《高中物理 第2章 固體 第2節(jié) 固體的微觀結構 第3節(jié) 材料科技與人類文明教師用書 魯科版選修3-3》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 第2章 固體 第2節(jié) 固體的微觀結構 第3節(jié) 材料科技與人類文明教師用書 魯科版選修3-3（11頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

第2節(jié)　固體的微觀結構 第3節(jié)　材料科技與人類文明 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.了解對晶體結構的認識過程，知道晶體微觀結構的特點. 2.知道晶體的結合類型和特點．(重點) 3.會用固體的微觀結構解釋其宏觀性質．(重點、難點) 4.了解材料科學技術的有關知識及應用. 固 體 的 微 觀 結 構 1．晶體的結構及結合類型 (1)組成晶體的物質微粒有規(guī)則地在空間排成陣列，呈現(xiàn)周而復始的有序結構，說明晶體的微觀結構具有周期性． (2)晶體內部各微粒之間存在著很強的相互作用力，微粒被約束在一定的平衡位置上． (3)熱運動時，組成晶體的物質微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振動． (4)晶體的結合類型比較 類型　 構成微粒 結合鍵 舉例 離子晶體 正、負離子 離子鍵 NaCl、AgBr 原子晶體 原子 共價鍵 SiO2、金剛石 金屬晶體 物質微粒 金屬鍵 銅、銀、鋁 2.固體特征的微觀解釋 (1)方法：在固體界面沿不同方向畫出等長直線． (2)微觀解釋 ①單晶體在不同直線上微粒的個數不相等，說明沿不同方向微粒的排列及物質結構情況不同，在物理性質上表現(xiàn)為各向異性． ②非晶體在不同直線上微粒的個數大致相等，說明沿不同方向微粒排列及物質結構情況基本相同，在物理性質上表現(xiàn)為各向同性． (3)同一種物質在不同條件下形成不同的晶體，由于微觀結構不同，物理性質有很大差異． 1．Cu是離子晶體．() 2．晶體的分子(原子、離子)排列是有規(guī)則的．(√) 3．非晶體在不同方向上的微粒排列及物質結構情況基本相同．(√) 4．同一種物質只能生成一種晶體．() 為什么多晶體表現(xiàn)為各向同性？ 【提示】　多晶體是由許多雜亂無章地排列著的小晶體(晶粒)組成的．每個晶粒都是一個小單晶體，具有各向異性．但由于晶粒在多晶體里雜亂無章地排列著，所以它在不同方向的物理性質是相同的，即各向同性． 探討1：單晶體為什么有規(guī)則的幾何外形？ 【提示】　由于單晶體中的物質微粒在空間是按一定規(guī)律排列的，微粒只在一定平衡位置做微小振動，所以晶體有規(guī)則的幾何外形． 探討2：多晶體為什么沒有規(guī)則的幾何外形？ 【提示】　由于多晶體內部的物質微粒排列沒有一定的規(guī)律，是雜亂無章的． 1．對外形及物理性質表現(xiàn)各向異性還是各向同性的解釋 單晶體 多晶體 非晶體 外形 規(guī)則 不規(guī)則 不規(guī)則 物理性質 各向異性 各向同性 各向同性 微觀解釋 單晶體內部物質微粒的排列有一定規(guī)律，因此宏觀上有規(guī)則的幾何外形．在不同方向上的微粒排列及物質結構情況不一樣，在物理性質上表現(xiàn)為各向異性. 多晶體內部物質微粒的排列沒有一定規(guī)律．因此宏觀上沒有規(guī)則的幾何外形．在多晶體內部物質微粒的排列是雜亂無章的，從統(tǒng)計的觀點來看，在不同方向上的微粒排列及物質結構情況基本相同，因此在物理性質上表現(xiàn)為各向同性. 非晶體內部微粒的排列沒有一定規(guī)律，在宏觀上沒有規(guī)則的幾何外形．在非晶體內部，物質微粒的排列是雜亂無章的，從統(tǒng)計觀點來看，在不同方向上的微粒排列及物質結構基本相同，所以在物理性質上表現(xiàn)為各向同性. 2.對同素異形體的解釋 有的物質有幾種晶體，是因為它們的物質微粒能形成不同的晶體結構．