2022-2023學(xué)年粵教版選擇性必修第三冊(cè) 2.5-2.6 晶體 新材料 學(xué)案

學(xué)習(xí)目標(biāo)物理與STSE1．知道什么是晶體和非晶體、單晶體和多晶體．(重點(diǎn))2．知道各向異性現(xiàn)象和各向同性現(xiàn)象．3．掌握晶體和非晶體在外形上和物理性質(zhì)上的區(qū)別．(重點(diǎn))4．知道什么是液晶，理解液晶的微觀結(jié)構(gòu)．5．了解材料科學(xué)技術(shù)的有關(guān)知識(shí)及應(yīng)用eq\a\vs4\al(碳原子按不同的排列就,可能形成石墨與金剛石)eq\a\vs4\al(液晶是由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的中間態(tài)液體，具有與晶體相似性質(zhì))知識(shí)點(diǎn)一晶體與非晶體1．固體可以分為晶體和非晶體兩類．石英、云母、明礬、食鹽、味精、蔗糖等是晶體，玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體．2．單晶體有確定的幾何形狀，多晶體和非晶體沒有確定的幾何形狀，我們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過，晶體有確定的熔點(diǎn)，非晶體沒有確定的熔點(diǎn)．3．有些晶體沿不同方向的導(dǎo)熱或?qū)щ娦阅懿煌?，有些晶體沿不同方向的光學(xué)性質(zhì)不同，這類現(xiàn)象稱為各向異性．非晶體沿各個(gè)方向的物理性質(zhì)都是一樣的，這叫作各向同性．由于多晶體是許多單晶體雜亂無章地組合而成的，所以多晶體是各向異性的．知識(shí)點(diǎn)二晶體的微觀結(jié)構(gòu)1．在各種晶體中，原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則排列的，具有空間上的周期性．2．有的物質(zhì)在不同條件下可以形成不同的晶體，那是因?yàn)榻M成它們的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布，例如石墨和金剛石．3．同種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，有些非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體，這說明物質(zhì)是晶體還是非晶體，并不是絕對(duì)的．知識(shí)點(diǎn)三液晶1．液晶的概念：像液體一樣具有流動(dòng)性，其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性的有機(jī)化合物，稱為液晶．2．液晶分子的排列特點(diǎn)．從某個(gè)方向上看液晶分子排列比較整齊，但從另一個(gè)方向看，液晶分子的排列是雜亂無章的．3．液晶的應(yīng)用．(1)液晶顯示器：用于電子手表、電子計(jì)算器、電腦等．(2)利用溫度改變時(shí)液晶顏色會(huì)發(fā)生改變的性質(zhì)來探測(cè)溫度．(3)液晶在電子工業(yè)、航空工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用．知識(shí)點(diǎn)四新材料1．半導(dǎo)體材料．(1)特點(diǎn)：①導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間．②如果在純凈的半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，則其導(dǎo)電性將會(huì)發(fā)生顯著變化．③硅、鍺是目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料．(2)作用：半導(dǎo)體電子器件、集成電路，太陽(yáng)能發(fā)電．2．納米材料．(1)定義：納米材料是指在三維空間中至少有一個(gè)維度處于納米尺度范圍(1～100nm)．(2)特點(diǎn)：①與宏觀物質(zhì)相比，納米材料通常硬度、韌性、延展性等力學(xué)性能更好．②熔點(diǎn)、磁性、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性降低，對(duì)光和物質(zhì)具有更好的吸收性和吸附性，化學(xué)活性大大增加．3．超材料．(1)定義：具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料．(2)典型的超材料包括左手材料、光子晶體、超磁性材料等．小試身手1．(多選)關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是()A．可以根據(jù)各向異性或各向同性來鑒別晶體和非晶體B．一塊均勻薄片，沿各個(gè)方向?qū)λ┘永?，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度一樣，則此薄片一定是非晶體C．一個(gè)固體球，如果沿其各條直線方向的導(dǎo)電性不同，則該球體一定是單晶體D．一塊晶體，若其各個(gè)方向的導(dǎo)熱性相同，則這塊晶體一定是多晶體CD解析：判斷固體是否為晶體的標(biāo)準(zhǔn)是看是否有固定的熔點(diǎn)，多晶體和非晶體都具有各向同性和無規(guī)則的外形，單晶體具有各向異性和規(guī)則的外形，C、D正確．2．關(guān)于石墨和金剛石的區(qū)別，下面說法正確的是()A．石墨和金剛石是同種物質(zhì)微粒組成的空間結(jié)構(gòu)相同的晶體B．金剛石晶體結(jié)構(gòu)緊密，所以質(zhì)地堅(jiān)硬，石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，所以質(zhì)地松軟C．石墨與金剛石是不同的物質(zhì)微粒組成的不同晶體D．