高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第二章 气体、固体和液体4 固体优秀教学设计及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第二章 气体、固体和液体4 固体优秀教学设计及反思，共12页。教案主要包含了晶体和非晶体，单晶体和多晶体，晶体的微观结构等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
1.1分子动理论的基本内容
教学内容分析
《固体》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修第三册模块“固体、液体和气体”主题下的内容。
课程标准要求为：了解固体的微观结构。知道晶体和非晶体的特点。能列举生活中的晶体和非晶体。通过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。利用熔化的石蜡显示云母片的各向异性和玻璃片的各向同性。了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响。知道半导体的特点，了解半导体技术在生产生活中的应用。初步了解纳米材料的特性，关注纳米材料的研究和应用及其可能存在的问题。
《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：能够比较石墨与金刚石的微观结构，并能说出它们的特性。要求学生知道晶体和非晶体的特点，能够从外形、物理性质等方面区别晶体与非晶体。在教学过程中应该通过观察、实验等方法让学生获得认知。例如用熔化的石蜡显示云母片和玻璃片的各向异性与各向同性。学生应该能够列举一些生产生活中常见的晶体和非晶体，通过讨论交流活动丰富认知。要求学生能够从固体的微观结构分析晶体与非晶体在外形和物理性质上差异的原因。要求学生了解液晶的微观结构，知道液晶既有液体的流动性又具有晶体的某些各向异性，它是介于液体与晶体之间的一种过渡态。通过实例了解液晶的主要性质，即液晶的光学性质、磁学性质和电学的性质。了解液晶在显示技术中的应用。例如利用液晶的光学效应制造显示器，计算机的彩色液晶显示器等。学生应该通过自己查阅资料，了解液晶在电子工业、航空工业、生物、医学等领域的广泛应用，关注科学技术的最新成就和发展趋势。
学情分析
学生了解不同的固体在外观上存在差异，例如食盐、天然石晶外形规则，而沥青、橡胶等没有规则外形，教学时引导学生回忆不同固体外形差异，结合图片、视频等资源丰富学生对固体的认识，介绍固体分为晶体和非晶体两类。直观的实验能让学生形成丰富的感性认识，教学时可以演示石蜡在玻璃片和云母片熔化后的形状以及双折射实验，认识晶体物理性质的各向异性。
教学目标
物理观念∶理解晶体和非晶体的区别，会区分晶体、非晶体，并能简单说出晶体和非晶体的简单特点。
科学思维∶通过比较晶体与非晶体的异同点，体会它们的本质是微观结构的
不同客观反映。
科学探究：实验观察玻璃和云母片上石蜡熔化区域的形状，归纳总结出晶体和非晶体在导热性的区别。
科学态度与责任∶通过本节课的学习，感受固体物理在物理学中的魅力，增强对物理学的学习兴趣，同时激发学生的学习热情。
教学重难点
教学重点：晶体和非晶体的区别
教学难点：从微观角度理解晶体和非晶体性质的差异性
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
观察食盐颗粒和松香的外形，它们的外形各有怎样的特征？
再用显微镜观察精盐和松香粉末的外形，两者有什么样的差别吗？PPT课件展示
食盐颗粒总是呈现立方体形，松香颗粒没有规则的几何形状。
提问：固体、液体、气体的性质是什么？
本节课我们就对固体进行探究
上图是在日常生活中有两组常见的物质：
一组是玻璃、蜂蜡、硬塑料等；
另一组是盐粒、砂糖、石英。
提问：两类固体物质的外表各有什么特征？
一组没规则形状；另一组有规则形状。
学生观看课件并思考
引入新课内容，激发学生好奇心
新课教学
一、晶体和非晶体
（一）晶体
食盐 明矾 石英
（立方体） （八面体） （六面棱柱和2个六面棱锥）
由此可知：
（1）常见的晶体有: 石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精、雪花和金属等。
（2）几种常见晶体的规则外形：
食盐晶体 呈立方体形
明矾晶体 呈八面体形
石英晶体 中间是一个六棱柱，两端呈六棱锥
雪花 是水蒸气在空气中凝华时形成的晶体，一般为六角形
的规则图案。
（3）常见晶体
非晶体
（1）常见的非晶体有：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。
（2）实验
实验1：观察玻璃和云母片上石蜡熔化区域的形状
玻璃片（圆形） 云母片（椭圆形）
说明：玻璃（非晶体）在各个方向上导热性能是相同的
云母（晶体）在各个方向上导热性能是不同的
实验2：观察方解石晶体是各向异性
把光分解为两束光而沿不同方向折射，形成双折射现象
晶体导光性的各向异性
（3）思考与讨论
常见的金属没有规则的形状，但具有确定的熔点。它们是晶体还是非晶体?
