物理选择性必修 第三册第二章 气体、液体和固态第五节 晶体获奖备课课件ppt

这是一份物理选择性必修 第三册第二章 气体、液体和固态第五节 晶体获奖备课课件ppt，共31页。PPT课件主要包含了晶体与非晶体，实验·探究，实验·总结，晶体的微观结构，讨论·交流，课堂练习，课堂小结，BCE，ABD等内容，欢迎下载使用。

固体可以分成晶体和非晶体两类。石英、云母、明矾。食盐、味精、蔗糖等属于晶体，具有天然规则的几何形状。例如，食盐的晶体是正立方体形的；石英的晶体（透明的石英晶体叫水晶）中间是一个六棱柱，两端是六棱锥；雪花是水蒸气在空气中凝华形成的晶体，它们的形状一般是六角形的规则图案。每种晶体都有其特定的天然几何形状，矿物学上常常依据晶体的这些形状特点来鉴别矿石。
玻璃、松香、沥青、橡胶等都是非晶体，没有天然规则的几何形状。蔗糖受潮后会粘在一起形成糖块，看起来没有特定的几何形状。但是用放大镜仔细观察，会发现组成糖块的是一个个晶体颗粒。粘在一起的糖块是多晶体，单个的晶体颗粒是单晶体。由于多晶体是由许多单晶体杂乱无章组合而成的，所以多晶体没有特定的几何形状。金属和岩石就是两种最常见的多晶体。
取一张云母片，在上面涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母片，如图(a)所示，观察接触点周围的石蜡熔化后所成的形状，再在玻璃片上做同样的实验。最后在图(b)(c)中分别画出熔化了的石蜡在云母片和玻璃片上的形状，比较观察到的实验现象，并与同学交流对该实验现象的看法。
上述实验现象表明、云母片沿不同方向上的导热性能是不同的，而玻璃片沿不同方向的导热性能是相同的。事实上，单晶体在不同的方向上不仅导热性能不同，而且机械强度、导电性能和光的折射率等其他物理性质也不同，这类现象称为各向异性，非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作各向同性。由于多晶体是由许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体在一般情况下是各向同性的。
晶体和非晶体在外形和物理性质上存在这么大的差异，人们猜想可能是由于它们的微观结构不同。同时，人们发现一些天然晶体或矿石，无论大小，都有特定的相似形状。那么，是否是微观排列相似导致特定的形状? 1848年，法国物理学家布拉维提出空间点阵的假说，认为晶体内部的微粒是有规则地排列着的。1912年，德国物理学家劳厄利用X射线进行晶体衍射实验，证实了这种假说。
在晶体中，晶体微粒都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。如图2-5-5所示是食盐的晶体微观结构示意图，在晶体中，晶体微粒间相互作用很强，其热运动不足以克服它们相互间的作用力而远离，最终表现为在某平衡位置附近不停地振动，图中所画的点为它们振动的平衡位置。
在不同条件下，同种物质的微粒在空间按不同的规则排列，会生成不同的晶体。它们宏观的几何形状不同，物理性质也会不同。如图(a)所示，碳原子按图中排列就成为金刚石，原子间的相互作用力很强，因而硬度大，可用来做切割工具；碳原子按图(b)排列就成为石墨，它呈层状分布，层与层间距较大，原子间相互作用力较小，故石墨质地松软，可用来做润滑剂。 1985年，人们制备出了由60个碳原子构成的富勒烯(又称足球烯)，如图(c)所示，科学家们又陆续发现了碳原子个数分别为78，82，84，90，96等多个同素异形体。它们的应用价值也在不断探索中。 2004年，英国物理学家安德烈·海姆和俄罗斯物理学家康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯，如图(d)所示，两人因此获得2010年的诺贝尔物理学奖。
如图2-5-7所示是一个平面上晶体微粒排列的情况。请观察沿不同方向单位长度上微粒的数目是否相同，并思考引起晶体各向异性的原因。
组成晶体的微粒是对称排列的，形成很规则的几何空间点阵，空间点阵排列成不同的形状，就在宏观上呈现为晶体不同的几何形状。而非晶体内部的微粒是无规则地均匀排列的，没有一个方向比另一个方向特殊，因此表现为各向同性。
人类对晶体与非晶体的原子种类与排列的人工组合的研究，促进了材料科学与技术的不断发展。例如，在高纯度单晶硅中掺入某些特定的杂质会导致导电性能突变，该特性的发现促进了半导体技术的迅猛发展；单晶空心叶片在航空发动机的应用，使得发动机的使用寿命与性能大幅提升等。
