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,高中物理选修3-3鲁科版,第2节 固体的微观结构 第3节 材料科技与人类文明,目标定位 1.认识固体微观结构和特点 2.用固体的微观结构解释其宏观性质 3.了解材料科技与人类文明,一、晶体的结构 1组成晶体的物质微粒有规则地在空间排成 ，呈现周而复始的 ，说明晶体的微观结构具有 特点 2晶体内部各微粒之间存在着很强的 ，将微粒约束在一定的 上热运动时，这些微粒只能在各自的 附近做微小振动,阵列,有序结构,周期性,相互作用力,平衡位置,平衡位置,二、晶体的结合类型 1离子晶体：由正、负离子通过 结合而成的晶体 2原子晶体：相邻原子之间通过 结合而成的晶体 3金属晶体：物质微粒通过 结合而成的晶体,离子键,共价键,金属键,三、固体特征的微观解释 1晶体内部微粒的排列有一定规律，在宏观上具有规则的几何外形单晶体在沿不同方向的等长直线上，微粒的个数通常是 的，这说明单晶体在不同方向上的微粒 及物质结构情况是不一样的，所以单晶体在物理性质上表现为各向 性,不相等,排列,异,2非晶体的内部物质的排列没有一定规律，在宏观上没有规则的几何外形非晶体在沿不同方向的等长直线上，微粒的个数 说明非晶体在不同方向上的微粒 及物质结构情况基本相同，在物理性质上表现为各向 性 3同一种物质微粒在 的条件下有可能生成 的晶体，虽然构成这些晶体的物质微粒都 ，但是由于它们的排列形式 ，因而物理性质也 (填“相同”或“不同”),大致相等,排列,同,不同,不同,相同,不同,不同,四、材料及分类 1分类 (1)按材料特性分为： 材料和 材料 (2)按应用领域分为： 材料、能源材料、建筑材料， 材料、航空航天材料等 (3)按习惯分为： 材料、无机非金属材料、有机高分子材料和 材料,结构,功能,信息,生物,金属,复合,2新材料 (1)发生形变后几乎能100%恢复原状的材料称为形状记忆合金 (2)微电子材料： (3)力、热、声、光、磁等方面的某些性能会发生突变的 材料 (4) 、 、 被当今国际社会公认为现代文明的三大支柱,半导体,纳米,材料,信息,能源,一、对固体微观结构的认识和理解 1对单晶体各向异性的解释 如图22、31所示，这是在一个平面 上单晶体物质微粒的排列情况从图上 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,图22、31,2对晶体具有一定熔点的解释 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的作用力，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 3对多晶体特征的微观解释 晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有,4对非晶体特征的微观解释 在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长直线上，微粒的个数大致相等，也就是说，非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，所以非晶体在物理性质上表现为各向同性 5同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同形态出现，晶体和非晶体可在一定条件下相互转化,【例1】 关于晶体和非晶体，下列说法正确的是 ( ) A它们由不同的空间点阵构成 B晶体内部的物质微粒是有规则地排列的，非晶体内部的物质微粒在不停地运动着 C晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的 D在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体 答案 B,解析 空间点阵是晶体的一个特殊结构，是晶体的一个特性，所以A是错误的；不管是晶体还是非晶体，组成物质的微粒永远在做热运动，所以C是错误的；非晶体也提不到什么层面的问题，即使是晶体，各个层面的微粒数也不见得相等，所以D也是错误的故正确答案为B.,【例2】 2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开，使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯，是碳的二维结构如图22、32所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是 ( ),图22、32,A石墨是晶体，石墨烯是非晶体 B石墨是单质，石墨烯是化合物 C石墨、石墨烯与金刚石都是晶体 D他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的 答案 CD 解析 石墨、石墨烯、金刚石都为晶体且都为单质，A，B错误，C正确；两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨烯的，D正确故正确的答案为C、D.,二、对常见新材料的认识 1形状记忆合金 (1)定义：将一种含镍55%、含钛45%的“镍钛诺”合金丝加热并弯成各种复杂的形状，然后冷却并拉直，当再次加热时，拉直的合金丝又恢复到原来的形状，因此这种合金被称为形状记忆合金； (2)应用：工程机械、航空航天、医疗卫生等领域,2半导体 (1)定义：导电性能介于金属导体和绝缘体之间，具有优异特性的微电子材料； (2)应用：通信卫星、电视卫星接收机、移动通信、高清晰度电视以及军用电子装置等领域 3纳米材料 (1)定义：粒度在1100 nm的材料称为纳米材料； (2)应用：医药、电子、生物、航空等方面都有广阔的应用空间,【例3】 材料如果按特性分类，可分为 ( ) A结构材料 B信息材料 C复合材料 D功能材料 答案 AD 解析 按照材料的特性，可以把材料分为结构材料和功能材料两类结构材料主要利用材料的力学特性，功能材料主要利用材料的声、光、热、电、磁等特性故选A、D.,【例4】 纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能，以下关于纳米材料的性能的说法中，正确的是 ( ) A在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性 B在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体高得多 C在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现超导电性 D在化学性能方面，纳米材料化学活性低 答案 A,解析 解答本题时应注意纳米材料的良好性能主要表现在： (1)力学性能：高强、高硬和良好塑性 (2)热学性能：熔点较低 (3)电学性能：低温时会呈现电绝缘性 (4)化学性能：具有相当高的化学活性.,
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