第二章固体结构2教案
材料科学基础_第2章_固体材料的结构
4
共价键
原子间不产生电子的转移，借共用电子对产生的力结合， 如金刚石，单质硅，SiC 特点： 1.饱和性：电子必须由（8－N）个邻近原子共有；
2.具有方向性：氧化硅四面体中硅氧键为109°
3. 脆性：外力作用，原子间发生相对位移，键将被 破坏
配位数与致密度 配位数 CN=12 致密度 k=0.74
25
体心立方结构(特征）
体心立方晶格密排面
26
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
体心立方晶格（间隙及堆垛方式）
间隙: 也是两种，为八面体和四面体间隙， 八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的 中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原围成， 即数量为6。大小为rB=0.154R(在<100>) 或rB=0.633R (在<110>) 。
配位数： CN=8 致密度： k=0.68
31
密排六方晶格原子位置
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密排六方晶格晶胞原子数
33
密排六方晶格密排面
34
密排六方晶格原子配位数
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密排六方晶格(间隙及堆垛方式）
• 间隙: 较为复杂，如图2.34 八面体间隙rB=0.414R 有 6 个 四面体间隙rB=0.225R 有 12 个
图1 Cl和Na离子保持r0的距离
图2 NaCl 晶体
9
•
分子键（范德华力)
以若静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。
特点：除高分子外，键的结合不如化学键牢固，无饱和性， 无方向性。
氢键： 分子间特殊作用力
表达为：X—H—Y 特点：具有饱和性和方 向性，可存在于分子内 或分子间。氢键主要存 在于高分子材料内。
高中物理 第2章 固体 2.2 固体的微观结构教案 鲁科版
第二节 固体的微观结构【知识网络】【教学目标】1.了解固体的微观结构。
会区别晶体和非晶体，列举生活中常见的晶体和非晶体。
2.初步了解材料科学技术的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响。
【自学评价】1、 称为晶体； 称非晶体2、常见的晶体有： ； 常见的非晶体有： 。
3、预习课本，完成下表4、组成晶体的微观粒子按 在空间整齐地排列，微粒的热运动表现为 。
【经典范例】1、下列说法中正确的是 （ ）A 、显示各向异性的物体必定是晶体B 、不显示各向异性的物体必定是非晶体C 、具有确定熔点的物体必定是晶体D 、不具有确定熔点的物体必定是非晶体2、下列说法错误的是 （ ）A 、晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质威力是规则排列的B 、有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构C 、凡各向同性的物质一定是非晶体D 、晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的3、如图所示，食盐的晶体是由钠离子和氯离子组成的。
这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上，都是等距离排列地交错排列的。
已知食盐的摩尔质量是58.5 克/摩，食盐的密度是2.2克/厘米3。
阿伏伽德罗常数为6.0×1023摩-1。
在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离的数值为多少？【思维点播】1、如何正确理解晶体的各向异性晶体 晶体的微观结构固体 非晶体在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。