从金属的显微图样中可以看到，它是由许多细小的晶粒组成的。每个晶粒都是一个小的单晶体。但是，由于这些小的单晶体的取向杂乱无章，所以金属没有确定的几何形状。
晶体和非晶体的区别
（三）晶体和非晶体的差异
（1）外形上：晶体有规则的几何形状；非晶体则没有规则的几何形状。
（2）物理性质上：
晶体具有各向异性，但并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性
①云母导热性上表现出显著的各向异性
②而有些晶体在导电性上表现出显著的各向异性，如方铝矿
③有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性，如方解石。
非晶体具有各向同性。
（3）熔点：晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点
（四）晶体和非晶体间的转化
(1)一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现:
例如水晶:天然水晶是晶体，熔化后再凝结的水晶（石英玻璃）就是非晶体，即一种物质是晶体还是非晶体并不是绝对的。
(2)许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体
(3)在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体。
小试牛刀
1.关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是( CD )
A．有规则的几何外形的固体一定是晶体
B．晶体在物理性质上一定是各向异性的
C．非晶体在适当的条件下可能转化为晶体
D．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔
2．下列固体中全是由晶体组成的是（ A ）
A．石英、云母、明矾、食盐、雪花、铜
B．石英、玻璃、云母、铜
C．食盐、雪花、云母、硫酸铜、松香
D．蜂蜡、松香、橡胶、沥青
1.通过观察初步建立晶体和非晶体在外观上的区别，即晶体有规则的几何形状，非晶体没有确定的几何形状。（天然形成）
2.通过实验，明确晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性。
3.通过小结，建立本节知识体系。。
引导学生观察晶体和非晶体的外观，认识到晶体晶体有规则的几何形状，非晶体没有确定的几何形状。
通过实验感知各项同性、各向异性的概念。
二、单晶体和多晶体
观看视频
1．单晶体：如果一个物体就是一个完整的晶体，这样的晶体叫做单晶体。
例如：雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等。
2．多晶体：如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体叫做多晶体．其中的小晶体叫做晶粒．
（1）多晶体没有规则的几何形状
（2）多晶体
①不显示各向异性（每一晶粒内部都是各向异性的）
②有确定的熔点
固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体非晶体的标志。
总结：
固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体和非晶体的标志．
具有规则几何形状的固体不一定是晶体．例如：有规则形状的蜡烛不是晶体，而是非晶体。
知识深化：
(1)区分晶体与非晶体的方法：看其有无确定的熔点，晶体具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点.仅从各向同性或者几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体.
(2)区分单晶体和多晶体的方法：看其是否具有各向异性，单晶体表现出各向异性，而多晶体表现出各向同性.
小试牛刀
1．关于晶体和非晶体，下列说法中正确是（ A ）
A．单晶体具有各向异性
B．多晶体也具有各向异性
C．非晶体的各种物理性质，在各个方向上都是相同的
D．晶体的各种物理性质，在各个方向上都是不同的
2.下列说法中正确的是（ ACD ）
A.常见的金属材料都是多晶体
B.只有非晶体才显示各向同性
C.凡是具有规则天然几何形状的物体必定是单晶体
D.多晶体不显示各向异性
了解多晶体的形成过程，从而理解其特性；观察所出现的现象并回答以下问题。
阅读教材、回答问题。
认识单晶体和多晶体的特点和区别；通过实验现象让学生更直观感受。培养科学思维和科学探究的核心素养。
提高学生的课堂参与度。
三、晶体的微观结构
（一）晶体的微观结构
探索客观世界的一般方法：由表及里、由现象到本质
晶体呈现出很多特殊的宏观性质（外形规则、有固定熔点、各向异性等）
猜一猜：晶体在微观结构上可能有什么特点？
1.劳厄斑点
17-19世纪的假说：晶体内部的微粒是按各自的规则排列着的。
间接探测
2.20世纪70年代，通过电子显微镜观察到钍、铀原子的像
3.1982年，扫描隧道显微镜问世，观察到原子在物质表面的排列状况
（二）晶体各向异性
下图表示在一个平面内晶体物质微粒的排列情况．AB=AC=AD。
想一想：这个图能解释晶体的什么宏观特性？
