硼-磷共掺杂氧化锌的电子结构和光学性
质的第一性原理计算
关键字：第一性原理计算，（B,P）共掺杂，电子结构，光电特性
绪论
这篇文章运用基于密度函数理论的第一性原理介绍了B-P掺杂ZnO体系的电子结构和光学性质。在（B，P）共掺杂ZnO体系，掺杂喜欢在相同的（001）晶面的两个相邻点中形成结合能为-1.92 eV的BZn–PO复合结构，价带最高位置上上会出现一些空位。随着磷浓度的增加，P 3p越来越离散。计算出的光学特性表明，在能量较低的区域出现显著的光学跃迁，这些峰位和强度和P的浓度相关，这可以归因于P 3p和Zn 4s态之间的电子跃迁。此外，还讨论了（B，P）共掺杂ZnO系统的吸收系数和其他光学常数，如反射率，折射率，和损失函数。
1简介
由于其具有较宽的直接带隙和较高的激子束缚能，氧化锌在电子设备的光学应用中具有很大的潜力。此外，他可以通过掺杂来调整带隙。随着生长，氧化锌作为n型半导体，并且它很难以生产成p型氧化锌，实现氧化锌为基础的光电器件是必不可少的。总的来说，掺杂破坏了局部对称性，并且基体和掺杂剂之间的化学错配可能会导致在带隙产生较深的缺陷。在减少这些影响方面已经取得了显著的成绩。彦红学等人提出了一种使用一个供体和一个受体使其形成复杂掺杂完全占领杂质带价带上方的方法。随着进一步的掺杂，受体将复杂的结合并且有效充分的占领杂质带。此外，受-供体对的形成也是缺陷更加稳定。一些研究已经做了关于氧化锌中共掺杂方法的报道，主要集中在氮受体。P也被认为是一个合适的掺杂。虽然p型导电性可以通过多种方法实现p型ZnO，但是p型到点的可靠性仍是一个问题，其电子结构和光学性质我们还没有完全了解。因此，P和捐助者共掺杂ZnO体系的理论研究是必要的。对共掺杂ZnO系统的光学性质的第
一性原理计算对了解其光学跃迁机制有特别大的帮助。
本文中，我们利用基于密度泛函理论（DFT）的第一原理计算报告了B和P 掺杂ZnO体系理论研究。据报道，氧化锌中的硼原子更倾向于替代锌原子。随着对磷原子的进一步介绍，我们发现硼作为捐赠者在锌晶体结构中进行置换，使与硼原子临近的锌原子或氧原子被动与硼原子形成复杂的化合物。探讨B和P 在氧化锌中的掺杂效应，需要考虑五种不同的因素。计算了掺杂ZnO体系的电子结构和光学性质，将计算结构与实验结果以及其他理论结构相比较。
2计算模型和方法
所有计算均采用平面波超软赝势CASTEP代码执行。交换相关势采用广义梯度与伯克势相近的方案。O 2s22p4, Zn 3d104s2, B 2s22p1, 和P 3s23p3作为价电子配置被用来描述电子-离子相互作用。电子的波函数是以一个截止能量为370 eV的平面波展开，以及Monkhorst-Pack网格与参数4 4 2用于简约布里渊区的采样。其实，广泛的测试也形成了。随截止能量增加，晶格常数和总能量没有明显的变化，这类似于燕等人的结果。然后我们把戒指能量固定在379eV，把网络k 点从442分别增加到444、553以及774，我们发现总能量的区别就是在0.01 eV 以内的准确率，并且介电函数的虚部ε2(ω)和吸收光谱都有一些微小的变化。事实上，李等人测试了大量的k点，并且发现在333和222网络，总能量的差距准确到0.02eV以内。许多其他的研究表明，4 4 2 k点网格对于我们的计算是足够的。ZnO体系包含32个原子，并且相同的数据已被用于其他的报告。总能量会聚到低于2 10 5 eV/原子，每个原子和力收敛到小于0.05 eV /A。然后在优化晶格架构的基础上，计算电子结构和光学性质。
为了确定两种掺杂剂是否有力、优先地结合，例如：在自然点和状态下的BZn 和PO，计算结合能的定义为
Eb = Etot（BZn-PO ）+ Etot （ZnO）—Etot （BZn）—Etot （PO），
Etot（BZn-PO ），Etot （BZn）和Etot （PO）分别是含缺陷BZn-PO 、BZn 和PO 的总能量。当两者都存在于系统中时，与负值的Eb 相对应的是一个亚稳态或稳定结合掺杂剂对。公式延伸到其他配合物是非常简单明了的。
3结果与讨论
3.1 B和P共掺杂ZnO体系的结构特性
纯氧化锌的优化晶格常数是a=3.282 ?，c=5.315 ?，如表一，与ZnO的JCPDS 文件一致。与3.37 eV的实验带隙相比，计算出的0.73eV的带隙比较小，这是由于DFT著名的内在因素。但价值与其他LDA或DFT-GGA研究一致，将值确定在0.7–0.9 eV以内。在氧化锌中的单硼掺杂，硼离子的半径非常小(B3 t, 大约0.23 ?)，一般认为有两种可能性：（1）B替代Zn（BZn），（2）B存在于间隙部位（Bi）。根据参考文献计算出缺陷形成能。结果表明Bi的形成能量比BZn高约2.04eV，这说明硼比较容易存在于锌里。实际上，理论和实验结果表明，硼原子容易在氧化锌中替代锌原子。因此，本文我们主要考虑B对Zn（BZn）的替代。因为B3 t的半径比Zn2 t小，0.02?一和0.10?C结构优化后的平均晶格常数的变化。结构优化后平均晶格常数变化到a为-0.02?、c为-0.10?。这些结构参数与其他计算结果一致。许多研究表明，在氧化锌体系中，磷原子可以替代锌或氧原子。因此在B掺杂ZnO晶胞的基础上测试P占领Zn位点的结构。要考虑两种不同位置的磷原子，近配位，同一个晶胞中临位的磷原子和硼原子被一个氧原子分开；远配位，它们通过–O–Zn–O–连接。然而，结果表明，这些配置会发生严重的晶格畸变并且在磷原子周围不匹配。近配位和远配位相对于单一缺陷BZn和PZn的结合能分别大约为0.82eV和0.78eV，这表明这些配置中磷原子对锌进行点置换是不可行的。B3+ 、P3+ 、P5+ 的半径比Zn2+ 的小，然而P3- 的半径比O3- 大得多。因此(BZn–PO)缺陷的形成需要（B，P）共掺杂ZnO体系中松弛的结构。根据阎等人提出的方法，研究了BZN和PO之间的相互作用，发现掺杂喜欢在相同的（001）晶面的相邻点产生，如图1所示。这种结构被称为BZn–PO,硼和磷对应的掺杂浓度为 6.25％。相对于单一缺陷的BZn–PO，结合能为1.92 eV。其结构位错的能量约为1.00 eV。我们把精力放在BZn–PO更加稳定状态的进一步计算上。随着磷浓度的增加，其他数据见表一b，c和d考虑了掺杂水平为6.25％的硼和12.5％、18.75％、25%的磷。这些氧化锌中松弛的配置晶格常数和结合能在表1中列出。Eb的负的值对应于稳态或亚稳态结合的掺杂对。
我们发现了(B Zn–3P O)复合结构的结合能为1.29 eV，比(B Zn–2P O)复合结构低
了0.15 eV。结果是非常相似田和赵的计算，其中P在O原子中最近的三个平面中替代Zn 和3N的倾向的化学计量比P–3N的复数形式的（P，N）共掺杂ZnO 体系。随着磷浓度的进一步增加，（BZN–4PO）复合结构的结合能相对于(B Zn–3P O) 复合结构and P O增加到0.75eV，表示他们之间的相互吸引力较弱的。所有这些配合物都会引起周围的能量状态费米能级达到，这可能会影响氧化锌的物理性质。
