晶体与非晶体
人教版高中物理选修3-3课件晶体与非晶体
晶体各向异性的微观解释 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试晶体的物理性能 时测量结果不同．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 都能在各物理性质上表现出各向异性，例如云母、石膏晶体 在导热性上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快 慢不同；方铅矿晶体在导电性上表现出显著的各向异性—— 沿不同方向电阻率不同；立方形的铜晶体在弹性上表现出显 著的各向异性——沿不同方向的弹性不同；方解石晶体在光 的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同．
雪 花
冰糖
金刚石
石墨
水晶石
思考
什么是晶体？什么是非晶体？ 晶体有什么特点和性质？ 晶体和非晶体的本质区别是什么？
1.
概念 晶体：晶体是原子、离子或分子按照一定的周 期性，在结晶过程中，在空间排列形成具有一 定规则的几何外形的固体。 非晶体：是内部质点在三维空间不成周期性重 复排列的固体，具有近程有序，但不具有长程 有序。
有的物质有几种晶体，是因为它们
的物质微粒能形成不同的晶体结 构．
天然水晶球里的玛瑙和水晶
玛瑙
水晶
玛瑙和水晶都是SiO2的晶体，不同的是玛瑙是熔融态 SiO2快速冷却形成的，而水晶则是熔融态SiO2缓慢冷 却形成的。
石英玻璃
观察· 思考
请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体：
水晶石
2、晶体有三个特征：
(1)晶体有整齐规则的几何外 形； (2)晶体有固定的熔点，在熔 化过程中，温度始终保持不变；
区分晶体和非晶体方法
区分晶体和非晶体方法
晶体和非晶体是固体材料的两种基本结构状态。
晶体具有有序排列的结构、定向性良好和规则的几何形状，而非晶体没有有序排列的结构、定向性较差和无规则的几何形状。
下面是一些区分晶体和非晶体的方法：
1. X射线衍射：晶体材料的结构具有明显的点阵结构，可以通过X射线衍射图谱来确定其晶体结构。
而非晶体材料没有点阵结构，因此X射线衍射图谱呈现出弥散环形。
2. 热分析：晶体材料在特定温度范围内具有明显的热稳定性，即熔点和结晶温度。
非晶体材料则没有这些性质，其热分析图形似乎缺少明显的熔点和结晶峰。
3. 密度：晶体材料的密度通常比同种元素的非晶体材料高，因为晶体具有更紧密的结构和更少的空隙。
4. 光学性质：晶体具有各向异性，即其物理性质（如光学、电学和磁学等）取决于不同方向的取向。
而非晶体的物理性质是各向同性的。
5. 硬度：晶体材料的表面有规则的细微结构，通常比非晶体材料更坚硬。
6. 拉伸性能：晶体通常具有较好的拉伸性能，而非晶体则通常较为脆性。
晶体和非晶体的区别
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非晶体内部原子或分子的排列是无规律的，因 此其外形通常是不规则的，没有固定的形状。
非晶体具有各向同性
非晶体在不同方向上的物理性质基本相同，没 有明显的方向性差异。
非晶体没有固定的熔点
非晶体在加热时逐渐软化，最终变成液体，没有固定的熔点。
晶体与非晶体物理性质的对比
晶体具有规则的几何外形和非晶体没有规则的几 何外形形成了鲜明的对比。
在实际应用中，晶体和非晶体的差异也很大，如陶瓷、玻璃、塑料等材料中，非晶体材料通常具有较好 的韧性和塑性，而晶体材料则具有较高的硬度和强度。
04
物理性质
晶体物理性质
晶体具有规则的几何外形
晶体具有固定的熔点，且在熔化过程中保持固定的温度不 变。晶体还具有规则的几何外形，这是因为晶体内部原子 或分子的排列是有规律的。
等。
非晶体定义
01 非晶体是指原子、分子或离子的排列不具有长程 有序性和对称性的固体物质。
02 非晶体内部原子、分子或离子的排列是混乱无序 的，导致非晶体没有规则的几何外形。
02 非晶体的物理性质通常表现为各向同性，即在不 同方向上表现出相同的性质。
晶体与非晶体的性质比较
光学性质
晶体具有光学各向异 性，即在不同方向上 表现出不同的光学性 质；非晶体则表现为 光学各向同性。
橡胶制品
非晶体材料如天然橡胶、合成橡胶等 可用于制造各种橡胶制品，如轮胎、
鞋底等。
塑料制品
非晶体材料如聚乙烯、聚丙烯等是塑 料的主要成分，广泛用于制造各种塑 料制品。
晶体与非晶体的区别
晶体与非晶体的区别晶体和非晶体是固态物质中两种不同的结构形式。
晶体具有高度有序的排列结构，而非晶体则没有明显的长程有序结构。
这两种结构之间存在着一系列的差异，涉及到原子排列、物理性质和应用领域等方面。
在本文中，我们将详细探讨晶体和非晶体的区别。
1. 原子排列晶体的原子排列具有高度的有序性，呈现出周期性的排列模式。
晶体中的原子、分子或离子从排列的角度上看，通常呈现出三维空间的重复性结构。
晶体的原子间距、配位数和晶格常数等参数都有明确的值。
