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【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-3）：第二章 第二节 晶体的微观结构 第三节 固体新材料（35张ppt）
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上传时间: 2014-08-17
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第二节 晶体的微观结构
第三节 固体新材料
固体、液体和气体
1．了解固体的微观结构．
2．知道晶体和非晶体在物理性质上的差别，是由于它们内部物质微粒的排列不同造成的．
3．能比较石墨与金刚石的微观结构，并说明它们的特性．
4．了解材料科学技术的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响．
5．了解新材料的基本特征，知道半导体的一些特点，了解半导体技术在生活、生产中的应用．初步了解纳米材料的特性，关注纳米材料的研究和应用．
通过上一节课的学习，我们知道，晶体和非晶体在外形上和物理性质上都有很大的差别，是什么原因引起的呢？和它们的结构有关系吗？
1．晶体的微观结构：组成晶体的微观粒子(分子、原子或离子)按___________在空间整齐地排列，晶体中物质微粒的________很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用力而远离，微粒的热运动表现为在________________________地微小振动．
2．非晶体的微观结构：非晶体内部物质微观粒子的排列是______的．
一定的规律
相互作用
一定的平衡位置附近不停
不规则
3．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______、______有密切关系．
(3)新材料往往具有________，如超高强度、超高硬度、超塑性．
(4)____是当前用途最广的半导体材料．
新工艺 新技术
特殊功能
硅
晶体的微观结构
人们根据晶体的规则性和物理性质的各向异性提出了一些假说，认为晶体内部的微粒是有规则排列的．这种想法直到1912年人们应用对 X射线对晶体结构进行研究，才证实了这种假说的正确性．到1982年，扫描隧道显微镜的问世，人们第一次观察到原子在物质表面的排列状况．
晶体的微观结构的特点：组成晶体的物质微粒，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，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小振动．
1．对各向异性的解释．
下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．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．
2．对熔点的解释．
给晶体加热到一定温度时，一部分微粒具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．对有的物质有几种晶体的解释．
有的物质能生成种类不同的几种晶体，是因为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．
不只是碳元素能组成不同晶体，其他元素也有这种情况．例如白磷和红磷的化学成分相同，但是白磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构．
（双选）晶体具有各向异性的特点是由于( )
A．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同
B．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同
C．晶体内部结构的无规则性
D．晶体内部结构的有规则性
解析：晶体的各向异性是晶体内部结构的有规则性，使不同的方向上物质微粒的排列情况不同. 有些物质在不同条件下生成不同的晶体，那是因为组成它的微粒能够按照不同的规律在空间分布．
答案：AD
比较金刚石与石墨的结果是( )
A．它们是同一种物质，只是内部微粒的排列不同
B．它们的物理性质有很大的差异
C．由于它们内部微粒排列规则不同，所以金刚石为晶体，石墨是非晶体
D．金刚石是单晶体，石墨是多晶体
解析：同一种物质微粒可能形成不同的晶体结构，从而生成种类不同的几种晶体，金刚石与石墨是它的一个特例．
答案：AB
固体新材料
固体是物体存在的最常见的方式，固体材料是人类社会进步的标志．人类在远古时期就开始利用石器作为生产工具与生活用品．随着生产的发展，生产工具的不断革新，人们对固体材料的要求也在不断地提高，从对金属固体材料的提炼到今天可以运用科学技术创造出多种人造材料、合金、低温超导材料；生产火箭、人造卫星的特殊材料；高强度、低密度、耐高温的钛合金等等．这些材料的性质也是千差万别的，所以有这些固体材料性质的不同，都是与它们的分子组成和分子排列有关的．
1．新材料的基本特征．
(1)新材料的发展与新工艺、新技术密切相关；