3.2B和P共掺杂ZnO体系的电子状态
为了研究硼、磷对电子性质的掺杂效应，计算了不同模型的态密度。图2给出了纯ZnO的分态密度（PDOS）。从图中，可以看到，价带主要由O的2P、2S（这里就不介绍了）和Zn 的3d态组成。在上面的价带，O的2p态主要是在4和0电子伏特之间发现，而Zn 3d态则上升到最高价态之下的4-6eV之间。导带由Zn的4s态和O的2p态为主。结果与以前的计算和实验数据的结果是非常一致的。
加入硼和磷，一些杂质能量带出现在最高能带以上，如表三所示,这是P的浓度依赖性。磷掺杂最大程度的提高磷态。先前在相似的方法中也得到过相似的结果。此外，我们还注意到，磷浓度的增加促进锌的三维状态的本地化，这表明，磷可能会和d状态发生的相互作用。在图3的d和e，共掺杂ZnO诱导带隙中明显的中间状态。在这种情况下，可见光的光子不能激发电子从价带到导带而被传输通过它，但是他们有足够的能量激发电子从中间态到导带，或从这些中间态的孔到价带，这表明它具有潜在的应用在透明导电领域。众所周知，ZnO的带边发射是由在导带底的价带和Zn 4s态至上O 2p态之间的光学跃迁造成的。磷原子的掺入可以诱导一些周围的能量带至费米能级。因此，有必要专门调查磷掺杂剂的电子态。图4给出了P 3p的共掺杂ZnO体系。图4（a）表示，P 3p态从1.5到0.5 eV的能量范围内的费米能级，会出现一些空位。这是关等人的一致估计。随着磷浓度的增加P 3p越来越DELO均有。杂质能带变宽，并且费米能级以上的能态的蓝移也可以观察到。然而在BZn–Po几乎看不到这些状态，这表明增加受体之间的斥力可以解释这一现象。有非定域的载体附近的价带顶和晶体导电性提高。同时，一些能量在费米能级引入Zn 4s态。在这些情况下，电子从占领带到空位的跃迁会在照射下发生，这可能引起在可见光区的吸收强度。在Cr掺
杂氧化锌里也得到了类似的结果。（B，P）共掺杂ZnO体系光学性质的所有变化引起了我们极大的兴趣。
3.3光学性质
从量子力学的角度来看，系统中一个电子的基态电子态的声子的相互作用有时间依赖性扰动。转换间的占用和空置状态是由光子的吸收或发射引起的。可以认为激发的光谱作为一个共同的状态之间的传导和价带。介电函数的虚部ε2（ω）可以从占用和未占用的波函数的实部和ε1之间的动量矩阵元素的计算。真正的部分ε1（ω）的介电函数的虚部可以从ε2评价（ω）由著名的克莱默K-K关系计算。然后其他的光谱，如吸收系数α（ω），反射率R（ω），折射率n（ω），能量损失和L（ω）可以通过ε1（ωε）和ε2（ω）
本文接下来的部分，将通过相应的偏振垂直于c轴矢量讨论B和P共掺杂ZnO体系的光学性质。由于计算纯ZnO带隙（0.73 eV）小于实验值（3.37 eV），以适应实验的价值，以2.64 EV近似值用于计算的介电函数和吸收边。这种方法已被有效地用于各种系统。图5展示ε2介电函数的虚部（ω）对氧化锌系统的不同配置。纯氧化锌，有三个主峰位于4.38，9.10和12.90 eV，这通道对应三个固有的等离子体频率。在约4.38 eV的峰来源于电子从O 2p态的上价带到Zn 4s 态最低导带的跃迁，其价值和带隙相差不远（约3.37eV）。考虑到剪切近似值，约9.10 eV的峰值可能是由于价带中Zn的3d态到O的2p态之间的跃迁造成，这是与图3中的DOS的结果一致。在12.90 eV的峰值主要来源于Zn 的3d态到O的2S态之间的跃迁（没有绘制）。这些峰与以前的估计非常接近。与纯氧化
锌相比，硼和磷原子的掺入可诱导低能量区域的光跃迁。峰随着P浓度从BZn –2PO ，BZn–3PO模型增大，并在BZn–4PO配置变弱。最近，类似的结果也得到了镓掺杂的氧化锌。因此，选择合适的掺杂水平对优化B-P共掺杂ZnO 光学性质至关重要。结合图3,4,5的结果，光学跃迁在低能量范围内的增强可能主要由于P 3p和Zn 4s态之间的电子跃迁，在其中的位置的变化与P 3p的离域程度相对应，如上面讨论的电子性质。在6.15，7.61和7.50 eV的峰主要来源于B Zn–2PO,B Zn–3PO和B Zn–4PO的Zn的3d态到O的2p态之间的转换。图6为不同构型的氧化锌体系的吸收光谱。可以看到一个相当宽的吸收区域，主要吸收部位仍位于紫外区域。随着B和P原子的掺入，吸收峰移向较低的能量范围，并且吸收能量低的明显主要归因于P杂质的电子在安全带和Zn 4s态之间的跃迁。此外，系统的共掺杂ZnO的吸收系数增大，如图6所示，这主要归因于P 3p状态的增强。结果是掺杂为影响可见紫外线吸收的重要因素，这也可以使ZnO成为光电应用的一个潜在候选人。
图7反应了（B，P）共掺杂ZnO体系的反射率R（ω），折射率n（ω），和损失函数L（ω）。光学常数对光学材料及其相关应用非常重要。总体而言，光学常数随磷浓度的增加而变化。在（B，P）共掺体系，尤其是在BZn–3PO 和BZn–4PO体系，低的光子能量范围（o1.5 EV）具有较强的反射率，而折射率由强变弱。在光子能量范围约4.5–15 eV，反射率和折射率表现出几乎相反的趋势。能量损失函数描述了电子穿过材料的能量损失。图7中的13－11eV的最大值与等离子体振荡的存在有关，从而减弱了磷浓度的增加。此外，电子峰能量损失谱也对应于后缘的反射光谱。
4结论
第一原理计算已被用来研究（B，P）共掺杂ZnO体系在不同的配置。结果表明，BZN和PO喜欢位于相同的（00l）晶面的最近邻点，BZn–PO的结合也更稳定。随着磷浓度的增加，BZN–PO复合物的结合能仍较低，而BZn–4PO 复合物不稳定。在（B，P）共掺杂ZnO体系，一些杂质出现在能级的价带上方，这由于P 3p。随着磷浓度的增加，P 3p的掺杂能力比单个磷原子越来越强。计算出的光学性质表明，在低能量范围内有明显的吸现象，这主要是因为P杂质带
和Zn的4s态之间的电子跃迁。我们的计算表明（B，P）是可以影响共掺杂ZnO 电子结构和光学性质的一种有效手段。
致谢
这项工作是由中国民航大学基金（批准号06kys04）和2014个基本业务支出为中心的大学的研究活动，中国民航大学（Grant no.3122014k002）。
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鼠标的定位原理 光电鼠标就是通过红外线或者激光检测鼠标的位移,将位移信号转换为电脉冲信号,通过程序的处理控制屏幕中光标箭头的移动。 一.鼠标的结构 光学鼠标主要由四部分的核心组件构成,分别就是发光二极管、透镜组件、光学引擎以及控制芯片组成。 光电鼠标的控制芯片 控制芯片负责协调光电鼠标中各元器件的工作,并与外部电路进行沟通(桥接)及各种信号的传送与收取。我们可以将其理解成就是光电鼠标中的“管家婆”,实现与主板USB接口之间的桥接。当然,它也具备了一块控制芯片所应该具备的控制、传输、协调等功能。 这里有一个非常重要的概念大家应该知道,就就是dpi对鼠标定位的影响。dpi就是它用来衡量鼠标每移动一英寸所能检测出的点数,dpi越小,用来定位的点数就越少,定位精度就低;dpi 越大,用来定位点数就多,定位精度就高。 光学感应器 光学感应器就是光电鼠标的核心。 光学感应器主要由CMOS感光块(低档摄像头上采用的感光元件)与DSP组成。CMOS感光块负责采集、接收由鼠标底部光学透镜传递过来的光线(并同步成像),然后CMOS感光块会将一帧帧生成的图像交由其内部的DSP进行运算与比较,通过图像的比较,便可实现鼠标所在位置的定位工作。
