第7章晶体光学

《晶体光学与光性矿物学》教程讲义教案第一至五章第一章：晶体光学基础1.1 引言介绍晶体光学与光性矿物学的重要性概述教程的目标和内容1.2 晶体的基本概念定义晶体及其特点晶体的分类和空间点阵1.3 晶体的光学性质介绍晶体光学性质的基本原理晶体的折射率、双折射和偏振1.4 晶体的衍射和干涉解释衍射和干涉现象衍射和干涉在晶体光学中的应用第二章：光性矿物学基本概念2.1 引言介绍光性矿物学的研究对象和方法概述光性矿物学的发展历程2.2 矿物的基本概念定义矿物及其特征矿物的分类和命名2.3 矿物的光学性质介绍矿物的光学性质及其测定方法矿物的折射率、双折射和偏振2.4 光性矿物学的研究方法介绍光性矿物学研究的基本方法光学显微镜和X射线衍射等技术第三章：矿物的结晶习性3.1 引言介绍矿物结晶习性的重要性概述本章内容3.2 矿物的晶体结构介绍矿物的晶体结构及其类型晶体的空间点阵和晶胞参数3.3 矿物的结晶习性解释矿物的结晶习性及其影响因素晶体的生长和晶体习性的变化3.4 矿物的形态和分类介绍矿物的形态及其分类方法晶体的形状和晶体习性的关系第四章：矿物的光学性质4.1 引言概述矿物光学性质的重要性介绍本章内容4.2 矿物的折射率和双折射解释矿物的折射率及其测定方法矿物的双折射和偏振现象4.3 矿物的颜色和条痕介绍矿物的颜色和条痕的形成原因颜色和条痕在矿物鉴定中的应用4.4 矿物的光泽和硬度解释矿物的光泽及其形成原因矿物的硬度及其测定方法第五章：光性矿物学的实验技术5.1 引言介绍光性矿物学实验技术的重要性概述本章内容5.2 光学显微镜的使用介绍光学显微镜的结构及其操作方法显微镜在光性矿物学中的应用5.3 X射线衍射技术解释X射线衍射技术的原理及其应用X射线衍射在矿物学中的应用5.4 其他实验技术介绍其他光性矿物学实验技术例如：红外光谱、拉曼光谱等第六章：矿物的物理性质6.1 引言概述矿物物理性质的重要性介绍本章内容6.2 矿物的密度和相对密度解释矿物的密度和相对密度的概念测定矿物密度和相对密度的方法6.3 矿物的热性质介绍矿物的热性质及其测定方法矿物的熔点、热膨胀和导热性6.4 矿物的电性质解释矿物的电性质及其影响因素矿物的电阻率和导电性第七章：矿物的化学成分7.1 引言介绍矿物化学成分的重要性概述本章内容7.2 矿物的元素组成解释矿物元素组成的基本概念矿物的化学元素和化合物的鉴定7.3 矿物的离子替代和同质多象解释离子替代和同质多象的概念离子替代和同质多象在矿物形成中的应用7.4 矿物的化学反应介绍矿物化学反应的基本原理矿物的化学反应和化学测试方法第八章：矿物的成因和分类8.1 引言概述矿物成因和分类的重要性介绍本章内容8.2 矿物的成因分类解释矿物成因分类的基本概念火成岩、沉积岩和变质岩中的矿物8.3 矿物的地质分布介绍矿物的地质分布特征矿物的分布规律和成矿条件8.4 矿物的经济价值和应用解释矿物经济价值的概念矿物的开采、利用和保护第九章：光学矿物学的实验操作9.1 引言介绍光学矿物学实验操作的重要性概述本章内容9.2 光性矿物学实验的操作步骤详细介绍光性矿物学实验的操作步骤实验操作的注意事项和技巧9.4 实验结果的分析和讨论介绍实验结果分析和讨论的方法分析实验结果和探讨实验中发现的问题第十章：矿物鉴定的综合应用10.1 引言概述矿物鉴定综合应用的重要性介绍本章内容10.2 矿物鉴定的方法和技巧介绍矿物鉴定的方法和技巧光学显微镜、X射线衍射等技术在矿物鉴定中的应用10.3 矿物鉴定的实例分析分析矿物鉴定的实际案例讨论矿物鉴定过程中的难点和解决方法10.4 矿物鉴定的综合应用解释矿物鉴定在实际应用中的重要性矿物鉴定在地质勘探、矿产开发等领域的应用前景第十一章：光学矿物学实验：岩石薄片的制备与观察11.1 引言介绍岩石薄片制备与观察在光性矿物学中的重要性概述本章内容11.2 岩石薄片的制备方法详细介绍岩石薄片的制备步骤和技术要点包括样品的选择、切割、磨光和抛光等过程11.3 光学显微镜的使用与操作解释光学显微镜的结构和功能操作显微镜进行岩石薄片观察的步骤和技巧11.4 岩石薄片的观察与描述介绍岩石薄片观察的方法和注意事项描述岩石薄片中的矿物组成、结构和构造特征第十二章：光性矿物学实验：X射线衍射分析12.1 引言介绍X射线衍射分析在光性矿物学中的重要性概述本章内容12.2 X射线衍射原理解释X射线衍射的原理和现象X射线衍射在矿物学中的应用12.3 X射线衍射仪的使用与操作详细介绍X射线衍射仪的结构和功能操作X射线衍射仪进行矿物分析的步骤和技巧12.4 X射线衍射分析的应用介绍X射线衍射分析在矿物学中的应用实例讨论X射线衍射分析在矿物鉴定和成因研究中的应用第十三章：光性矿物学实验：红外光谱分析13.1 引言介绍红外光谱分析在光性矿物学中的重要性概述本章内容13.2 红外光谱原理解释红外光谱的原理和现象红外光谱在矿物学中的应用13.3 红外光谱仪的使用与操作详细介绍红外光谱仪的结构和功能操作红外光谱仪进行矿物分析的步骤和技巧13.4 红外光谱分析的应用介绍红外光谱分析在矿物学中的应用实例讨论红外光谱分析在矿物鉴定和成因研究中的应用第十四章：光性矿物学实验：拉曼光谱分析14.1 引言介绍拉曼光谱分析在光性矿物学中的重要性概述本章内容14.2 拉曼光谱原理解释拉曼光谱的原理和现象拉曼光谱在矿物学中的应用14.3 拉曼光谱仪的使用与操作详细介绍拉曼光谱仪的结构和功能操作拉曼光谱仪进行矿物分析的步骤和技巧14.4 拉曼光谱分析的应用介绍拉曼光谱分析在矿物学中的应用实例讨论拉曼光谱分析在矿物鉴定和成因研究中的应用第十五章：总结与展望15.1 总结回顾整个教程的内容和重点知识点强调光性矿物学在地质学和矿物学中的重要性15.2 展望讨论光性矿物学的发展趋势和未来挑战探索光性矿物学在新领域的应用前景重点和难点解析本文档为您提供了一部关于晶体光学与光性矿物学的教程讲义教案，涵盖了从晶体光学基础、光性矿物学基本概念、矿物的结晶习性、矿物的光学性质、矿物的物理性质、矿物的化学成分、矿物的成因和分类、光学矿物学的实验技术、矿物的经济价值和应用，到光学矿物学实验操作以及矿物鉴定的综合应用等十五个章节的内容。

