2.4 固体 〖教材分析〗 本课知识主要分为两大块，晶体与非晶体，晶体的微观结构。从生活现象 入手，许多物体都是学生常见的或者初中学过，学习起来就比较容易。但是晶 体的各向异性和微观解释对学生来说是全新的。有些知识学生虽然接触过，但 是并没有上升到理论的高度。学生会感到有些吃力，所以在教学中应该特别注 意。 〖教学目标与核心素养〗 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、晶体的微观结构。 教学难点：晶体与非晶体、单晶体与多晶体区别。 〖 教学准备 〗 多媒体课件、玻璃片、云母片、电洛铁、石蜡等。 〖 教学过程 〗 一、新课引入 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? 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。 二、新课教学 （一）晶体和非晶体 1.固体可以分为晶体和非晶体两类。 ① 晶体有天然的、规则的几何形状。 展示图片。常见的晶体有：石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等。 雪花是水蒸气凝华时形成的晶体，它们都具有相似的几何形状，即图案中都有 六个角。食盐晶体是正六面体形，明矾晶体总是八面体形，天然石英晶体的中 间是一个六棱柱，两端是六棱锥。 ② 非晶体没有规则的外形 展示图片。常见的非晶体：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。 2.晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度。 除了形状是否规则外，晶体和非晶体在物理 性质上也有所不同。我们在初中已经学过，晶体 具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度，这就是区别之一。 实验：观察玻璃和云母片上石蜡熔化区域的形状 把 熔化了的石蜡 薄薄地涂 在薄玻 璃片和单层云母片上，再将烙铁通电 烧热，然后用烙铁头分别接触玻璃片和云母片的背面。观察玻璃片和云母片石 蜡熔化区域的形状。 石蜡熔化区域形状的不同说明了什么? 现象：玻璃片熔化区域呈圆形，云母片熔化区呈椭圆形。 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。 3.晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性。 事实上，除了在导热性方面，晶体和非晶体在导 电性和光学性质等方面也有类似的差异。可以总结为 晶体沿各个方向物理性质不同，被称为各向异性。例如，方解石的双折射现象。 而非晶体沿各个方向物理性质相同，被称为各向同性。 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。 4.晶体可以分为多晶体和单晶体。 单晶体有确定的几何形状、有熔点、各向异性。多晶体没有规则的外形、 有熔点、各向同性。多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的。 例如：蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块，看 起来没有确定的几何形状。但是用放大镜观看， 仍可以发现组成糖块的一个个晶体粒。粘在一起的糖块也是多晶体，单个的蔗 糖晶体颗粒是单晶体。 5.晶体与非晶体的比较 晶体 非晶体 单晶体 外形 多晶体 规则 熔点 不规则 确定 物理性质 各向异性 主要物质 石英、云母、食盐 不确定 各向同性 金属、蔗糖 沥青、塑料、玻璃 有的物质在不同的条件下能够形成不同的形态，同一物质可以 联系 以晶体和非晶体两种不同形态出现，物质是晶体还是非晶体不是绝 对的，在一定的条件下可以相互转化 （二）晶体的微观结构 问题：为什么晶体的形状和物理性质会与非晶体不同？ 1.观测技术的发展 图片分别展示：x 射线进行衍射图样，电子显微镜，扫描隧道显微镜。 2.晶体内部的规则排列决定了晶体有规则外形 在各种晶体中，原子都会按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。 图片展示：食盐、石墨、金刚石的微观结构。 以食盐为例：这些粒子并不是待着不动的，他们其实在不停的震动，具体 温度越高，振动就越剧烈，画出的这些点是振动的平衡位置。进一步的还能看 出每个钠离子周围都有六个氯离子，反过来每个氯离子周围也都有六个钠离子， 这就很好地反映了晶体中粒子排布的周期性规律。 3.同种物质在不同条件下可以生成不同的晶体 石墨和金刚石，都是由碳元素组成。石墨是层状结构，两层之间距离较大， 作用力较弱，很容易以层层的剥下来，所以石墨质地松软，可以用来制作粉状 润滑剂。金刚石中的碳原子是彼此之间的作用力很强，所以金刚石硬度极高， 可以用来切玻璃。但从这两例子可以看出， 同种物质粒子有可能形成不同的空间点阵，构成不同种类的晶体。 4.晶体和非晶体间的转化 一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说一种物质是 晶体还是非晶体，并不是绝对的。 比如天然水晶是晶体，但它融化后再重新凝固的水 晶，也就是石英玻璃，就属于非晶体。 总之：许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体。 科学漫步：简单介绍石墨烯实验研究背后的故事。 课堂练习 例 1：下列说法正确的是（ ） A. 单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点 B. 单晶体中原子（或分子、离子）的排列具有空间周期性 C. 通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体 D. 液晶（后面学习）具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征 解析：不管是单晶体还是多晶体，都有固定的熔点，故选项 A 错误；单晶 体中原子（或分子、离子）的排列有固定的点阵结构，具有空间周期性，选项 B 正确；金属属于多晶体，不是非晶体，故选项 C 错误；液晶既具有液体的流 动性，同时具有晶体的各向异性特征，故选项 D 正确。选 BD。 例 2：关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（ ） A. 金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体 B. 晶体的分子（或原子、离子）排列是有规则的 C. 单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点 D. 单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的 解析：金刚石、食盐、水晶都是晶体，玻璃是非晶体，选项 A 错误；单晶 体具有各向异性，多品体具有各向同性，选项 D 错误；晶体分子的排列是有规 则的，且有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，选项 B、C 正确。 例 3：在样本薄片上均匀地涂上一层石蜡，然后用灼热的金属针的针尖点 在样本的另一侧面，结果熔化区域的形状如图所示，则（ ） A. 样本 A 一定是非晶体 B. 样本 A 可能是单晶体 C. 样本 B 一定是晶体 D. 样本 B 不一定是晶体 解析：晶具有各向异性，体现在物体在各个方向的导热性不同，则出现熔 化区域是椭圆形的。非晶体反之。则选 C。 例 4：如图是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线判断下列说法正确的是 （） A. 甲是单晶体，乙是多晶体或非晶体 B. 甲是多晶体，乙是单晶体或非晶体 C. 甲是非晶体，丙是晶体 D. 甲是晶体，乙是非晶体 解析：晶体有固定熔点，非晶体和多晶没有固定熔点。由图可以判断甲丙 为晶体，乙可能是多晶体或者非晶体。选 D。 〖 板书设计 〗 2.4 固体 一、晶体和非晶体 1.固体可以分为晶体和非晶体，晶体有确定的几何形状，非晶体没有。 2.晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度。 3.晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性。 4.晶体可以分为单晶和多晶 二、晶体的微观结构 1.晶体内部的规则排列决定了晶体有规则外形 2.同种物质在不同条件下可以生成不同的晶体 3.非晶体在一定的条件下可以转化为晶体 〖 教学反思 〗 本课内容很简单，只有两部分的内容。固体分为晶体和非晶体，晶体又可 以分为多晶体和单晶体，注意区分好多晶体和非晶体的却别和联系。做好课本 导热性的实验，让学生真实感受到晶体在各个方向的导热性的不同，理解好各 向异性的概念等。晶体的微观结构，只要了解就好。