光学透镜组件 光学透镜组件被放在光电鼠标的底部位置,从图中可以清楚地瞧到,光学透镜组件由一个棱光镜与一个圆形透镜组成。 其中,棱光镜负责将发光二极管发出的光线传送至鼠标的底部,并予以照亮。圆形透镜则相当于一台摄像机的镜头,这个镜头负责将已经被照亮的鼠标底部图像传送至光学感应器底部的小孔中。通过观瞧光电鼠标的背面外壳,我们可以瞧出圆形透镜很像一个摄像头。 不管就是阻断棱光镜还就是圆形透镜的光路,均会立即导致光电鼠标“失明”。其结果就就是光电鼠标无法进行定位,由此可见光学透镜组件的重要性。 发光二极管 光学感应器要对缺少光线的鼠标底部进行连续的“摄像”,自然少不了“摄影灯”的支援。否则,从鼠标底部摄到的图像将就是一片黑暗,黑暗的图像无法进行比较,当然更无法进行光学定位了。 通常,光电鼠标采用的发光二极管就是红色的(也有部分就是蓝色的),且就是高亮的(为了获得
光栅的结构及工作原理 光栅是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件，它主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床的活动部件上(如工作台或丝杠)，光栅读数头安装在机床的固定部件上(如机床底座)，二者随着工作台的移动而相对移动。在光栅读数头中，安装着一个指示光栅，当光栅读数头相对于标尺光栅移动时，指示光栅便在标尺光栅上移动。当安装光栅时，要严格保证标尺光栅和指示光栅的平行度以及两者之间的间隙(一般取或要求。 1．光栅尺的构造和种类 光栅尺包括标尺光栅和指示光栅，它是用真空镀膜的方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃片或长条形金属镜面。对于长光栅，这些线纹相互平行，各线纹之间距离相等，我们称此距离为栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距角的向心条纹。栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为25,50,100,125,250条／mm。对于圆光栅，若直径为70mm,一周内刻线100-768条；若直径为110mm，一周内刻线达600-1024条，甚至更高。同一个光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。 2．光栅读数头 图4-7是光栅读数头的构成图，它由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成。读数头的光源一般采用白炽灯泡。白炽灯泡发出的辐射光线，经过透镜后变成平行光束，照射在光栅尺上。光敏元件是一种将光强信号转换为电信号的光电转换元件，它接收透过光栅尺的光强信号，并将其转换成与之成比例的电压信号。由于光敏元件产生的电压信号一般比较微弱，在长距离传递时很容易被各种干扰信号所淹没、覆盖，造成传送失真。为了保证光敏元件输出的信号在传送中不失真，应首先将该电压信号进行功率和电压放大，然后再进行传送。驱动线路就是实现对光敏元件输出信号进行功率和电压放大的线路。
晶体结构与性质 一、晶体的常识 1.晶体与非晶体 得到晶体的途径：熔融态物质凝固；凝华；溶质从溶液中析出 特性：①自范性；②各向异性（强度、导热性、光学性质等） ③固定的熔点；④能使X-射线产生衍射（区分晶体和非晶体最可靠的科学方法） 2.晶胞--描述晶体结构的基本单元，即晶体中无限重复的部分 一个晶胞平均占有的原子数=×晶胞顶角上的原子数+×晶胞棱上的原子+×晶胞面上的粒子数+1×晶胞体心内的原子数 思考：下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I 2)、金刚石(C)晶胞的示意图，它们分别平均含几个原子？ eg ：1.晶体具有各向异性。如蓝晶（Al 2O 3·SiO 2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直方向上的电导率和与层平行方向上的电导率之比为1：1000。晶体的各向异性主要表现在（ ） ①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质 A.①③ B.②④ C.①②③ D.①②③④ 2.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（ ） A.晶体一定比非晶体的熔点高 B.晶体一定是无色透明的固体 C.非晶体无自范性而且排列无序 D.固体SiO 2一定是晶体 3.下图是CO 2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？
二、分子晶体与原子晶体 1.分子晶体--分子间以分子间作用力（范德华力、氢键）相结合的晶体 注意：a.构成分子晶体的粒子是分子 b.分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，相邻分子间以分子间作用力结合 ①物理性质 a.较低的熔、沸点 b.较小的硬度 c.一般都是绝缘体，熔融状态也不导电 d.“相似相溶原理”：非极性分子一般能溶于非极性溶剂，极性分子一般能溶于极性溶剂 ②典型的分子晶体 a.非金属氢化物：H 2O、H 2 S、NH 3 、CH 4 、HX等 b.酸：H 2SO 4 、HNO 3 、H 3 PO 4 等 c.部分非金属单质:：X 2、O 2 、H 2 、S 8 、P 4 、C 60 d.部分非金属氧化物：CO 2、SO 2 、NO 2 、N 2 O 4 、P 4 O 6 、P 4 O 10 等 f.大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖等 ③结构特征 a.只有范德华力--分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子） CO 2 晶体结构图 b.有分子间氢键--分子的非密堆积以冰的结构为例，可说明氢键具有方向性 ④笼状化合物--天然气水合物
