2.2固体的微观结构-2.3材料科技与人类文明 学案(2020年鲁科版高中物理选修3-3)

2.2固体的微观结构-2.3材料科技与人类文明学案（2020年鲁科版高中物理选修3-3）
第第2节节固体的微观结构固体的微观结构
第第3节节材料科技与人类文明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阵列，呈现周而复始的有序结构，说明晶体的微观结构具有周期性特点.
2.晶体内部各微粒之间存在着很强的相互作用力，将微粒约束在一定的平衡位置上.热运动时，这些微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动.
二.晶体的结合类型
1.离子晶体由正.负离子通过离子键结合而成的晶体.
2.原子晶体相邻原子之间通过共价键结合而成的晶体.
3.金属晶体物质微粒通过金属键结合而成的晶体.
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.单晶体内部在沿不同方向的等长直线上，微粒的个数通常是不相等的，这说明单晶体在不同方向上的微粒排列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异性.
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，微粒的个数大致相等.说明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，在物理性质上表现为各向同性.
3.同一种物质微粒在不同的条件下有可能生成不同的晶体，虽然构成这些晶体的物质微粒都相同，但是由于它们的排列形式不同，因而物理性质也不同.填“相同”或“不同”
四.材料及分类
1.分类1按材料特性分为结构材料和功能材料.2按应用领域分为信息材料.能源材料.建筑材料，生物材料.航空航天材料等.3按习惯分为金属材料.无机非金属材料.有机高分子材料和复合材料.
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微电子材料半导体.3力.热.声.光.磁等方面的某些性能会发生突变的纳米材料.4材料.信息.能源被当今国际社会公认为现代文明的三大支柱.
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1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A
B.A
C.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1
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微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固定的熔点，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段上，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】
xx虹口高二期中晶体内部的分子有序排列为如图2所示的空间点阵图中小黑点表示晶体分子，图中A
B.A
C.AD为等长的三条直线.下列说法正确的是图2
A.A处的晶体分子可以沿三条直线发生定向移动
B.三条直线上晶体分子的数目相同，表明晶体的物理性质是各向同性的
C.三条直线上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的
D.三条直线上晶体分子的数目不同，表明在不同方向上的微粒排列和物质结构情况不一样答案CD解析晶体中的分子只能在平衡位置附近振动，不会沿三条直线发生定向移动，A错误；三条直线上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的，B 错误，
C.D正确.
【例2】
xx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0.34nm的石墨烯，是碳的二维结构.如图3
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3
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.针对训练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，A错误；不管是晶体还是非晶体，组成物质的微粒永远在做热运动，C错误；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，D错误，B正确.
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1100nm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，故选项
A.D正确.
【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.针对训练2半导体就是导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，以下关于其导电性能的说法中正确的是
A.半导体导电性能介于导体和绝缘体之间，性能稳定
B.在极低的温度下，纯净的半导体像绝缘体一样不导电
C.在较高温度时，半导体的导电性能会大大增强，甚至接近金属的导电性能
D.半导体中掺入杂质后，其导电性能会减弱答案BC解析半导体的导电性能受温度.光照及掺入杂质的影响，不是稳定的，故A 错误；在极低的温度下，纯净的半导体像绝缘体一样不导电，故B 正确；在较高的温度下，半导体的导电性能会大大增强，甚至接近金属的导电性能，故C正确；掺入杂质后半导体的导电性能会大大增强，故D错误.固体的微观结构
1.发现晶体内部的物质微粒是按一定的规律整齐排列的科学家是
A.劳厄
B.伦琴
C.玻尔
D.富勒答案A解析1912年，德国物理学家劳厄用X射线来探测固体内部的原子排列，证实了晶体内部的物质微粒是按一定的规律整齐排列的.
2.下列有关晶体的结构叙述正确的是
A.在晶体内部，组成晶体的物质微粒是无规则排列的
B.晶体的微观结构具有周期性
C.在晶体内部，组成晶体的物质微粒可以自由运动
D.晶体内部微粒间存在着很强的作用力答案BD解析在晶体的内部，组成晶体的物质微粒是规则排列的，A错误；晶体的微观结构具有周期性，且微粒间存在着很强的作用力，
B.D正确；在晶体内部，组成晶体的物质微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动，而不能随意自由运动，C错误.新材料及其应用
3.按照材料的应用领域，可把材料分为
A.信息材料
B.金属材料
C.建筑材料
D.航空航天材料答案ACD
4.下列说法中正确的是
A.不锈钢具有很强的耐腐蚀性，广泛应用于制造餐具.外科手术器械及化工设备
B.有机高分子材料是由碳.氢.氧.氮.硅.硫等元素的有机化合物构成的材料
C.复合材料则是由几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料
D.玻璃钢不是复合材料答案ABC。