波的形成

【教學(xué)目標(biāo)】

（一）知識與技能

1．知道固體可分為晶體和非晶體兩大類。

2．知道晶體和非晶體在外形與物理性質(zhì)上的差別。

3．知道晶體可分為單晶體和多晶體，通常說的晶體及性質(zhì)是指單晶體，多晶體的許多性

質(zhì)與非晶體類似。

4．理解晶體的規(guī)則外形與晶體的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。

（二）過程與方法

通過觀察實(shí)驗現(xiàn)象加強(qiáng)學(xué)生對晶體和非晶體的性質(zhì)了解

（三）情感、態(tài)度與價值觀

擴(kuò)展學(xué)生的眼界，引起對研究固體性質(zhì)的興趣和求知欲望

【教學(xué)重點(diǎn)】

1.晶體和非晶體在外形與物理性質(zhì)上的差別。

2.能用晶體的空間點(diǎn)陣說明其物理性質(zhì)的各向異性。

【教學(xué)過程】

一、引入新課

問題：同學(xué)們想一下，自然界中物質(zhì)有幾種存在形式呢？

回答：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。這節(jié)課我們學(xué)習(xí)固體。

人類對固體材料的應(yīng)用，由來已久。石器時代，人類只會將石頭制成簡單的工具。而今，

人類已經(jīng)可以操控原子，將原子按需要排列起來，制成新的材料。這一技術(shù)屬于納米科技的范

疇，下面讓我們一起走近納米的世界。

觀看視頻，了解納米科技的研究范疇以及納米材料的特性。

通過觀看上面的視頻，我們了解到，若將物質(zhì)做成納米量級的顆粒，它的原有性質(zhì)會發(fā)生

顯著的變化。例如，當(dāng)物質(zhì)小到納米量級時，它的比表面積變得驚人的大，1g氧化鋁納米顆

粒的表面積會達(dá)到籃球場的大小。與外界的接觸面積變大，會使材料的活性增強(qiáng)，將這樣的材

料作為火箭的固體燃料，能夠增大對火箭的推力。右圖為陶瓷制成的刀具，可能我們會擔(dān)心它

容易損壞，但這不是普通的陶瓷，而是把陶瓷制成納米顆粒，再燒結(jié)起來，陶瓷便會有非常好

的韌性，即使落到地上也不致摔碎。可見，新材料的研究無論對科技發(fā)展還是對日常生活都很

重要。應(yīng)用材料、改善材料的前提是認(rèn)識材料、了解材料。下面學(xué)習(xí)固體材料的分類及特性。

二、新課教學(xué)。

（一）固體可分為晶體和非晶體

用投影片展示食鹽晶體的外形，指出食鹽顆粒呈正方體形，有規(guī)則的幾何形狀。蔗糖和味

精顆粒也有規(guī)則的外形，與食鹽有類似的特點(diǎn)。像這樣，有規(guī)則的外形的固體，稱為晶體。自

然界中有許多晶體，它們有各自的規(guī)則形狀。明礬呈八面體形，石英晶體是由棱柱和棱錐構(gòu)成

的，雪花是六角形的。

自然界中還有一些固體，松香（松樹樹脂加工而成）、瀝青、蜂蠟（從蜂巢中提取而來），

它們沒有規(guī)則的外形，我們稱它們?yōu)榉蔷w。

1.晶體：具有天然規(guī)則的幾何外形。

2.非晶體：沒有天然規(guī)則的幾何外形。

問題：外形規(guī)則的固體一定是晶體嗎？蠟燭，每根都是圓柱形的，它是晶體嗎？

蠟燭融化后再凝固，形狀各異，沒有規(guī)則的形狀，也就是說蠟燭的圓柱形不是天然形成的，

而是人為加工而成。

這是將飽和的食鹽水溶液放在陰涼處，靜置幾天，食鹽逐漸結(jié)晶形成的顆粒，顆粒是正方

體形的。這說明晶體的外形是天然形成的。

因此，天然形成的形狀規(guī)則的固體才屬于晶體。

（二）晶體包括單晶體和多晶體

問題：外形不規(guī)則的固體一定是非晶體嗎？

冰糖，有規(guī)則的形狀，且是天然形成的，因此冰糖是晶體。然而，冰糖受潮之后會粘在一

起，外形便會是不規(guī)則的，但它是由多個冰糖晶體無規(guī)律排列而成，我們稱之為多晶體。自然

