2.5 晶体&2.6 新材料（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（粤教版2019）

第五节　晶 体 第六节　新材料 课程内容要求 核心素养提炼 1.能区分晶体和非晶体，知道熔点、各向异性、各向同性等概念． 2．知道晶体的微观结构，能解释晶体的熔化等特点． 3．了解液晶的分子结构，知道液晶的光学各向异性及应用． 1.物理观念：晶体、非晶体、单晶体、多晶体、各向同性、各向异性． 2．科学思维：用晶体的微观结构解释其特征． 3．科学探究：观察玻璃和云母片导热性能的区别． 4．科学态度与责任：液晶材料的特性及在科学技术方面的应用． [对应学生用书P41] 1．固体分类 固体可分为晶体、非晶体两类． 2．晶体与非晶体的比较 宏观外形 物理性质 晶体 单晶体 有天然规则的形状　　 (1)有确定的熔点 (2)导热、导电、光学性质表现为各向异性 多晶体 没有确定的形状　　　 (1)有确定的熔点 (2)导热、导电、光学性质表现为各向同性 非晶体 没有确定的形状 (1)没有确定的熔点 (2)导电、导热、光学性质表现为各向同性 [判断] (1)所有的晶体的物理性质都表现为各向异性．(×) (2)晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体．(×) (3)大粒盐磨成细盐，就变成了非晶体．(×) (4)所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点．(√) 1．规则性：单晶体的原子(分子、离子)都是按照各自的规则排列，具有空间上的周期性． 2．同一种物质在不同的条件下能生成不同的晶体． 如石墨和金刚石，微观结构不同，硬度不同． 3．变化或转化：在不同条件下，同种物质的微粒按照不同规则在空间排列，可以生成不同的晶体，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． [思考]　地矿工作者在野外考察时发现了一种矿石，该矿石具有某种规则的外形，当沿某一方向敲击时，比较容易将其一层层剥离，而沿其他方向敲击则不然，你对该矿石可做出怎样的判断？ 提示　由于该矿石具有规则外形，且不同方向具有不同的力学性质，由此可知该矿石为单晶体． 1．液晶：像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性的物质叫液晶．这是介于液态和固态间的一种中间态． 2．出现液晶态的条件：液晶是一种特殊物质，有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态，另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定浓度范围内具有液晶态． 3．液晶的微观结构：通常棒状分子的物质容易具有液晶态． 4．应用：除用做显示器外，在生物医学、电子工业等领域都有重要的应用． [思考]　为什么“液体”和“晶体”联系在一起了？液晶到底是什么物质？ 提示　液晶是介于液体与固体之间的一种中间态的物质，在特定方向上分子排列整齐，其物理性质表现为各向异性． [对应学生用书P43] 探究点一　晶体、非晶体的区分 在外形上晶体和非晶体有什么区别？ 提示　晶体有规则的形状，非晶体没有规则的形状． 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 各向异性的表现 在物理性质上，单晶体具有各向异性，而非晶体及多晶体则具有各向同性． 通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等． 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． (多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，由烧热的针接触其上一点，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 BD　[由图甲、乙、丙可知，甲、乙各向同性，丙各向异性．由图丁可知，甲、丙有确定熔点，乙无确定熔点，所以甲、丙为晶体，乙为非晶体，其中甲为多晶体，丙为单晶体．] [训练1]　(多选)北京奥运会的国家游泳中心——水立方，像一个透明的水蓝色的“冰块”，透过它游泳池中心内部设施尽收眼底．这种独特的感觉就源于建筑外墙采用了一种叫作ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚物)的膜材料．这种膜材料属于非晶体，那么它具有的特性是(　　) A．在物理性质上具有各向同性 B．在物理性质上具有各向异性 C．具有一定的熔点 D．没有一定的熔点 AD　[非晶体在物理性质上是各向同性的，故A正确；非晶体没有固定的熔点，故D正确．] 探究点二　晶体性质的微观解释 如图，石墨和金刚石都是由碳原子组成的，为什么它们的硬度不同？ 提示　因为原子排列方式不同． 1．对晶体具有确定熔点的解释 给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能，克服微粒间作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化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． 2．各向异性的微观解释 如图所示为在一个平面上晶体物质微粒的排列情况．从图中可以看出，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，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同． 如图所示，食盐(NaCl)的晶体是由钠离子和氯离子组成的．这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上，都是等距离地交错排列着的．已知食盐的摩尔质量为58.5 g/mol，食盐的密度是2.2 g/cm3.阿伏加德罗常数为6.0×1023mol－1.在食盐晶体中两相距最近的钠离子的中心点距离的数值最接近于(　　) A．3.0×10－8 cm　　　　 B．3.5×10－8 cm C．4.0×10－8 cm D．5.0×10－8 cm C　[一个氯化钠分子体积为V0＝＝＝＝＝＝cm3≈4.43×10－23cm3.从图中可看出，每个钠离子都由与它相邻的8个小正立方体所共用，进而可分析出每两个小正立方体只含有一个钠离子和一个氯离子，所以一个氯化钠分子的体积相当于图中两个正立方体的体积，设每个小正立方体的边长为a，则有2a3＝V0.设在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心点距离为d，则d＝a＝·.解得d≈4×10－8cm，即C正确．] [训练2]　利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图像，从而可以研究物质的构成规律．如图所示的照片是一些晶体材料表面的STM图像，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在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排列；在不同方向上原子的排列规律一般不同． (2)原子排列具有一定的对称性，在空间延伸上呈现出一定的周期性等． 答案　见解析 [对应学生用书P45] 1．(晶体、非晶体的区分)如图所示，四块固体中，属于晶体的是(　　) B　[石英为晶体，橡胶、魔方、塑料管为非晶体，B正确，A、C、D错误．] 2．(晶体微观结构)(多选)非晶体具有各向同性的特点是由于(　　) A．非晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同 B．非晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同 C．非晶体内部结构的无规则性 D．非晶体内部结构的有规则性 BC　[非晶体的各向同性是非晶体内部结构的无规则性使不同方向上物质微粒的排列情况相同．] 3．(晶体的各向异性)(多选)如图所示，ACBD是一厚度均匀的由同一种微粒构成的圆板，AB和CD是互相垂直的两条直径，在圆板所处平面内把圆板从图示位置转90°后，电流表示数发生了变化(两种情况下都接触良好)，关于圆板，下列说法正确的是(　　) A.圆板是非晶体 B．圆板是多晶体 C．圆板是单晶体 D．圆板在各个方向上导电性不同 CD　[转过90°后电流表示数发生了变化，说明圆板电阻的阻值发生了变化，即显示各向异性，而单晶体显示各向异性，多晶体和非晶体显示各向同性．] 4．(晶体和非晶体的熔化)如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T.从图中可以确定的是(　　) A．晶体和非晶体均存在固定的熔点T0 B．曲线M的bc段表示固液共存状态 C．曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态 D．曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态 B　[晶体与非晶体间关键区别在于晶体存在固定的熔点，固液共存状态时吸热且温度不变，而非晶体没有．] 学科网（北京）股份有限公司 $$