2019-2020学年高中物理 第二章 固体、液体和气体 第二节 晶体的微观结构 第三节 固体新材料

第二章固体、液体和气体第二节晶体的微观结构第三节固体新材料1.了解对晶体结构的认识过程，知道晶体微观结构的特点．2.知道晶体的结合类型和特点．3．会用固体的微观结构解释其宏观性质．4.了解材料科学技术的有关知识及应用．第二章固体、液体和气体一、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_________地排列的．2．假说提出的依据：晶体外形的_________和物理性质的__________．3．实验验证：人们用________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．有规则规则性各向异性X射线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)在空间排成阵列，呈现周而复始的___________，说明晶体的微观结构具有_________特点．(2)晶体内部各微粒之间存在着很强的______________，微粒只能在_________________附近做微小振动．有序结构周期性相互作用力各自的平衡位置1．晶体为什么有规则的几何外形？提示：由于晶体中的物质微粒在空间是按一定规律排列的，微粒只在一定平衡位置做微小振动，所以晶体有规则的几何外形．二、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_________、___________密切相关；(3)新材料往往具有___________，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；(5)______是当前用途最广的半导体材料．新工艺新技术特殊性能硅2．新材料的未来(1)新材料科学正向着研究各种___________、研究并开发___________、开发同时具有感知外界环境或参数变化和驱动功能的___________、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．复合材料纳米材料机敏材料2．家庭、学校或机关的门锁常用“碰锁”，然而使用一段时间后，锁舌就会变涩而不易被碰，造成锁门困难，这时，你可以用铅笔在锁舌上研磨几下，“碰锁”便开关自如了，而且可以维持几个月之久，你知道其中的道理吗？提示：因为铅笔中含有石墨成分，利用的是石墨的润滑作用，石墨具有层状结构，层与层之间容易脱落，因而起到润滑作用．晶体的结构和性质1．晶体的微观结构的特点(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．(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力而远离．(3)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．2．固体特征的微观解释(1)方法：在固体界面沿不同方向画出等长直线．(2)现象①单晶体在不同直线上微粒的个数不相等，说明沿不同方向微粒的排列及物质结构情况不相同，在物理性质上表现为各向异性．②非晶体在不同直线上微粒的个数大致相等，说明沿不同方向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)同一种物质在不同条件下形成不同的晶体．如图所示，这是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．(多选)下列叙述中正确的是()A．晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列B．单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排列C．非晶体没有规则的几何形状和确定的熔点D．石墨的硬度比金刚石差得多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布[思路点拨]结合晶体和非晶体的特性及影响其特性的微观结构特点进行思考判断．[解析]晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶体的物理性质不同；也正是由于它的微粒按一定规律排列，使单晶体具有规则的几何形状．石墨与金刚石的硬度相差甚远是由于它们内部微粒的排列结构不同，石墨的层状结构决定了它的质地柔软，而金刚石的网状结构决定了其中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度．[答案]ABC1.(多选)单晶体不同于非晶体，它具有规则的几何外形，在不同方向上物理性质不同，而且具有一定的熔点，下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性()A．组成晶体的物质微粒，在空间上按一定的规则排成整齐的行列，构成特定的空间点阵B．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上微粒数目不同，微粒间距离也不相同C．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上的物质微粒的性质不同D．晶体在熔化时吸收热量，全部用来瓦解晶体的空间点阵，转化为分子势能，因此，晶体在熔化过程中保持一定的温度不变，只有空间点阵完全被瓦解，晶体完全变为液体后，继续加热，温度才会升高解析：选ABD.晶体微粒构成的空间点阵是晶体有规则几何外形的原因，晶体在物理性质上的各向异性是由于空间点阵中不同方向的微粒数目不同，微粒间距离也不相同．晶体熔点的存在是由于晶体在熔化时要吸收热量用来瓦解空间点阵，增加分子势能，熔化过程中分子的热运动的平均动能不变，即温度不变，只有当晶体全部转变为液体后温度才会继续升高，分子热运动的平均动能才会增加．故A、B、D项均可以．新材料及其应用1．分类(1)按材料特性划分，可把材料分为结构材料和功能材料两类；(2)按材料的应用领域划分，可把材料分为信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等；(3)习惯上，把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料．2．用途：依据不同材料各自性能的不同，在许多领域都有它们不同的应用．例如：不锈钢材料在制造餐具、手术器械、化工设备等方面得以广泛应用；氮化硅制成的高温陶瓷在现代工业和航空航天领域得到广泛应用；人工合成的有机玻璃可用于制造飞机的座舱盖及车的挡风玻璃，还可用于制造文具和工艺品等．3．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．4．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备等领域．5．纳米材料(1)定义：把颗粒在1～100nm之间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；(3)纳米材料的良好性能主要表现在：力学、热学、电学、磁学、光学、化学等方面．①在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性；②在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多；③在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现电绝缘性；④在磁学性能方面，当超细微粒的尺寸小到临界尺寸时，常规的铁磁性材料会转变为处于顺磁性甚至超顺磁状态的纳米材料；⑤在光学性能方面，纳米半导体材料在室温下具有光致发光特性、光电转换特性、介电特性和压电特性；⑥在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性．(多选)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低得多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，因此化学稳定性强[解析]纳米材料具有良好的性能，在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性，A正确；在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多，B正确；在电学性能方面，纳米材料在低温时会呈现电绝缘性；而在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性，故选项C、D错误．[答案]AB2.(多选)关于记忆合金“镍钛诺”，下列说法正确的是()A．它的材料中含镍、钛B．在常温下做成某种形状，高温下拉直，然后到常温时又恢复原状C．在高温下做成某种形状，低温下拉直，然后到高温时又恢复原状D．它的记忆能力只运用一次解析：选AC.材料中含有镍和钛，A正确；这种合金是高温下做成某种形状，低温下拉直，到高温时恢复原状，B错误，C正确；研究表明，这种合金的记忆本领可反复若干次使用，D错误．微观结构和图象法结合理解晶体的熔化(多选)甲、乙、丙三种固体物质，质量相等，加热过程中，相同时间内吸收的热量相等，如图所示为其温度随时间变化的图象，由图可以判断()A．甲、丙是晶体，乙是非晶体B．乙是晶体，甲、丙是非晶体C．甲在熔化过程中温度升高D．丙在熔化过程中分子势能增加[解析]甲在升温至t2℃时开始熔化，一段时间内温度保持不变；丙在升温至t1℃时开始熔化，一段时间内温度保持不变，吸收的热量主要用来破坏其空间排列的结构性，增加分子势能．因此，甲、丙为晶体，且甲的熔点高．乙没有固定的熔点，为非晶体．故选AD.[答案]AD晶体的温度升高时，组成晶体的微粒热运动加剧，当热运动达到足以破坏其空间排列的结构时，晶体开始熔化，要破坏微粒空间排列的规律性就需要克服微粒的强作用力做功，因为晶体尚未全部熔化之前，吸收的全部热量用来破坏其空间排列的结构性，所以晶体熔化时有确定的熔点，虽然在熔化过程中不断地吸收热量，但温度并不升高，如果晶体全部熔化后仍然吸收热量，温度将继续升高．晶体熔化过程，分子的平均动能不变，晶体熔化过程中吸收的热量使分子间的距离增大，全部用来增加分子的势能，因为物体的内能是所有分子动能和分子势能的总和，所以晶体熔化时内能增大．