第二章 第五节-第六节-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册同步全程学习全书word（粤教版）

第五节　晶体 第六节　新材料 [课标引领] 建构核心素养 物理观念 知道什么是晶体、非晶体、单晶体、多晶体、液晶以及典型新材料,了解各向异性、各向同性及晶体的微观结构,能解释相关的现象 科学思维 掌握单晶体的各向异性,理解晶体的微观结构,能够解决相关的问题 科学探究 学会用实验探究晶体与非晶体物理性质的差异,学会认真观察并与他人合作,提高实验技能 科学态度与责任 掌握晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别,培养严谨的科学态度,认识各种新材料,激发探索科学的兴趣 一、晶体和非晶体 　通过初中的学习我们已经知道,固体分为晶体和非晶体两类,下列图中给出了几个常见的晶体和非晶体. 几种常见晶体 几种常见非晶体 (1)请观察图片,它们在形状上有什么区别? (2)回忆初中所学知识,想一想晶体与非晶体还有什么重要区别? 答案:(1)图片中的晶体有规则的几何形状,非晶体则没有. (2)晶体有固定的熔点,非晶体则没有. 1.固体的分类 (1)固体可以分为晶体和非晶体两类. 石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等属于晶体,玻璃、松香、沥青、橡胶等都是非晶体. (2)晶体可分为多晶体和单晶体. 单个晶体颗粒是单晶体;多晶体是由许多单晶体杂乱无章组合而成的,金属和岩石是两种最常见的多晶体. 2.晶体与非晶体的差异 (1)形状. 单晶体具有天然规则的几何形状,多晶体和非晶体没有天然规则的几何形状. (2)熔点. 晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点. (3)各向异性与各向同性. ①单晶体在不同方向上的导热性能、机械强度、导电性能和光的折射率等物理性质是不同的,这类现象称为各向异性. ②非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的,这叫作各向同性. ③多晶体是由许多单晶体杂乱无章地组合而成的,所以多晶体在一般情况下是各向同性的. 二、晶体的微观结构 　 在各种晶体中,原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的,具有空间上的周期性.如图是食盐晶体中氯离子和钠离子分布的示意图. 请根据晶体这一微观结构,尝试解释为什么单晶体有规则的几何形状以及会表现出各向异性. 答案:由于组成单晶体的微粒排列是规则的,宏观上呈现出规则的几何形状以及各向异性. 1.规则性 在晶体中,晶体微粒都是按照一定的规则排列的,具有空间上的周期性. 2.变化或转化 在不同条件下,同种物质的微粒在空间按不同的规则排列,会生成不同的晶体,它们宏观的几何形状不同,物理性质也会不同.例如石墨和金刚石.有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体,例如天然水晶熔化后再凝固成石英玻璃. 3.非晶体的微观结构 非晶体内部的微粒是无规则地均匀排列的,没有一个方向比另一个方向特殊,因此表现为各向同性. 三、液晶 　现在,液晶应用于人类生活和生产中的方方面面,手机、电脑显示器都使用液晶屏幕. 请思考,液晶显示屏既然能显示色彩绚丽的画面,那么液晶的光学性质是各向异性还是各向同性? 答案:各向异性. 1.定义 由固态向液态转化的中间态液体具有与晶体相似的性质,故称为液态晶体,简称液晶. 2.性质 液晶在力学性质上与液体相同,具有流动性、连续性,可以形成液滴;在光学性质、电学性质等方面又具有明显的各向异性,因而又具有晶体的某些性质. 3.微观结构 液晶的分子有些是长棒状的,有些是碟状或板状的. 4.应用 液晶的理论和技术已在电子工业、航空、生物、医学等领域取得长足发展和广泛应用. 四、新材料 　材料的发展推动了人类文明和社会不断地进步,人类发展史就是人类不断发明和使用新材料的过程.现在,人类已进入新材料时代,各种新材料层出不穷. 请查阅资料,列举出一些新材料. 答案:半导体材料、纳米材料等. 1.半导体材料 (1)特性:半导体材料的导电能力介于导体与绝缘体之间.半导体的导电性能可通过掺杂来控制.硅、锗是目前应用最广泛的半导体材料. (2)应用:半导体材料在太阳能发电、余热发电领域成为科学研究的热点.半导体材料制造的电子产品已广泛应用于我们的生产、生活中,从雷达、火箭到电脑、手机,从互联网、卫星导航到网络购物、视频聊天,都离不开半导体. 2.纳米材料 (1)定义:纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100 nm)或由它们作为重要单元构成的材料,这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度. (2)特性:与宏观物质相比,纳米材料通常硬度、韧性、延展性等力学性能更好,熔点、磁性、导热和导电性降低,对光和物质具有更好的吸收和吸附性,化学活性大大增加. (3)石墨烯:目前发现的最薄、强度最大、导电和导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”. 3.超材料 (1)定义:超材料一般定义为具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构的复合材料,是将人造单元结构以特定