石墨導(dǎo)電，金剛石不導(dǎo)電是由于組成它們的化學(xué)元素不同B解析：由化學(xué)知識(shí)知道，石墨和金剛石是碳的同素異形體，其化學(xué)性質(zhì)相同．它們的分子的空間結(jié)構(gòu)不同，石墨中的碳原子排列為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間距離很大，所以其質(zhì)地松軟；金剛石中的碳原子排列緊密，相互間作用力很強(qiáng)，所以其質(zhì)地堅(jiān)硬．顯然選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確．3．關(guān)于液晶，下列說法中不正確的是()A．液晶態(tài)是介于固態(tài)和液態(tài)之間的中間態(tài)B．液晶具有流動(dòng)性C．液晶表現(xiàn)出各向同性D．液晶表現(xiàn)出各向異性答案：C4．(多選)納米材料具有許多奇特效應(yīng)，如()A．電光效應(yīng)B．量子尺寸效應(yīng)C．高硬度D．表面和界面效應(yīng)BD解析：納米材料中原子的排列不同于晶體和非晶體中原子的排列，具有特殊的結(jié)構(gòu)，所以產(chǎn)生四大效應(yīng)，即表面效應(yīng)、界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)，表現(xiàn)出獨(dú)特的光電磁和化學(xué)特性．電光效應(yīng)是液晶的一種奇特效應(yīng)，而高硬度是因?yàn)榧{米材料的奇特效應(yīng)使材料所表現(xiàn)出來的一種良好性能．故選項(xiàng)B、D正確，A、C錯(cuò)誤．探究一晶體與非晶體1．晶體與非晶體的區(qū)別．分類宏觀外形物理性質(zhì)非晶體沒有確定的幾何形狀(1)沒有確定的熔點(diǎn)；(2)物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性晶體單晶體有天然規(guī)則的幾何形狀(1)有確定的熔點(diǎn)；(2)物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向異性多晶體沒有確定的幾何形狀(1)有確定的熔點(diǎn)；(2)物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性【典例1】(多選)下列說法正確的是()A．顯示各向異性的物體必定是晶體B．不顯示各向異性的物體必定是非晶體C．具有確定熔點(diǎn)的物體必定是晶體D．不具有確定熔點(diǎn)的物體必定是非晶體ACD解析：非晶體和多晶體都顯示各向同性，所以A正確，B錯(cuò)誤；晶體不論是單晶體還是多晶體都具有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有確定的熔點(diǎn)，所以C、D正確．判斷晶體與非晶體、單晶體與多晶體的方法(1)區(qū)分晶體與非晶體的方法：看其有無確定的熔點(diǎn)，晶體具有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有確定的熔點(diǎn)，僅從各向同性或者幾何形狀不能判斷某一固體是晶體還是非晶體．(2)區(qū)分單晶體和多晶體的方法：看其是否具有各向異性，單晶體表現(xiàn)出各向異性，而多晶體表現(xiàn)出各向同性．1．(多選)關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是()A．單晶體有規(guī)則的幾何形狀B．晶體在物理性質(zhì)上一定是各向異性的C．晶體熔化時(shí)具有一定的熔點(diǎn)D．晶體和非晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下是可以相互轉(zhuǎn)化的ACD解析：?jiǎn)尉w一定具有規(guī)則的幾何形狀，故A正確；多晶體是由許多雜亂無章地排列著的小晶體組成的，所以具有各向同性，故B錯(cuò)誤；不論是單晶體還是多晶體，熔化時(shí)具有一定的熔點(diǎn)，故C正確；晶體和非晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下是可以相互轉(zhuǎn)化的，如天然石英為晶體，而人為熔化后將變成非晶體，故D正確．2．(多選)下列說法中正確的是()A．常見的金屬材料都是多晶體B．只有非晶體才顯示各向同性C．凡是具有天然的規(guī)則的幾何形狀的固體必定是單晶體D．多晶體不顯示各向異性ACD解析：常見的金屬：金、銀、銅、鐵、鋁、錫、鉛等都是多晶體，選項(xiàng)A正確；因?yàn)榉蔷w和多晶體的物理性質(zhì)都表現(xiàn)為各向同性，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確；有天然的規(guī)則的幾何形狀的固體一定是單晶體，選項(xiàng)C正確．探究二晶體的微觀結(jié)構(gòu)晶體的微觀結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)．(1)晶體結(jié)構(gòu)．①組成晶體的物質(zhì)微粒有規(guī)則地在空間排列，呈現(xiàn)空間上的周期性．②晶體內(nèi)部各微粒之間存在很強(qiáng)的相互作用力，結(jié)構(gòu)不同、作用力的大小也不同，微粒被相互的作用力約束在一定的位置上．③微粒在各自的平衡位置附近做微小的振動(dòng)．當(dāng)外界干擾強(qiáng)烈或溫度變化時(shí)，結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，周期性被破壞，晶體也可以轉(zhuǎn)化為非晶體．(2)物理性質(zhì)．晶體的微觀結(jié)構(gòu)決定其宏觀物理性質(zhì)，改變物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)從而改變物質(zhì)的屬性，如碳原子可以組成性質(zhì)差別很大的石墨和金剛石，有些晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化．