高中物理 第3章 固體液體與新材料 3_3 液晶與顯示器 3_4 半導(dǎo)體材料和納米材料教師用書 滬科版選修3-3
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3.3 液晶與顯示器 3.4 半導(dǎo)體材料和納米材料 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.初步了解液晶的微觀結(jié)構(gòu)、液晶的奇特效應(yīng)及應(yīng)用.(難點) 2.半導(dǎo)體材料的特性及應(yīng)用. 3.納米材料的分類及其科學(xué)技術(shù)的發(fā)展前景.(重點) 液晶 1.液晶微觀結(jié)構(gòu) (1)定義 把介于晶體和液體之間的中間態(tài)叫做液晶態(tài),把處于液晶態(tài)的物質(zhì)叫做液晶. (2)性質(zhì) ①分子排列松散,因此具有流動性. ②分子排列有一定取向,因此具有各向異性. 2.液晶的奇特效應(yīng) (1)有的液晶具有電光效應(yīng)→可以制成液晶顯示器. (2)有的液晶具有溫度效應(yīng)→可以探測溫度. (3)有的液晶具有壓電效應(yīng)→可以把壓力和撞擊轉(zhuǎn)換成電壓. (4)有的液晶具有化學(xué)效應(yīng)→可以檢查有毒物質(zhì). (5)有的液晶具有輻射效應(yīng)→可以顯示某些微觀粒子的徑跡或測量放射性射線的劑量. 1.液晶是液體和晶體的混合物.() 2.液晶分子在特定方向排列比較整齊.(√) 3.電子手表中的液晶在外加電壓的影響下,能夠發(fā)光.() 液晶顯示的基本原理是什么? 【提示】 向列型液晶在外加電壓影響下,液晶的分子排列會發(fā)生改變,使液晶由透明變?yōu)椴煌该?,去掉電壓又恢?fù)透明.控制電壓,就可以控制光線能否穿過液晶. 1.液晶性質(zhì)的理解 (1)液晶分子的排列具有一定的有序性,因此,具有晶體的性質(zhì),具有電學(xué)、光學(xué)等物理性質(zhì)的各向異性. (2)液晶分子可以自由移動,位置無序,因此又具有液體的流動性. (3)液晶分子的排列是不穩(wěn)定的,外界條件的微小變動都會引起液晶分子排列的變化,從而改變了液晶的某些性質(zhì). 2.液晶的主要應(yīng)用 (1)向列型液晶在外加電壓影響下,液晶的分子排列會發(fā)生改變,使液晶由透明變?yōu)椴煌该?,去掉電壓又恢?fù)透明.利用向列型液晶的這種性質(zhì)可以制成各種液晶顯示器. (2)膽甾型液晶在溫度改變時會改變顏色.隨著溫度的升高,色彩按紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的順序變化,溫度下降時又按相反順序變色,而且靈敏度很高,在不到1 ℃的溫差內(nèi)就可以顯出整個色譜.利用液晶的這種溫度效應(yīng)可以探測溫度. 【說明】 液晶既具有液體的特點,也具有晶體的特點,但它既不是液體,也不是晶體,它是獨立于液體和晶體之外的一種特殊流體. 1.關(guān)于液晶,下列說法中正確的是( ) A.液晶是一種晶體 B.液晶分子的空間排列是穩(wěn)定的,具有各向異性 C.液晶的光學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化而變化 D.液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化 E.液晶是獨立于液體和晶體之外的一種特殊流體 【解析】 液晶的微觀結(jié)構(gòu)介于晶體和液體之間,雖然液晶分子在特定方向排列比較整齊,具有各向異性,但分子的排列是不穩(wěn)定的,選項A、B錯誤;外界條件的微小變化都會引起液晶分子排列的變化,從而改變液晶的某些性質(zhì).溫度、壓力、外加電壓等因素變化時,都會改變液晶的光學(xué)性質(zhì),選項C、D正確;液晶不是液體,也不是晶體,E對. 【答案】 CDE 2.下列敘述中正確的是( ) A.棒狀分子、碟狀分子和平板分子的物質(zhì)呈液晶態(tài) B.利用液晶在外加電壓變化時由透明變渾濁可制作電子表、電子計算器的顯示元件 C.有一種液晶隨溫度的逐漸升高,其顏色按順序改變,利用這種性質(zhì)可用來探測溫度 D.利用液晶可檢查腫瘤,還可以檢查電路中的短路點 E.從各個方向看,液晶分子的排列都是比較整齊的 【解析】 通常棒狀分子、碟狀分子和平板狀分子的物質(zhì)容易具有液晶態(tài),但不是所有的都能呈液晶態(tài),故A錯;對液晶分子,某個方向看排列比較整齊,從另一個方向看排列是雜亂無章的,E錯. 【答案】 BCD (1)液晶既有液體的流動性和連續(xù)性,表現(xiàn)不夠穩(wěn)定,又具有晶體的一些各向異性特點,是某些特殊的有機化合物. (2)液晶的物理性質(zhì)很容易在外界的影響(如電場、壓力、光照、溫度)下發(fā)生改變. 半導(dǎo)體材料和納米材料 1.半導(dǎo)體材料 (1)半導(dǎo)體 定義:導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)叫半導(dǎo)體. (2)導(dǎo)電性能 (3)分類 2.納米材料 (1)納米是長度單位,1 nm=10-9 m,顆粒在0.1~100 nm之間的材料稱為納米材料. (2)分類:納米金屬材料、納米磁性材料、納米陶瓷材料、有機—無機納米復(fù)合物、納米傳感材料、納米醫(yī)用材料等 . (3)新材料包括 ①新型金屬材料:如鋁合金、鎂合金、鈦合金以及稀有金屬. ②高分子合成材料:如合成橡膠、塑料和化學(xué)纖維等. ③新型無機非金屬材料:如工業(yè)陶瓷、光導(dǎo)纖維、半導(dǎo)體材料. ④復(fù)合材料:由有機高分子、無機非金屬和金屬材料復(fù)合而成. ⑤光電子材料:如光電子半導(dǎo)體材料、光纖、薄膜材料、液晶顯示材料. 1.在極低的溫度下,純凈的半導(dǎo)體仍能很好地導(dǎo)電.() 2.在有光照射時,有的半導(dǎo)體可以導(dǎo)電.(√) 3.