光学基础理论 一. 光学基本定律 1.光直线传播定律 2.光独立传播定律 3.光反射定律 I**= - I I –入射角 I**-- 反射角 4.光折射定律 n Sin I = n*Sin I* I –入射角 I*-- 折射角 n-- 折射率(入射空间) n*--折射率(折射空间) 光在介质中的速度 直角棱鏡 材質:K9(Bk7) n=1.5163 Im=41.26° I=45° 產生反射 二 在特定条件下,光线在界面能全部反射回去,这叫光的全反射. 临界角: Sin I m=n*/n I m--临界角当入射角大于临界角时,产生全反射. 全反射的用途: 1.棱镜 2.光纤 三. 球面与球面系统 -1-
由二个球面组成一个透镜,一个或多个透镜组成一个镜头, 多个镜头和其它光学元件组成一个光学系统. 四. 与镜头和透镜相关的基本参数 1.焦距 (EFL) A.物方焦距 ( f ): 由前主面到前焦点的距离. B.像方焦距 ( f*): 由后主面到后焦点的距离. Q—前主面 Q’---后主面 H---前主点 H’---后主点 F---前焦点 F’---后焦点 U---物方孔径角 U’---像方孔径角 焦距公式: f*=h/tgU* f =h/tgU 在镜头或透镜中有一对垂轴放大率为+1的二个平面Q和Q’. 2.后截距 (BFL) A.由镜头或光学系统最后一面到像面的距离为光学后截距(BFL). B.由下座端部到像面的距离为机械后截距(BFL*) BFL>BFL* -2-
3.F/NO (F数) F/NO=f*/D入 f *---焦距(EFL)D入---入瞳直径入瞳为光栏经其前方光学系统所成的像.举例: 4.半视角 (FOV/2)(ω)[视场角 (FOV)(2ω)] 物镜在其接收元件上成像的空间范围称为视场角.其一半为半视角. Y’ = f*tgω Y’---像的大小 f*---焦距(EFL) 5.畸变量(DIST) 在视场角较大或者很大时,所产生的像变形称为畸变. DIST=[Y’-Y0’/Y0’]×100% -3-
晶体结构与性质 一、晶体的常识1.晶体与非晶体 晶体与非晶体的本质差异 晶体非晶体 自范性 有（能自发呈现多面体外形）无（不能自发呈现多面体外形） 微观结构 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序 晶体呈现自范性的条件：晶体生长的速率适当 得到晶体的途径：熔融态物质凝固；凝华；溶质从溶液中析出特性：①自范性；②各向异性（强度、导热性、光学性质等）③固定的熔点；④能使X-射线产生衍射（区分晶体和非晶体最可靠的科学方法）2.晶胞--描述晶体结构的基本单元，即晶体中无限重复的部分 一个晶胞平均占有的原子数=8×晶胞顶角上的原子数+4×晶胞棱上的原子+2×晶胞面上的粒子数+1×晶胞体心内的原子数 思考：下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图，它们分别平均含几个原子？ 1 1 1
eg：1.晶体具有各向异性。如蓝晶（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直方向上的电导率和与层平行方向上的电导率之比为1：1000。晶体的各向异性主要表现在（） ①硬度②导热性③导电性④光学性质 A.①③ B.②④ C.①②③ D.①②③④ 2.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（） A.晶体一定比非晶体的熔点高 B.晶体一定是无色透明的固体 C.非晶体无自范性而且排列无序 D.固体SiO2一定是晶体 3.下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？ 二、分子晶体与原子晶体 1.分子晶体--分子间以分子间作用力（范德华力、氢键）相结合的晶体注意：a.构成分子晶体的粒子是分子 b.分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，相邻分子间以分子间作用力结合 ①物理性质 a.较低的熔、沸点 b.较小的硬度 c.一般都是绝缘体，熔融状态也不导电 d.“相似相溶原理”：非极性分子一般能溶于非极性溶剂，极性分子一般能溶于极性溶剂 ②典型的分子晶体 a.非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX等 b.酸：H2SO4 、HNO3、
激光头原理和结构 1. 前言 自从1982年直径12cm的数字音频光盘CD问世以来，数字视频光盘DVD（digital video disk）一直是新一代光盘的一个梦想，虽然在几年前出现了VCD，但是对于光盘来讲，技术上没有改变，只是对数据进行了压缩，画质也只是VHS水准，不过是过渡性产品，在国外没有形成市场。 数字图象信号具有在被编辑时画质不劣化，容易被计算机处理等优点，所以能记录2小时以上高画质的数字图象的光盘，已经让人盼望已久。最近几年，短波长的半导体激光器技术，薄型化光盘基板技术，对物透镜的高数值径NA化技术等的进步，使光盘的记录密度高密度化成为可能，同时数字连续可变画面压缩技术也有很大的进步，使长时间高画质的连续可变画面收录在一光盘里成为可能。 在以上这些技术基础被奠定之后，世界上的十家大企业共同制定了新世代数字视频光盘DVD（digital video disk）的标准，既在和原有CD同样尺寸下，记录容量为原来光盘7.5倍4.7G，并采用高画质的MPEG2数字信号压缩式，使之能够存储135分的电影。 DVD播放机主要是由光学头和MPEG2解码器两个关键技术组成的，其中MPEG2解码器由于是通用标准，目前开发出芯片的厂商不下十几家，而光学头的技术还主要掌握在日本厂商手中。 光盘技术就是一束被聚焦到回折界限的最小激光束照射到盘面，由于记录着信息的盘面的凹凸对光的反射不同，就可以读出盘上的信息。 对于光学头来讲，它特有的技术有如下几个： a. 通过利用被聚焦到回折界限的最小激光束，穿过0.6mm的透
明塑料层，从凹凸信息面取出信号。 b. 使用半导体激光二极管，使用数值径NA为0.6的对物透镜，把激光束聚焦为由波长决定的回折界限为止的最小光束。 c.光盘外形的误差和不同光盘交换时带来的对物透镜的焦点位置在光盘信息记录面的位置变化，还有光盘回转时光盘面上下振动也会引起焦点位置变化，为了对焦点位置变化进行自动补正，必须把能够以精度为正负1μm对焦点位置控制的误差检出机能和控制用的伺 服机构藏在光学头里。 d.光盘的形状中心和光盘的回转中心之间的偏心补正，还有对于在轨道间距为0.74μm的轨道上，精度正负0.1μm控制激光束对轨道的追迹控制用误差检出机能和控制用的伺服机构藏在光学头里。 在这里对于光盘装置系统，能满足以上要求的光学头的基本光学系，对物透镜OL(object lens)，作为光源的半导体激光二极管LD(laser diode),准直透镜CL,和其他一些光学头用的光学部品的原理及设计进 行说明。 2. 光学头基本原理 2.1.光学头的基本光学系和光学部品的收差 光学头是DVD系统的最大关键部件之一，它的基本原理图如下
