等，也就是說，非晶體在不同方向上的微粒排列及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況基本相同，所以非晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性 5同種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同形態(tài)出現(xiàn)，晶體和非晶體可在一定條件下相互轉(zhuǎn)化,【例1】 關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是 ( ) A它們由不同的空間點陣構(gòu)成 B晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是有規(guī)則地排列的，非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒在不停地運動著 C晶體內(nèi)部的微粒是靜止的，而非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是不停地運動著的 D在物質(zhì)內(nèi)部的各個平面上，微粒數(shù)相等的是晶體，微粒數(shù)不等的是非晶體 答案 B,解析 空間點陣是晶體的一個特殊結(jié)構(gòu)，是晶體的一個特性，所以A是錯誤的；不管是晶體還是非晶體，組成物質(zhì)的微粒永遠在做熱運動，所以C是錯誤的；非晶體也提不到什么層面的問題，即使是晶體，各個層面的微粒數(shù)也不見得相等，所以D也是錯誤的故正確答案為B.,【例2】 2010年諾貝爾物理學(xué)獎授予安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究他們通過透明膠帶對石墨進行反復(fù)的粘貼與撕開，使得石墨片的厚度逐漸減小，最終尋找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯，是碳的二維結(jié)構(gòu)如圖22、32所示為石墨、石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)，根據(jù)以上信息和已學(xué)知識判斷，下列說法中正確的是 ( ),圖22、32,A石墨是晶體，石墨烯是非晶體 B石墨是單質(zhì)，石墨烯是化合物 C石墨、石墨烯與金剛石都是晶體 D他們是通過物理變化的方法獲得石墨烯的 答案 CD 解析 石墨、石墨烯、金剛石都為晶體且都為單質(zhì)，A，B錯誤，C正確；兩位科學(xué)家是通過物理變化的方法獲得石墨烯的，D正確故正確的答案為C、D.,二、對常見新材料的認識 1形狀記憶合金 (1)定義：將一種含鎳55%、含鈦45%的“鎳鈦諾”合金絲加熱并彎成各種復(fù)雜的形狀，然后冷卻并拉直，當(dāng)再次加熱時，拉直的合金絲又恢復(fù)到原來的形狀，因此這種合金被稱為形狀記憶合金； (2)應(yīng)用：工程機械、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域,2半導(dǎo)體 (1)定義：導(dǎo)電性能介于金屬導(dǎo)體和絕緣體之間，具有優(yōu)異特性的微電子材料； (2)應(yīng)用：通信衛(wèi)星、電視衛(wèi)星接收機、移動通信、高清晰度電視以及軍用電子裝置等領(lǐng)域 3納米材料 (1)定義：粒度在1100 nm的材料稱為納米材料； (2)應(yīng)用：醫(yī)藥、電子、生物、航空等方面都有廣闊的應(yīng)用空間,【例3】 材料如果按特性分類，可分為 ( ) A結(jié)構(gòu)材料 B信息材料 C復(fù)合材料 D功能材料 答案 AD 解析 按照材料的特性，可以把材料分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩類結(jié)構(gòu)材料主要利用材料的力學(xué)特性，功能材料主要利用材料的聲、光、熱、電、磁等特性故選A、D.,【例4】 納米材料的奇特效應(yīng)使納米材料表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的良好性能，以下關(guān)于納米材料的性能的說法中，正確的是 ( ) A在力學(xué)性能方面，納米材料具有高強、高硬和良好的塑性 B在熱學(xué)性能方面，納米超細微粒的熔點比常規(guī)粉體高得多 C在電學(xué)性能方面，納米金屬在低溫時會呈現(xiàn)超導(dǎo)電性 D在化學(xué)性能方面，納米材料化學(xué)活性低 答案 A,解析 解答本題時應(yīng)注意納米材料的良好性能主要表現(xiàn)在： (1)力學(xué)性能：高強、高硬和良好塑性 (2)熱學(xué)性能：熔點較低 (3)電學(xué)性能：低溫時會呈現(xiàn)電絕緣性 (4)化學(xué)性能：具有相當(dāng)高的化學(xué)活性.,