通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等。
晶体的各向异性是指晶体在不同方向上物理性质不同，也就是沿不同方向去测量晶体的物理性能得到的结果不同。
例如晶体在不同的方向还可以有不同的硬度、弹性、热膨胀性质、导电性能等。
需要注意的是，晶体具有各向异性，并不是说每一种晶体都能在各种物理性能上表现出各向异性，例如云母、石膏晶体在导热性能上表现出显著的各向异性——沿不同的方向传递热的快慢不同；方铅矿晶体在导电性能上表现出显著的各向异性——沿不同的方向电阻率不同；立方体的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同的方向弹性不同；方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向上的折射率不同。
第二章_固体结构-晶向晶面2.2
2） 过坐标原点，作直线 （OP）与待求晶向平行； 3） 在该直线上取点（距原 点最近），并确定该点P的 坐标（x，y，z） 4）该值乘最小公倍数化成 最小整数u，v，w并加以方 括号[u v w]即是。
设坐标，求坐标，化整数，列括号
求法2（两点法）
1. 以晶胞的某一阵点为原点，以晶 轴为坐标轴X、Y、Z，以晶胞的边 长为三坐标轴的长度单位。 2. 确定晶向上任两点的坐标 (x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。 3. 计算x2-x1 ： y2-y1 ： z2-z1 ； 4. 化成最小整数比u：v：w ； 5. 放在方括号[uvw]中，不加逗号， 负号记在上方 。
[uv w]
1、红线代表的晶向由两个结点的坐标之差确定 2、晶向指数同乘、除一个数，晶向不改变。 如[012]---[0 ½ 1]
如图为立方晶系： X轴、Y轴、
Z轴；长度单位a=b=c=1。
例： OD为[101]； Om为：坐标1/2、1、1/2；化
简后[121]；
EF为：[111]
用平行的直线连接起来， 构成三维几何格架
2.1.2 晶胞 组成点阵的具有代表性的基本单
元，称为晶胞
如何选取晶胞？应遵循下述原则
(1)对称性 选取的平行六面体应反映点阵的最高对称性； (2)相等性 平行六面体内的棱和角相等的数目应最多； (3)直角性 当平行六面体的棱边夹角存在直角时，直角数目应最多。 (4)最小性 在满足上述条件的情况下，晶胞体积应最小。
2.2 晶向指数和晶面指数
晶向——通过晶体中任意两个原子中心连成直线来表 示晶体结构的空间的各个方向。 晶面——晶体结构一系列原子所构成的平面。 晶向指数和晶面指数是分别表示晶向和晶面的符号， 国际上用Ｍiller指数（Ｍiller indices ）来统一标定。
三年级科学下册第三单元固体和液体教案
三年级科学下册第三单元-固体和液体教案第一章：认识固体和液体1.1 学习目标：能理解固态和液态的基本特征。
能够通过观察和实验，区分固体和液体。
1.2 教学内容：固态和液态的定义和特征。
观察和实验：用不同的物品（如球体和海绵）来观察固态和液态的特点。
1.3 教学活动：观察不同的物品，如球体和海绵，并描述它们的状态。
进行实验，观察固体和液体的变化。
第二章：固体的形状和结构2.1 学习目标：能理解固体形状和结构的特点。
能够通过实验和观察，探索固体的形状变化。
2.2 教学内容：固体的形状和结构的特点。
实验和观察：用不同的物品（如积木和橡皮泥）来探索固体的形状变化。
2.3 教学活动：观察和实验：用积木和橡皮泥制作不同的形状，并观察它们的变化。
讨论和分享：分享自己的观察和发现，讨论固体的形状和结构的特点。
第三章：液体的特点3.1 学习目标：能理解液态的基本特征。
能够通过观察和实验，探索液体的特点。
3.2 教学内容：液态的定义和特征。
观察和实验：用不同的物品（如水、沙子和盐水）来观察液体的特点。
3.3 教学活动：观察和实验：用不同物品观察液体的特点，如水、沙子和盐水。
讨论和分享：分享观察结果，讨论液体的特点。
第四章：液体的变化4.1 学习目标：能理解液体变化的现象。
能够通过实验和观察，探索液体的变化。
