1、波的形成【教学目标】（一）知识与技能1知道固体可分为晶体和非晶体两大类。2知道晶体和非晶体在外形与物理性质上的差别。3知道晶体可分为单晶体和多晶体，通常说的晶体及性质是指单晶体，多晶体的许多性质与非晶体类似。4理解晶体的规则外形与晶体的微观结构有关。（二）过程与方法通过观察实验现象加强学生对晶体和非晶体的性质了解（三）情感、态度与价值观扩展学生的眼界，引起对研究固体性质的兴趣和求知欲望【教学重点】1. 晶体和非晶体在外形与物理性质上的差别。2. 能用晶体的空间点阵说明其物理性质的各向异性。【教学过程】一、引入新课问题：同学们想一下，自然界中物质有几种存在形式呢？回答：固态、液态、气态。这节课我
2、们学习固体。人类对固体材料的应用，由来已久。石器时代，人类只会将石头制成简单的工具。而今，人类已经可以操控原子，将原子按需要排列起来，制成新的材料。这一技术属于纳米科技的范畴，下面让我们一起走近纳米的世界。观看视频，了解纳米科技的研究范畴以及纳米材料的特性。通过观看上面的视频，我们了解到，若将物质做成纳米量级的颗粒，它的原有性质会发生显著的变化。例如，当物质小到纳米量级时，它的比表面积变得惊人的大，1g氧化铝纳米颗粒的表面积会达到篮球场的大小。与外界的接触面积变大，会使材料的活性增强，将这样的材料作为火箭的固体燃料，能够增大对火箭的推力。右图为陶瓷制成的刀具，可能我们会担心它容易损坏，但这不是
3、普通的陶瓷，而是把陶瓷制成纳米颗粒，再烧结起来，陶瓷便会有非常好的韧性，即使落到地上也不致摔碎。可见，新材料的研究无论对科技发展还是对日常生活都很重要。应用材料、改善材料的前提是认识材料、了解材料。下面学习固体材料的分类及特性。二、新课教学。 （一）固体可分为晶体和非晶体用投影片展示食盐晶体的外形，指出食盐颗粒呈正方体形，有规则的几何形状。蔗糖和味精颗粒也有规则的外形，与食盐有类似的特点。像这样，有规则的外形的固体，称为晶体。自然界中有许多晶体，它们有各自的规则形状。明矾呈八面体形，石英晶体是由棱柱和棱锥构成的，雪花是六角形的。自然界中还有一些固体，松香（松树树脂加工而成）、沥青、蜂蜡（从蜂巢
4、中提取而来），它们没有规则的外形，我们称它们为非晶体。1.晶体：具有天然规则的几何外形。2.非晶体：没有天然规则的几何外形。问题：外形规则的固体一定是晶体吗？蜡烛，每根都是圆柱形的，它是晶体吗？蜡烛融化后再凝固，形状各异，没有规则的形状，也就是说蜡烛的圆柱形不是天然形成的，而是人为加工而成。这是将饱和的食盐水溶液放在阴凉处，静置几天，食盐逐渐结晶形成的颗粒，颗粒是正方体形的。这说明晶体的外形是天然形成的。因此，天然形成的形状规则的固体才属于晶体。（二）晶体包括单晶体和多晶体问题：外形不规则的固体一定是非晶体吗？冰糖，有规则的形状，且是天然形成的，因此冰糖是晶体。然而，冰糖受潮之后会粘在一起，外
5、形便会是不规则的，但它是由多个冰糖晶体无规律排列而成，我们称之为多晶体。自然界中许多美丽的矿石都是多晶体。问题：金属是晶体还是非晶体呢？我们常见的金属或合金，晶粒非常小，肉眼无法看到，需要用显微镜观察。在显微镜下观察硬币，发现它是由许多晶粒杂乱无章地排列起来而形成的。因此，常见的金属或合金都是多晶体。（三）晶体与非晶体在物理性质上的异同1.单晶体表现各向异性的特点，多晶体和非晶体表现各向同性的特点。实验1：这是方解石，在自然界中分布很广，透过方解石观察文字，会看到两个重叠的像。因为光入射到方解石上，分解为两束光，沿不同方向折射，我们会在折射光线的反向延长线上看到两个像。也就是说，我们看到两个像
6、是一束光分为两束光而形成的，这种现象称为双折射现象。这种现象产生的原因是，光在晶体中传播时，沿不同方向的折射率不同，晶体的折射率与方向有关，这种性质称为各向异性。这说明晶体在光学性质上表现各向异性的特点。透过玻璃观察文字，只看到一个像。因为光在玻璃中传播时，只有一束折射光线，玻璃的折射率与方向无关，这样的性质称为各向同性。这说明非晶体在光学性质上表现各向同性的特点。晶体和非晶体在导热性能上有何区别呢？我们看下面的实验。实验2：左图为云母片，是晶体，右图是玻璃片，是非晶体。将石蜡分别涂在两个薄片上，用烧红的钢针接触不涂石蜡的一面，钢针的热量要通过薄片传递给石蜡。现象：云母片上石蜡熔化的部分呈椭圆
