粵教版 (2019)選擇性必修 第三冊第五節(jié) 晶體優(yōu)秀課件ppt

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固體可以分成晶體和非晶體兩類。石英、云母、明礬。食鹽、味精、蔗糖等屬于晶體，具有天然規(guī)則的幾何形狀。例如，食鹽的晶體是正立方體形的；石英的晶體（透明的石英晶體叫水晶）中間是一個(gè)六棱柱，兩端是六棱錐；雪花是水蒸氣在空氣中凝華形成的晶體，它們的形狀一般是六角形的規(guī)則圖案。每種晶體都有其特定的天然幾何形狀，礦物學(xué)上常常依據(jù)晶體的這些形狀特點(diǎn)來鑒別礦石。
玻璃、松香、瀝青、橡膠等都是非晶體，沒有天然規(guī)則的幾何形狀。蔗糖受潮后會(huì)粘在一起形成糖塊，看起來沒有特定的幾何形狀。但是用放大鏡仔細(xì)觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)組成糖塊的是一個(gè)個(gè)晶體顆粒。粘在一起的糖塊是多晶體，單個(gè)的晶體顆粒是單晶體。由于多晶體是由許多單晶體雜亂無章組合而成的，所以多晶體沒有特定的幾何形狀。金屬和巖石就是兩種最常見的多晶體。
取一張?jiān)颇钙?，在上面涂一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針去接觸云母片，如圖(a)所示，觀察接觸點(diǎn)周圍的石蠟熔化后所成的形狀，再在玻璃片上做同樣的實(shí)驗(yàn)。最后在圖(b)(c)中分別畫出熔化了的石蠟在云母片和玻璃片上的形狀，比較觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并與同學(xué)交流對該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的看法。
上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明、云母片沿不同方向上的導(dǎo)熱性能是不同的，而玻璃片沿不同方向的導(dǎo)熱性能是相同的。事實(shí)上，單晶體在不同的方向上不僅導(dǎo)熱性能不同，而且機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性能和光的折射率等其他物理性質(zhì)也不同，這類現(xiàn)象稱為各向異性，非晶體沿各個(gè)方向的物理性質(zhì)都是一樣的，這叫作各向同性。由于多晶體是由許多單晶體雜亂無章地組合而成的，所以多晶體在一般情況下是各向同性的。
晶體和非晶體在外形和物理性質(zhì)上存在這么大的差異，人們猜想可能是由于它們的微觀結(jié)構(gòu)不同。同時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)一些天然晶體或礦石，無論大小，都有特定的相似形狀。那么，是否是微觀排列相似導(dǎo)致特定的形狀? 1848年，法國物理學(xué)家布拉維提出空間點(diǎn)陣的假說，認(rèn)為晶體內(nèi)部的微粒是有規(guī)則地排列著的。1912年，德國物理學(xué)家勞厄利用X射線進(jìn)行晶體衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了這種假說。
在晶體中，晶體微粒都是按照一定的規(guī)則排列的，具有空間上的周期性。如圖2-5-5所示是食鹽的晶體微觀結(jié)構(gòu)示意圖，在晶體中，晶體微粒間相互作用很強(qiáng)，其熱運(yùn)動(dòng)不足以克服它們相互間的作用力而遠(yuǎn)離，最終表現(xiàn)為在某平衡位置附近不停地振動(dòng)，圖中所畫的點(diǎn)為它們振動(dòng)的平衡位置。
在不同條件下，同種物質(zhì)的微粒在空間按不同的規(guī)則排列，會(huì)生成不同的晶體。它們宏觀的幾何形狀不同，物理性質(zhì)也會(huì)不同。如圖(a)所示，碳原子按圖中排列就成為金剛石，原子間的相互作用力很強(qiáng)，因而硬度大，可用來做切割工具；碳原子按圖(b)排列就成為石墨，它呈層狀分布，層與層間距較大，原子間相互作用力較小，故石墨質(zhì)地松軟，可用來做潤滑劑。 1985年，人們制備出了由60個(gè)碳原子構(gòu)成的富勒烯(又稱足球烯)，如圖(c)所示，科學(xué)家們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了碳原子個(gè)數(shù)分別為78，82，84，90，96等多個(gè)同素異形體。它們的應(yīng)用價(jià)值也在不斷探索中。 2004年，英國物理學(xué)家安德烈·海姆和俄羅斯物理學(xué)家康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出石墨烯，如圖(d)所示，兩人因此獲得2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