例如碳原子按不同的結構排列可形成石墨和金剛石，二者在物理性質上有很大差別．白磷和紅磷的化學成分相同，但白磷具有立方體結構，而紅磷具有與石墨一樣的層狀結構，二者在物理性質上也有很大差別． 3．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． 1．下列哪些屬于晶體的結合類型(　　) A．金屬晶體B．離子晶體 C．多晶體 D．原子晶體 E．單晶體 【解析】　晶體的結合類型有：離子晶體、原子晶體和金屬晶體，故選A、B、D. 【答案】　ABD 2．下列敘述中正確的是(　　) 【導學號：30110022】 A．晶體的各向異性是由于它的微粒按空間點陣排列 B．單晶體具有規(guī)則的幾何外形是由于它的微粒按一定規(guī)律排列 C．非晶體有規(guī)則的幾何形狀和確定的熔點 D．石墨的硬度比金剛石的差很多，是由于它的微粒沒有按空間點陣分布 E．非晶體沒有規(guī)則幾何形狀，也沒有確定的熔點 【解析】　晶體內部微粒排列的空間結構決定著晶體的物理性質是否相同；也正是由于它的微粒按一定規(guī)律排列，使單晶體具有規(guī)則的幾何形狀．石墨與金剛石的硬度相差甚遠是由于它們內部微粒的排列結構不同，石墨的層狀結構決定了它的質地柔軟，而金剛石的網狀結構決定了其中碳原子間的作用力很強，所以金剛石有很大的硬度，故A、B、E正確． 【答案】　ABE 3．關于晶體和非晶體，以下說法中正確的是(　　) A．同種物質在不同的條件下可表現(xiàn)為晶體或非晶體 B．晶體內部物質微粒排列是有規(guī)則的，而非晶體內部物質微粒排列是不規(guī)則的 C．晶體內部的微粒是靜止的，而非晶體內部的物質微粒在不停地運動著 D．在物質內部的各個層面上，微粒數相等的是晶體，微粒數不等的是非晶體 E．非晶體在不同直線上微粒的個數大致相等，所以在物理性質上表現(xiàn)為各向同性 【解析】　同種物質也可能以晶體或非晶體兩種不同形式出現(xiàn)，所以A正確；晶體和非晶體在微觀結構上的區(qū)別決定了它們在宏觀性質上的不同，所以B正確；不管是晶體還是非晶體，組成物體的微粒永遠在做熱運動，所以C是錯的；非晶體沒有層面，也就談不到什么層面的問題，即使是晶體各個層面的微粒數也不一定相等，所以D也是錯的，E正確． 【答案】　ABE 1．單晶體具有各向異性是因為沿不同方向微粒的排列及物質結構情況不同． 2．晶體具有確定的熔點是因為晶體具有規(guī)則的排列結構． 3．同一物質有幾種不同的晶體是因為物質微粒排列的空間結構不同． 材 料 種 類 和 新 材 料 及 其 應 用 1．材料的分類 (1)按材料特性分為：結構材料和功能材料． (2)按應用領域分為：信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等． (3)按習慣分為：金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料． 2．新材料 (1)材料科學是研究材料的制造、結構與性能三者之間相互關系的科學． (2)納米是長度單位，1 nm＝10－9 m，顆粒在1～100 nm的材料稱為納米材料． (3)發(fā)生形變后幾乎能100%恢復原狀的材料稱為形狀記憶合金． (4)微電子材料：半導體． (5)力、熱、聲、光、磁等方面的某些性能會發(fā)生突變的納米材料． (6)材料、能源、信息被當今國際社會公認為現(xiàn)代文明的三大支柱． 1．在極低的溫度下，純凈的半導體仍能很好地導電．() 2．在有光照射時，有的半導體可以導電．(√) 3．摻入一定雜質后，半導體的導電性能一定會變差．() 隨著納米科技的發(fā)展，納米商品開始進入市場，有的商家為了促銷商品，打著納米材料的幌子到處招搖撞騙，如在社會上出現(xiàn)了納米“冰箱”、納米“洗衣機”，甚至出現(xiàn)了納米“電影”的笑話．你了解什么是“納米”嗎？你知道納米材料有哪些良好的性能嗎？ 納米涂料 圖221 【提示】　納米是長度單位：1 nm＝10－9 m．