光学镜头基本知识 第一章光线的传播 一﹑光在真空中是沿直线传播的 光在真空中(均匀介质中)是沿直线传播的﹐但是由於在我们的真实空间中﹐光并不能做到这一点﹐这是因为空气。在我们的空气中﹐有存在着各式各样的杂物﹐粉尘﹐水雾等。由於这些东西的存在﹐光在直线传播的过程中﹐碰到这些东西﹐就会产生反射﹐折射。而﹐粉尘表面并不光滑﹐光照射到这粉尘面上的时候便会往各个方向反射﹐这边形成了漫反射。正是由於漫反射的存在﹐这便能使我们能感觉到光﹐能看到东西。 二﹑光的反射﹑透射﹑折射 光在大气中传输总不能按着直线传输﹐光在碰到不透光的物质时会发生反射﹐光碰到透光的物质时会发生透射﹐折射。入射光线﹐反射光线﹐折射光线﹐在同一个平面上﹐即三线共面。 光的反射 光在传输过程中是遵守反射定理的。 反射定理﹕ 入射角等於反射角。 入射角定义为﹕入射光线和法线组成的夹角 反射角定义为﹕反射光线和法线组成的夹角 法线﹕法线就是垂直於入射面的线。法线是一条虚构的线﹐并不是事实存在的。光的透射和折射 有些物质是透光的﹐光可以穿透这些物质﹐这便是光的透射。 每种不同材质的东西都有着不同的透过率﹐光在这些物质中穿透的时候总会有着能量的损失。入射光线的强度与出射光线的强度的比值为这一材质的透过率。 所谓光线的折射就是指光线在进行传输的过程中从一种介质进入另一种介质的时候﹐不会沿直线传播﹐而是有了一定角度的弯折。这便是光线的折射。 通常在大气中我们认定其折射率为1。 折射定律被描述为﹕入射角的正弦与折射角的正弦之比为常数﹐它等于折射线所处介质的折射率n`与入射线所处介质的折射率n之比。 通常折射率较大的介质称为光密介质﹐折射率较小的介质称为光疏介质。若入射光在光密介质﹐这时折射角总大于入射角﹐折射角随着入射角增大而增大﹐最大使折射角为90度﹐这时sini`=1﹐若入射角再增大﹐将发生全反射。 自然界有很多全反射现象﹕海市蜃楼﹑沙漠幻影﹑等。
3-1、晶体的常识 一、晶体和非晶体 1、概述——自然界中绝大多数物质是固体，固体分为和两大类。 * 自范性——晶体能自发地呈现多面体外形的性质。本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象。 * 晶体不因颗粒大小而改变，许多固体粉末用肉眼看不到规则的晶体外形，但在显微镜下仍可看到。 * 晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当，熔融态物质凝固速率过快常得到粉末或没有规则外形的块状物。 * 各向异性——晶体的许多物理性质如强度、热导性和光导性等存在各向异性即在各个方向上的性质是不同的 二、晶胞 1、定义——描述晶体结构的基本单元。 2、特征—— （1）习惯采用的晶胞都是体，同种晶体所有的晶胞大小形状及内部的原子种类、个数和几何排列完全相同。 （2）整个晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。 <1> 所谓“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙； <2> 所谓“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 3、确定晶胞所含粒子数和晶体的化学式——均摊法分析晶胞与粒子数值的关系 （1）处于内部的粒子，属于晶胞，有几个算几个均属于某一晶胞。 （2）处于面上的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。 （3）处于90度棱上的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。 （4）处于90度顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；处于60度垂面顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；处于120度垂面顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。 4、例举 三、分类
晶体根据组成粒子和粒子之间的作用分为分子晶体、原子晶体、金属晶体和离子晶体四种类型。 3-2、分子晶体和原子晶体 一、分子晶体 1、定义——只含分子的晶体。 2、组成粒子——。 3、存在作用——组成粒子间的作用为（），多原子分子内部原子间的作用为。 * 分子晶体中定含有分子间作用力，定含有共价键。 * 分子间作用力于化学键。 4、物理性质 （1）熔沸点与硬度——融化和变形只需要克服，所以熔沸点、硬度，部分分子晶体还可以升华。熔融一定破坏分子间的和可能存在的键，绝不会破坏分子内部的。 同为分子晶体的不同物质，一般来说尤其对于结构组成相似的分子，相对分子质量越大，熔沸点越；相对分子质量相差不大的分子，极性越大熔沸点越；含氢键的熔沸点会特殊的些。 例如： （2）溶解性——遵循同性互溶原理（或说相似相溶原理）：即极性分子易溶于性溶剂（多为），如卤化氢（HX）、低级醇和低级羧酸易溶于极性溶剂水；非极性分子易溶于非极性（有机）溶剂，如硫、磷和卤素单质（X2）不易溶于极性溶剂水而易溶于非极性溶剂CS2、苯等。同含氢键的溶解性会更，如乙醇、氨气与水。 5、类别范畴 （1）除C、Si、B外的非金属单质，如卤素、氧气和臭氧、硫（S8）、白磷（P4）、足球烯（C60）、稀有气体等。 （2）除铵盐、SiO2、SiC、Si3N4、BN等外的非金属互化物，包括非金属氢化物和氧化物，如氨（NH3）、冰（H2O）、干冰（CO2）、三氧化硫（SO3）等。 （3）所有的酸分子（纯酸而非溶液）。 （4）大多有机物。 （5）除汞外常温下为液态和气态的物质。 （6）能升华的物质。如干冰、碘、等。 6、结构例析 如果分子间作用力只有范德华力，其分子占晶胞六面体的个顶角和个面心，若以一个分子为中心，其周围通常有个紧邻分子，这一特征称为分子密堆积，如O2、C60、CO2、I2等。 （1）干冰 固态的，色透明晶体，外形像冰，分子间作用力只有，熔点较，常压能升华，常作制冷剂或人工降雨。 二氧化碳分子占据立方体晶胞的个面心和个顶角，与每个二氧化碳分子距离最近且相等的二氧化碳分子有个，若正方体棱长为a，则这两个相邻的CO2的距离为。 （2）冰 固态的，色透明晶体，水分子间作用力除外，还有，氢键虽远小于共价键，但明显大于范德华力，所以冰的硬度较，熔点相对较。 每个水分子与周围距离最近且相等的水分子有个，这几个水分子形成一个的空间构型，晶体中水分子与氢键的个数之比为。这一排列使冰中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，所以冰的密度于液体水（4C的水密度最大，通常认为是1）。 （3）天然气水合物 ——可燃冰·海底储存的潜在能源，甲烷分子处于水分子形成笼子里，形式多样。 二、原子晶体 1、定义——相邻间以键结合而成空间网状的晶体。整块晶体是一个三维的共价键网状结构的