如圖2-5-7所示是一個(gè)平面上晶體微粒排列的情況。請觀察沿不同方向單位長度上微粒的數(shù)目是否相同，并思考引起晶體各向異性的原因。
組成晶體的微粒是對稱排列的，形成很規(guī)則的幾何空間點(diǎn)陣，空間點(diǎn)陣排列成不同的形狀，就在宏觀上呈現(xiàn)為晶體不同的幾何形狀。而非晶體內(nèi)部的微粒是無規(guī)則地均勻排列的，沒有一個(gè)方向比另一個(gè)方向特殊，因此表現(xiàn)為各向同性。
人類對晶體與非晶體的原子種類與排列的人工組合的研究，促進(jìn)了材料科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展。例如，在高純度單晶硅中摻入某些特定的雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電性能突變，該特性的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展；單晶空心葉片在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命與性能大幅提升等。
1888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茲爾在合成膽甾醇時(shí)發(fā)現(xiàn)，此類有機(jī)化合物在固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的過程中存在著混濁的中間態(tài)。次年，德國物理學(xué)家萊曼發(fā)現(xiàn)，這個(gè)由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的中間態(tài)液體具有與晶體相似的性質(zhì)，故稱為液態(tài)晶體，簡稱液晶。液晶在力學(xué)性質(zhì)上與液體相同，具有流動(dòng)性、連續(xù)性，可以形成液滴；在光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面又具有明顯的各向異性，因而又具有晶體的某些性質(zhì)。液晶剛被發(fā)現(xiàn)時(shí)并沒有得到太大關(guān)注，直到近百年后，人們發(fā)現(xiàn)液晶分子的排列可以受到電的控制而改變其光學(xué)性質(zhì)，從而可當(dāng)作顯示材料，這才重新引起人們的極大興趣。
液晶的分子有些是長棒狀的，有些是碟狀或板狀的。以長棒狀液晶為例，在自然狀態(tài)下分子有彼此平行排列的傾向它們沿一定方向的排列比較整齊，但彼此間前后左右的位置可以變動(dòng)。這好像裝在鉛筆盒中的許多鉛筆，它們既能左右滾動(dòng)，又能前后滑動(dòng)，但始終保持排列的方向不變，如圖2-5-8所示。
長棒狀液晶對外界的某些作用很敏感。在外加電壓的影響下，液晶的分子不再平行排列，液晶會(huì)由透明狀態(tài)變成混濁狀態(tài)，去掉電壓又恢復(fù)透明。利用液晶的這一特性可以制作顯示元件。在兩電極間用液晶涂寫文字或數(shù)碼，加上適當(dāng)電壓，透明的液晶變得混濁，文字或數(shù)碼就顯示出來了。這就是早期的液晶數(shù)碼管(如圖2-5-9所示)的顯示原理。
隨著電子技術(shù)和其他技術(shù)的迅速發(fā)展，液晶顯示技術(shù)已取得了重大突破。目前，人們把大規(guī)模集成電路技術(shù)與液晶技術(shù)結(jié)合在一起，生產(chǎn)出高響應(yīng)速度、高亮度、高對比度，色彩艷麗、節(jié)能的液晶顯示屏（如圖2-5-10所示),其被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦顯示器、液晶電視機(jī)等。近年來，液晶理論在細(xì)胞生物學(xué)和分子圖2-5-10液晶顯示屏生物學(xué)中也得到了發(fā)展，液晶的基礎(chǔ)理論研究成為凝聚態(tài)物理學(xué)的一個(gè)重要分支。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，液晶的理論和技術(shù)已在電子工業(yè)、航空、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域取得長足發(fā)展和廣泛應(yīng)用。
