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 目標定位 1 認識固體微觀結(jié)構(gòu)和特點 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 說明晶體的微觀結(jié)構(gòu)具有特點 2 晶體內(nèi)部各微粒之間存在著很強的 將微粒約束在一定的上 熱運動時 這些微粒只能在各自的附近做微小振動 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 負離子通過結(jié)合而成的晶體 2 原子晶體 相鄰原子之間通過結(jié)合而成的晶體 3 金屬晶體 物質(zhì)微粒通過結(jié)合而成的晶體 離子鍵 共價鍵 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直線上 微粒的個數(shù)通常是的 這說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)的排列沒有一定規(guī)律 在宏觀上沒有規(guī)則的幾何外形 非晶體在沿不同方向的等長直線上 微粒的個數(shù)說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 無機非金屬材料 有機高分子材料和材料 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發(fā)生突變的材料 4 被當(dāng)今國際社會公認為現(xiàn)代文明的三大支柱 半導(dǎo)體 納米 材料 信息 能源 一 對固體微觀結(jié)構(gòu)的認識和理解1 對單晶體各向異性的解釋如圖2 2 3 1所示 這是在一個平面上單晶體物質(zhì)微粒的排列情況 從圖上可以看出 在沿不同方向所畫的等長直線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 正因為在不同方向上物質(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 對晶體具有一定熔點的解釋給晶體加熱到一定溫度時 一部分微粒有足夠的動能克服微粒間的作用力 離開平衡位置 使規(guī)則的排列被破壞 晶體開始熔化 熔化時晶體吸收的熱量全部用來破壞規(guī)則的排列 溫度不發(fā)生變化 3 對多晶體特征的微觀解釋晶粒在多晶體里雜亂無章地排列著 所以多晶體沒有規(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 而非晶體沒有 4 對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章的 從統(tǒng)計的觀點來看 在微粒非常多的情況下 沿不同方向的等長直線上 微粒的個數(shù)大致相等 也就是說 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 下列說法正確的是 A 它們由不同的空間點陣構(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)微粒在不停地運動著C 晶體內(nèi)部的微粒是靜止的 而非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是不停地運動著的D 在物質(zhì)內(nèi)部的各個平面上 微粒數(shù)相等的是晶體 微粒數(shù)不等的是非晶體答案B 解析空間點陣是晶體的一個特殊結(jié)構(gòu) 是晶體的一個特性 所以A是錯誤的 不管是晶體還是非晶體 組成物質(zhì)的微粒永遠在做熱運動 所以C是錯誤的 非晶體也提不到什么層面的問題 即使是晶體 各個層面的微粒數(shù)也不見得相等 所以D也是錯誤的 故正確答案為B 例2 2010年諾貝爾物理學(xué)獎授予安德烈 海姆和康斯坦丁 諾沃肖洛夫 以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究 他們通過透明膠帶對石墨進行反復(fù)的粘貼與撕開 使得石墨片的厚度逐漸減小 最終尋找到了厚度只有0 34nm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)知識判斷 下列說法中正確的是 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錯誤 C正確 兩位科學(xué)家是通過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 對常見新材料的認識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 拉直的合金絲又恢復(fù)到原來的形狀 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 移動通信 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 100nm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法中 正確的是 A 在力學(xué)性能方面 納米材料具有高強 高硬和良好的塑性B 在熱學(xué)性能方面 納米超細微粒的熔點比常規(guī)粉體高得多C 在電學(xué)性能方面 納米金屬在低溫時會呈現(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 高硬和良好塑性 2 熱學(xué)性能 熔點較低 3 電學(xué)性能 低溫時會呈現(xiàn)電絕緣性 4 化學(xué)性能 具有相當(dāng)高的化學(xué)活性