第5节 晶体 第6节 新材料-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

第五节　晶体 第六节　新材料 【素养目标】　1.掌握晶体和非晶体的特点及区分方法。　2.掌握单晶体和多晶体的区别。　3.了解晶体的微观结构。　4.知道常见的新材料及其应用。 知识点一　晶体与非晶体 [情境导学]　(1)观察食盐颗粒和松香的外形，它们的外形各有怎样的特征？ (2)在玻璃片和云母片上分别涂上一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触玻璃片及云母片的另一面，石蜡熔化，如图所示，据此判断玻璃片沿各个方向的导热性能是否相同，云母片呢。 提示：(1)食盐颗粒总是呈现立方体形，松香没有规则的几何形状。 (2)玻璃片上石蜡的熔化区域呈圆形，说明玻璃片沿各个方向的导热性能相同。云母片上石蜡的熔化区域呈椭圆形，说明云母片沿各个方向的导热性能不相同。 (阅读教材P39－P40完成下列填空) 1．固体的分类及性质 类别 天然外形 物理性质(导热性能、机械强度、导电性能等) 有无固定的熔点 晶体 具有天然规则的几何形状，如石英、云母、明矾、雪花、食盐、味精、蔗糖等 各向同性或各向异性 有 非晶 体 不具有天然规则的几何形状，如玻璃、松香、沥青、橡胶等 各向同性 无 2.晶体的分类及性质 类别 构成 物理性质 有无固定熔点 单晶体 单个晶体颗粒 各向异性 有 多晶体 许多单晶体颗粒 各向同性 有 学生用书↓第39页 [问题探究]　(1)没有规则几何形状的固体一定是非晶体吗？ (2)某固体物质，若其沿不同方向上的导热性能相同，则该物质一定是非晶体吗？ 提示：(1)不是。由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体也没有规则的几何形状。 (2)不一定，也可能是多晶体。 (多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示，则(　　) A．甲、乙为非晶体，丙是晶体 B．甲、丙为晶体，乙是非晶体 C．甲、丙为非晶体，乙是晶体 D．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体 答案：BD 解析：由题图甲、乙、丙可知，甲、乙的导热性能是各向同性的，丙的导热性能是各向异性的。由题图丁可知，甲、丙有固定的熔点，乙无固定的熔点，所以甲、丙为晶体，乙为非晶体，其中甲为多晶体，丙为单晶体。故选BD。 1．单晶体、多晶体及非晶体的区别与联系 (1)区别 　(2)联系：在一定条件下，晶体可以变为非晶体，非晶体也可以变为晶体。 2．对单晶体各向异性的理解 (1)单晶体不是所有物理性质都是各向异性的。 (2)通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射率等。 (3)单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上物理性质不同，也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性能时测量结果不同。　　 针对练．随着科技的发展，国家对晶体材料的研究越来越深入，尤其是对稀土晶体的研究，已经走在世界的前列。关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　) A．晶体都有天然规则的几何形状，非晶体则没有天然规则的几何形状 B．具有规则几何形状的物体就是单晶体 C．多晶体是由单晶体组合而成的，但单晶体在某些物理性质上表现为各向异性，多晶体表现为各向同性 D．石英、云母、玻璃都是晶体 答案：C 解析：单晶体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，故A错误；单晶体具有天然规则的几何形状，但有些非晶体可以被塑造成规则的几何外形，比如正方体玻璃器件，故B错误；根据多晶体与单晶体的特点可知，单晶体的某些物理性质表现为各向异性，多晶体和非晶体的物理性质表现为各向同性，故C正确；石英、云母是晶体，玻璃是非晶体，故D错误。 