晶体的原子排列可以分为几个基本类型，包括立方晶系、正交晶系和六角晶系等。
相比之下，非晶体的原子排列没有明显的有序性。
非晶体的原子结构呈现出无规则的、无周期性的排列方式。
非晶体中的原子或分子以无序或部分有序的方式排列。
这种无序排列导致了非晶体的结构没有明确的晶格常数，也没有确定的配位数。
2. 物理性质晶体和非晶体之间也存在很多物理性质方面的差异。
以下是其中一些具有代表性的区别：硬度：大多数晶体比非晶体更硬。
这是由于晶体的有序结构使得其原子间的结合更加紧密。
透明性：晶体通常具有较高的透明性，可以使光线较容易通过，因此具有较好的光学性质。
相比之下，非晶体通常会因为其无序结构而使光线发生散射，导致其透明性较差。
融点：晶体的融点通常较高，因为其具有较强的化学键强度。
而非晶体的融点较低，因为原子之间的无序排列导致了较弱的化学键强度。
热稳定性：晶体通常具有较好的热稳定性，具有较高的熔点和更慢的热传导速度。
相比之下，非晶体的热稳定性较差，容易在高温条件下发生结构松散或相变。
3. 应用领域由于晶体和非晶体在结构和性质上的差异，它们在不同的应用领域中具有不同的用途。
晶体在电子学和光学领域中有广泛的应用。
例如，硅晶体在电子芯片制造中被广泛使用。
晶体中的周期性结构使其具有良好的半导体特性，适用于制造晶体管和集成电路等器件。
晶体还广泛应用于光学器件，如激光、光纤和太阳能电池等。
非晶体则在玻璃制造、陶瓷和塑料制造领域得到广泛应用。
晶体和非晶体的区别有哪些 如何区分二者
晶体和非晶体的区别有哪些如何区分二者
晶体和非晶体的区别有：1.晶体和非晶体的定义不同；2.晶体和非晶体两者常见的类型不同，晶体主要以冰，水晶，石英，金刚石等为主，非晶体以玻璃，沥青等为主；3.晶体和非晶体的特性不同。
晶体和非晶体的区别
1晶体和非晶体的区别
1、自范性(本质区别)
晶体：有
非晶体：无
自范性指在适当的条件下可以自发地形成几何多面体的性质。
2、是否均一
晶体：均一
非晶体：不均一
均一性是指晶体整体内部质点的周期性重复排列而形成的宏观意义上的各部分性质相同，如水晶各个部位的相对密度、膨胀系数、热导率都相同。
3、固定熔、沸点
晶体：熔化时具有一定的熔化温度。
非晶体：熔化时没有一定的熔化温度。
4、某些物理性质的各向异性
晶体：有
非晶体：无
各向异性在晶体格子构造中，除对称原因外，往往不同方向上质点的排列是不一样的，因此晶体的性质也会随方向的不同而有所差异，如不同方向上硬度和解理的差异等都是晶体
异向性的表现。
5、能否发生X-射线衍射(最科学的区分方法)
晶体：能
非晶体：不能(能发生散射)
2晶体和非晶体的特点
晶体特点：
（1）晶体有整齐规则的几何外形；
（2）晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变；
（3）晶体有各向异性的特点。
非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体.它没有一定规则的外形,如玻璃、松香、石蜡等。
它的物理性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性”。
它
没有固定的熔点，所以有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动性很小的液体”。
初中物理晶体非晶体口诀
初中物理晶体非晶体口诀
晶体与非晶体口诀
一、晶体：
1、晶体内部结构有序，原子或分子排列位置非常规整，且有固定形状及定向性；
2、晶体可以分割成具有完全相同形状和结构的一副或多副小晶体；
3、晶体具有一定的晶格，其中原子或分子排列有规律，晶格间具有一定的理论间隙；
4、晶体属于固态物质，其形状受外界力的作用而发生变化；
5、晶体有电学性质，晶体的电学性质受接触电位的影响，会有正负带电；
6、晶体的物理性质相对稳定。
二、非晶体：
1、非晶体内部没有固定的结构，不具备定向性；
2、非晶体没有完全规律的晶格结构，没有理论间隙，不能像晶体一样被分割；
3、非晶体属于液态或气态，其形状受外界压力的变化而发生变化；
4、非晶体受热的影响而发生变化，其物理性质随温度的变化而不断变化；
5、非晶体没有电学性质。
晶体与非晶体
测温：胆甾型
四．气体
（１）饱和汽：与液体处于动态平衡时的蒸汽 （２）饱和汽压：某种饱和汽具有的压强 与温度有关，与体积无关 （３）湿度：空气的干湿程度 绝对湿度：空气中水蒸汽的压强 相对湿度：绝对湿度与同温度下饱和汽压的百分比
第三章：液体
一、液体的表面张力
１、液体表面有收缩趋势
２．表面张力
（１）定义：这种使液体表面各部分间相互吸引的力 （２）特点： Ａ、液体表面分子受到的力的合力 Ｂ、指向液体内部 Ｃ、在液体表面与表面相切 （３）相关现象 液体水珠呈球形等。
３．液晶
（1）特点： 即有流动性、各向异性 （2）应用 液晶显示器：向列型
一、晶体与非晶体 一、固体分类
晶体
单晶：如盐、味精、明矾、水晶
多晶：金、银、铁等金属
如玻璃、蜂蜡、沥青、橡胶等 非晶体：
