资源简介

2.4固体 教案
【教材分析】
（一）教材分析
《固体》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修第三册模块“固体、液体和气体”主题下的内容。课程标准要求为：了解固体的微观结构。知道晶体和非晶体的特点。能列举生活中的晶体和非晶体。通过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。利用熔化的石蜡显示云母片的各向异性和玻璃片的各向同性。了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响。知道半导体的特点，了解半导体技术在生产生活中的应用。初步了解纳米材料的特性，关注纳米材料的研究和应用及其可能存在的问题。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：能够比较石墨与金刚石的微观结构，并能说出它们的特性。要求学生知道晶体和非晶体的特点，能够从外形、物理性质等方面区别晶体与非晶体。在教学过程中应该通过观察、实验等方法让学生获得认知。例如用熔化的石蜡显示云母片和玻璃片的各向异性与各向同性。学生应该能够列举一些生产生活中常见的晶体和非晶体，通过讨论交流活动丰富认知。要求学生能够从固体的微观结构分析晶体与非晶体在外形和物理性质上差异的原因。要求学生了解液晶的微观结构，知道液晶既有液体的流动性又具有晶体的某些各向异性，它是介于液体与晶体之间的一种过渡态。通过实例了解液晶的主要性质，即液晶的光学性质、磁学性质和电学的性质。了解液晶在显示技术中的应用。例如利用液晶的光学效应制造显示器，计算机的彩色液晶显示器等。学生应该通过自己查阅资料，了解液晶在电子工业、航空工业、生物、医学等领域的广泛应用，关注科学技术的最新成就和发展趋势。
【学情分析】
（一）学情分析
学生了解不同的固体在外观上存在差异，例如食盐、天然石晶外形规则，而沥青、橡胶等没有规则外形，教学时引导学生回忆不同固体外形差异，结合图片、视频等资源丰富学生对固体的认识，介绍固体分为晶体和非晶体两类。直观的实验能让学生形成丰富的感性认识，教学时可以演示石蜡在玻璃片和云母片熔化后的形状以及双折射实验，认识晶体物理性质的各向异性。
【教学目标】
（一）教学目标
[物理观念]知道晶体、非晶体、单晶体和多晶体，了解各向异性、各向同性及晶体的微观结构，能解释相关的现象。
[科学思维]掌握单晶体的各向异性，理解晶体的微观结构，能够解决相关的问题。
[科学探究]学会用实验探究晶体与非晶体物理性质的差异，学会认真观察并与他人合作，提高实验技能。
[科学态度与责任]掌握晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别，培养严谨的科学态度，激发探索科学的兴趣。
【教学重难点】
（一）教学重难点
学习重点:
晶体和非晶体、晶体的微观结构
学习难点:
晶体与非晶体、单晶体与多晶体区别
【新课导入】
（一）新课导入
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。
【新课讲解】
（一）晶体和非晶体
晶体和非晶体
(1)单晶体
有规则的几何外形，不同晶体几何形状不同
单晶体物理性质表现为各向异性
演示实验1 石蜡在云母片和玻璃片熔化
演示实验2 方解石双折射现象（实验录像）
具有固定熔点
(2)多晶体
由许多单晶体杂乱无章组合而成
物理性质表现为各向异性
图 1 多晶体由单晶体构成
每个单晶体物理性质各向异性，它们的杂乱无章组合构成多晶体，物理性质表现为各向同性
有固定熔点
(3)非晶体
无规则的外形
无熔点
物理性质为各向同性
某种物质是晶体还是非晶体，或者是单晶体还是多晶体不是绝对的。许多物质既能以晶体状态存在，又能以非晶体状态存在。例如，一般的硅是多晶体，制作晶体管的硅是单晶体，而制作太阳能电池的材料中含有一种非晶态硅；天然石英是晶体，作为工艺品的石英器皿或某些光学仪器部件是熔凝石英，是非晶体。
（一）晶体的微观结构
晶体的微观结构
1、晶体微观结构的特点:
（1）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，具有空间上的周期性.
（2）有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体。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:石墨和金刚石的微观结构.
（3）晶体和非晶体并不是绝对的，它们在一定条件下可以相互转化。
例如：天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶（即石英玻璃）却是非晶体.
（4）微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动.
2、用晶体的微观结构解释晶体的特征
（1）为什么晶体具有规则的几何外形？
由于晶体的物质微粒是按照一定的规则在空间中整齐地排列的，表现在外形上具有规则的几何形状，且不同类型的晶体结构，决定了各种晶体的不同外形.
（2）如何解释物理性质的各向异性呢？
在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体的不同方向上物理性质的不同.
（3）熔点为什么固定？
晶体溶化时，吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化.
非晶体熔化时，先变软，然后变成粘滞性很大的液体，温度不断升高.
课堂练习2、关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是 (　　)
A．可以根据各向同性或各向异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，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球一定是单晶体
D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则一定是多晶体
解析：多晶体和非晶体都显示各向同性，只有单晶体显示各向异性。单晶体的某些物理性质具有各向异性而另外某些物理性质具有各向同性
答案：C
【板书】
（一）板书
§ 4 固体
项目 分类 外形 物理性质
非晶体 没有确定的形状 ①没有固定熔点 ②导电、导热、光学性质表现为各向同性.
晶体 单晶体 有天然规则的形状 ①有确定的熔点(部分晶体) ②导热、导电、光学性质表现为各向异性（部分晶体）
多晶体 没有确定的形状 ①有确定的熔点 ②导热、导电、光学性质表现为各向同性
【课后反思】
（一）课后反思
本节课所学的知识有：
1.固体可分为晶体和非晶体两大类。
2.晶体和非晶体在外形、物理性质上的差别。
3.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，多晶体的性质与非晶体类似。
4.固体材料在生活、生产、科学、研究等方面的应用。

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