界中許多美麗的礦石都是多晶體。

問題：金屬是晶體還是非晶體呢？

我們常見的金屬或合金，晶粒非常小，肉眼無法看到，需要用顯微鏡觀察。在顯微鏡下觀

察硬幣，發(fā)現(xiàn)它是由許多晶粒雜亂無章地排列起來而形成的。因此，常見的金屬或合金都是多

晶體。

（三）晶體與非晶體在物理性質(zhì)上的異同

1.單晶體表現(xiàn)各向異性的特點(diǎn)，多晶體和非晶體表現(xiàn)各向同性的特點(diǎn)。

實(shí)驗1：

這是方解石，在自然界中分布很廣，透過方解石觀察文字，會看到兩個重疊的像。因為光

入射到方解石上，分解為兩束光，沿不同方向折射，我們會在折射光線的反向延長線上看到兩

個像。也就是說，我們看到兩個像是一束光分為兩束光而形成的，這種現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象。

這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是，光在晶體中傳播時，沿不同方向的折射率不同，晶體的折射率與方向

有關(guān)，這種性質(zhì)稱為各向異性。這說明晶體在光學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)各向異性的特點(diǎn)。

透過玻璃觀察文字，只看到一個像。因為光在玻璃中傳播時，只有一束折射光線，玻璃的

折射率與方向無關(guān)，這樣的性質(zhì)稱為各向同性。這說明非晶體在光學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)各向同性的特

點(diǎn)。

晶體和非晶體在導(dǎo)熱性能上有何區(qū)別呢？我們看下面的實(shí)驗。

實(shí)驗2：左圖為云母片，是晶體，右圖是玻璃片，是非晶體。將石蠟分別涂在兩個薄片上，

用燒紅的鋼針接觸不涂石蠟的一面，鋼針的熱量要通過薄片傳遞給石蠟。現(xiàn)象：云母片上石蠟

熔化的部分呈橢圓形，而玻璃片上石蠟熔化的部分呈圓形。

問題：這一現(xiàn)象說明晶體和非晶體在導(dǎo)熱性質(zhì)上有何異同呢？

回答：該實(shí)驗說明云母沿不同方向上導(dǎo)熱的快慢不同，導(dǎo)熱情況與方向有關(guān)，云母在導(dǎo)熱

方面存在各向異性的特點(diǎn)。玻璃沿不同方向上導(dǎo)熱的快慢相同，導(dǎo)熱情況與方向無關(guān)，即表現(xiàn)

出各向同性的特點(diǎn)。我們用金屬片做此實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)金屬導(dǎo)熱情況與玻璃相同，說明非晶體在導(dǎo)

熱上表現(xiàn)各向同性的特點(diǎn)。

注意：晶體具有各向異性，并不是每種晶體在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。云母導(dǎo)

熱性上表現(xiàn)出顯著的各向異性，而有些晶體在導(dǎo)電性上表現(xiàn)出顯著的各向異性，如方鋁礦，有

些晶體在光的折射上表現(xiàn)出顯著的各向異性，如方解石。

2.晶體有固定的熔化溫度，即晶體有熔點(diǎn)；非晶體沒有固定的熔化溫度，即非晶體沒有熔

點(diǎn)。

問題：根據(jù)是否表現(xiàn)各向異性特點(diǎn)，能區(qū)分晶體和非晶體嗎？

提示：回顧初中時對晶體和非晶體熔化過程的研究，我們便會找到答案。

（大屏幕展示晶體和非晶體熔化過程，溫度隨時間變化的圖像）

晶體（比如冰）在融化時，溫度保持不變；非晶體（比如石蠟）在熔化過程中溫度不斷升

高，因此，有無熔點(diǎn)是區(qū)分晶體和非晶體的重要依據(jù)。

3.晶體與非晶體形成過程不同

（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，而水晶是晶體，玻璃是非晶體，化學(xué)成分相同，為