二、晶体的宏观特性
１．单晶：具有规则几何形状，导热与导 电具各向异性。 ２．多晶：无规则几何形状，导热与导 电具各向同性。 ３．晶体具有固定的熔点
三、非晶体的宏观特性
１．无规则几何形状，导热与导电具各向 同性。 ２．无固定的熔点
晶体与非晶体PPT
1.3.3 晶体的概念 晶体是内部质点在三维空间周期性重 复排列的固体。
1.4晶体结构的空间格子规律
1.4.1空间格子概念 是表示晶体结构中质点重复规律的立 体 几何图形。
1.4.2晶体结构中空间格子的选取
以NaC1为例：棱方向：重复周期0.564nm， 面对角线方向：重复周期0.399nm。
NaC1的晶体结构模型
对结构进行抽象：
首先，在结构中任选一几何点（氯离 子
或钠离子的中心，或其它任意一点）；
以此点为标准，把结构中这样的点全 找
出来－等同点或相当点。
NaC1结构一个平面内 Cl- 和Na+以及相当点的分布
相当点的条件：
⑴如果原始点选在质点中心，则所有 质点的种类要相同。 ⑵相当点周围的环境要相同。即相当 点
实验
把任意形态的NaCl颗粒，置于它的过饱和 溶 液中一段时间后，都可以恢复立方体的几何 外形。 立方体外形的和任意形态的石盐，具有完全 相同的物质组成和物理、化学性质。
1.3.2晶体概念的发展
规则几何多面体外形只是晶体的一种 表
象，晶体的本质是什么呢？
下面介绍几位科学家对晶体概念由浅 入
深的认识。
针状辉锑矿晶体 (antimonite, Sb2S3)
片状云母晶体
金刚石晶体
Diamond in kimberlite
Approx. 1 x 1 x 1 cm
电气石晶体(Tourmaline)
天河石晶体 Amazonite
天河石晶体Amazonite
铁铝榴石almandine
铬钒钙铝榴石 Grossulars
长短和交角大小决定。
单位平行六面体
在三位空间移动单位平行六面体，就 可以重复出整个空间格子。
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第一章 晶体与非晶体
如萤石的解理块为八面体，仅靠八面体 不能堆砌出完整的晶体。
萤石的八面体解理块
Crystallography
第一章 晶体与非晶体
⑵许多晶体，如石英，不能破碎成几何 多面体。 ⑶最小的平行六面体并不是“分子”。
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第一章 晶体与非晶体
惠更斯：认为晶体中质点的有序排列导
单晶材料：多为人工合成的功能晶体材料 多晶材料：陶瓷、耐火材料、水泥熟料等
金属材料：纯金属、合金等都是晶体。
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第一章 晶体与非晶体
⑵工业原料－主要组成相是晶体。 天然矿石原料 人造化工原料 工业废渣 工业尾矿
Crystallography
第一章 晶体与非晶体
Crystallography
第一章 晶体与非晶体
NaC1晶体的抗拉强度的异向性 （单位：g/mm2）
Crystallography
第一章 晶体与非晶体
晶体结构的不同方向， 质点的排列方式不同
Crystallography
第一章 晶体与非晶体
⑶均一性 同一晶体任何部位的物理性质和化学组 成均相同。 如何理解晶体异向性和均一性的统一？
Crystallography
第一章 晶体与非晶体
自然金（111）面上金原子的分布 （原子力扫描隧道显微镜）
Crystallography
第一章 晶体与非晶体
1.3.3 晶体的概念 晶体是内部质点在三维空间周期性重 复排列的固体。
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第一章 晶体与非晶体
1.4晶体结构的空间格子规律
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第一章 晶体与非晶体
天河石晶体Amazonite
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第一章 晶体与非晶体
铁铝榴石almandine
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第一章 晶体与非晶体
铬钒钙铝榴石 Grossulars
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。
第一章 晶体与非晶体
透石膏中的自然铜晶体
石英晶体（左）和石英玻璃（右）
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第一章 晶体与非晶体
晶体欣赏
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第一章 晶体与非晶体
纤维状蛇纹石石棉晶体
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第一章 晶体与非晶体