摻入一定雜質(zhì)后,半導(dǎo)體的導(dǎo)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(jìn)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331 【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(dǎo)電性極強,并兼具金屬和半導(dǎo)體的特性. 1.關(guān)于半導(dǎo)體材料的認(rèn)識 (1)半導(dǎo)體:導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì).如:硅、鍺、氧化亞銅、砷化鎵等. (2)影響半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的因素:溫度、光照、摻入雜質(zhì). (3)半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦缘奈⒂^機理(以硅為例) ①n型半導(dǎo)體:以自由電子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)后形成的半導(dǎo)體. ②p型半導(dǎo)體:以空穴參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)后形成的半導(dǎo)體. ③pn結(jié):將p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體緊密接觸,在接觸面上會形成一個pn結(jié).p型半導(dǎo)體端為晶體二極管的正極,n型半導(dǎo)體端為晶體二極管的負(fù)極. (4)二極管的單向?qū)щ娦? ①二極管的符號是“”,接入電路時“+”與電源正極相連,表示加正向電壓,此時二極管導(dǎo)通,正向電阻很?。? ②二極管加反向電壓時,電阻很大,但通常仍會有很小的電流,叫做漂移電流. 2.對納米材料的認(rèn)識 (1)納米:長度單位.符號:nm.1 nm=10-9 m. (2)納米技術(shù):指在納米尺度上制造材料和器件的技術(shù). (3)納米材料的分類 納米金屬材料、納米磁性材料、有機—無機納米復(fù)合物、納米傳感材料、納米醫(yī)用材料等. (4)納米材料的奇特效應(yīng) ①量子尺寸效應(yīng):如銀的超細(xì)微粒在溫度為1 K時,會由導(dǎo)體變?yōu)榻^緣體. ②小尺寸效應(yīng):如當(dāng)材料超細(xì)微粒的尺寸與光波波長相當(dāng)或更小時,將由超導(dǎo)狀態(tài)變?yōu)檎顟B(tài). ③表面和界面效應(yīng):如納米材料活性極高,極不穩(wěn)定,很容易與其他原子結(jié)合. ④宏觀量子隧道效應(yīng):如低于某一臨界溫度時,其微觀粒子的運動速度基本上與溫度無關(guān). (5)納米材料的良好性能主要表現(xiàn)在:力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)等方面. ①在力學(xué)性能方面,納米材料具有高強、高硬和良好的塑性; ②在熱學(xué)性能方面,納米超細(xì)微粒的熔點比常規(guī)粉體低得多; ③在電學(xué)性能方面,納米金屬在低溫時會呈現(xiàn)電絕緣性; ④在磁學(xué)性能方面,當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸小到臨界尺寸時,常規(guī)的鐵磁性材料會轉(zhuǎn)變?yōu)樘幱陧槾判陨踔脸槾艩顟B(tài)的納米材料; ⑤在光學(xué)性能方面,納米半導(dǎo)體材料在室溫下具有光致發(fā)光特性、光電轉(zhuǎn)換特性、介電特性和壓電特性; ⑥在化學(xué)性能方面,納米材料具有相當(dāng)高的化學(xué)活性. 3.下列認(rèn)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(shù)就是重新排列原子而制造具有新分子結(jié)構(gòu)的技術(shù) C.納米是一個長度單位 D.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 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(shù)是原子的重新排列,納米材料的制造是在納米技術(shù)的基礎(chǔ)上,故B、D對;粒度在0.1~100 nm間的材料均是納米材料,E錯. 【答案】 BCD 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( ) 【導(dǎo)學(xué)號:35500036】 A.在力學(xué)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(xué)性能方面,納米超細(xì)微粒的熔點比常規(guī)粉體低得多 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,因此化學(xué)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(jié)合 【解析】 在電學(xué)性能方面,納米材料在低溫時會呈現(xiàn)電絕緣性;而在化學(xué)性能方面,納米材料具有相當(dāng)高的化學(xué)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(shù)量級很接近,因此納米技術(shù)實際上就是重新排列原子而制造出具有新分子結(jié)構(gòu)的技術(shù). 2.當(dāng)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(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.- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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