光學镜头基本知識 第一章光線的傳播 一﹑光在真空中是沿直線傳播的 光在真空中(均勻介質中)是沿直線傳播的﹐但是由於在我們的真實空間中﹐光並不能做到這一點﹐這是因為空氣。在我們的空氣中﹐有存在著各式各樣的雜物﹐粉塵﹐水霧等。由於這些東西的存在﹐光在直線傳播的過程中﹐碰到這些東西﹐就會產生反射﹐折射。而﹐粉塵表面並不光滑﹐光照射到這粉塵面上的時候便會往各個方向反射﹐這邊形成了漫反射。正是由於漫反射的存在﹐這便能使我們能感覺到光﹐能看到東西。 二﹑光的反射﹑透射﹑折射 光在大氣中傳輸總不能按著直線傳輸﹐光在碰到不透光的物質時會發生反射﹐光碰到透光的物質時會發生透射﹐折射。入射光線﹐反射光線﹐折射光線﹐在同一個平面上﹐即三線共面。 2.1 光的反射 光在傳輸過程中是遵守反射定理的。 反射定理﹕ 入射角等於反射角。 入射角定義為﹕入射光線和法線組成的夾角 反射角定義為﹕反射光線和法線組成的夾角 法線﹕法線就是垂直於入射面的線。法線是一條虛構的線﹐並不是事實存在的。 2.2 光的透射和折射 有些物質是透光的﹐光可以穿透這些物質﹐這便是光的透射。 每種不同材質的東西都有著不同的透過率﹐光在這些物質中穿透的時候總會有著能量的損失。入射光線的強度與出射光線的強度的比值為這一材質的透過率。 所謂光線的折射就是指光線在進行傳輸的過程中從一種介質進入另一種介質的時候﹐不會沿直線傳播﹐而是有了一定角度的彎折。這便是光線的折射。 通常在大氣中我們認定其折射率為1。 折射定律被描述為﹕入射角的正弦与折射角的正弦之比為常數﹐它等于折射線所處介質的折射率n`与入射線所處介質的折射率n之比。 通常折射率較大的介質稱為光密介質﹐折射率較小的介質稱為光疏介質。若入射光在光密介質﹐這時折射角總大于入射角﹐折射角隨著入射角增大而增大﹐最大使折射角為90度﹐這時sini`=1﹐若入射角再增大﹐將發生全反射。 自然界有很多全反射現象﹕海市蜃樓﹑沙漠幻影﹑等。
黄石二中2011年化学选修3第三章《晶体结构与性质》单元测试题时间：110分钟满分：120分2011.2.25 命题人：高存勇 选择题（每小题只有一个正确答案。每小题3分，共45分） 1.下列有关金属晶体的判断正确的是 A．简单立方、配位数6、空间利用率68% B．钾型、配位数6、空间利用率68% C．镁型、配位数8、空间利用率74% D．铜型、配位数12、空间利用率74% 2.有关晶格能的叙述正确的是 A．晶格能是气态离子形成1摩离子晶体释放的能量 B．晶格能通常取正值，但是有时也取负值 C．晶格能越大，形成的离子晶体越不稳定 D．晶格能越大，物质的硬度反而越小 3.下列排列方式是镁型堆积方式的是 A．ABCABCABC B．ABABABABAB C．ABBAABBA D．ABCCBAABCCBA 4.下列关于粒子结构的描述不正确的是 A．H2S和NH3均是价电子总数为8的极性分子 B．HS－和HCl均是含一个极性键的18电子粒子 C．CH2Cl2和CCl4均是四面体构型的非极性分子 D．1 mol D162O中含中子、质子、电子各10 N A(N A代表阿伏加德罗常数) 5.现代无机化学对硫－氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。其 中如图所示是已经合成的最著名的硫－氮化合物的分子结构。 下列说法正确的是 A．该物质的分子式为SN B．该物质的分子中既有极性键又有非极性键 C．该物质具有很高的熔沸点 D．该物质与化合物S2N2互为同素异形体 6.某物质的实验式为PtCl4·2NH3，其水溶液不导电，加入AgNO3溶液反应也不产生沉淀，以强碱处理并没有NH3放出，则关于此化合物的说法中正确的是 A．配合物中中心原子的电荷数和配位数均为6 B．该配合物可能是平面正方形结构 C．Cl—和NH3分子均与Pt4+配位 D．配合物中Cl—与Pt4+配位，而NH3分子不配 7.石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原 子填充在石墨各层谈原子中。比较常见的石墨间隙化合物 是青铜色的化合物，其化学式可写作CxK,其平面图形见下图，则x值为: A . 8 B. 12 C.24 D.60 8.金属键具有的性质是 A．饱和性B．方向性C．无饱和性和方向性D．既有饱和性又有方向性9.下列说法正确的是 A．124g P4含有的P－P键的个数为6N A B．12g石墨中含有的C－C键的个数为2N A C．12g金刚石中含有的C－C键的个数为1.5N A D．60gSiO2中含Si－O键的个数为2N A 10.长式周期表共有18个纵行，从左到右排为1－18列，即碱金属为第一列，稀有气体元素
晶体结构及其性质 高考热点： 晶体类型的判断；各类晶体物理性质的比较；根据粒子排列空间推断化学式 [知识要点] 【问题讨论】如何比较CF4、CCl4、CBr4、CI4的熔沸点？ 三、氢键： 【问题讨论】H2O的熔沸点为什么反常？类似物质你还知道哪些？ 四、晶体空间结构：见P88 【问题讨论】 ⑴NaCl晶体中Na+周围Cl－的数目？CsCl晶体中Cs+周围Cl－的数目？ ⑵金刚石中每个碳原子与几个碳原子相连？最小碳环为几元环？键角多大？ 例1、能够用键能大小解释的是 A、氮气的化学性质比氧气稳定 B、常温常压下，溴呈液态，碘呈固态 C、稀有气体一般很难发生化学反应 D、硝酸易挥发，而硫酸难挥发 例2、氮化硅是一种新合成的结构材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时，所克服的微粒间的作用力与氮化硅熔化所克服的微粒间的作用力都相同的是 A、硝石和金刚石 B、晶体硅和水晶 C、冰和干冰 D、萘和蒽 例3 (1)__ 有关随着增大,熔点依次降低. (2)硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与有关,随着增大, 增强，熔点依次升高. (3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多,这与有关,因为一般比熔点高. 例4下列过程中,共价键被破坏的是( )