4.2 教学内容：液体变化的现象。
实验和观察：用不同的物品（如冰块和水）来观察液体的变化。
4.3 教学活动：观察和实验：用冰块和水进行实验，观察液体的变化。
讨论和分享：分享观察结果，讨论液体的变化现象。
第五章：固体和液体的应用5.1 学习目标：能理解固体和液体在日常生活中的应用。
能够通过观察和实验，探索固体和液体的实际应用。
5.2 教学内容：固体和液体在日常生活中的应用。
观察和实验：用不同的物品（如饮料杯和吸管）来观察固体和液体的实际应用。
5.3 教学活动：观察和实验：用饮料杯和吸管进行实验，观察固体和液体的实际应用。
高二物理课《固体》优秀教案
高二物理课《固体》优秀教案一、教学内容本节课选自高二物理教材《固体》章节，主要详细内容包括：固体的基本概念、晶体结构和特性、非晶体特性及其与晶体区别、固体的力学性质和热学性质等。
二、教学目标1. 理解并掌握固体的基本概念、晶体和非晶体的特性及其区别。
2. 学会分析固体的力学性质和热学性质，并能运用相关概念解释实际问题。
3. 培养学生的观察能力、逻辑思维能力和合作学习能力。
三、教学难点与重点教学难点：晶体结构、固体性质的理解与应用。
教学重点：固体基本概念、晶体和非晶体的区别、固体性质的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：固体模型、多媒体课件、实验器材等。
2. 学具：笔记本、教材、练习本等。
五、教学过程1. 导入：通过展示日常生活中的固体实例，引发学生对固体性质的思考。
2. 新课导入：讲解固体的基本概念、晶体和非晶体的区别，引导学生学习晶体结构。
3. 实践情景引入：进行固体实验，观察晶体和非晶体的特点，让学生亲身体验。
4. 例题讲解：分析典型例题，讲解固体性质的运用。
5. 随堂练习：布置相关习题，巩固所学知识，并及时解答学生疑问。
6. 小组讨论：分组讨论固体性质在实际生活中的应用，培养学生的合作学习能力。
六、板书设计1. 固体的基本概念2. 晶体结构及特性晶体的定义晶体结构晶体特性3. 非晶体特性及与晶体的区别4. 固体的力学性质和热学性质5. 例题解析6. 课后作业七、作业设计1. 作业题目：（1）简述固体的基本概念及其分类。
（2）分析晶体和非晶体的区别，举例说明。
（3）根据固体性质，解释下列现象：A. 冬天玻璃窗上的冰花是如何形成的？B. 为什么金属丝在拉伸过程中容易断裂？2. 答案：（1）固体：具有一定形状和体积，不易压缩的物质。
分类：晶体、非晶体。
（2）晶体和非晶体的区别：A. 晶体：具有有序的、周期性的原子或分子排列。
B. 非晶体：没有有序的、周期性的原子或分子排列。
举例：水晶（晶体）、玻璃（非晶体）。
《固体》教案2(新人教版选修3-3)
第二章固体主体探究与意义建构意义学习本章内容从宏观领域、微观领域以及运用和发展的历程讲述固体的分类和微观结构特点，并介绍了材料科学在生产生活中的应用，对于拓展学生的知识层面以及提高学生对一些自然现象和新型科技知识的理解有积极的意义，内容从古陶器和纳米技术入手，在实验观察的基础上认识晶体与非晶体的区别、晶体的结构特点、固体的微观结构，并介绍材料科学在人类文明中的应用，初步建立固体结构的基本概念，了解材料科学的发展前景。
高考聚焦本章内容为选考内容，能力层次要求较低，固体的微观结构、晶体和非晶体是本章的重点。
课题探究1.你能不能列举一下你生活中接触的固体材料，并分析哪些是晶体哪些是非晶体？提示：阅读课本并查阅相关的资料和网页进行回答。
2.你能列举一下新材料在生产生活中有哪些应用吗？提示：阅读课本并查阅相关的资料和网页进行回答。
创新学习法1.学习晶体与非晶体的结构特点时，注重实验观察，增强知识的直观性，并通过对比加强学生对知识的理解。
2.利用丰富的实例、图片、视频等观察不同类型的晶体，增强直观性，充分了解固体的微观结构和晶体的结合类型。
第一节晶体和非晶体教材分析与教学建议【三维目标】知识与技能1.了解晶体和非晶体的宏观特性2.能够区分晶体和非晶体过程与方法1.通过交流和讨论以及实验观察，能够区分晶体和非晶体2.通过实验探究，认识晶体和非晶体不同的物理特性情感态度与价值观通过实验探究，培养学生主动与人合作的精神以及将自己的见解与他人交流的愿望【重点难点】重点和难点：晶体与非晶体的宏观特性在实验观察的基础上，学习晶体与非晶体的宏观特性，既可以增加知识的直观性，又可以通过对比加深对知识的理解。