(2)新材料具有特殊的性能；
(3)新材料的研究及应用，推动了人类文明和社会进步．
2．新材料的未来．
新材料正向着研究各种复合材料，研究并开发纳米材料，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，研究开发生物医学材料等方向发展．同时新材料的发展也推动了新工艺、新技术等的发展．
1．（双选）下列说法中正确的是( )
A．化学成分相同的物质只能生成同一种晶体
B．因为石英是晶体，所以由石英制成的玻璃也是晶体
C．普通玻璃是非晶体
D．一块铁虽然是各向同性的，但它们是晶体
解析：一种元素可以生成多种晶体，因为其分子可能排成几种空间点阵结构；玻璃为非晶体，而石英为晶体，所有的金属都为多晶体，故C、D正确．
答案：CD
2．晶体在熔化过程中所吸收的热量，主要用于( )
A．破坏空间结点结构，增加分子势能
B．破坏空间结点结构，增加分子动能
C．破坏空间结点结构，增加分子势能，同时增加分子动能
D．破坏空间结点结构，但不增加分子势能和分子动能
解析：晶体有固定的熔点，熔化过程中吸收热量用于破坏空间点阵结构，因温度不变，所以分子动能不变，吸收的热量用于增加分子势能，内能增加，A正确．
答案：A
3．(双选）关于白磷和红磷的说法中，正确的是( )
A．它们是由不同的物质微粒组成的
B．它们是有不同的晶体结构
C．它们具有相同的物理性质
D．白磷的着火点低，红磷的着火点高
解析：白磷与红磷的化学成分相同，只是因为它们的内部微粒排列不同，所以整体的性质不同．
答案：BD
4．下列叙述中，不能利用晶体的微观结构可以用来解释的是( )
A．晶体有规则的几何外形，非晶体没有规则的几何外形
B．晶体有一定的熔点，非晶体没有熔点
C．晶体的导电性能比非晶体好
D．单晶体的各向异性
解析：由晶体的微观结构特点可知A、B、D正确；晶体的导电性能不一定比非晶体好．
答案：C
5．（双选）下列叙述中错误的是( )
A．单晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列
B．单晶体具有天然规则的几何外形是由于它的微粒按一定规则排列
C．非晶体有规则的几何形状和确定的熔点
D．石墨的硬度与金刚石差很多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布
解析：单晶体内部微粒排列的空间结构决定着单晶体的物理性质，也正是由于它的微粒按一定规律排列，使单晶体具有天然规则的几何形状．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
6．下列关于晶体空间点阵的说法，错误的是( )
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力很强，所以物质微粒都被牢牢地束缚在空间点阵的结点上不能动
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
解析：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地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力很强，物质微粒的热运动不足以克服这种相互作用而彼此远离，故A、C、D正确，B错误．
答案：B
7．利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图象，从而可以研究物质的构成规律．下面的照片是一些晶体材料表面的STM图象，通过观察、比较、可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的，具有一定的结构特征．则构成这些材料的原子的物质表面排列的共同特点是
(1)________________________________________________________________________
(2)________________________________________________________________________．
解析：(1)在确定方向上原子有规律地排列. (2)在不同方向上原子的排列规律一般不同；原子排列具有一定对称性等．
8．下图是萘晶体的熔化曲线，由图可知，萘的熔点是________，熔化时间为________．
若已知萘的质量为m，固态时比热为c1，液态时比热为c2，熔化热为λ，试计算在0—t1 、t1 －t2和t2—t3这三个时间间隔中吸收的热量．
答案：θ2，t2－t1
0－t1，Q1＝c1m(θ2－θ1)
t1－t2，Q2＝λ·m
t2－t3，Q3＝c2m(θ3－θ2)
9．家庭、学校等有关的门锁常用“碰锁”，然而，这种锁使用一段时间后，锁舌就会变涩而不易被碰入，造成关门困难．这时，你可以用铅笔在锁舌上摩擦几下，碰锁便开关自如如初，并且可以持续几个月之久．请你动手试一试，并回答其中的道理．
答案：石墨是金刚石的同素异形体，两者的不同结构，造成了物理性质上的很大差异，金刚石质地坚硬，而石墨由于具有层状结构，层与层之间结合不很紧密，故层与层之间易脱落，故能起到润滑作用．在纸上用铅笔写字也是根据这个道理．
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