针状辉锑矿晶体 (antimonite, Sb2S3)
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第一章 晶体与非晶体
石英晶簇 (SiO2)
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石膏晶体 (CaSO4.2H2O)
第一章 晶体与非晶体
石盐晶体 （NaCl)
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黄铁矿晶体 (FeS2)
第一章 晶体与非晶体
早期的关于晶体的概念: 晶体是天然形成的具有几何多面体外形 的固体。 这个概念显然是表观的和不完善的。
膨润土
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第一章 晶体与非晶体
蒙脱石晶体 Montmorillonite
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第一章 晶体与非晶体
碳酸钙晶体
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第一章 晶体与非晶体
碳酸钙晶体
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第一章 晶体与非晶体
陶瓷中的氧化铝晶体
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片状云母晶体
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第一章 晶体与非晶体
金刚石晶体 Diamond in
kimberlite Approx. 1 x 1 x 1
cm
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第一章 晶体与非晶体
电气石晶体(Tourmaline)
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第一章 晶体与非晶体
天河石晶体 Amazonite
致晶体具有一定的多面体外形。
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第一章 晶体与非晶体
布拉维（A.Bravais） 推导出32种对称型和14种空间格子，提 出晶体结构的空间格子理论。
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第一章 晶体与非晶体
劳埃(Max Von Laue)，德国科学家。 发现了晶体的X射线衍射现象； 证实了晶体结构点阵理论的正确性； 为研究晶体结构提供了一种手段； 开创x射线结晶学。
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第一章 晶体与非晶体
⑶面网：结点在平面上的分布即构成面 网。显然，任意两相交的行列即可构成 一个面网．
空间格子中的面网
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第一章 晶体与非晶体
面网密度：面网上单位面积的结点数。 相互平行的面网，面网密度相同； 互不平行的面网，面网密度一般不同。
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第一章 晶体与非晶体
⑷对称性 所有的晶体都是对称的。晶体的对称 不但表现在外形上，其内部构造和物 理性质也是对称的。
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第一章 晶体与非晶体
⑸稳定性 在相同的热力学条件下，晶体与同种成 分的非晶质体、液体、气体相比，以晶 体最为稳定。
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第一章 晶体与非晶体
AYAluGmiLnAiuSmEGRaRrnOeDt-D(Yop3AanLt：5ON12eYodttyrimumium, Erbium )
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第一章 晶体与非晶体
BaTiO3
LiTaO3 晶体
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1.4.1空间格子概念 是表示晶体结构中质点重复规律的立体 几何图形。
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第一章 晶体与非晶体
1.4.2晶体结构中空间格子的选取
以NaC1为例：棱方向：重复周期0.564nm， 面对角线方向：重复周期0.399nm。
NaC1的晶体结构模型