【课时建议】新授课1课时【情境设计】请大家准备一些颗粒大小不同的食盐、冰糖和碎玻璃，一只放大镜，一只深颜色的纸。
将食盐、冰糖或碎玻璃，用放大镜仔细观察这些小颗粒。
问题导引：你看看这些小颗粒的结构有什么不同呢？点拨提示：通过观察，可以发现食盐、冰糖颗粒具有规则的几何形状，而玻璃没有，增进学生对晶体与非晶体的区别的直观了解。
2024年《认识固体》公开课标准教案
2024年《认识固体》公开课标准教案一、教学内容本节课选自2024年教材《物理与生活》第二章第四节“认识固体”。
详细内容包括：固体概念、固体分类、固体性质、晶体与非晶体、固体模型等。
二、教学目标1. 解固体基本概念、分类及性质；2. 理解晶体与非晶体区别；3. 掌握固体模型及其应用；4. 培养学生观察能力、动手能力和创新能力。
三、教学难点与重点重点：固体概念、分类、性质及晶体与非晶体区别。
难点：固体模型理解与应用。
四、教具与学具准备1. 教具：固体样品（金属、塑料、橡胶等）、显微镜、投影仪；2. 学具：固体模型制作材料、实验报告册。
五、教学过程1. 导入：通过展示生活中常见固体物品，引导学生关注固体，激发学习兴趣。
2. 新课导入：介绍固体概念、分类及性质，让学生对固体有初步认识。
3. 实践情景引入：分发固体样品，让学生观察、触摸，感受固体特点。
4. 例题讲解：讲解晶体与非晶体区别，通过实物展示让学生更直观地理解。
5. 随堂练习：让学生根据所学知识，判断给定物质是晶体还是非晶体。
6. 固体模型学习：介绍固体模型，引导学生通过制作模型，加深对固体结构理解。
7. 小组讨论：分组讨论固体性质及应用，培养学生团队协作能力。
六、板书设计1. 固体概念、分类、性质；2. 晶体与非晶体区别；3. 固体模型及制作方法；4. 固体性质及应用。
七、作业设计1. 作业题目：（1）列举生活中固体，并说明其分类。
（2）简述晶体与非晶体区别。
（3）制作一个固体模型，并解释其结构。
2. 答案：（1）略。
（2）晶体具有固定熔点，非晶体没有固定熔点。
（3）略。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课通过实践情景引入、例题讲解等方式，让学生对固体有较为深刻认识。
但在固体模型制作环节，部分学生动手能力较弱，需要加强指导。
2. 拓展延伸：（1）收集更多固体样品，让学生进一步解固体多样性；（2）开展固体性质实验，让学生深入解固体性质在实际生活中应用；（3）组织学生参观相关企业，解固体材料在工业生产中应用。
材料物理基础第二章固体结构-(2)空间点阵-201209
42
第二章固体结构（2）习题
1. 用文字阐述以下名词及其它们的关联性和异同点。
晶胞参数 点阵参数 晶格参数 a,b,c,,, 结构基元 晶体结构 晶胞 非初级阵胞 复胞 阵点 空间点阵 阵胞 初级阵胞 原胞 单胞 结晶学元胞
十四种布拉菲点阵 七个晶系
格点
晶格
基本单元
简单晶格
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单位矢量
复式晶格
将周期性重复排列的原子/分子或原子群/分子群称为结构基
元（structural motif）。
结构基元是具有不同种类和几何位置的原子 / 离子的集合，
包含原子或分子的种类和数量及其排列方式，可以是单个原 子/分子，或是在空间以一定方式排列的原子群或分子群。
• 晶体结构可以看作由结构基元在三维空间组成的空间图案， 这些图案按一定的周期平移后可以自身重合。
期重复堆积而成的。
34
固体结构 — 空间点阵
• 晶胞的选择也有多种，通常按照反映晶体结构最高对称性原 则（十四种布拉菲点阵）进行划分 。 • 晶胞参数和其对应的阵胞（单胞）具有相同的点阵参数（a、 b、c和、、），即两者的形状和大小相同。
• 晶胞的结构基元抽象为阵点，就转化为相应的阵胞，在阵胞
31
固体结构 — 空间点阵
