沪科版高中物理选修3-3word学业分层测评第3章3.3液晶与显示器+3.4半导体材料和纳米材料

高中物理学习材料
（马鸣风萧萧**整理制作）
3．3 液晶与显示器
3．4 半导体材料和纳米材料学习目标知识脉络
1.初步了解液晶的微观结构、
液晶的奇特效应及应用．(难
点)
2.半导体材料的特性及应用.
3.纳米材料的分类及其科学
技术的发展前景．(重点)
液晶
[先填空]
1．液晶微观结构
(1)定义
把介于晶体和液体之间的中间态叫做液晶态，把处于液晶态的物质叫做液晶．
(2)性质
①分子排列松散，因此具有流动性．
②分子排列有一定取向，因此具有各向异性．
2．液晶的奇特效应
(1)有的液晶具有电光效应→可以制成液晶显示器．
(2)有的液晶具有温度效应→可以探测温度．
(3)有的液晶具有压电效应→可以把压力和撞击转换成电压．
(4)有的液晶具有化学效应→可以检查有毒物质．
(5)有的液晶具有辐射效应→可以显示某些微观粒子的径迹或测量放射性射线的剂量．
[再判断]
1．液晶是液体和晶体的混合物．(×)
2．液晶分子在特定方向排列比较整齐．(√)
3．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光．(×)
[后思考]
液晶显示的基本原理是什么？
【提示】向列型液晶在外加电压影响下，液晶的分子排列会发生改变，使液晶由透明变为不透明，去掉电压又恢复透明．控制电压，就可以控制光线能否穿过液晶．
1．液晶性质的理解
(1)液晶分子的排列具有一定的有序性，因此，具有晶体的性质，具有电学、光学等物理性质的各向异性．
(2)液晶分子可以自由移动，位置无序，因此又具有液体的流动性．
(3)液晶分子的排列是不稳定的，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化，从而改变了液晶的某些性质．
2．液晶的主要应用
(1)向列型液晶在外加电压影响下，液晶的分子排列会发生改变，使液晶由透明变为不透明，去掉电压又恢复透明．利用向列型液晶的这种性质可以制成各种液晶显示器．
(2)胆甾型液晶在温度改变时会改变颜色．随着温度的升高，色彩按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序变化，温度下降时又按相反顺序变色，而且灵敏度很高，在不到1 ℃的温差内就可以显出整个色谱．利用液晶的这种温度效应可以探测温度．
【说明】液晶既具有液体的特点，也具有晶体的特点，但它既不是液体，也不是晶体，它是独立于液体和晶体之外的一种特殊流体．
1．关于液晶，下列说法中正确的是()
A．液晶是一种晶体
B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
C．液晶的光学性质随温度的变化而变化
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
E．液晶是独立于液体和晶体之外的一种特殊流体
【解析】液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，选项A、B错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质．温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，选项C、D正确；液晶不是液体，也不是晶体，E对．
【答案】CDE
2．下列叙述中正确的是()
A．棒状分子、碟状分子和平板分子的物质呈液晶态
B．利用液晶在外加电压变化时由透明变浑浊可制作电子表、电子计算器的显示元件
C．有一种液晶随温度的逐渐升高，其颜色按顺序改变，利用这种性质可用来探测温度
D．利用液晶可检查肿瘤，还可以检查电路中的短路点
E．从各个方向看，液晶分子的排列都是比较整齐的
【解析】通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态，但不是所有的都能呈液晶态，故A错；对液晶分子，某个方向看排列比较整齐，从另一个方向看排列是杂乱无章的，E错．
【答案】BCD
(1)液晶既有液体的流动性和连续性，表现不够稳定，又具有晶体的一些各向异性特点，是某些特殊的有机化合物.
(2)液晶的物理性质很容易在外界的影响(如电场、压力、光照、温度)下发生改变.
[先填空]
1．半导体材料
(1)半导体 定义：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质叫半导体．
(2)导电性能⎩⎨⎧ 温度极低时，纯净的半导体不导电
温度较高时(或有光照射或掺入一定
杂质)，导电性能大大增强
(3)分类⎩⎨⎧ n 型半导体定义：经掺杂后形成电子导电的半导体叫n 型半导体.p 型半导体定义：经掺杂后形成空穴导电的半导体叫p 型半导体.
2．纳米材料 (1)纳米是长度单位，1 nm ＝10－9 m ，颗粒在0.1～100 nm 之间的材料称为纳米材料．
(2)分类：纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、有机—无机纳米复合物、纳米传感材料、纳米医用材料等 .
