高中物理 固體的微觀結(jié)構(gòu) 材料科技與人類文明課件 魯科版選修3-3.ppt

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,,高中物理·選修3-3·魯科版,,,第2節(jié) 固體的微觀結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 材料科技與人類文明,[目標(biāo)定位] 1.認(rèn)識(shí)固體微觀結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)． 2.用固體的微觀結(jié)構(gòu)解釋其宏觀性質(zhì)． 3.了解材料科技與人類文明．,一、晶體的結(jié)構(gòu) 1．組成晶體的物質(zhì)微粒有規(guī)則地在空間排成 ，呈現(xiàn)周而復(fù)始的 ，說(shuō)明晶體的微觀結(jié)構(gòu)具有 特點(diǎn)． 2．晶體內(nèi)部各微粒之間存在著很強(qiáng)的 ，將微粒約束在一定的 上．熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些微粒只能在各自的 附近做微小振動(dòng)．,陣列,有序結(jié)構(gòu),周期性,相互作用力,平衡位置,平衡位置,二、晶體的結(jié)合類型 1．離子晶體：由正、負(fù)離子通過(guò) 結(jié)合而成的晶體． 2．原子晶體：相鄰原子之間通過(guò) 結(jié)合而成的晶體． 3．金屬晶體：物質(zhì)微粒通過(guò) 結(jié)合而成的晶體．,離子鍵,共價(jià)鍵,金屬鍵,三、固體特征的微觀解釋 1．晶體內(nèi)部微粒的排列有一定規(guī)律，在宏觀上具有規(guī)則的幾何外形．單晶體在沿不同方向的等長(zhǎng)直線上，微粒的個(gè)數(shù)通常是 的，這說(shuō)明單晶體在不同方向上的微粒 及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況是不一樣的，所以單晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向 性．,不相等,排列,異,2．非晶體的內(nèi)部物質(zhì)的排列沒(méi)有一定規(guī)律，在宏觀上沒(méi)有規(guī)則的幾何外形．非晶體在沿不同方向的等長(zhǎng)直線上，微粒的個(gè)數(shù) 說(shuō)明非晶體在不同方向上的微粒 及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況基本相同，在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向 性． 3．同一種物質(zhì)微粒在 的條件下有可能生成 的晶體，雖然構(gòu)成這些晶體的物質(zhì)微粒都 ，但是由于它們的排列形式 ，因而物理性質(zhì)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、材料及分類 1．分類 (1)按材料特性分為： 材料和 材料． (2)按應(yīng)用領(lǐng)域分為： 材料、能源材料、建筑材料， 材料、航空航天材料等． (3)按習(xí)慣分為： 材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和 材料．,結(jié)構(gòu),功能,信息,生物,金屬,復(fù)合,2．新材料 (1)發(fā)生形變后幾乎能100%恢復(fù)原狀的材料稱為形狀記憶合金． (2)微電子材料： (3)力、熱、聲、光、磁等方面的某些性能會(huì)發(fā)生突變的 材料． (4) 、 、 被當(dāng)今國(guó)際社會(huì)公認(rèn)為現(xiàn)代文明的三大支柱．,半導(dǎo)體,納米,材料,信息,能源,,一、對(duì)固體微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和理解 1．對(duì)單晶體各向異性的解釋 如圖2－2、3－1所示，這是在一個(gè)平面 上單晶體物質(zhì)微粒的排列情況．從圖上 可以看出，在沿不同方向所畫(huà)的等長(zhǎng)直 線AB、AC、AD上物質(zhì)微粒的數(shù)目不同． 直線AB上物質(zhì)微粒較多，直線AD上較少，直線AC上更少．正因?yàn)樵诓煌较蛏衔镔|(zhì)微粒的排列情況不同，才引起單晶體在不同方向上物理性質(zhì)的不同．,圖2－2、3－1,2．對(duì)晶體具有一定熔點(diǎn)的解釋 給晶體加熱到一定溫度時(shí)，一部分微粒有足夠的動(dòng)能克服微粒間的作用力，離開(kāi)平衡位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體開(kāi)始熔化，熔化時(shí)晶體吸收的熱量全部用來(lái)破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生變化． 3．對(duì)多晶體特征的微觀解釋 晶粒在多晶體里雜亂無(wú)章地排列著，所以多晶體沒(méi)有規(guī)則的幾何形狀，也不顯示各向異性．它在不同方向的物理性質(zhì)是相同的，即各向同性．多晶體和非晶體的主要區(qū)別是多晶體有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒(méi)有．,4．