aP Triclinic三斜
mP Monoclinic单斜
mC
oP
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oC oI Orthorhombic正交
oF
固体结构 — 空间点阵
hR Rhombohedral菱方
tP Tetragonal四方
tI
33
hP Hexagonal六方
cP
cI Cubic立方
cF
固体结构 — 空间点阵 晶胞：按照晶体结构的周期性划分的几何单元，构成晶体结构 的基本单元，整个晶体可看作是由晶胞在三维空间按一定的周
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2.2金属的晶体结构
2.2.1 三种典型的金属晶体结构
面心立方结构A1或fcc、体心立方结构A2或bcc和密排六方结构A3或hcp三种。
面心立方结构体心立方结构密排六方结构
1.晶胞中的原子数
面心立方结构n = 8*1/8 + 6 * 1/2 = 4体心立方结构n = 8*1/8 + 1 =2密排六方结构n = 12*1/6 +2*1/2 +3 = 6 2.点阵常数与原子半径
晶胞的大小一般是由晶胞的棱边长度即（a,b,c）衡量的，它是表征晶体结构的一个重要基本参数。
如果把金属原子看作刚球，并设其半径为R，根据几何学关系不难求出三种典型金属晶体结构的点阵常数与R之间的关系：
面心立方结构：点阵常数为a，且2a=4 R;
体心立方结构：点阵常数为a，且3a=4 R;
密排六方结构：点阵常数由a和c表示。
在理想的情况下，即把原子看作等径的刚球，可算得c/a=1.633，此时，a=2R；但实际测得的轴比常常偏离此值，即c/a≠1.633，这时，（a2/3+c2/4）1/2=2R。
3.配位数和致密度
所谓配位数(CN)是指晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数；
而致密度是指晶体结构中原子体积占总体积的百分比。
如以一个晶胞来计算，则致密度就是晶胞中原子体积与晶胞体积之比值，即
式中K为致密度；n为晶胞中原子数；v是一个原子的体积。
表 2.7 典型金属晶体结构的配位数和致密度
晶体结构类型配位数（CN）致密度
A1120.74
A28( 8 + 6 )0.68
A312( 6 + 6 )0.74
2.2.2 晶体的原子堆垛方式和间隙
原子密排面在空间一层一层平行的堆垛起来就分别构成以上三种晶体结构。
面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74，是纯金属中最密集的结构。
体心立方结构的致密度为0.68。
金属晶体存在许多间隙，这种间隙对金属的性能、合金相结构和扩散、相变等都有重要影响。
1、体心立方晶格
1).晶胞中的原子数
体心立方晶体每个角上的原子只有1/8个属于这个晶胞,晶胞中心原子完全属于这个晶胞,所以体心立方晶胞中的原子数为8*1/8+1=2.
2).原子半径
原子沿立方体对角线紧密接触.设晶格常数为,则立方体对角线长度为,等于4个原子半径,所以体心立方晶胞中的原子半径.
3).配位数和致密度
体心立方晶格的致密度为:
4).原子密排面和密排排方向
密排面{110} 密排方向: <111>
5).原子堆垛方式
原子面的空隙是有四个原子所构成的,原子排列的紧密程度较差,通常称为次密排面.原子堆垛方式为ababab.
6)晶体中的间隙
体心立方晶格有两种间隙,一种是八面体间隙,另一种是四面体间隙,如右图所示:
位于6个原子所组成的八面体中间的间隙称为八面体间隙，而位于4个原子所组成的四面体中间的间隙称为四面体间隙。
图中实心圆圈代表金属原子，令其半径为rA；空心圆圈代表间隙，令其半径为rB。
rB实质上是表示能放入间隙内的小球的最大半径。
1>八面体间隙
间隙原子半径的计算:
体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等,为不对称的扁八面体间隙.间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为,所以间隙半径为
.