(3)新材料包括
①新型金属材料：如铝合金、镁合金、钛合金以及稀有金属．
②高分子合成材料：如合成橡胶、塑料和化学纤维等．
③新型无机非金属材料：如工业陶瓷、光导纤维、半导体材料．
④复合材料：由有机高分子、无机非金属和金属材料复合而成．
⑤光电子材料：如光电子半导体材料、光纤、薄膜材料、液晶显示材料．
[再判断]
1．在极低的温度下，纯净的半导体仍能很好地导电．(×)
2．在有光照射时，有的半导体可以导电．(√)
3．掺入一定杂质后，半导体的导电性能一定会变差．(×)
[后思考]
随着纳米科技的发展，纳米商品开始进入市场，有的商家为了促销商品，打着纳米材料的幌子到处招摇撞骗，如在社会上出现了纳米“冰箱”、纳米“洗衣机”，甚至出现了纳米“电影”的笑话．你了解什么是“纳米”吗？你知道纳米材料有哪些良好的性能吗？
纳米涂料
图3-3-1
【提示】纳米是长度单位：1 nm＝10－9 m．以碳纳米管为例，纳米材料有韧性高、导电性极强，并兼具金属和半导体的特性．
1．关于半导体材料的认识
(1)半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质．如：硅、锗、氧化亚铜、砷化镓等．
(2)影响半导体导电性能的因素：温度、光照、掺入杂质．
(3)半导体的单向导电性的微观机理(以硅为例)
①n型半导体：以自由电子参与导电的半导体掺入杂质后形成的半导体．
②p型半导体：以空穴参与导电的半导体掺入杂质后形成的半导体．
③pn结：将p型半导体与n型半导体紧密接触，在接触面上会形成一个pn 结．p型半导体端为晶体二极管的正极，n型半导体端为晶体二极管的负极．
(4)二极管的单向导电性
①二极管的符号是“”，接入电路时“＋”与电源正极相连，表示加正向电压，此时二极管导通，正向电阻很小．
②二极管加反向电压时，电阻很大，但通常仍会有很小的电流，叫做漂移电流．
2．对纳米材料的认识
(1)纳米：长度单位．符号：nm.1 nm＝10－9 m.
(2)纳米技术：指在纳米尺度上制造材料和器件的技术．
(3)纳米材料的分类
纳米金属材料、纳米磁性材料、有机—无机纳米复合物、纳米传感材料、纳米医用材料等．
(4)纳米材料的奇特效应
①量子尺寸效应：如银的超细微粒在温度为1 K时，会由导体变为绝缘体．
②小尺寸效应：如当材料超细微粒的尺寸与光波波长相当或更小时，将由超导状态变为正常状态．
③表面和界面效应：如纳米材料活性极高，极不稳定，很容易与其他原子结合．
④宏观量子隧道效应：如低于某一临界温度时，其微观粒子的运动速度基本上与温度无关．
(5)纳米材料的良好性能主要表现在：力学、热学、电学、磁学、光学、化学等方面．
①在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性；
②在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多；
③在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现电绝缘性；
④在磁学性能方面，当超细微粒的尺寸小到临界尺寸时，常规的铁磁性材料会转变为处于顺磁性甚至超顺磁状态的纳米材料；
⑤在光学性能方面，纳米半导体材料在室温下具有光致发光特性、光电转换特性、介电特性和压电特性；
⑥在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性．
3．下列认识正确的是()
A．纳米是一种尺寸很小的材料，是纳米材料的简称
B．纳米技术就是重新排列原子而制造具有新分子结构的技术
C．纳米是一个长度单位
D．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
E．纳米材料就是颗粒大小为1 nm的材料
【解析】纳米是一个长度单位，故A错，C对；纳米技术是原子的重新排列，纳米材料的制造是在纳米技术的基础上，故B、D对；粒度在0.1～100 nm 间的材料均是纳米材料，E错．
【答案】BCD
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()
【导学号：35500036】
A．在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的可塑性
B．在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多
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，因此化学稳定性强
E．纳米材料的活性极高，极不稳定，很容易与其他原子结合
【解析】在电学性能方面，纳米材料在低温时会呈现电绝缘性；而在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性，故选项C、D错误．
【答案】ABE
纳米材料特性
1．纳米尺度和原子直径的数量级很接近，因此纳米技术实际上就是重新排列原子而制造出具有新分子结构的技术．
2．当材料小到纳米尺度时，其性能会发生突变，体现在以下几方面：
(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．。