教学设计1：固态物质

固态物质教学设计一、教学目标1．在物理知识方面的要求：（1）知道晶体和非晶体的区别，知道单晶体和多晶体的区别。（2）了解晶体的空间点阵结构理论和用该理论解释晶体的特性。2．通过对晶体和非晶体的区分，培养学生的科学观察能力和实验能力。3．科学的观察法和实验法是科学研究的重要方法，通过本课程渗透科学方法的教育。二、重点和难点1．教学重点是让学生知道晶体和非晶体的区别，以及单晶体和多晶体的区别。2．理解晶体结构理论（空间点阵结构）和解释晶体各向异性是教学的难点。三、教具1．矿石标本：石英、云母、岩盐等。2．学生分组实验用具：（1）观察食盐和砂糖颗粒形状的区别：两个培养皿（内各有食盐和砂糖）、放大镜。（2）观察晶体各自导热性不同：薄云母片、盖玻璃（事先在一面涂上薄薄的一层蜡）、钢针（有木柄）、酒精灯。3．晶体结构模型：食盐（氯化钠）、金刚石、云母等。4．幻灯片：（1）晶体与非晶体在液态冷却过程中的温度与时间关系曲线。（2）晶体各向异性的微观解释图。四、主要教学过程（一）引入新课我们日常生活和工农业生产上应用的材料有石料、砖、钢铁、木材、塑料、汽油、煤油……，其中应用固体最多。所谓固体其特点是有一定的形状和体积的物质，它在不太大的外力作用下，体积和形状的改变很小。今天对固体的性质进行简单了解。（二）教学过程设计1．固体分为两类：晶体和非晶体。晶体：如石英、云母、食盐、明矾等。非晶体：如玻璃、橡胶、松香、沥青等。晶体和非晶体在外形上和物理性质上都有很大的区别。（1）晶体具有天然的规则几何形状，它的外形是若干个平面围成的多面体。食盐的晶体是立方体；石英的晶体中间是六面棱柱，两端是六面棱锥；明矾晶体是八面体。出示幻灯片，并把石英等较大体积晶体矿石标本展示出来。如图1所示。学生分组实验观察：用放大镜观察，食用精盐的小晶体形状，都是正立方体。用放大镜观察食糖的小颗粒没有固定的几何形状。展示大块松香、沥青等没有规则的外形。（2）晶体在不同方向上的物理性质不同，称为晶体的各向异性。而非晶体不具有这一性质。物理性质有：力学性质（硬度、理解面）、热学性质（导热性、热膨胀性）、电学性质（导电性、压电性）、光学性质（折射率不同、偏光性）。学生分组实验，对比云母和玻璃导热性的区别。烧热的钢针针尖接触涂有石蜡的云母片的背面和涂有石蜡的玻璃片的背面，钢针接触点背面附近石蜡熔化，云母片上石蜡熔化后形成的痕迹是椭圆；而玻璃片上留下石蜡熔化后痕迹是圆。说明云母在平面的各个方向导热性质是不同的；而玻璃（非晶体）在平面各个方向上导热性相同。注意，不是任何晶体都具有力学、热学、电学等物理性质的各向异性。有的晶体在热学性质上各向异性，另一类晶体在光学性质上各向异性。（3）晶体加热熔化时有固定不变的温度（熔点）。晶体加热过程中，随加热时间增加，它的温度升高，从晶体开始熔化到全部熔化完毕，这段时间内虽然继续给它加热，温度却保持不变，此温度叫做晶体的熔点。全部熔化成为液体后，继续加热，温度又不断升高。整个加热过程温度随时间变化的图象，如图2所示。相反的过程，即液体凝固成晶体，也是在一定温度下发生的，在这个过程中，液体虽然不断向外放出热量，温度却保持不变，这个温度叫做晶体的凝固点。在相同条件下，同一种物质的熔点和凝固点是相同的。例如在标准大气压下，冰的熔点和水的凝固点都是0℃非晶体的熔化和凝固过程不同于晶体。非晶体受热时，先从硬变软，然后逐渐变为液态，在这过程中，温度不断升高，没有一定的熔化温度，图3表示非晶体的熔化曲线。2．单晶体与多晶体单晶体：整个物体就是一个晶体。如课上展示的岩盐、方解石等矿石标本。多晶体：整个物体是由许多杂乱无章排列着的小晶体（晶粒）组成的，这样的物体叫做多晶体。平常见到的各种金属材料，如铁、铜、铝等都是多晶体。把纯铁做成样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许许多多的晶粒组成的，晶粒大小在10－3厘米多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性，它在各个方向上的物理性质相同。但是它有固定的熔点和凝固点。3．一些物质存在几点不同形状的单晶体。如石墨和金刚石都是碳的单晶体，它们的外观和特性是不同的。另一些物质又有晶体和非晶体不同形态，如天然水晶和石英玻璃都有二氧化硅成分，但前者是晶体，后者是非晶体。4．晶体的微观结构从1912年人们用X射线窥探晶体的内部结构，得出结论：晶体内部的物质微粒（分子、原子或离子）依照一定的规律在空间排成整齐的行列，构成所谓空间点阵。沿这些物质微粒的行列画出直线来，可以得出若干平行线，物质微粒就在这些平行线的交点上，这些交点叫做空间点阵的结点。晶体的物质微粒的空间点阵结构排列有两个特点：一是周期性，二是对称性。展示出氯化钠（食盐）和金刚石、石墨的晶体空间点阵示意模型和幻灯片。晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释。同样，晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的。图4表示在一个平面上，晶体物质微粒的排列情况。从图上可以看出，沿不同方向所画的等长线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同。直线AB上物质微粒较多，直线AC上最少。正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体在不同方向上的物质性质的不同。非晶体的固体实际上可以看成粘滞性极大的液体。非晶体内部物质微粒排列是无规则的，其结构非常类似液体。因此，非晶体没有天然规则几何形状，各向同性，也没有固定的熔化温度。严格说来，只有晶体才是真正的固体。晶体与非晶体在适当条件下是可以转化的。如石英晶体，熔融过后冷却成为非晶体石英玻璃。