資源簡介

2.4固體 教案
【教材分析】
（一）教材分析
《固體》是《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》選擇性必修第三冊模塊“固體、液體和氣體”主題下的內容。課程標準要求為：了解固體的微觀結構。知道晶體和非晶體的特點。能列舉生活中的晶體和非晶體。通過實例，了解液晶的主要性質及其在顯示技術中的應用。利用熔化的石蠟顯示云母片的各向異性和玻璃片的各向同性。了解材料科學的有關知識及應用，體會它們的發展對人類生活和社會發展的影響。知道半導體的特點，了解半導體技術在生產生活中的應用。初步了解納米材料的特性，關注納米材料的研究和應用及其可能存在的問題。《普通高中物理課程標準(2017年版)解讀》對課程標準的解讀為：能夠比較石墨與金剛石的微觀結構，并能說出它們的特性。要求學生知道晶體和非晶體的特點，能夠從外形、物理性質等方面區別晶體與非晶體。在教學過程中應該通過觀察、實驗等方法讓學生獲得認知。例如用熔化的石蠟顯示云母片和玻璃片的各向異性與各向同性。學生應該能夠列舉一些生產生活中常見的晶體和非晶體，通過討論交流活動豐富認知。要求學生能夠從固體的微觀結構分析晶體與非晶體在外形和物理性質上差異的原因。要求學生了解液晶的微觀結構，知道液晶既有液體的流動性又具有晶體的某些各向異性，它是介于液體與晶體之間的一種過渡態。通過實例了解液晶的主要性質，即液晶的光學性質、磁學性質和電學的性質。了解液晶在顯示技術中的應用。例如利用液晶的光學效應制造顯示器，計算機的彩色液晶顯示器等。學生應該通過自己查閱資料，了解液晶在電子工業、航空工業、生物、醫學等領域的廣泛應用，關注科學技術的最新成就和發展趨勢。
【學情分析】
（一）學情分析
學生了解不同的固體在外觀上存在差異，例如食鹽、天然石晶外形規則，而瀝青、橡膠等沒有規則外形，教學時引導學生回憶不同固體外形差異，結合圖片、視頻等資源豐富學生對固體的認識，介紹固體分為晶體和非晶體兩類。直觀的實驗能讓學生形成豐富的感性認識，教學時可以演示石蠟在玻璃片和云母片熔化后的形狀以及雙折射實驗，認識晶體物理性質的各向異性。
【教學目標】
（一）教學目標
[物理觀念]知道晶體、非晶體、單晶體和多晶體，了解各向異性、各向同性及晶體的微觀結構，能解釋相關的現象。
[科學思維]掌握單晶體的各向異性，理解晶體的微觀結構，能夠解決相關的問題。
[科學探究]學會用實驗探究晶體與非晶體物理性質的差異，學會認真觀察并與他人合作，提高實驗技能。
[科學態度與責任]掌握晶體和非晶體在外形上和物理性質上的區別，培養嚴謹的科學態度，激發探索科學的興趣。
【教學重難點】
（一）教學重難點
學習重點:
晶體和非晶體、晶體的微觀結構
學習難點:
晶體與非晶體、單晶體與多晶體區別
【新課導入】
（一）新課導入
問題：同學們想一下，自然界中物質有幾種存在形式呢？
回答：固態、液態、氣態。這節課我們學習固體。
人類對固體材料的應用，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，若將物質做成納米量級的顆粒，它的原有性質會發生顯著的變化。例如，當物質小到納米量級時，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，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展還是對日常生活都很重要。應用材料、改善材料的前提是認識材料、了解材料。下面學習固體材料的分類及特性。
【新課講解】
（一）晶體和非晶體
晶體和非晶體
(1)單晶體
有規則的幾何外形，不同晶體幾何形狀不同
單晶體物理性質表現為各向異性
演示實驗1 石蠟在云母片和玻璃片熔化
演示實驗2 方解石雙折射現象（實驗錄像）
具有固定熔點
(2)多晶體
由許多單晶體雜亂無章組合而成
物理性質表現為各向異性
圖 1 多晶體由單晶體構成
每個單晶體物理性質各向異性，它們的雜亂無章組合構成多晶體，物理性質表現為各向同性
有固定熔點
(3)非晶體
無規則的外形
無熔點
物理性質為各向同性
某種物質是晶體還是非晶體，或者是單晶體還是多晶體不是絕對的。許多物質既能以晶體狀態存在，又能以非晶體狀態存在。例如，一般的硅是多晶體，制作晶體管的硅是單晶體，而制作太陽能電池的材料中含有一種非晶態硅；天然石英是晶體，作為工藝品的石英器皿或某些光學儀器部件是熔凝石英，是非晶體。
（一）晶體的微觀結構
晶體的微觀結構
1、晶體微觀結構的特點:
（1）組成晶體的物質微粒（分子或原子、離子）依照一定的規律在空間中整齊地排列，具有空間上的周期性.
（2）有的物質在不同條件下能夠生成不同的晶體。那是因為組成它們的微粒能夠按照不同規則在空間分布.例:石墨和金剛石的微觀結構.
（3）晶體和非晶體并不是絕對的，它們在一定條件下可以相互轉化。
例如：天然水晶是晶體，而熔化以后再凝固的水晶（即石英玻璃）卻是非晶體.
（4）微粒的熱運動表現為在一定的平衡位置附近不停地做微小的振動.
2、用晶體的微觀結構解釋晶體的特征
（1）為什么晶體具有規則的幾何外形？
由于晶體的物質微粒是按照一定的規則在空間中整齊地排列的，表現在外形上具有規則的幾何形狀，且不同類型的晶體結構，決定了各種晶體的不同外形.
（2）如何解釋物理性質的各向異性呢？
在不同方向上物質微粒的排列情況不同，才引起晶體的不同方向上物理性質的不同.
（3）熔點為什么固定？
晶體溶化時，吸收的熱量全部用來破壞規則的排列，溫度不發生變化.
非晶體熔化時，先變軟，然后變成粘滯性很大的液體，溫度不斷升高.
課堂練習2、關于晶體和非晶體，下列說法中正確的是 (　　)
A．可以根據各向同性或各向異性來鑒別晶體和非晶體
B．一塊均勻薄片，沿各個方向對它施加拉力，發現其強度一樣，則此薄片一定是非晶體
C．一個固體球，如果沿其各條直徑方向的導電性不同，則該球一定是單晶體
D．一塊晶體，若其各個方向的導熱性相同，則一定是多晶體
解析：多晶體和非晶體都顯示各向同性，只有單晶體顯示各向異性。單晶體的某些物理性質具有各向異性而另外某些物理性質具有各向同性
答案：C
【板書】
（一）板書
§ 4 固體
項目 分類 外形 物理性質
非晶體 沒有確定的形狀 ①沒有固定熔點 ②導電、導熱、光學性質表現為各向同性.
晶體 單晶體 有天然規則的形狀 ①有確定的熔點(部分晶體) ②導熱、導電、光學性質表現為各向異性（部分晶體）
多晶體 沒有確定的形狀 ①有確定的熔點 ②導熱、導電、光學性質表現為各向同性
【課后反思】
（一）課后反思
本節課所學的知識有：
1.固體可分為晶體和非晶體兩大類。
2.晶體和非晶體在外形、物理性質上的差別。
3.晶體可分為單晶體和多晶體，通常說的晶體及性質是指單晶體，多晶體的性質與非晶體類似。
4.固體材料在生活、生產、科學、研究等方面的應用。

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