高中物理 第二章 固体、液体和气体 第一讲 晶体和非晶体 第二讲 晶体的微观结构 第三讲 固体新材料

第一讲晶体和非晶体

第二讲晶体的微观结构

第三讲固体新材料

[目标定位] 1.知道晶体和非晶体外形和物理性质上的区别.2.知道晶体可分为单晶体和多晶体.3.了解晶体的微观结构.4.了解固体新材料在生活、生产、科学研究等方面的应用.

一、晶体和非晶体

1.固体可以分为晶体和非晶体两类.

晶体又可以分为单晶体与多晶体.

2.石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体.

3.单晶体有确定的几何形状，非晶体没有确定的几何形状.

4.晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点；晶体的某些物理性质表现为各向异性，非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，表现为各向同性；多晶体是各向同性的.

二、晶体的微观结构

1.晶体的微观结构假说的内容：晶体内部的微粒是有规则地排列着的.

2.假说提出的依据：晶体外形的规则性和物理性质的各向异性.

3.实验验证：人们利用X射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后证实了晶体的内部粒子有规则排列的假说是正确的.

4.微观结构理论的内容：

(1)组成晶体的物质微粒(原子、分子或离子)按一定的规律在空间整齐排列.

(2)晶体内部各微粒之间存在着很强的相互作用力，微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动.

一、正确理解晶体与非晶体的区别

1.区别

分类宏观外形物理性质

非晶体没有确定的形状①没有固定的熔点；

②导电、导热、光学性质表现为各向同性

晶体单

晶

体

有天然规则的形状

①有确定的熔点；

②导电、导热、光学性质表现为各向异性多

晶

体

没有确定的形状

①有确定的熔点；

②导电、导热、光学性质表现为各向同性

2.区别晶体和非晶体关键看有无固定的熔点，单晶体与多晶体的区别关键看有无规则的几何外形及是否有各向、异性.

例

1下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是( )

A.所有的晶体都表现为各向异性

B.晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体

C.大粒盐磨成细盐，就变成了非晶体

D.所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点

答案 D

解析只有单晶体才表现为各向异性，故A错；单晶体有规则的几何形状，而多晶体无规则的几何形状，金属属于多晶体，故B错；大粒盐磨成细盐，而细盐仍是形状规则的晶体，在放大镜下能清楚地观察到，故C错；晶体和非晶体的一个重要区别就是晶体有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，故D对.

针对训练某一固体具有一定的熔点，那么它( )

A.一定是晶体

B.一定是非晶体

C.是多晶体

D.不一定是非晶体

答案 A

解析无论是单晶体还是多晶体都有一定的熔点.

例2如图1所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程.图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T.从图中可以确定的是( )

图1

A.晶体和非晶体均存在固定的熔点T0

B.曲线M的bc段表示固液共存状态

C.曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态

D.曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态

答案 B

解析只有晶体存在固定的熔点T0，曲线M的bc段表示固液共存状态，曲线M的ab段表示固态，曲线N的ef段不表示固态，曲线N的fg段不表示液态，选项B正确，A、C、D错误.

二、对晶体和非晶体的微观解释

1.对单晶体各向异性的解释

图2

如图2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，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同.

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，晶体开始熔解，熔解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

晶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确定的熔点，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.

6.对同素异构体的解释

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.

例32010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.故正确的答案为C、D.

三、固体新材料

1.新材料的基本特征

(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)新材料的研发和应用推动了人类文明和社会的进步.

2.新材料的未来

(1)新材料科学正向着研究各种复合材料(例如复合金属材料、复合陶瓷材料、复合高分子材料)、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. 例4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＝10－10m

D.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

答案 D

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