以碳納米管為例，納米材料有韌性高、導電性極強，并兼具金屬和半導體的特性． 探討：研究納米材料等新材料有什么意義？ 【提示】　材料是人類生存和發(fā)展的物質基礎，是人類社會現(xiàn)代文明的重要支柱，材料的變化直接影響著社會的變化，材料是技術進步的關鍵要素之一．能源、信息和材料被稱為現(xiàn)代文明的三大支柱． 1．新材料及其應用 新材料主要包括新型金屬材料、高分子合成材料、新型無機非金屬材料、復合材料、光電子材料等． (1)新型金屬材料：有鋁合金、鎂合金、鈦合金以及稀有金屬，它們在導電、航空航天、原子能方面有廣泛用途． (2)高分子合成材料：有合成橡膠、塑料和化學纖維等．它們在火箭、建筑、醫(yī)療、交通、服裝、農業(yè)、國防上有廣泛用途． (3)新型無機非金屬材料：有工業(yè)陶瓷、光導纖維、半導體材料．它們在燃氣機制造、磁流體發(fā)電機、通信、工業(yè)、科學研究等方面有廣泛用途． (4)復合材料：可分為結構復合材料和功能復合材料．它們在航空航天、電子工業(yè)、生活用品、新能源技術、信息技術、海洋工程等方面有廣泛用途． (5)光電子材料：有光電子半導體材料、光纖、薄膜材料、液晶顯示材料．它們在光電子器件、光通信、光計算、激光技術等方面有廣泛用途． 2．納米材料及其應用 (1)納米是長度單位：1 nm＝10－9 m. (2)納米技術：在納米尺度(1～100 nm)上制造材料和器件的技術．即重新排列原子而制造具有新分子結構的技術． (3)納米材料有納米金屬、納米磁場材料、納米陶瓷材料、有機—無機納米復合物、納米傳感材料、納米醫(yī)用材料等． (4)納米材料應用領域：能源、環(huán)保、通信、航空航天、醫(yī)療、日常生活等． 4．下列認識正確的是 (　　) A．納米是一種尺寸很小的材料，是納米材料的簡稱 B．納米技術就是重新排列原子而制造具有新分子結構的技術 C．納米是一個長度單位 D．納米材料的奇特效應使納米材料表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的良好性能 E．納米材料就是顆粒大小為1 nm的材料 【解析】　納米是一個長度單位，故A錯，C對；納米技術是原子的重新排列，納米材料的制造是在納米技術的基礎上，故B、D對；粒度在1～100 nm間的材料均是納米材料，E錯． 【答案】　BCD 5．納米材料的奇特效應使納米材料表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的良好性能，以下關于納米材料的性能的說法中，正確的是(　　) 【導學號：30110023】 A．在力學性能方面，納米材料具有高強、高硬和良好的可塑性 B．在熱學性能方面，納米超細微粒的熔點比常規(guī)粉體低得多 C．在電學性能方面，納米金屬在低溫時會呈現(xiàn)超導電性 D．在化學性能方面，納米材料化學活性低，因此化學穩(wěn)定性強 E．納米材料的活性極高，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結合 【解析】　在電學性能方面，納米材料在低溫時會呈現(xiàn)電絕緣性；而在化學性能方面，納米材料具有相當高的化學活性，故選項C、D錯誤． 【答案】　ABE 納米材料特性 1．納米尺度和原子直徑的數量級很接近，因此納米技術實際上就是重新排列原子而制造出具有新分子結構的技術． 2．當材料小到納米尺度時，其性能會發(fā)生突變，體現(xiàn)在以下幾方面： (1)力學性能：高強、高硬和良好塑性． (2)熱學性能：熔點較低． (3)電學性能：低溫時會呈現(xiàn)電絕緣性． (4)化學性能：具有相當高的化學活性． 學業(yè)分層測評(五) (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．習慣上，人們把材料分為(　　) A．金屬材料B．無機非金屬材料 C．生物材料 D．有機高分子材料 E．納米材料 【解析】　習慣上人們把材料分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料，故A、B、D正確． 