【典例2】(多選)關(guān)于晶體和非晶體，不正確的說法是()A．它們是由不同的空間點(diǎn)陣構(gòu)成的B．晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是有規(guī)則地排列的，而非晶體內(nèi)部物質(zhì)微粒排列是無規(guī)則的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)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，數(shù)量不等的是非晶體ACD解析：空間點(diǎn)陣是晶體的特殊結(jié)構(gòu)，是晶體的一個(gè)特性，所以A錯(cuò)誤；組成物質(zhì)的微粒永遠(yuǎn)在做熱運(yùn)動(dòng)，不管是晶體還是非晶體，所以C錯(cuò)誤；非晶體就提不到什么層面的問題，即使是晶體各個(gè)層面微粒數(shù)也不一定相等，所以D錯(cuò)誤．晶體各向異性的原因(1)單晶體物理性質(zhì)的不同取決于其微觀結(jié)構(gòu)，單晶體的物質(zhì)微粒是按照一定的規(guī)則在空間中整齊地排列著，有規(guī)則的幾何外形，在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向異性．(2)多晶體是由許許多多晶粒組成的，晶粒在多晶體里雜亂無章地排列著，無規(guī)則的幾何外形，多晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性．3．下列說法錯(cuò)誤的是()A．單晶體具有天然的規(guī)則的幾何形狀，是因?yàn)槠鋬?nèi)部微粒是規(guī)則排列的B．有的物質(zhì)能夠生成種類不同的幾種晶體，是因?yàn)榻M成它們的物質(zhì)微粒能夠形成不同的微觀結(jié)構(gòu)C．凡具有各向同性的物質(zhì)一定是非晶體D．單晶體的各向異性是由單晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的C解析：晶體的外形、物理性質(zhì)都是由晶體的微觀結(jié)構(gòu)決定的，A、B、D正確；具有各向同性的物質(zhì)不一定是非晶體，多晶體也具有這樣的性質(zhì)，C錯(cuò)誤．4．(多選)晶體不同于非晶體，它具有規(guī)則的幾何外形，在不同方向上物理性質(zhì)不同，而且具有一定的熔點(diǎn)，下列哪些說法可以用來解釋晶體的上述特性()A．組成晶體的物質(zhì)微粒，在空間按一定的規(guī)律排成整齊的行列，構(gòu)成特定的空間點(diǎn)陣B．晶體在不同方向上物理性質(zhì)不同，是因?yàn)椴煌较蛏衔⒘?shù)目不同，微粒間距不同C．晶體在不同方向上物理性質(zhì)不同，是由于不同方向上的物質(zhì)微粒的性質(zhì)不同D．晶體在熔化時(shí)吸收熱量，全部用來瓦解晶體的空間點(diǎn)陣，轉(zhuǎn)化為分子間勢(shì)能；因此，晶體在熔化過程中保持一定的溫度不變；只有空間點(diǎn)陣完全被瓦解，晶體完全變?yōu)橐后w后，繼續(xù)加熱，溫度才會(huì)升高ABD解析：很多晶體都是由相同的物質(zhì)微粒組成的，例如，金剛石和石墨都是由碳原子組成的，不同方向上物質(zhì)微粒完全一樣，可見其各向異性不是因?yàn)椴煌较蛏系牧Ｗ有再|(zhì)不同引起的，而是粒子的數(shù)目和粒子間距不相同造成的．探究三新材料1．半導(dǎo)體．(1)定義：導(dǎo)電能力介于金屬導(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備等領(lǐng)域．2．納米材料．(1)定義：把顆粒尺度范圍在1～100nm之間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．(3)納米材料的良好性能主要表現(xiàn)在：力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)等方面．①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；②在熱學(xué)性能方面，納米超細(xì)微粒的熔點(diǎn)比常規(guī)粉體低得多；③在電學(xué)性能方面，納米金屬在低溫時(shí)會(huì)呈現(xiàn)電絕緣性；④在磁學(xué)性能方面，當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸小到臨界尺寸時(shí)，常規(guī)的鐵磁性材料會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樘幱陧槾判陨踔脸槾艩顟B(tài)的納米材料；⑤在光學(xué)性能方面，納米半導(dǎo)體材料在室溫下具有光致發(fā)光特性、光電轉(zhuǎn)換特性、介電特性和壓電特性；⑥在化學(xué)性能方面，納米材料具有相當(dāng)高的化學(xué)活性．【典例3】(多選)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)粉體低得多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，因此化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)AB解析：納米材料具有良好的性能，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，A項(xiàng)正確；在熱學(xué)性能方面，納米超細(xì)微粒的熔點(diǎn)比常規(guī)粉體低得多，B項(xiàng)正確；在電學(xué)性能方面，納米材料在低溫時(shí)會(huì)