知识点二　晶体的微观结构 [情境导学]　如图所示，金刚石和石墨都是由碳原子组成的，为什么它们的硬度却有天壤之别？ 提示：因为碳原子的排列方式不同。 (阅读教材P40－P41完成下列填空) 1．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．在晶体中，晶体微粒间相互作用很强，其热运动不足以克服它们相互间的作用力而远离，最终表现为在某平衡位置附近不停地振动。 3．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。 学生用书↓第40页 [问题探究]　如图所示是一个平面上晶体微粒排列的情况。请观察沿不同方向单位长度上微粒的数目是否相同，并思考引起晶体各向异性的原因。 提示：沿不同方向单位长度上微粒的数目均不相同，正是这种不同，使晶体的物理性质表现为各向异性。 下列四幅图中所涉及晶体微观结构及其解释的论述中，不正确的是(　　) A．图甲中，晶体中沿不同方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同方向上会表现出不同的物理性质 B．图乙为石墨中碳原子形成的层状结构，与金刚石的结构不同，但物理性质相同 C．图丙为食盐晶体的点阵结构，晶体的许多特性都与点阵结构有关 D．图丁为金刚石中碳原子形成的一种紧密结构，相互之间作用力很强，所以金刚石十分坚硬，可制造玻璃刀和钻头 答案：B 解析：晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质，A正确；金刚石和石墨都是由碳原子直接构成的，因为碳原子的排列方式不同，故其物理性质差异很大，石墨质地松软，可以用来制作铅笔芯，金刚石很硬，可以用于制造玻璃刀和钻头，B错误，D正确；晶体的许多特性都与点阵结构有关，C正确。 针对练．(2023·广东东莞高二校考期中)如图表示某晶体的物态变化过程，其中甲、乙、丙分别表示三种物态。下列分析正确的是(　　) A．甲为气态 B．甲→乙的过程需要放热 C．乙→丙的过程与露珠形成过程相同 D．BC段对应的温度为该晶体的熔点 答案：D 解析：由题图知，甲中分子相距最近，分子排列规则，分子间的作用力最大，既不易被压缩，也不易被拉伸，所以是固态；乙中分子相距较近，分子排列杂乱，分子间的作用力较弱，是液态；丙中分子相距最远，分子无固定排列，分子间的作用力最弱，是气态，故A错误；甲→乙是固态变为液态的熔化过程，需要吸收热量，故B错误；乙→丙是液态变成气态的汽化过程，露珠是水蒸气遇冷形成小水滴的液化过程，故C错误；BC段表示物体吸热或放热时温度保持不变，是状态发生改变的晶体熔化(或凝固)过程，此时的温度叫作晶体的熔点(或凝固点)，故D正确。故选D。 知识点三　液晶 [情境导学]　手机、电脑显示器、液晶电视机等都广泛应用液晶显示屏，液晶是液态的晶体吗？ 提示：不是。液晶只是在物理性质上与某些晶体相似，具有各向异性。 (阅读教材P41－P42完成下列填空) 1．液晶的概念：由固态向液态转化的中间态液体，具有与晶体相似的性质，称为液态晶体，简称液晶。 2．液晶的性质：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．液晶的微观结构：液晶的分子有些是长棒状的，有些是碟状或板状的。长棒状液晶在自然状态下分子有彼此平行排列的倾向。 4．液晶的应用 (1)液晶显示屏：应用于手机、电脑显示器、液晶电视机等。 (2)液晶在电子工业、航空、生物、医学等领域有广泛应用。 [问题探究]　液晶数码管利用液晶作为显示材料，液晶数码管是怎样显示数字的？ 提示：在两电极间用液晶涂写文字或数码，加上适当电压，透明的液晶变得混浊，文字或数码就显示出来了。 学生用书↓第41页 关于液晶，下列说法中正确的是(　　) A．液晶是液体和晶体的混合物 B．所有物质都具有液晶态 C．液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性 D．