7、形，而玻璃片上石蜡熔化的部分呈圆形。问题：这一现象说明晶体和非晶体在导热性质上有何异同呢？回答：该实验说明云母沿不同方向上导热的快慢不同，导热情况与方向有关，云母在导热方面存在各向异性的特点。玻璃沿不同方向上导热的快慢相同，导热情况与方向无关，即表现出各向同性的特点。我们用金属片做此实验，发现金属导热情况与玻璃相同，说明非晶体在导热上表现各向同性的特点。注意：晶体具有各向异性，并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性。云母导热性上表现出显著的各向异性，而有些晶体在导电性上表现出显著的各向异性，如方铝矿，有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性，如方解石。2.晶体有固定的熔化温度，即晶体有
8、熔点；非晶体没有固定的熔化温度，即非晶体没有熔点。问题：根据是否表现各向异性特点，能区分晶体和非晶体吗？提示：回顾初中时对晶体和非晶体熔化过程的研究，我们便会找到答案。（大屏幕展示晶体和非晶体熔化过程，温度随时间变化的图像）晶体（比如冰）在融化时，温度保持不变；非晶体（比如石蜡）在熔化过程中温度不断升高，因此，有无熔点是区分晶体和非晶体的重要依据。3.晶体与非晶体形成过程不同（大屏幕展示水晶和玻璃）水晶和玻璃的主要成分都是二氧化硅，而水晶是晶体，玻璃是非晶体，化学成分相同，为什么会形成不同的物质呢？阅读资料，回答这个问题。水晶，水中含有饱和的二氧化硅，压力在大气压力的二倍至三倍左右，温度需在5
9、50度-600度之间，再给予适当时间。在水源、压强、温度、时间等均达到一定条件，水晶晶体才会形成；玻璃，将二氧化硅与其它物质熔融在一起，而后冷却制成的。晶体和非晶体形成的条件不同，晶体的形成需要更严苛的条件。（四）晶体的微观结构1.合理猜想问题：宏观上，晶体有规则的外形，非晶体没有规则的外形，晶体和非晶体的微观结构有什么区别呢？原子排列会有什么不同呢？我们先来看两幅图，阅兵式上，队伍有规则的形状；马路上的人群，整体无规则形状。为什么会有这样的不同呢？回答：这与个体的排列方式有关。士兵排列有序，则队伍有规则形状；行人穿过马路，无规律地走动，所以整体无规则形状。猜想：晶体的原子排列是有规律的，所以
10、晶体有规则的外形；非晶体的原子排列是无序的，杂乱无章的，所以非晶体没有规则的外形。2.实验验证当然，仅有猜想是不够的，还需要有实验事实来证明。我们先来看一个小实验。光照到两个铅笔间的缝隙上，衍射图样是明暗相间的条纹；光照到小孔上，衍射图样中间是圆形亮斑。也就是说，衍射图样能够反映障碍物、缝或孔的形状，反映障碍物的形状特点。受上述现象的启发，劳厄想到，如果x射线的波长与晶格尺寸比较接近，用x射线照射晶体，也会发生衍射，衍射图样会反映晶体内部原子排列的信息。科学家们进行了这样的实验，将晶体放在x射线源和照相底片之间，结果在照相底片上显示出有规则的斑点群。说明晶体的原子排列确实是有规律的。后来的研究
11、中，科学家还用电子显微镜观察到原子的像，接着用扫描隧道显微镜观察到原子及其排列情况，证实了晶体内部原子的排列是规则的、有序的。3.晶体的微观结构特点组成晶体的物质微粒依照一定的规律在空间中整齐地排列，食盐晶体的Na离子和Cl离子形成了规则的网络结构，每个离子都在正方体的顶点附近振动，正方体的顶点是离子振动的平衡位置。一颗璀璨的钻石和一支写字的铅笔芯有什么异同？铅笔芯的主要成分是石墨，碳元素构成的晶体，其原子排列是层状的，且层与层间的距离大，原子间的相互作用较弱，因此石墨质地较为松软，很容易在纸上留下痕迹。钻石是经过雕琢后的金刚石，也是由碳元素构成的晶体，其空间结构为稳定的正四面体交替链接而成，
12、碳原子间的作用力很强，是自然界中最坚硬的物质，它能够划伤任何其他矿物，却没有任何一种矿物能划伤它。同种原子按照不同规则在空间分布，形成不同的晶体近年来，科学家将石墨中这薄薄的一层剥离出来，这种材料叫做石墨烯，是二维的纳米材料，有广泛的应用前景，下面我们来了解一下。播放视频，了解科学研究的热门材料石墨烯的应用前景。新材料的开发和应用，能够改变我们的生活，而应用新材料的前提是掌握材料的性质和特点。（五）小结晶体和非晶体1.晶体：有确定的熔点。1)单晶体：具有天然规则的几何形状。2)多晶体：由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成，没有天然规则的几何形状。2.非晶体：没有天然规则的几何形状，也没有确定的熔点。物理性质的不同单晶体：物理性质表现为各向异性；多晶体和非晶体：物理性质表现为各向同性。晶体的微观结构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。