2>四面体间隙
间隙原子半径的计算:
体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等,为不对称的间隙.间隙半径为顶点原子之
间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为,所以间隙半径为
.
原子半径
体心立方结构间隙
2、面心立方晶格
1).晶胞中的原子数
面心立方晶体每个角上的原子只有1/8个属于这个晶胞,六个面中心的原子只有1/2属于这个晶胞,所以面心立方晶胞中的原子数为8*1/8+1/2x6=4.
2).原子半径
在面心立方晶胞中,只有沿着晶胞六个面的对角线方向,原子是互相接触的,面对角线的长度为.它与4个原子半径的长度相等,所以面心立方晶胞的原子半径.
原子半径
3).配位数
所谓配位数是指晶体结构中与任一个原子最近的原子得数目.面心立方晶格的配位数位12.
4).致密度
面心立方晶格的致密度为:
5).原子密排面和密排方向
密排面{111}
密排方向: <110>
6).原子堆垛方式
原子面的空隙是有三个原子所构成的,原子排列较为紧密,原子堆垛方式为abcabc.
7)晶体中的间隙
面心立方晶格有两种间隙,一种是八面体间隙,另一种是四面体间隙,如右图所示:
1>八面体间隙
间隙原子半径的计算:
面心立方晶格八面体间隙属于正八面体间隙.间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为,原子半径为所以间隙半径为:
.
2>四面体间隙
间隙原子半径的计算:
面心立方晶格四面体间隙属于正四面体间隙,间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为,所以间隙半径为: .
3、密排六方晶格
1).晶胞中的原子数
在密排六方晶格中,六方柱每个角上的原子均属于六个晶胞所共有,上,下底面中心的原子同时为两个晶胞所共有,再加上晶胞内的三个原子,故晶胞中的原子数为1/6x12+1/2x2+3=6.
2).原子半径
在密排立方晶胞中,从上下地面可以看出,两个原子半径即等于晶格常数,所以原子半径,所以原子半径.
3).配位数
所谓配位数是指晶体结构中与任一个原子最近的原子得数目.密排六方晶格的配位数位12.
4).致密度
密排六方晶格的致密度为:
5).原子密排面和密排排方向
密排面:{0001}
密排方向:[1120]
6).原子堆垛方式
原子面的空隙是有三个原子所构成的,原子排列较为紧密,原子堆垛方式为ababab.
7)晶体中的间隙
密排六方晶格的八面体间隙和四面面体间隙的形状与面心立方晶格的完全相似,当原子半径相等时,间隙大小完全相等,只有间隙中心在晶胞中的位置不同,如图所示.有关间隙半径的计算请参阅面心立方晶格章节.
1>八面体间隙
间隙原子半径的计算:
体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等,为不对称的扁八面体间隙.间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为,所以间隙半径为.
2>四面体间隙
间隙原子半径的计算:
体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等,为不对称的间隙.间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为,所以间隙半径为
小结:
晶体类型
体心立方
面心立方密排六方
晶胞中的原子数246
原子半径
配位数81212
最密排面和最密排方向
原子堆垛方式ABABAB...ABCABC...ABABAB...
四面体间隙半径/原子半径0.290.2250.225
八面体间隙半径/原子半径0.150.4140.414
2.2.3 多晶型性
有些固态金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构即具有多晶型性，转变的产物称为同素异构体。
例如，铁在912℃以下为体心立方结构。
称为α-Fe；在912～1394℃具有面心立方结构，称为γ-Fe；温度超过1394℃至熔点间又变成体心立方结构，称为δ－Fe。
由于不同晶体结构的致密度不同，当金属由一种晶体结构变为另一种晶体结构时，将伴随有质量体积的跃变即体积的突变。