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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第六节 新材料说课课件ppt
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这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第六节 新材料说课课件ppt，共29页。PPT课件主要包含了答案C等内容，欢迎下载使用。
知识点一 晶体与非晶体1．固体可以分为晶体和非晶体两类．石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体．2．单晶体有确定的几何形状，多晶体和非晶体没有确定的几何形状，我们在初中已经学过，晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点．3．有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，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．由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是各向异性的．
知识点二 晶体的微观结构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．有的物质在不同条件下可以形成不同的晶体，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．3．同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体，这说明物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的．
知识点三 液晶1．液晶的概念：像液体一样具有流动性，其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性的有机化合物，称为液晶．2．液晶分子的排列特点．从某个方向上看液晶分子排列比较整齐，但从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的．3．液晶的应用．(1)液晶显示器：用于电子手表、电子计算器、电脑等．(2)利用温度改变时液晶颜色会发生改变的性质来探测温度．(3)液晶在电子工业、航空工业、生物医学等领域有广泛应用．
知识点四 新材料1．半导体材料．(1)特点：①导电能力介于导体与绝缘体之间．②如果在纯净的半导体中掺入某些微量元素作为杂质，则其导电性将会发生显著变化．③硅、锗是目前应用最广泛的半导体材料．(2)作用：半导体电子器件、集成电路，太阳能发电．2．纳米材料．(1)定义：纳米材料是指在三维空间中至少有一个维度处于纳米尺度范围(1～100 nm)．
(2)特点：①与宏观物质相比，纳米材料通常硬度、韧性、延展性等力学性能更好．②熔点、磁性、导热和导电性降低，对光和物质具有更好的吸收性和吸附性，化学活性大大增加．3．超材料．(1)定义：具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料．(2)典型的超材料包括左手材料、光子晶体、超磁性材料等．
小试身手1．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是 ( )A．可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体C．一个固体球，如果沿其各条直线方向的导电性不同，则该球体一定是单晶体D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则这块晶体一定是多晶体
CD 解析：判断固体是否为晶体的标准是看是否有固定的熔点，多晶体和非晶体都具有各向同性和无规则的外形，单晶体具有各向异性和规则的外形，C、D正确．
2．关于石墨和金刚石的区别，下面说法正确的是( )A．石墨和金刚石是同种物质微粒组成的空间结构相同的晶体B．金刚石晶体结构紧密，所以质地坚硬，石墨晶体是层状结构，所以质地松软C．石墨与金刚石是不同的物质微粒组成的不同晶体D．石墨导电，金刚石不导电是由于组成它们的化学元素不同
B 解析：由化学知识知道，石墨和金刚石是碳的同素异形体，其化学性质相同．它们的分子的空间结构不同，石墨中的碳原子排列为层状结构，层与层之间距离很大，所以其质地松软；金刚石中的碳原子排列紧密，相互间作用力很强，所以其质地坚硬．显然选项A、C、D错误，选项B正确．
3．关于液晶，下列说法中不正确的是( )A．液晶态是介于固态和液态之间的中间态B．液晶具有流动性C．液晶表现出各向同性D．液晶表现出各向异性
4．(多选)纳米材料具有许多奇特效应，如( )A．电光效应 B．量子尺寸效应C．高硬度 D．表面和界面效应
BD 解析：纳米材料中原子的排列不同于晶体和非晶体中原子的排列，具有特殊的结构，所以产生四大效应，即表面效应、界面效应、小尺寸效应、量子效应，表现出独特的光电磁和化学特性．电光效应是液晶的一种奇特效应，而高硬度是因为纳米材料的奇特效应使材料所表现出来的一种良好性能．故选项B、D正确，A、C错误．
探究一 晶体与非晶体1．晶体与非晶体的区别．
【典例1】 (多选)下列说法正确的是( )A．显示各向异性的物体必定是晶体B．不显示各向异性的物体必定是非晶体C．具有确定熔点的物体必定是晶体D．不具有确定熔点的物体必定是非晶体
ACD 解析：非晶体和多晶体都显示各向同性，所以A正确，B错误；晶体不论是单晶体还是多晶体都具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，所以C、D正确．
