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课件网) 第二章 气体、液体和固体 第五节 晶体 粤教版（2019）高中物理选择性必修第三册 一、晶体与非晶体 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。 食盐晶体 水晶晶体 雪花晶体 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。 【实验·探究】 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。 【实验·总结】 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。 二、晶体的微观结构 【实验·探究】 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。 【讨论·交流】 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 ... ...
