高中物理 固體的微觀結(jié)構(gòu) 材料科技與人類文明課件 魯科版選修33

高中物理高中物理選修選修3-3魯科版魯科版第第2節(jié)固體的微觀結(jié)構(gòu)節(jié)固體的微觀結(jié)構(gòu)第第3節(jié)材料科技與人類文明節(jié)材料科技與人類文明 目標(biāo)定位1.認(rèn)識(shí)固體微觀結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)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(shuō)明晶體的微觀結(jié)構(gòu)具有 特點(diǎn)2晶體內(nèi)部各微粒之間存在著很強(qiáng)的 ，將微粒約束在一定的 上熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些微粒只能在各自的 附近做微小振動(dòng)陣列陣列有序結(jié)構(gòu)有序結(jié)構(gòu)周期性周期性相互作用力相互作用力平衡位置平衡位置平衡位置平衡位置 二、晶體的結(jié)合類型 1離子晶體：由正、負(fù)離子通過(guò) 結(jié)合而成的晶體 2原子晶體：相鄰原子之間通過(guò) 結(jié)合而成的晶體 3金屬晶體：物質(zhì)微粒通過(guò) 結(jié)合而成的晶體離子鍵離子鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵金屬鍵金屬鍵三、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(zhǎng)直線上，微粒的個(gè)數(shù)通常是 的，這說(shuō)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 性不相等不相等排列排列異異2非晶體的內(nèi)部物質(zhì)的排列沒(méi)有一定規(guī)律，在宏觀上沒(méi)有規(guī)則的幾何外形非晶體在沿不同方向的等長(zhǎng)直線上，微粒的個(gè)數(shù) 說(shuō)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”)大致相等大致相等排列排列同同不同不同不同不同相同相同不同不同不同不同四、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(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和 材料結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)功能功能信息信息生物生物金屬金屬?gòu)?fù)合復(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(huì)發(fā)生突變的 材料(4) 、 、 被當(dāng)今國(guó)際社會(huì)公認(rèn)為現(xiàn)代文明的三大支柱半導(dǎo)體半導(dǎo)體納米納米材料材料信息信息能源能源一、對(duì)固體微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和理解1對(duì)單晶體各向異性的解釋如圖22、31所示，這是在一個(gè)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(zhǎng)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?yàn)樵诓煌较蛏衔镔|(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)的不同圖圖22、312對(duì)晶體具有一定熔點(diǎn)的解釋給晶體加熱到一定溫度時(shí)，一部分微粒有足夠的動(dòng)能克服微粒間的作用力，離開(kāi)平衡位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體開(kāi)始熔化，熔化時(shí)晶體吸收的熱量全部用來(lái)破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生變化3對(duì)多晶體特征的微觀解釋晶粒在多晶體里雜亂無(wú)章地排列著，所以多晶體沒(méi)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(diǎn)，而非晶體沒(méi)有4對(duì)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(wú)章的，從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看，在微粒非常多的情況下，沿不同方向的等長(zhǎng)直線上，微粒的個(gè)數(shù)大致相等，也就是說(shuō)，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(shuō)法正確的是()A它們由不同的空間點(diǎn)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)著的D在物質(zhì)內(nèi)部的各個(gè)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(diǎn)陣是晶體的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)，是晶體的一個(gè)特性，所以A是錯(cuò)誤的；不管是晶體還是非晶體，組成物質(zhì)的微粒永遠(yuǎn)在做熱運(yùn)動(dòng)，所以C是錯(cuò)誤的；非晶體也提不到什么層面的問(wèn)題，即使是晶體，各個(gè)層面的微粒數(shù)也不見(jiàn)得相等，所以D也是錯(cuò)誤的故正確答案為B.【例2】2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫，以表彰他們?cè)谑┎牧戏矫娴淖吭窖芯克麄兺ㄟ^(guò)透明膠帶對(duì)石墨進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開(kāi)，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(shí)判斷，下列說(shuō)法中正確的是()圖圖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(guò)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(cuò)誤，C正確；兩位科學(xué)家是通過(guò)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(duì)常見(jiàn)新材料的認(rèn)識(shí)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(shí)，拉直的合金絲又恢復(fù)到原來(lái)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(jī)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(jī)、移動(dòng)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(shuō)法中，正確的是()A在力學(xué)性能方面，納米材料具有高強(qiáng)、高硬和良好的塑性B在熱學(xué)性能方面，納米超細(xì)微粒的熔點(diǎn)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(shí)會(huì)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(shí)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(qiáng)、高硬和良好塑性 (2)熱學(xué)性能：熔點(diǎn)較低 (3)電學(xué)性能：低溫時(shí)會(huì)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.