如图表示在一个平面上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，才引起晶体的不同方向上物理性质的不同．
（各向异性的微观解释）
1.晶体微观结构的特点
（1）组成晶体的物质微粒（分子或原子、离子）依照一定的规律在空间中整齐地排列，具有空间上的周期性。
①晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释。
②单晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的．
③多晶体是单晶体杂乱无章地组合而成，单晶体的物理性质各向异性被抵消了，从整体来看物理性质变为各向同性。
（2）晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离。微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动。
（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。例如：石墨和金刚石的微观结构：
注意：模型图里的点只是微粒做震动的平衡位置。
2.用晶体的微观结构解释晶体的特征
（1）为什么晶体具有规则的几何外形？
由于晶体的物质微粒是按照一定的规则在空间中整齐地排列的，表现在外形上具有规则的几何形状，且不同类型的晶体结构，决定了各种晶体的不同外形。
（2）如何解释物理性质的各向异性呢？
在不同方向上物质微粒的排列情况不同，引起晶体的不同方向上物理性质的不同。
（3）晶体的熔点为什么固定？
晶体溶化时，吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化。
非晶体熔化时，先变软，然后变成粘滞性很大的液体，温度不断升高。
想一想：
他们有哪些物理特性？可能有哪些用途？为什么？
3、有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构。
例如，碳原子如果按图甲那样排列就成为石墨，按图乙那样排列就成为金刚石．
图甲（石墨） 图乙（金刚石）
石墨的密度小，金刚石的密度大；
石墨能导电 ，金刚石不能导电。
石墨质地松软，粉状润滑剂，制作铅笔心．
金刚石有很大的硬度，可以用来切割玻璃
体验：石墨的润滑作用
铅芯的主要成分是石墨，请利用手边的材料，设计实验体验石墨的润滑作用。
4、一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的
5、有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。
例如晶体硫熔化（温度超过300度）后倒入冷水会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又转化为晶体硫。
人造卫星的抛物面天线
碳族新材料
富勒烯C60
富勒烯C60
12个正五边形
20个正六边形
你能根据微观结构判断这种材料可能的特点吗？
碳纳米管 石墨烯
石墨烯的应用
石墨烯晶体管 柔性显示屏
柔性光伏电池板 超轻型飞机材料
石墨烯功能涂料
石墨烯运用于涂料，可增强防腐、耐磨、散热等功能。广泛运用于船舶、车辆、桥梁、日常用具等。
观看视频
石墨烯具有六边形的晶格结构单层厚度仅为0.335 nm。
观看视频（晶体的微观结构）
小试牛刀
1. (多选)下列关于晶体空间点阵的说法，正确的是( ACD )
A.构成晶体空间点阵的微粒，可以是分子，也可以是原子或离子
B.晶体的微粒之所以能构成空间点阵，是由于晶体中微粒之间相互作用很强，所有微粒都被牢牢地束缚在空间点阵的结点上不动
C.所谓空间点阵与空间点阵的结点，都是抽象的概念；结点是指组成晶体的微粒做永不停息的微小振动的平衡位置；微粒在结点附近的微小振动，就是热运动
D.相同的微粒，可以构成不同的空间点阵，也就是同一种物质能够生成不同的晶体，从而能够具有不同的物理性质
2.晶体在熔化过程中温度会保持在熔点不变,此过程中吸收的热量主要用于( A )
A.破坏晶体结构,增加分子势能
B.破坏晶体结构,增加分子动能
C.破坏晶体结构,同时增加分子势能和分子动能
D.破坏晶体结构,既不增加分子势能也不增加分子动能
学生和老师一起总结
从微观结构层面理解各向同性与各向异性。
培养科学思维和科学探究的核心素养。
从现象到本质，微观结构才是理解晶体特性的根本，培养科学态度与责任的核心素养。
提高学生对问题的分析能力，锻炼学生的科学思维。
提高学生对问题的分析能力，锻炼学生的科学思维。
提高学生对问题的分析能力，锻炼学生的科学思维。
课堂总结
学生总结本节课知识点
帮助学生形成知识框架，便于理解记忆。
板书设计
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中基础知识进行检测，二是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
本节内容属于了解层次，高考考查要求不高，让学生了解晶体和非晶体物理性质差异，并且知道这种差异是由于微观结构不同导致的。采用讲授法效果不佳，会引起学生被动的听课，缺乏思考，可灵活采用多种教学方式，例如教师可提出问题，由学生自主学生阅读教材回答问题，通过实验录像视频分析推理晶体物理性质的各向异性。在学习后，可让学生制作表格对比晶体和非晶体的特点，加深对它们的认识。