1888年，奥地利植物学家莱尼兹尔在合成胆甾醇时发现，此类有机化合物在固态向液态转化的过程中存在着混浊的中间态。次年，德国物理学家莱曼发现，这个由固态向液态转化的中间态液体具有与晶体相似的性质，故称为液态晶体，简称液晶。液晶在力学性质上与液体相同，具有流动性、连续性，可以形成液滴；在光学性质、电学性质等方面又具有明显的各向异性，因而又具有晶体的某些性质。液晶刚被发现时并没有得到太大关注，直到近百年后，人们发现液晶分子的排列可以受到电的控制而改变其光学性质，从而可当作显示材料，这才重新引起人们的极大兴趣。
液晶的分子有些是长棒状的，有些是碟状或板状的。以长棒状液晶为例，在自然状态下分子有彼此平行排列的倾向它们沿一定方向的排列比较整齐，但彼此间前后左右的位置可以变动。这好像装在铅笔盒中的许多铅笔，它们既能左右滚动，又能前后滑动，但始终保持排列的方向不变，如图2-5-8所示。
长棒状液晶对外界的某些作用很敏感。在外加电压的影响下，液晶的分子不再平行排列，液晶会由透明状态变成混浊状态，去掉电压又恢复透明。利用液晶的这一特性可以制作显示元件。在两电极间用液晶涂写文字或数码，加上适当电压，透明的液晶变得混浊，文字或数码就显示出来了。这就是早期的液晶数码管(如图2-5-9所示)的显示原理。
随着电子技术和其他技术的迅速发展，液晶显示技术已取得了重大突破。目前，人们把大规模集成电路技术与液晶技术结合在一起，生产出高响应速度、高亮度、高对比度，色彩艳丽、节能的液晶显示屏（如图2-5-10所示),其被广泛应用于手机、电脑显示器、液晶电视机等。近年来，液晶理论在细胞生物学和分子图2-5-10液晶显示屏生物学中也得到了发展，液晶的基础理论研究成为凝聚态物理学的一个重要分支。随着科学技术的进步，液晶的理论和技术已在电子工业、航空、生物、医学等领域取得长足发展和广泛应用。
1.如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，根据曲线判断，下列说法正确的是（　　）A．a是单晶体，b是多晶体或非晶体B．a是多晶体，b是单晶体或非晶体C．a是非晶体，b是晶体D．a是晶体，b是非晶体
2.北京冬奥会的雪花形主火炬由96块小雪花和6个橄榄枝组成。关于雪花的下列说法正确的是（   ）A．一片雪花大约由1000个水分子组成B．雪花融化成的水是液态的晶体C．雪花是水蒸气凝华时形成的晶体D．没有两片雪花是相同的，因此雪花不属于晶体
3.关于分子热运动和热学规律，以下说法中正确的有（　　）A．用打气筒给自行车车胎充气时要用力才能压缩空气，这说明空气分子间存在斥力B．气体分子间距离增大时，分子势能可能增大C．气体体积不变时，温度降低，则每秒撞击单位面积器壁的力增大D．用烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是单晶体
4.随着科技的发展，国家对晶体材料的研究也越来越深入，尤其是对稀士晶体的研究，已经走在世界的前列。关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　）A．晶体都有规则的几何外形，非晶体则没有规则的几何外形B．同种物质不可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现C．单晶体具有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点D．多晶体是由单晶体组合而成的，但单晶体表现为各向异性，多晶体表现为各向同性
5.2021年4月6日，我国成功发射“实践十号”卫星。在该卫星内进行制造泡沫铝的实验。给金属铝加热，使之熔化成液体，给液体中通入氢气，液体内将会产生大量气泡，冷凝液体就会得到泡沫铝。实验过程中下列说法正确的是（　　）A．熔化的铝液中不同位置压强不同B．该状态下氢气内部没有压强C．液态铝表面张力“阻碍”气泡的膨胀D．铝在熔化过程中分子平均动能不断增大
6.甲、乙、丙三种固体薄片涂上蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示，下列说法正确的是（　　）A．甲、乙为非晶体，丙是晶体B．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体C．甲、丙为非晶体，丙是晶体D．甲、乙、丙都是晶体
7.2020年12月17日“嫦娥五号”探测器胜利完成月球采样任务并返回地球。探测器上装有规则几何外形石英晶体制成的传感器，其受压时在其中两相对的表面上会产生大小相等、符号相反的电荷，从而形成电压。下列说法正确的是（　　）A．该石英晶体是多晶体B．该石英晶体具有各向异性的电学性质C．石英晶体没有确定的熔点D．石英晶体传感器是将电学量转换成力学量的装置