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，本身能够发光 答案：C 解析：液晶既不是液体也不是晶体，更不是两者的混合物，A错误；只有部分物质具有液晶态，B错误；液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，C正确；电子手表中的液晶本身不能发光，D错误。 知识点四　新材料 (阅读教材P45－P47完成下列填空) 1．半导体材料的导电能力介于导体与绝缘体之间。如果在纯净的半导体中掺入某些微量元素作为杂质，则其导电性能将会发生显著变化，即半导体的导电性能可通过掺杂来控制。人们利用半导体这一特性制造出了各种不同用途的半导体电子器件。 2．纳米材料是当今新材料研究最富有活力和影响力的领域。纳米技术的应用，使得人类能在原子水平操作物质，从而更加自由地搬动原子和重组分子，组成具有特殊性能的新材料。 3．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方式排列形成的，具有特殊电、磁特征的人造结构材料。 (多选)关于新材料的开发与应用，下列说法正确的是(　　) A．纳米材料的运用，对人们总是有利的 B．半导体材料是具有优异特性的微电子材料 C．所有的晶体管和集成电路都是由硅材料制成的 D．低损耗的光导纤维是现代光纤通信的重要材料 答案：BD 解析：纳米材料的运用，对人们既有有利的一面，也有有害的一面，故A错误；半导体材料是具有优异特性的微电子材料，故B正确；除了硅，晶体管和集成电路也会用到其他材料，如石墨烯，故C错误；低损耗的光导纤维是现代光纤通信的重要材料，故D正确。 1.(2023·广东揭阳高二校考期末)甲、乙两种薄片的表面分别涂有薄薄的一层石蜡，然后用烧热钢针的针尖分别接触这两种薄片石蜡涂层的背面，接触点周围熔化了的石蜡分别形成如图所示形状，对这两种薄片，下列说法中正确的是(　　) A．甲是晶体 B．甲是非晶体 C．乙是晶体 D．乙是非晶体 答案：A 解析：单晶体的导热性是各向异性的，薄片的表面接触点周围熔化了的石蜡是椭圆形的；非晶体和多晶体的导热性是各向同性的，则薄片的表面接触点周围熔化了的石蜡是圆形的，所以甲是晶体，乙可能是多晶体也可能是非晶体。故选A。 2．纳米晶体材料在现代科技和国防中具有重要的应用。下列关于晶体的说法正确的是(　　) A．晶体内的晶体微粒是静止不动的 B．晶体内的晶体微粒间的相互作用很强，使各粒子紧紧地靠在一起 C．晶体内的晶体微粒在不同方向上排列情况不同 D．晶体内的晶体微粒在空间排列上没有顺序，无法预测 答案：C 解析：晶体内的晶体微粒在某平衡位置附近不停地振动，故A错误；晶体内的晶体微粒之间的相互作用很强，晶体微粒有规律但并非紧靠地排列，故B、D错误；晶体内的晶体微粒的排列在空间上具有周期性，故C正确。故选C。 3．(多选)关于晶体、液晶、液体，下列说法正确的是(　　) A．晶体和液晶的性质是完全相同的 B．液晶就是液体，具有液体的所有性质 C．液晶是介于晶体与液体之间的一种中间态 D．液晶具有液体的流动性，具有晶体的各向异性 答案：CD 解析：晶体属于固体，其分子排列呈一定的点阵结构，有规律，而液晶分子的结构是介于液体的杂乱与晶体的规律排列之间的一种中间态，其在力学性质上像液体一样具有流动性，而在光学等物理性质上又与晶体相似，具有各向异性，故A、B错误，C、D正确。 4．(多选)下列关于新材料的说法正确的是(　　) A．半导体材料的导电能力介于导体与绝缘体之间 B．纳米材料是指三维空间的各个维度均处于纳米尺度范围的材料 C．超材料是指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 D．石墨烯是石墨的一种材料，并不是新材料 答案：AC 解析：半导体材料的导电能力介于导体和绝缘体之间，故A正确；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的材料，故B错误；超材料是指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，故C正确；石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电和导热性能最强的一种新型纳米材料，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$