A. 碘晶体升华 B.溴蒸气被木炭吸附 C.酒精溶于水 D.HCl气体溶于水 【课堂精练】 1、(01上海)下列物质属于分子晶体的化合物是 A. 石英 B. 硫磺 C. 干冰 D. 食盐 2、(01上海)碱金属与卤素所形成的化合物大都具有的性质是 ①高沸点②能溶于水②水溶液能导电④低熔点⑤熔融状态不导电 A. ①②③ B. ③④⑤ C. ①④⑤ D. ②③⑤ 3、CH3+是反应性很强的正离子，其结构式和电子式分别为_____________和___________，若已知CH3+的四个原子处于同一平面上，则C—H键间的夹角是__________。若(CH3)2CH+在NaOH的水溶液中反应将生成电中性的有机分子，其结构简式是：_____________________。若(CH3)3C+去掉H+后将生成电中性的有机分子，其结构简式是_____________。 4、下列各组物质中，按熔点由低到高排列正确的是 A、O2、I2、Hg B、CO2、KCl、SiO2 C、Na、K、Rb D、SiC、NaCl、SO2 5、碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石②晶体硅③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是 A、①③② B、②③① C、③①② D、②①③ 4、下列各组物质的晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是 A、SO2和SiO2 B、CO2和H2O C、NaCl和HCl D、CCl4和KCl 5、关于晶体的下列说法正确的是 A、在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B、在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 C、原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D、分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 6、在金刚石的晶体结构中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有碳原子，每个碳原子上的任意两个C-C键的夹角都是（填角度） 9、有八种晶体：A.水晶B.冰醋酸C.氧化镁D.白磷E.晶体氩F.氯化铵G.铝H.金刚石 （1）属于原子晶体的化合物是，直接由原子构成的晶体是，直接由原子构成的分子晶体是。 （2）在一定条件下能导电而不发生化学变化的是，受热熔化后化学键不发生变化的是，需克服共价键的是。 10、碳正离子[例如：CH3+、CH5+、（CH3）3C+等]是有机反应中的重要中间体，碳正离子CH5+可以通过CH4在超强酸中再获得一个H+而得到，而CH5+失去H2可得到CH3+ （1）CH3+是反应性很强的正离子，是缺电子的，其电子式为。 （2）CH3+中四个原子是共平面的，三个键角相等，键角应为（填角度）。 （3）（CH3）2CH+在NaCl的水溶液中反应将得到电中性的有机分子，其结构简式为。 （4）（CH3）3C+去掉H+后将生成电中性的有机分子，其结构简式为。 六、重要经验规律及特殊规律 1、物质中有阴离子必有阳离子，但有阳离子不一定有阴离子（如合金及金属）。 2、共价化合物中一定无离子键，离子化合物中不一定无共价键。 3、离子、原子晶体中一定无分子存在，亦无范德华力，只有分子晶体中存在范德华力，唯一无共价键的是稀有气体晶体。 4、非金属元素间一般不能形成离子化合物，但铵盐却是离子化合物。 5、构成分子的稳定性与范德华力无关，由共价键强弱决定。分子的熔沸点才与范德华力有关，且随着分子间作用力增强而增高。 6、原子晶体的熔沸点不一定比金属高，金属的熔沸点也不一定比分子晶体高。 7、由同种非金属元素的原子间形成的化学键为非极性键，由不同种非金属元素的原子间形成的化学键为
第三章《晶体结构与性质》《晶体的常识》教学设计 一、教学目标 1、知识与技能 （1）知道获得晶体的几种途径 （2）理解晶体的特点和性质及晶体与非晶体的本质区别 （3）初步学会确定一个晶胞中平均所含粒子数的方法 2、过程与方法 （1）收集生活素材，结合已有知识和生活经验对晶体与非晶体进行分类 （2）学生通过观察、实验等方法获取信息 （3）学会运用比较、分类、归纳、概括等方法对获取的信息进行加工 3、情感态度与价值观 （1）培养学生科学探究的方法 （2）培养学生的动手能力、观察能力、自主学习的能力，保持对生活中化学的好奇心和探知欲，增强学生学习化学的兴趣。 二、教学重点 1、晶体的特点和性质及晶体与非晶体的本质区别 2、确定一个晶胞中平均所含粒子数的方法 三、教学难点 1、确定一个晶胞中平均所含粒子数的方法 四、教学用品 课前学生收集的各种固体物质、玛瑙耳坠和水晶项链、蜂巢、晶胞实物模型、乒乓球、铁架台、酒精灯、蒸发皿、圆底烧瓶、碘、水、多媒体等 五、教学过程 １．新课导入： ［教师］上课前，我已经请同学们收集了一些身边的固体物质，大家都带来了吗？（学生：带来了）你们都带来了哪些固体呢？（学生七嘴八舌，并展示各自的固体）［教师］同学们带来的固体物质可真是琳琅满目啊！但是，我们每个人可能只带了几样，想知道别人收集了哪些固体物质吗？（学生：想）下面我们请前后四个同学组成一个小组，然后互相交流一下收集的各种固体物质，并讨论如何将这些固体物质进行分类呢？ ［分组讨论］互相交流各自所带的物品，并分类（教师进行巡视） ［教师］：请这组同学将你们带来的固体和交流的结果汇报一下。 ［学生汇报］：（我们讨论后觉得将粗盐、明矾、樟脑丸分为一类；塑料、玻璃片、橡胶分为另一类。教师追问：你们为什么会这样分呢？生：根据这些有规则的几何外形，而另一些没有。） ［教师总结］这组同学收集的物品很丰富，并通过组内讨论确定了分类依据，然后进行了恰当的分类。其实，同学们也许没有留心观察，我们身边还有许多美丽的固体，当然也有的可能是我们日常生活中不易接触到的。下面，我们就一起欣赏一下这些美丽的固体。 ［视频投影］雪花放大后的形状、烟水晶、石膏、毒砂、绿柱石、云母等晶体实物（并配以相应的解说，给学生了解到这些固态物质都有规则的几何外形。） ［教师讲述］我们就将这些有规则几何外形的固体称之为晶体，而另一些没有规则几何外形的固体称之为非晶体。 ［板书］一、晶体与非晶体 设计意图：课前请同学收集身边的固态物质，然后在课堂上展示，并分组交流讨论，最后进行分类，并在课堂上汇报。这样从学生身边的固体入手，直观、简洁地引入课题，潜移默化
考纲要求 1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。3.了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。4.了解分子晶体结构与性质的关系。5.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。6.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质，了解金属晶体常见的堆积方式。7.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。 考点一晶体常识 1．晶体与非晶体 (1)_____物质凝固。 (2)_____物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。 (3)溶质从溶液中_____。 3．晶胞 (1)概念 描述晶体结构的_____。 (2)晶体中晶胞的排列——无隙并置 ①无隙：相邻晶胞之间没有_____。 ②并置：所有晶胞_____排列、_____相同。
