第一节晶体的宏观特征
一、教学目标
．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。

．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。

．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
．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。

．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
．矿石标本：石英、云母、岩盐等。

．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。

．晶体结构模型：食盐（氯化钠）、金刚石、云母等。

．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。

[教学过程]
一晶体的基本特点
人们最开始认识晶体是从观察外部形态开始的。

把具有天然的而不是经人工加工的规律的几何外形固体称为晶体。

如：石英，锆石英，食盐，但许多物质，虽然不具有明显的规则多面体外形，却具有晶体性质，也就是说，这种规则的多面体并不能反映晶体的实质，它只是晶体内部某种本质因素的规律性在外表上的一种反映，直到上世纪初，1912年劳厄（德国的物理学家）第一次成功茯得晶体对X射线的衍射线的图案，才使研究深入到晶体的内部结构，才从本质上认识了晶体，证实了晶体内部质点空间是按一定方式有规律地周期性排列的。

晶体的现代定义：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。

（具有格子构造）
晶体，非晶体—内部结构显著不同—性质显著不同。

性质与结构紧密相关，通过学习性质可区分晶体、非晶体。

1. 各向异性
晶体对光、电、磁、热以及抵抗机械和化学作用在各个方向上是不一样的（等轴系晶
体除外）。

如：石墨的导电率不同方向差别很大，垂直方向为层平行方向1/104。

兰晶石硬度，AA方向莫氏硬度4.5，BB方向7，食盐晶体抗张强度，对角线方向最大，垂直晶面方向最小。

晶体的各向异性是区别于物质其它状态最本质性质。

2. 固定熔点
晶体在熔化时必须吸收一定的熔融热才能转变为液态(同样在凝固时放出同样大小的结晶热)，见晶体加热曲线：随时间增加，温度升高，T0时，晶体开始熔解，温度停止上升，此时所加的热量，用于破坏晶体的格子构造，直到晶体完全熔解，温度才开始继续升高
图1.1 固体的加热曲线
3．稳定性
晶体能长期保持其固有状态而不转变成其它状态。

这是晶体具有最低内能决定的，内能小，晶体内的质点规律排列，这是质点间的引力斥力达到平衡，结果内能最小，质点在平衡
位置振动，没有外加能量，晶体格子构造不破坏，就不能自发转变为其它状态，处于最稳定状态，而非晶体就不稳定，如玻璃有自发析晶（失透）倾向。

4．自限性
晶体具有自发地生长为一个封闭的几何多面体倾向，即晶体与周围介质的界面经常是平面，晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的直接反映。

5．对称性
晶体的某些性质在一定方向及位置上出现对称性，因为晶体的构造是质点在空间周期性规律排列，是反映在宏观上的必然结果（专节讨论）。

6．均匀性（均一性）
一个晶体的各个部分性质都是一样的。

因为晶体内质点是周期性重复排列的，其任何一部分在结构上都是相同的，因而由结构决定的一切性质都是相同的。

这里注意：均匀性与各向异性不同，前者是指晶体的位置，后者是指观察晶体的方向。

二单晶体与多晶体
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厘米左右。

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。

．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。

．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。

三课堂小结
晶体（包括单晶体和多晶体）与非晶体的区别表现在熔化过程中有无固定的熔化温度。

．单晶体的天然规则几何外形和物质性质上各向异性，单晶体和多晶体共有的固定熔点等特性都是晶体内部微观物质微粒有规则的排列结构（空间点阵结构）造成的。