【答案】　ABD 2．下列有關晶體的結構敘述正確的是(　　) A．在晶體內部，組成晶體的物質微粒是無規(guī)則排列的 B．晶體的微觀結構具有周期性 C．在晶體內部，組成晶體的物質微粒可以自由運動 D．組成晶體的微粒只能做微小的振動 E．晶體內部微粒間存在著很強的作用力 【解析】　在晶體的內部，組成晶體的物質微粒是有規(guī)則排列的，A錯誤；晶體的微觀結構具有周期性，且微粒間存在著很強的作用力，B、E正確；在晶體內部，組成晶體的物質微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振動，而不能自由運動，C錯誤，D正確． 【答案】　BDE 3．有關晶體的排列結構，下列說法正確的有(　　) A．同種元素原子按不同結構排列有相同的物理性質 B．同種元素原子按不同結構排列有不同的物理性質 C．同種元素形成晶體只能有一種排列規(guī)律 D．同種元素形成晶體可能有不同的排列規(guī)律 E．同種元素可能形成不同的晶體 【解析】　同種元素原子在不同情況下可能按不同的方式排列，并導致物理性質有明顯的差異，故A、C錯誤，B、D、E正確． 【答案】　BDE 4．關于納米的認識，下列說法正確的是(　　) A．納米是一種高科技材料，尺寸很小 B．1 nm＝10－9 m C．納米材料是對分子、原子重新進行排列而成的，具有很多特性 D．納米材料活性很高 E．納米材料的微觀粒子，其運動速度與溫度有關 【解析】　納米是一個長度單位，1 nm＝10－9 m，俗語說：“納米不是米，藍牙不是牙”，它比一般的分子，原子要大，納米材料是對分子、原子重新進行排列而得到的材料，具有很多特性．納米材料活性很高，對納米材料，當溫度低于臨界值時，其微觀粒子的運動速度與溫度無關，E錯．綜上所述，B、C、D正確． 【答案】　BCD 5．下列說法中正確的是(　　) 【導學號：30110024】 A．不銹鋼具有很強的耐腐蝕性，廣泛應用于制造餐具、外科手術器械及化工設備 B．有機高分子材料是由碳、氫、氧、氮、硅、硫等元素的有機化合物構成的材料 C．復合材料則是由幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料 D．玻璃鋼不是復合材料 E．制造變速自行車用的碳纖維不是復合材料 【解析】　玻璃鋼、碳纖維和陶瓷復合材料等都是新型的復合材料，D、E錯，故選A、B、C. 【答案】　ABC 6．按照材料的應用領域，可把材料分為(　　) A．信息材料B．金屬材料 C．建筑材料 D．航空航天材料 E．功能材料 【解析】　按照材料的應用領域，可以把材料分為信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等，故選A、C、D. 【答案】　ACD 7．下列高分子材料中，屬于天然高分子材料的是(　　) A．木材 B．塑料 C．玻璃鋼 D．棉花 E．羊毛 【解析】　木材、棉花和羊毛屬于天然高分子材料，而B、C不是，故選A、D、E. 【答案】　ADE 8．下列新型材料中，不能用作半導體材料的有(　　) A．高分子合成材料 B．新型無機非金屬材料 C．復合材料 D．光電子材料 E．金屬材料 【解析】　高分子合成材料有合成橡膠、塑料和化學纖維等；新型無機非金屬材料有工業(yè)陶瓷、光導纖維、半導體材料；復合材料分為結構復合材料和功能復合材料；光電子材料有光電子半導體材料、光纖和薄膜材料、液晶顯示材料等． 【答案】　ACE [能力提升] 9．下列說法不正確的是(　　) A．石墨的硬度比金剛石差很多，是由于它的微粒沒有按空間點陣分布 B．晶體的各向異性是由于它的微粒按空間點陣排列 C．晶體在熔化的過程中吸收熱量，分子的平均動能一定是增大的 D．晶體內部各微粒之間存在著很弱的相互作用力，微?？梢宰杂梢苿? E．