8.关于分子热运动和热学规律，以下说法中正确的有（　　）A．用打气筒给自行车车胎充气时要用力才能压缩空气，这说明空气分子间存在斥力B．气体分子间距离增大时，分子势能一定增大C．气体体积不变时，温度降低，则每秒撞击单位面积器壁的力减小D．用烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是单晶体
9.2020年，“嫦娥五号”探测器胜利完成月球采样任务并返回地球。探测器上装有用石英制成的传感器，其受压时表面会产生大小相等、符号相反的电荷“压电效应”。如图所示，石英晶体沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著。石英晶体（　　）A．没有确定的熔点B．没有确定的几何形状C．具有各向同性的压电效应D．具有各向异性的压电效应
10.石墨烯是从石墨中分离出的新材料，其中碳原子紧密结合成单层六边形晶格结构，如图所示，则（　　）A．石墨是非晶体B．石墨研磨成的细粉末就是石墨烯C．单层石墨烯的厚度约3μmD．碳原子在六边形顶点附近不停地振动
1.特点(1)只要是具有确定熔点的固体必定是晶体(单晶体或多晶体），反之必是非晶体。(2)只要是具有各向异性的固体必定是晶体，且为单晶体。2.晶体中的单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。有些表现为不同方向导热性能或导电性能不同，有些表现为不同方向的光学性质不同。
（1）在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。（2）原子(或者分子、离子)并不是静止不动的。它们在平衡位置附近不停地振动。（3）有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体。那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。
（1）定义：液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态。液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质。（2）构成液晶的分子为有机分子，大多为棒状，其棒长多为棒直径的5倍以上，由于这种长棒状的分子结构，使得分子集合体在没有外界干扰的情况下趋向分子相互平行排列。
1.关于一块长方体的铜条，下列说法正确的是（　　）A．它是一块晶体，因为它有规则的几何外形B．它是一块晶体，因为它有确定的熔点C．它是一块多晶体，因为它是由许多晶粒杂乱无章排列而成的D．它是一块非晶体，因为它的物理性质表现为各向同性
2.下列说法正确的是（　　）A．单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点B．气球的体积增大时，气球内气体温度可能降低C．喷洒消毒药水时，一段时间后远处也能闻到消毒药水的味道，这属于扩散现象D．水的温度越高，悬浮在水中的花粉颗粒运动越缓慢E．浸润液体和不浸润液体都有可能发生毛细现象
3.图中a、b是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线，你认为下面说法中正确的是（　　）A．a是一种晶体的熔化曲线B．b是一种晶体的熔化曲线C．a是一种非晶体的熔化曲线D．b是一种非晶体的熔化曲线
4.关于固体、液体和气体，下列说法正确的是（       ）A．高原地区煮饭会夹生，水的沸点较低，是因为高原地区温度较低的缘故B．晶体一定具有固定的熔点，但不一定具有规则的几何外形C．降低温度能够使气体的饱和气压降低，从而使气体液化D．在一定温度下，当人们感到潮湿时，水汽蒸发慢，空气的相对湿度一定较小E．液晶像液体一样具有流动性，其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性
5.下列说法正确的是（     ）A．将一块晶体敲碎，得到的小颗粒也是晶体B．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体C．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变D．小明在下雨时发现，雨水流过车窗时留有痕迹，说明水对玻璃是浸润的E．到了高原地区，小明发现，尽管气温变化不大，但车上带的矿泉水瓶变得更鼓胀了，这是瓶内空气压强变大的缘故