1.如圖是a、b兩種不同物質(zhì)的熔化曲線，根據(jù)曲線判斷，下列說法正確的是（　?。〢．a(chǎn)是單晶體，b是多晶體或非晶體B．a(chǎn)是多晶體，b是單晶體或非晶體C．a(chǎn)是非晶體，b是晶體D．a(chǎn)是晶體，b是非晶體
2.北京冬奧會(huì)的雪花形主火炬由96塊小雪花和6個(gè)橄欖枝組成。關(guān)于雪花的下列說法正確的是（???）A．一片雪花大約由1000個(gè)水分子組成B．雪花融化成的水是液態(tài)的晶體C．雪花是水蒸氣凝華時(shí)形成的晶體D．沒有兩片雪花是相同的，因此雪花不屬于晶體
3.關(guān)于分子熱運(yùn)動(dòng)和熱學(xué)規(guī)律，以下說法中正確的有（　?。〢．用打氣筒給自行車車胎充氣時(shí)要用力才能壓縮空氣，這說明空氣分子間存在斥力B．氣體分子間距離增大時(shí)，分子勢能可能增大C．氣體體積不變時(shí)，溫度降低，則每秒撞擊單位面積器壁的力增大D．用燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說明蜂蠟是單晶體
4.隨著科技的發(fā)展，國家對晶體材料的研究也越來越深入，尤其是對稀士晶體的研究，已經(jīng)走在世界的前列。關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是（　　）A．晶體都有規(guī)則的幾何外形，非晶體則沒有規(guī)則的幾何外形B．同種物質(zhì)不可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)C．單晶體具有固定的熔點(diǎn)，多晶體沒有固定的熔點(diǎn)D．多晶體是由單晶體組合而成的，但單晶體表現(xiàn)為各向異性，多晶體表現(xiàn)為各向同性
5.2021年4月6日，我國成功發(fā)射“實(shí)踐十號(hào)”衛(wèi)星。在該衛(wèi)星內(nèi)進(jìn)行制造泡沫鋁的實(shí)驗(yàn)。給金屬鋁加熱，使之熔化成液體，給液體中通入氫氣，液體內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，冷凝液體就會(huì)得到泡沫鋁。實(shí)驗(yàn)過程中下列說法正確的是（　　）A．熔化的鋁液中不同位置壓強(qiáng)不同B．該狀態(tài)下氫氣內(nèi)部沒有壓強(qiáng)C．液態(tài)鋁表面張力“阻礙”氣泡的膨脹D．鋁在熔化過程中分子平均動(dòng)能不斷增大
6.甲、乙、丙三種固體薄片涂上蠟，由燒熱的針接觸其上一點(diǎn)，蠟熔化的范圍如圖甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時(shí)間變化的關(guān)系如圖丁所示，下列說法正確的是（　?。〢．甲、乙為非晶體，丙是晶體B．甲為多晶體，乙為非晶體，丙為單晶體C．甲、丙為非晶體，丙是晶體D．甲、乙、丙都是晶體
7.2020年12月17日“嫦娥五號(hào)”探測器勝利完成月球采樣任務(wù)并返回地球。探測器上裝有規(guī)則幾何外形石英晶體制成的傳感器，其受壓時(shí)在其中兩相對的表面上會(huì)產(chǎn)生大小相等、符號(hào)相反的電荷，從而形成電壓。下列說法正確的是（　?。〢．該石英晶體是多晶體B．該石英晶體具有各向異性的電學(xué)性質(zhì)C．石英晶體沒有確定的熔點(diǎn)D．石英晶體傳感器是將電學(xué)量轉(zhuǎn)換成力學(xué)量的裝置
8.關(guān)于分子熱運(yùn)動(dòng)和熱學(xué)規(guī)律，以下說法中正確的有（　?。〢．用打氣筒給自行車車胎充氣時(shí)要用力才能壓縮空氣，這說明空氣分子間存在斥力B．氣體分子間距離增大時(shí)，分子勢能一定增大C．氣體體積不變時(shí)，溫度降低，則每秒撞擊單位面積器壁的力減小D．用燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說明蜂蠟是單晶體