深度思考 1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×” (1)冰和碘晶体中相互作用力相同() (2)晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列() (3)凡有规则外形的固体一定是晶体() (4)固体SiO2一定是晶体() (5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块() (6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”() (7)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X-射线衍射实验() 2．如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是________，乙中a与b 的个数比是________，丙中一个晶胞中有________个c离子和________个d离子。 3．下图为离子晶体空间构型示意图：(●阳离子，○阴离子)以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式： A________、B________、C________。 题组一认识各类晶胞 1．下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为________。 2．某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是()
选修3第三章《晶体结构与性质》章教学设计 东莞市第一中学刘国强 一、本章教材体现的课标内容 1、主题：第一节晶体的常识 了解晶胞的概念，会计算晶胞中原子占有个数，并由此推导出晶体的化学式。 2、主题：第二节分子晶体与原子晶体 知道分子晶体与原子晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。 了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。 3、主题：第三节金属晶体 知道金属键的涵义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。 能列举金属晶体的基本堆积模型。 知道金属晶体的结构微粒、微粒间作用力与分子晶体、原子晶体的区别。 4、主题：第四节离子晶体 能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。 知道离子晶体的结构微粒、微粒间作用力与分子晶体。原子晶体、金属晶体的区别。 了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。 二、本章教材整体分析 （一）教材地位 本单元知识是在原子结构和元素周期律以及化学键等知识的基础上介绍的，是原子结构和化学键知识的延伸和提高；本单元知识围绕晶体作了详尽的介绍，晶体与玻璃体的不同，分子晶体、原子晶体、金属晶体、离子晶体，从构成晶体的微粒、晶胞、微粒间的作用力，熔沸点比较等物理性质做了比较，结合许多彩图及详尽的事例，对四大晶体做了阐述；同时，本单元结合数学立体几何知识，充分认识和挖掘典型晶胞的结构，去形象、直观地认识四种晶体，在学习本单元知识时，应多联系生活中的晶体化学，去感受生活中的晶体美，去感受环境生命科学、材料中的晶体知识。 “本章比较全面而系统地介绍了晶体结构和性质，作为本书的结尾章，与前两章一起构成“原子结构与性质、分子结构与性质、晶体结构与性质”三位一体的“物质结构与性质”模块的基本内容。” “通过本章的学习，结合前两章已学过的有关物质结构知识，学生能够比较全面地认识物质的结构及结构对物质性质的影响，提高分析问题和解决问题的能力。” （二）内容体系 本单元知识内容分为两大部分，第一节简单介绍晶体的常识，区别晶体与非晶体，认识什么是晶胞：第二部分分为三节内容，第二节“分子晶体和原子晶体”分别介绍了分子晶体和原子晶体的结构特征及晶体特性，在陈述分子晶体的结构特征时，以干冰为例，介绍了如果分子晶体中分子问作用力只是范德华力时，分子晶体具有分子密堆积特征；同时，教科书以冰为例，介绍了冰晶体里由于存在氢键而使冰晶体的结构具有其特殊性。在第三节“金属晶体”中，首先从“电子气理论”介绍了金属键及金属晶体的特性，然后以图文并茂的方式描述了金属晶体的四种基本堆积模式。在第四节“离子晶体”中，由于学生已学过离子键的概念，教科书直接给出了NaCl和CsCl两种典型离子晶体的晶胞，然后通过“科学探究”讨论了NaCl和CsCl两种晶体的结构；教科书还通过例子重点讨论了影响离子晶体结构的几何因素和电荷因素，而对键性因素不作要求。晶格能是反映离子晶体中离子键强弱的重要数据，教科书通过表格形式列举了某些离子晶体的晶格能，以及晶格能的大小与离子晶体的性质的
光学基础理论 一. 光学基本定律 1. 光直线传播定律 2. 光独立传播定律 3. 光反射定律 I**= - I I – 入射角 I**-- 反射角 4. 光折射定律 n Sin I = n*Sin I* I – 入射角 I*-- 折射角 n-- 折射率(入射空间) n*--折射率(折射空间) 光在介质中的速度 二. 在特定条件下,光线在界面能全部反射回去,这叫光的全反射. 临界角: Sin I m =n*/n I m --临界角 当入射角大于临界角时,产生全反射. 全反射的用途: 1. 棱镜 2. 光纤 三. 球面与球面系统 -1-
由二个球面组成一个透镜,一个或多个透镜组成一个镜头, 多个镜头和其它光学元件组成一个光学系统. 四. 与镜头和透镜相关的基本参数 1.焦距(EFL) A.物方焦距( f ): 由前主面到前焦点的距离. B.像方焦距( f*): 由后主面到后焦点的距离. Q—前主面Q’---后主面H---前主点H’---后主点 F---前焦点F’---后焦点U---物方孔径角U’---像方孔径角 焦距公式: f*=h/tgU* f =h/tgU 在镜头或透镜中有一对垂轴放大率为+1的二个平面Q和Q’. 2.后截距(BFL) A.由镜头或光学系统最后一面到像面的距离为光学后截距(BFL). B.由下座端部到像面的距离为机械后截距(BFL*) BFL>BFL* -2-
3.F/NO (F数) F/NO=f*/D入 f *---焦距(EFL)D入---入瞳直径入瞳为光栏经其前方光学系统所成的像.举例: 4.半视角(FOV/2)(ω)[视场角(FOV)(2ω)] 物镜在其接收元件上成像的空间范围称为视场角.其一半为半视角. Y’ = f*tgωY’---像的大小f*---焦距(EFL) 5.畸变量(DIST) 在视场角较大或者很大时,所产生的像变形称为畸变. DIST=[Y’-Y0’/Y0’]×100% -3-