判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法(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．
1．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )A．单晶体有规则的几何形状B．晶体在物理性质上一定是各向异性的C．晶体熔化时具有一定的熔点D．晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的
ACD 解析：单晶体一定具有规则的几何形状，故A正确；多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，所以具有各向同性，故B错误；不论是单晶体还是多晶体，熔化时具有一定的熔点，故C正确；晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的，如天然石英为晶体，而人为熔化后将变成非晶体，故D正确．
2．(多选)下列说法中正确的是( )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．凡是具有天然的规则的几何形状的固体必定是单晶体D．多晶体不显示各向异性
ACD 解析：常见的金属：金、银、铜、铁、铝、锡、铅等都是多晶体，选项A正确；因为非晶体和多晶体的物理性质都表现为各向同性，所以选项B错误，选项D正确；有天然的规则的几何形状的固体一定是单晶体，选项C正确．
探究二 晶体的微观结构晶体的微观结构与物理性质．(1)晶体结构．①组成晶体的物质微粒有规则地在空间排列，呈现空间上的周期性．②晶体内部各微粒之间存在很强的相互作用力，结构不同、作用力的大小也不同，微粒被相互的作用力约束在一定的位置上．③微粒在各自的平衡位置附近做微小的振动．当外界干扰强烈或温度变化时，结构也发生变化，周期性被破坏，晶体也可以转化为非晶体．
(2)物理性质．晶体的微观结构决定其宏观物理性质，改变物质的微观结构从而改变物质的属性，如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石，有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．
【典例2】 (多选)关于晶体和非晶体，不正确的说法是 ( )A．它们是由不同的空间点阵构成的B．晶体内部的物质微粒是有规则地排列的，而非晶体内部物质微粒排列是无规则的C．晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动的D．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，数量不等的是非晶体
ACD 解析：空间点阵是晶体的特殊结构，是晶体的一个特性，所以A错误；组成物质的微粒永远在做热运动，不管是晶体还是非晶体，所以C错误；非晶体就提不到什么层面的问题，即使是晶体各个层面微粒数也不一定相等，所以D错误．
晶体各向异性的原因(1)单晶体物理性质的不同取决于其微观结构，单晶体的物质微粒是按照一定的规则在空间中整齐地排列着，有规则的几何外形，在物理性质上表现为各向异性．(2)多晶体是由许许多多晶粒组成的，晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，无规则的几何外形，多晶体在物理性质上表现为各向同性．
3．下列说法错误的是( )A．单晶体具有天然的规则的几何形状，是因为其内部微粒是规则排列的B．有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为组成它们的物质微粒能够形成不同的微观结构C．凡具有各向同性的物质一定是非晶体D．单晶体的各向异性是由单晶体的内部结构决定的
C 解析：晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的，A、B、D正确；具有各向同性的物质不一定是非晶体，多晶体也具有这样的性质，C错误．
4．(多选)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，在空间按一定的规律排成整齐的行列，构成特定的空间点阵B．晶体在不同方向上物理性质不同，是因为不同方向上微粒数目不同，微粒间距不同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，转化为分子间势能；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
ABD 解析：很多晶体都是由相同的物质微粒组成的，例如，金刚石和石墨都是由碳原子组成的，不同方向上物质微粒完全一样，可见其各向异性不是因为不同方向上的粒子性质不同引起的，而是粒子的数目和粒子间距不相同造成的．
探究三 新材料1．半导体．(1)定义：导电能力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．2．纳米材料．(1)定义：把颗粒尺度范围在1～100 nm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．
【典例3】 (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
AB 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项正确；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项正确；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．
5．以下说法中错误的是( )A．材料科学是研究材料的制造、结构与性能三者之间相互关系的科学B．材料对人类文明进程有着重要的影响C．纳米是长度单位，1 nm＝10－10 mD．半导体是具有优异特性的微电子材料