什么會形成不同的物質(zhì)呢？閱讀資料，回答這個問題。

水晶，水中含有飽和的二氧化硅，壓力在大氣壓力的二倍至三倍左右，溫度需在550度-600

度之間，再給予適當(dāng)時間。在水源、壓強(qiáng)、溫度、時間等均達(dá)到一定條件，水晶晶體才會形成；

玻璃，將二氧化硅與其它物質(zhì)熔融在一起，而后冷卻制成的。晶體和非晶體形成的條件不同，

晶體的形成需要更嚴(yán)苛的條件。

（四）晶體的微觀結(jié)構(gòu)

1.合理猜想

問題：宏觀上，晶體有規(guī)則的外形，非晶體沒有規(guī)則的外形，晶體和非晶體的微觀結(jié)構(gòu)有

什么區(qū)別呢？原子排列會有什么不同呢？

我們先來看兩幅圖，閱兵式上，隊伍有規(guī)則的形狀；馬路上的人群，整體無規(guī)則形狀。

為什么會有這樣的不同呢？

回答：這與個體的排列方式有關(guān)。士兵排列有序，則隊伍有規(guī)則形狀；行人穿過馬路，無

規(guī)律地走動，所以整體無規(guī)則形狀。

猜想：晶體的原子排列是有規(guī)律的，所以晶體有規(guī)則的外形；非晶體的原子排列是無序的，

雜亂無章的，所以非晶體沒有規(guī)則的外形。

2.實(shí)驗驗證

當(dāng)然，僅有猜想是不夠的，還需要有實(shí)驗事實(shí)來證明。

我們先來看一個小實(shí)驗。

光照到兩個鉛筆間的縫隙上，衍射圖樣是明暗相間的條紋；光照到小孔上，衍射圖樣中間

是圓形亮斑。也就是說，衍射圖樣能夠反映障礙物、縫或孔的形狀，反映障礙物的形狀特點(diǎn)。

受上述現(xiàn)象的啟發(fā)，勞厄想到，如果x射線的波長與晶格尺寸比較接近，用x射線照射晶

體，也會發(fā)生衍射，衍射圖樣會反映晶體內(nèi)部原子排列的信息。科學(xué)家們進(jìn)行了這樣的實(shí)驗，

將晶體放在x射線源和照相底片之間，結(jié)果在照相底片上顯示出有規(guī)則的斑點(diǎn)群。說明晶體的

原子排列確實(shí)是有規(guī)律的。后來的研究中，科學(xué)家還用電子顯微鏡觀察到原子的像，接著用掃

描隧道顯微鏡觀察到原子及其排列情況，證實(shí)了晶體內(nèi)部原子的排列是規(guī)則的、有序的。

3.晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

組成晶體的物質(zhì)微粒依照一定的規(guī)律在空間中整齊地排列，食鹽晶體的Na離子和Cl離

子形成了規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個離子都在正方體的頂點(diǎn)附近振動，正方體的頂點(diǎn)是離子振動的

平衡位置。

一顆璀璨的鉆石和一支寫字的鉛筆芯有什么異同？

鉛筆芯的主要成分是石墨，碳元素構(gòu)成的晶體，其原子排列是層狀的，且層與層間的距離

大，原子間的相互作用較弱，因此石墨質(zhì)地較為松軟，很容易在紙上留下痕跡。鉆石是經(jīng)過雕

琢后的金剛石，也是由碳元素構(gòu)成的晶體，其空間結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定的正四面體交替鏈接而成，碳原

子間的作用力很強(qiáng)，是自然界中最堅硬的物質(zhì)，它能夠劃傷任何其他礦物，卻沒有任何一種礦

物能劃傷它。

同種原子按照不同規(guī)則在空間分布，形成不同的晶體．近年來，科學(xué)家將石墨中這薄薄的

一層剝離出來，這種材料叫做石墨烯，是二維的納米材料，有廣泛的應(yīng)用前景，下面我們來了

解一下。

播放視頻，了解科學(xué)研究的熱門材料石墨烯的應(yīng)用前景。

新材料的開發(fā)和應(yīng)用，能夠改變我們的生活，而應(yīng)用新材料的前提是掌握材料的性質(zhì)和特

點(diǎn)。

（五）小結(jié)