組成金剛石和石墨的物質微粒是相同的 【解析】　盡管石墨和金剛石的硬度差別很大，但都是晶體是由相同的物質微粒構成的，它們的微粒是按不同空間點陣分布的，故A錯，E對；盡管晶體在熔化的過程中吸收了熱量，但它的溫度是不變的，因此分子的平均動能不變，故C錯；晶體內部各微粒之間存在著很強的相互作用力，將微粒約束在一定的平衡位置上做熱振動，因此微粒是不能自由移動的，故D錯，B對． 【答案】　ACD 10．單晶體不同于非晶體，它具有規(guī)則的幾何外形，在不同方向上物理性質不同，而且具有一定的熔點，下列哪些說法可以用來解釋晶體的上述特性(　　) A．組成晶體的物質微粒，在空間按一定的規(guī)律排成整齊的行列，構成特定的空間點陣 B．晶體在不同方向上物理性質不同，是由于不同方向上微粒數目不同，微粒間距離也不相同 C．晶體在不同方向上物理性質不同，是由于不同方向上的物質微粒的性質不同 D．晶體在熔化時吸收熱量，全部用來瓦解晶體的空間點陣，轉化為分子勢能，因此，晶體在熔化過程中保持一定的溫度不變．只有空間點陣完全被瓦解，晶體完全變?yōu)橐后w后，繼續(xù)加熱，溫度才會升高 E．單晶體的物質微粒排列沒有規(guī)律性，故表現(xiàn)為各向異性 【解析】　晶體微粒構成的空間點陣是晶體有規(guī)則幾何外形的原因，晶體在物理性質上的各向異性是由于空間點陣中不同方向的微粒數目不同，微粒間距離也不相同．晶體熔點的存在是由于在熔化時要吸收熱量用來瓦解空間點陣，增加分子勢能．熔化過程中分子的熱運動的平均動能不變，即溫度不變，只有當晶體全部轉變?yōu)橐后w后溫度才會繼續(xù)升高，分子熱運動的平均動能才會增加． 【答案】　ABD 11．關于石墨和金剛石的區(qū)別，下面說法正確的是(　　) A．石墨和金剛石都是由同種物質微粒組成但空間結構不同的晶體 B．金剛石晶體結構緊密，所以質地堅硬，石墨晶體是層狀結構，所以質地松軟 C．石墨和金剛石是不同物質的微粒組成的不同的晶體 D．石墨導電，金剛石不導電是由于組成它們的化學元素不同 E．金剛石和石墨具有相同的化學性質 【解析】　石墨和金剛石都是由碳原子按照不同的排列規(guī)律構成的不同晶體，A對、C錯；金剛石中的碳原子距離相等，有很強的相互作用，因此它結構緊密、質地堅硬，而石墨中的碳原子間距離不相等，形成層狀結構，其原子間距離很大，作用力較弱，因此質地松軟B對；石墨和金剛石都是由碳原子組成的，故它們的化學性質相同，D錯、E對． 【答案】　ABE 12．利用掃描隧道顯微鏡(STM)可以得到物質表面原子排列的圖象(如圖222所示)，從而可以研究物質的構成規(guī)律，下面的照片是一些晶體材料表面的STM圖象，通過觀察、比較，可以看到這些材料都是由原子在空間排列而構成的，具有一定的結構特征，則構成這些材料的原子在物質表面排列的共同特點是： 圖222 (1)_____________________________________________________________； (2)____________________________________________________________； (3)____________________________________________________________． 【答案】　(1)在確定方向上原子有規(guī)律地排列 (2)在不同方向上原子的排列規(guī)律一般不同 (3)原子排列具有一定對稱性 13．如圖223所示為食鹽晶體結構示意圖，食鹽晶體是由鈉離子(圖中)和氯離子(圖中●)組成的，這兩種離子在空間中三個互相垂直的方向上，都是等距離地交錯排列的．已知食鹽的摩爾質量是58.5 g/mol，食鹽的密度是2.2 g/cm3，阿伏伽德羅常數為6.01023 mol－1，試估算食鹽晶體中兩個最近的鈉離子中心間的距離. 【導學號：30110025】 圖223 【解析】　1 mol食鹽中有NA個氯離子和NA個鈉離子，離子總數為2NA，因為摩爾體積V與摩爾質量M和物質密度ρ的關系為V＝， 所以一個離子所占的體積為 V0＝＝ 由題圖可知V0就是圖中每四個離子所夾的正方體的體積，此正方體的邊長 d＝＝ 而最近的兩個鈉離子中心間的距離 r＝d＝ ＝1.41 m ≈410－10 m. 【答案】　410－10 m