C 解析：由材料的有关知识知，材料科学是研究材料的制造、结构和性能之间的关系．它对人类在各个方面的发展有很大的推动作用，电子技术的发展离不开半导体材料，故A、B、D正确；由于1 nm＝10－9 m，C错误．
知识点一 晶体与非晶体1．固体可以分为晶体和非晶体两类．石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体．2．单晶体有确定的几何形状，多晶体和非晶体没有确定的几何形状，我们在初中已经学过，晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点．3．有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，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．由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是各向异性的．
知识点二 晶体的微观结构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．有的物质在不同条件下可以形成不同的晶体，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．3．同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体，这说明物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的．
知识点三 液晶1．液晶的概念：像液体一样具有流动性，其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性的有机化合物，称为液晶．2．液晶分子的排列特点．从某个方向上看液晶分子排列比较整齐，但从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的．3．液晶的应用．(1)液晶显示器：用于电子手表、电子计算器、电脑等．(2)利用温度改变时液晶颜色会发生改变的性质来探测温度．(3)液晶在电子工业、航空工业、生物医学等领域有广泛应用．
知识点四 新材料1．半导体材料．(1)特点：①导电能力介于导体与绝缘体之间．②如果在纯净的半导体中掺入某些微量元素作为杂质，则其导电性将会发生显著变化．③硅、锗是目前应用最广泛的半导体材料．(2)作用：半导体电子器件、集成电路，太阳能发电．2．纳米材料．(1)定义：纳米材料是指在三维空间中至少有一个维度处于纳米尺度范围(1～100 nm)．
(2)特点：①与宏观物质相比，纳米材料通常硬度、韧性、延展性等力学性能更好．②熔点、磁性、导热和导电性降低，对光和物质具有更好的吸收性和吸附性，化学活性大大增加．3．超材料．(1)定义：具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料．(2)典型的超材料包括左手材料、光子晶体、超磁性材料等．
小试身手1．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是 ( )A．可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体C．一个固体球，如果沿其各条直线方向的导电性不同，则该球体一定是单晶体D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则这块晶体一定是多晶体
CD 解析：判断固体是否为晶体的标准是看是否有固定的熔点，多晶体和非晶体都具有各向同性和无规则的外形，单晶体具有各向异性和规则的外形，C、D正确．
2．关于石墨和金刚石的区别，下面说法正确的是( )A．石墨和金刚石是同种物质微粒组成的空间结构相同的晶体B．金刚石晶体结构紧密，所以质地坚硬，石墨晶体是层状结构，所以质地松软C．石墨与金刚石是不同的物质微粒组成的不同晶体D．石墨导电，金刚石不导电是由于组成它们的化学元素不同
B 解析：由化学知识知道，石墨和金刚石是碳的同素异形体，其化学性质相同．它们的分子的空间结构不同，石墨中的碳原子排列为层状结构，层与层之间距离很大，所以其质地松软；金刚石中的碳原子排列紧密，相互间作用力很强，所以其质地坚硬．显然选项A、C、D错误，选项B正确．
3．关于液晶，下列说法中不正确的是( )A．液晶态是介于固态和液态之间的中间态B．液晶具有流动性C．液晶表现出各向同性D．液晶表现出各向异性
4．(多选)纳米材料具有许多奇特效应，如( )A．电光效应 B．量子尺寸效应C．高硬度 D．表面和界面效应
BD 解析：纳米材料中原子的排列不同于晶体和非晶体中原子的排列，具有特殊的结构，所以产生四大效应，即表面效应、界面效应、小尺寸效应、量子效应，表现出独特的光电磁和化学特性．电光效应是液晶的一种奇特效应，而高硬度是因为纳米材料的奇特效应使材料所表现出来的一种良好性能．故选项B、D正确，A、C错误．
探究一 晶体与非晶体1．晶体与非晶体的区别．
【典例1】 (多选)下列说法正确的是( )A．显示各向异性的物体必定是晶体B．不显示各向异性的物体必定是非晶体C．具有确定熔点的物体必定是晶体D．不具有确定熔点的物体必定是非晶体
ACD 解析：非晶体和多晶体都显示各向同性，所以A正确，B错误；晶体不论是单晶体还是多晶体都具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，所以C、D正确．
判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法(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．
1．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )A．单晶体有规则的几何形状B．晶体在物理性质上一定是各向异性的C．晶体熔化时具有一定的熔点D．晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的