9.2020年，“嫦娥五號(hào)”探測器勝利完成月球采樣任務(wù)并返回地球。探測器上裝有用石英制成的傳感器，其受壓時(shí)表面會(huì)產(chǎn)生大小相等、符號(hào)相反的電荷“壓電效應(yīng)”。如圖所示，石英晶體沿垂直于x軸晶面上的壓電效應(yīng)最顯著。石英晶體（　?。〢．沒有確定的熔點(diǎn)B．沒有確定的幾何形狀C．具有各向同性的壓電效應(yīng)D．具有各向異性的壓電效應(yīng)
10.石墨烯是從石墨中分離出的新材料，其中碳原子緊密結(jié)合成單層六邊形晶格結(jié)構(gòu)，如圖所示，則（　?。〢．石墨是非晶體B．石墨研磨成的細(xì)粉末就是石墨烯C．單層石墨烯的厚度約3μmD．碳原子在六邊形頂點(diǎn)附近不停地振動(dòng)
1.特點(diǎn)(1)只要是具有確定熔點(diǎn)的固體必定是晶體(單晶體或多晶體），反之必是非晶體。(2)只要是具有各向異性的固體必定是晶體，且為單晶體。2.晶體中的單晶體具有各向異性，但不是在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。有些表現(xiàn)為不同方向?qū)嵝阅芑驅(qū)щ娦阅懿煌?，有些表現(xiàn)為不同方向的光學(xué)性質(zhì)不同。
（1）在各種晶體中，原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則排列的，具有空間上的周期性。（2）原子(或者分子、離子)并不是靜止不動(dòng)的。它們在平衡位置附近不停地振動(dòng)。（3）有的物質(zhì)在不同條件下能夠生成不同的晶體。那是因?yàn)榻M成它們的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布。
（1）定義：液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。液晶態(tài)既具有液體的流動(dòng)性，又在一定程度上具有晶體分子的規(guī)則排列的性質(zhì)。（2）構(gòu)成液晶的分子為有機(jī)分子，大多為棒狀，其棒長多為棒直徑的5倍以上，由于這種長棒狀的分子結(jié)構(gòu)，使得分子集合體在沒有外界干擾的情況下趨向分子相互平行排列。
1.關(guān)于一塊長方體的銅條，下列說法正確的是（　　）A．它是一塊晶體，因?yàn)樗幸?guī)則的幾何外形B．它是一塊晶體，因?yàn)樗写_定的熔點(diǎn)C．它是一塊多晶體，因?yàn)樗怯稍S多晶粒雜亂無章排列而成的D．它是一塊非晶體，因?yàn)樗奈锢硇再|(zhì)表現(xiàn)為各向同性
2.下列說法正確的是（　?。〢．單晶體有固定的熔點(diǎn)，多晶體沒有固定的熔點(diǎn)B．氣球的體積增大時(shí)，氣球內(nèi)氣體溫度可能降低C．噴灑消毒藥水時(shí)，一段時(shí)間后遠(yuǎn)處也能聞到消毒藥水的味道，這屬于擴(kuò)散現(xiàn)象D．水的溫度越高，懸浮在水中的花粉顆粒運(yùn)動(dòng)越緩慢E．浸潤液體和不浸潤液體都有可能發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象
3.圖中a、b是兩種不同物質(zhì)的熔化曲線，根據(jù)曲線，你認(rèn)為下面說法中正確的是（　?。〢．a(chǎn)是一種晶體的熔化曲線B．b是一種晶體的熔化曲線C．a(chǎn)是一種非晶體的熔化曲線D．b是一種非晶體的熔化曲線
4.關(guān)于固體、液體和氣體，下列說法正確的是（???????）A．高原地區(qū)煮飯會(huì)夾生，水的沸點(diǎn)較低，是因?yàn)楦咴貐^(qū)溫度較低的緣故B．晶體一定具有固定的熔點(diǎn)，但不一定具有規(guī)則的幾何外形C．降低溫度能夠使氣體的飽和氣壓降低，從而使氣體液化D．在一定溫度下，當(dāng)人們感到潮濕時(shí)，水汽蒸發(fā)慢，空氣的相對濕度一定較小E．液晶像液體一樣具有流動(dòng)性，其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性
5.下列說法正確的是（?????）A．將一塊晶體敲碎，得到的小顆粒也是晶體B．由同種元素構(gòu)成的固體，可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體C．在熔化過程中，晶體要吸收熱量，但溫度保持不變，內(nèi)能也保持不變D．小明在下雨時(shí)發(fā)現(xiàn)，雨水流過車窗時(shí)留有痕跡，說明水對玻璃是浸潤的E．到了高原地區(qū)，小明發(fā)現(xiàn)，盡管氣溫變化不大，但車上帶的礦泉水瓶變得更鼓脹了，這是瓶內(nèi)空氣壓強(qiáng)變大的緣故