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第一章 晶体与非晶体
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第一章 晶体与非晶体
⑵ 行列：分布在同一直线上的结点构成 行列。显然，由任意两结点就决定一个 行列。
空间格子中的行列
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第一章 晶体与非晶体
结点间距：一个行列中相邻两结点间的 距离为该行列的结点间距。 同一行列的结点间距相同； 相互平行的行列，结点间距相同； 不同方向的行列，结点间距一般不同。
对结构进行抽象： 首先，在结构中任选一几何点（氯离子 或钠离子的中心，或其它任意一点）； 以此点为标准，把结构中这样的点全找 出来－等同点或相当点。
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第一章 晶体与非晶体
NaC1结构一个平面内 Cl- 和Na+以及相当点的分布
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第一章 晶体与非晶体
第一章 晶体与非晶体
第一章 晶体与非晶体
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第一章 晶体与非晶体
主要教学内容
晶体的概念与特点* 空间格子的概念及组成要素* 晶体的基本性质
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第一章 晶体与非晶体
1.1 结晶学的主要研究内容
主要研究晶体的生长、形貌、内部结 构、化学成分、物理性质及它们之间的 相互关系。
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第一章 晶体与非晶体
高岭土(Kaolinite) Crystallography
第一章 晶体与非晶体
高岭石晶体(Kaolinite)
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第一章 晶体与非晶体
高岭石晶体(Kaolinite)
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第一章 晶体与非晶体
第一章 晶体与非晶体
⑹定熔性 指晶体具有固定熔点的性质。
熔 点
t 非晶质体的加热曲线
t 晶体的加热曲线
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第一章 晶体与非晶体
1.6非晶质体 无定形固体； 不具格子构造； 内部结构是统计均一的各向同性体； 没有固定的熔点。
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第一章 晶体与非晶体
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第一章 晶体与非晶体
主要研究内容包括 1.晶体的概念与基本性质** 2.晶体生长理论简介 3.几何结晶学*** 4.晶体结构的几何特征* 5.晶体化学基础**
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第一章 晶体与非晶体
1.2 结晶学与材料学科的关系
⑴材料制品多是晶体或以结晶相为主。 无机非金属材料
第一章 晶体与非晶体
空间格子
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第一章 晶体与非晶体
1.5 晶体的基本性质
⑴自限性（自范性） 晶体在合适的条件下，能自发地长成规 则几何多面体外形。
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第一章 晶体与非晶体
晶体的自范性图解
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第一章 晶体与非晶体
⑵各异向性 晶体的几何度量和物理性质常随方向 不同而表现 出量的差异。 例：NaC1晶体在a、b+c、a+b+c方向 上抗拉强度抗拉强度比为1：2：4。
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第一章 晶体与非晶体
研究结果表明： 所有的晶体，无论是否具有几何多面体 形态，其内部质点都是在三维空间周期 性重复排列，形成格子构造。 只是不同的晶体，质点的种类、排列方 式及重复规律不同而已。
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第一章 晶体与非晶体
近代，高分辨率的电子显微镜，可以观 察到晶体结构中原子的排列情况。
相当点的条件： ⑴如果原始点选在质点中心，则所有质