ACD 解析：单晶体一定具有规则的几何形状，故A正确；多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，所以具有各向同性，故B错误；不论是单晶体还是多晶体，熔化时具有一定的熔点，故C正确；晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的，如天然石英为晶体，而人为熔化后将变成非晶体，故D正确．
2．(多选)下列说法中正确的是( )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．凡是具有天然的规则的几何形状的固体必定是单晶体D．多晶体不显示各向异性
ACD 解析：常见的金属：金、银、铜、铁、铝、锡、铅等都是多晶体，选项A正确；因为非晶体和多晶体的物理性质都表现为各向同性，所以选项B错误，选项D正确；有天然的规则的几何形状的固体一定是单晶体，选项C正确．
探究二 晶体的微观结构晶体的微观结构与物理性质．(1)晶体结构．①组成晶体的物质微粒有规则地在空间排列，呈现空间上的周期性．②晶体内部各微粒之间存在很强的相互作用力，结构不同、作用力的大小也不同，微粒被相互的作用力约束在一定的位置上．③微粒在各自的平衡位置附近做微小的振动．当外界干扰强烈或温度变化时，结构也发生变化，周期性被破坏，晶体也可以转化为非晶体．
(2)物理性质．晶体的微观结构决定其宏观物理性质，改变物质的微观结构从而改变物质的属性，如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石，有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．
【典例2】 (多选)关于晶体和非晶体，不正确的说法是 ( )A．它们是由不同的空间点阵构成的B．晶体内部的物质微粒是有规则地排列的，而非晶体内部物质微粒排列是无规则的C．晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动的D．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，数量不等的是非晶体
ACD 解析：空间点阵是晶体的特殊结构，是晶体的一个特性，所以A错误；组成物质的微粒永远在做热运动，不管是晶体还是非晶体，所以C错误；非晶体就提不到什么层面的问题，即使是晶体各个层面微粒数也不一定相等，所以D错误．
晶体各向异性的原因(1)单晶体物理性质的不同取决于其微观结构，单晶体的物质微粒是按照一定的规则在空间中整齐地排列着，有规则的几何外形，在物理性质上表现为各向异性．(2)多晶体是由许许多多晶粒组成的，晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，无规则的几何外形，多晶体在物理性质上表现为各向同性．
3．下列说法错误的是( )A．单晶体具有天然的规则的几何形状，是因为其内部微粒是规则排列的B．有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为组成它们的物质微粒能够形成不同的微观结构C．凡具有各向同性的物质一定是非晶体D．单晶体的各向异性是由单晶体的内部结构决定的
C 解析：晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的，A、B、D正确；具有各向同性的物质不一定是非晶体，多晶体也具有这样的性质，C错误．
4．(多选)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，在空间按一定的规律排成整齐的行列，构成特定的空间点阵B．晶体在不同方向上物理性质不同，是因为不同方向上微粒数目不同，微粒间距不同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，转化为分子间势能；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
ABD 解析：很多晶体都是由相同的物质微粒组成的，例如，金刚石和石墨都是由碳原子组成的，不同方向上物质微粒完全一样，可见其各向异性不是因为不同方向上的粒子性质不同引起的，而是粒子的数目和粒子间距不相同造成的．
探究三 新材料1．半导体．(1)定义：导电能力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．2．纳米材料．(1)定义：把颗粒尺度范围在1～100 nm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．
【典例3】 (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
AB 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项正确；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项正确；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．
5．以下说法中错误的是( )A．材料科学是研究材料的制造、结构与性能三者之间相互关系的科学B．材料对人类文明进程有着重要的影响C．纳米是长度单位，1 nm＝10－10 mD．半导体是具有优异特性的微电子材料
C 解析：由材料的有关知识知，材料科学是研究材料的制造、结构和性能之间的关系．它对人类在各个方面的发展有很大的推动作用，电子技术的发展离不开半导体材料，故A、B、D正确；由于1 nm＝10－9 m，C错误．
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