高中物理 第2章 第2、3节 晶体的微观结构 固体新材料课件 粤教版选修3-3.ppt

第二节晶体的微观结构第三节固体新材料 考点一晶体的微观结构 栏目链接 1 晶体和非晶体在外形 物理性质等方面有显著的不同 产生这些不同的根本原因是什么呢 提示 因为它们是由不同的微观结构所决定的 2 金刚石和石墨在硬度上差别很大 但它们都是由碳原子构成的 这说明什么问题 提示 金刚石是网状结构 原子间的作用力强 所以金刚石的硬度大 石墨是层状结构 原子间的作用力弱 所以石墨的硬度小 这说明组成物质的微粒按照不同的规则在空间分布 会形成不同的晶体 栏目链接 1 晶体微观结构的特点 1 组成晶体的物质微粒 分子 原子或离子 依照一定的规律在空间中整齐地排列 2 晶体中物质微粒的相互作用很强 微粒的热运动不足以克服它们的相互作用力而远离 3 微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动 栏目链接 2 晶体特性的微观结构解释 1 各向异性 如图所示 这是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线段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 才引起晶体在不同方向上物理性质的不同 栏目链接 2 晶体有确定的熔点 晶体的温度升高时 组成晶体的微粒运动加剧 当热运动达到足以破坏其空间排列的规律性时 晶体开始熔化 要破坏微粒空间排列的规律性就需要克服微粒的强大作用力做功 因为在晶体尚未全部熔化之前 吸收的热量全部用来破坏其空间排列的规律性 所以晶体熔化时有确定的 熔点 虽然在熔化过程中不断地吸收热量 但吸收的热量全部用来破坏规则的排列 因此温度并不发生变化 当晶体全部熔化后继续吸收热量 温度将由熔点继续升高 晶体熔化时内能增大 晶体熔化时温度保持不变 分子的平均动能不变 晶体熔化过程中吸收的热量使分子间的距离增大 全部用来增加分子的势能 因为物体的内能是所有分子动能和分子势能的总和 所以晶体熔化时内能增大 3 同一种物质可生成不同的晶体 这是由于它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构 例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石 二者在物理性质上有很大不同 白磷和红磷的化学成分相同 但白磷具有立方体结构 而红磷具有与石墨一样的层状结构 注意 1 晶体的微观结构模型并不代表晶体结构的真实情况 它只是组成晶体的物质微粒有规则排列的示意图 2 非晶体内部物质微粒排列不规则 加热时逐渐软化 温度持续上升 没有确定的熔点 栏目链接 例1 多选 下列叙述中错误的是 A 晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列B 单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排列C 非晶体有规则的几何形状和确定的熔点D 石墨的硬度比金刚石的差很多 是由于它的微粒没有按空间点阵分布 栏目链接 解析 晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶体的物理性质是否相同 也正是由于它的微粒按一定规律排列 使单晶体具有规则的几何形状 石墨与金刚石的硬度相差甚远是由于它们内部微粒的排列结构不同 石墨的层状结构决定了它的质地柔软 而金刚石的网状结构决定了其中碳原子间的作用力很强 所以金刚石有很大的硬度 答案 CD 方法总结 单晶体具有规则的几何形状 非晶体和多晶体没有规则的几何形状 其中 规则外形 的含义要明确 所谓规则不是所谓的正方体 球形等常见的几何形状 而是属于该种晶体空间点阵结构而造成的特有的几何外形 不论晶粒大小其外形都相似 课堂训练1 多选 下列关于白磷与红磷的说法中 正确的是 BD A 它们是由不同的物质微粒组成的B 它们有不同的晶体结构C 它们具有相同的物理性质D 白磷的燃点低 红磷的燃点高 解析 白磷和红磷是由磷元素构成 故A错 白磷和红磷的微粒排列规律不同 构成了不同的晶体 在物理性质上有较大差别 如白磷的燃点比红磷的燃点低 故B D对 C错 考点二固体新材料 栏目链接 1 你对固体新材料有哪些了解 提示 1 新材料有优异的性能和广阔的应用前景 2 新材料的发展与新工艺 新技术密切相关 3 新材料往往具有特殊性能 如超高强度 超高硬度 超塑性 4 新材料的研发及其应用 推动了人类文明和社会进步 5 硅是当前用途最广的半导体材料 2 固体新材料未来的发展方向如何 提示 1 新材料科学正向着研究各种复合材料 研究并开发纳米材料 开发同时具有感知外界环境或参数变化和驱动功能的机敏材料 研究开发生物医学材料等方向发展 2 新材料的制备工艺 检测仪器和计算机应用也是今后新材料科学技术发展的重要内容 栏目链接 1 新材料的基本特征 1 有优异的性能和广阔的应用前景 2 它的发展和材料理论有密切的关系 与新工艺 新技术也密切相关 3 它的研制与基础学科和理工技术的成果交织在一起 4 它具有特殊的性能 例如高强度 超高硬度 超塑性 以及磁性 超导性等特殊的物理性能 2 新材料的应用 1 半导体材料 应用领域 信息处理与通讯领域 半导体材料 硅 a 是当前用途最广的半导体材料 b 集成电路对硅单晶片的要求 完整性和局域平整度都有较高要求 2 磁存储材料 发展过程 氧化物磁粉 金属合金磁粉 金属薄膜 磁性铁氧体单晶薄膜 存储密度大 使电子计算机的微型化成为可能 3 新材料的未来 1 研究各种复合材料 研究并开发纳米材料 开发同时具有感知外界环境或参数变化和驱动功能的机械材料 研究开发生物医学材料等 2 新材料的制备工艺 检测仪器和计算机应用 例2下列说法正确的是 A 新材料特殊的性能 它不仅包括特殊的物理性能 也包括一些特殊的化学性能B 制作集成电路时 尽管对硅单晶片的完整性有很高的要求 但是可以允许单晶片内原子的规则排列出现微小的缺陷C 纳米是长度单位 1nm 10 10mD 金属薄膜可以配合读写磁头设计的改进 增大磁记录的密度 解析 新材料的特殊性能是指物理性能 A错 制作集成电路的硅单晶片是不允许硅单晶片内原子的规则排列出现微小的缺陷的 B错 1nm 10 9m C错 由于金属薄膜的晶粒尺寸小 晶粒各向异性大 晶粒间的相互交换作用弱 是可以配合读写磁头的改进增大磁记录的密度的 D正确 答案 D 方法总结 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 课堂训练2 多选 纳米材料具有许多奇特效应 如 BD A 电光效应B 量子尺寸效应C 高硬度D 表面和界面效应解析 电光效应是半导体材料的一种奇特效应 而高硬度是因为纳米材料的奇特效应而使材料所表现出来的一种良好性能 故A C错误 B D正确