對(duì)非晶體特征的微觀解釋 在非晶體內(nèi)部，物質(zhì)微粒的排列是雜亂無(wú)章的，從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看，在微粒非常多的情況下，沿不同方向的等長(zhǎng)直線上，微粒的個(gè)數(shù)大致相等，也就是說(shuō)，非晶體在不同方向上的微粒排列及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況基本相同，所以非晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性． 5．同種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同形態(tài)出現(xiàn)，晶體和非晶體可在一定條件下相互轉(zhuǎn)化．,【例1】 關(guān)于晶體和非晶體，下列說(shuō)法正確的是 ( ) A．它們由不同的空間點(diǎn)陣構(gòu)成 B．晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是有規(guī)則地排列的，非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒在不停地運(yùn)動(dòng)著 C．晶體內(nèi)部的微粒是靜止的，而非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是不停地運(yùn)動(dòng)著的 D．在物質(zhì)內(nèi)部的各個(gè)平面上，微粒數(shù)相等的是晶體，微粒數(shù)不等的是非晶體 答案 B,解析 空間點(diǎn)陣是晶體的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)，是晶體的一個(gè)特性，所以A是錯(cuò)誤的；不管是晶體還是非晶體，組成物質(zhì)的微粒永遠(yuǎn)在做熱運(yùn)動(dòng)，所以C是錯(cuò)誤的；非晶體也提不到什么層面的問(wèn)題，即使是晶體，各個(gè)層面的微粒數(shù)也不見(jiàn)得相等，所以D也是錯(cuò)誤的．故正確答案為B.,【例2】 2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，以表彰他們?cè)谑┎牧戏矫娴淖吭窖芯浚麄兺ㄟ^(guò)透明膠帶對(duì)石墨進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開(kāi)，使得石墨片的厚度逐漸減小，最終尋找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯，是碳的二維結(jié)構(gòu)．如圖2－2、3－2所示為石墨、石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)，根據(jù)以上信息和已學(xué)知識(shí)判斷，下列說(shuō)法中正確的是 ( ),圖2－2、3－2,A．石墨是晶體，石墨烯是非晶體 B．石墨是單質(zhì)，石墨烯是化合物 C．石墨、石墨烯與金剛石都是晶體 D．他們是通過(guò)物理變化的方法獲得石墨烯的 答案 CD 解析 石墨、石墨烯、金剛石都為晶體且都為單質(zhì)，A，B錯(cuò)誤，C正確；兩位科學(xué)家是通過(guò)物理變化的方法獲得石墨烯的，D正確．故正確的答案為C、D.,二、對(duì)常見(jiàn)新材料的認(rèn)識(shí) 1．形狀記憶合金 (1)定義：將一種含鎳55%、含鈦45%的“鎳鈦諾”合金絲加熱并彎成各種復(fù)雜的形狀，然后冷卻并拉直，當(dāng)再次加熱時(shí)，拉直的合金絲又恢復(fù)到原來(lái)的形狀，因此這種合金被稱為形狀記憶合金； (2)應(yīng)用：工程機(jī)械、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域．,2．半導(dǎo)體 (1)定義：導(dǎo)電性能介于金屬導(dǎo)體和絕緣體之間，具有優(yōu)異特性的微電子材料； (2)應(yīng)用：通信衛(wèi)星、電視衛(wèi)星接收機(jī)、移動(dòng)通信、高清晰度電視以及軍用電子裝置等領(lǐng)域． 3．納米材料 (1)定義：粒度在1～100 nm的材料稱為納米材料； (2)應(yīng)用：醫(yī)藥、電子、生物、航空等方面都有廣闊的應(yīng)用空間．,【例3】 材料如果按特性分類，可分為 ( ) A．結(jié)構(gòu)材料 B．信息材料 C．復(fù)合材料 D．功能材料 答案 AD 解析 按照材料的特性，可以把材料分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩類．結(jié)構(gòu)材料主要利用材料的力學(xué)特性，功能材料主要利用材料的聲、光、熱、電、磁等特性．故選A、D.,【例4】 納米材料的奇特效應(yīng)使納米材料表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的良好性能，以下關(guān)于納米材料的性能的說(shuō)法中，正確的是 ( ) A．在力學(xué)性能方面，納米材料具有高強(qiáng)、高硬和良好的塑性 B．在熱學(xué)性能方面，納米超細(xì)微粒的熔點(diǎn)比常規(guī)粉體高得多 C．在電學(xué)性能方面，納米金屬在低溫時(shí)會(huì)呈現(xiàn)超導(dǎo)電性 D．在化學(xué)性能方面，納米材料化學(xué)活性低 答案 A,解析 解答本題時(shí)應(yīng)注意納米材料的良好性能主要表現(xiàn)在： (1)力學(xué)性能：高強(qiáng)、高硬和良好塑性． (2)熱學(xué)性能：熔點(diǎn)較低． (3)電學(xué)性能：低溫時(shí)會(huì)呈現(xiàn)電絕緣性． (4)化學(xué)性能：具有相當(dāng)高的化學(xué)活性.,