晶体的常识(全套教案)第一章：引言教学目标：1. 让学生了解晶体的基本概念和特点。

2. 培养学生对晶体研究的兴趣。

教学内容：1. 晶体的定义：晶体是由原子、分子或离子按照一定的规律排列形成的固体物质。

教学活动：1. 引入话题：通过展示晶体的图片，引导学生思考为什么晶体具有规则的形状。

2. 讲解晶体定义和特点：通过PPT或板书，详细讲解晶体的定义和特点。

3. 讨论：让学生举例说明生活中常见的晶体，并分析其特点。

教学评价：1. 检查学生对晶体定义和特点的理解程度。

2. 观察学生在讨论中的参与情况和思考能力。

第二章：晶体的结构教学目标：1. 让学生了解晶体结构的基本类型。

2. 培养学生对晶体结构的理解和分析能力。

教学内容：1. 晶体结构的基本类型：立方晶系、六方晶系、四方晶系、正交晶系和单斜晶系。

2. 晶体结构的表示方法：晶胞、晶格和空间群。

教学活动：1. 讲解晶体结构的基本类型：通过PPT或板书，讲解各种晶体结构的特点和实例。

2. 展示晶体结构的图片和模型：让学生直观地了解晶体结构的形状和结构特点。

3. 练习：让学生分析给出的晶体结构图，判断其属于哪种基本类型。

教学评价：1. 检查学生对晶体结构的基本类型的理解和记忆。

2. 观察学生在练习中的操作情况和分析能力。

第三章：晶体的生长教学目标：1. 让学生了解晶体生长的原理和过程。

2. 培养学生对晶体生长的理解和观察能力。

教学内容：1. 晶体生长的原理：溶液蒸发、熔体冷却、离子注入等。

2. 晶体生长过程：成核、生长和成熟阶段。

教学活动：1. 讲解晶体生长的原理：通过PPT或板书，讲解晶体生长的原理和过程。

2. 演示晶体生长实验：进行晶体生长实验，让学生观察和记录晶体生长的过程。

3. 讨论：让学生分析晶体生长的速度和形状受到哪些因素的影响。

教学评价：1. 检查学生对晶体生长的原理和过程的理解程度。

2. 观察学生在实验中的观察和记录能力。

第四章：晶体的性质教学目标：1. 让学生了解晶体的一些基本性质。

晶体光学课后复习思考题参考答案（若有部分错误，请谅解~）第一章1.研究透明矿物的晶体光学性质应用哪种光？为什么？参考答案：根据实验的需要；不同的晶体光学性质需要用不同的光来鉴定。

2.矿物折射率的大小与哪些因素有关？参考答案：矿物自身构造3.①光波在均质体和非均质体中的传播特点有何不同？②为什么？参考答案：①光波射入均质体中，发生单折射现象，基本不改变入射光波振动特点和振动方向。

P5；光波沿光轴方向射入非均质体中时，不发生双折射，基本不改变入射光波的振动特点和振动方向。

光波沿非光轴方向射入非均质体中时，入射光波会发生双折射而分解形成两种偏光。

P5；②由于均质体的光学性质各个方向相同，而非均质体的光学性质随方向的不同而不同。

4.①光波在非均质体中传播时，其传播速度及相应折射率大小是取决于光波的传播方向还是取决于光波的振动方向？②为什么？参考答案：①取决于光波的振动方向P6；②根据电磁波理论，组成物质的原子或离子受电磁波扰动将极化成偶极子，可见光波在吴志忠的传播主要就是通过偶极子的感应振动来进行的。

在晶体中使振动偶极子回复到平衡位置的回复力强度控制光波的传播速度。

因此，光波在非均质体中的传播速度取决于光波的振动方向。

P65.绘出一轴晶负光性光率体的三种主要切面，并注明每一个切面的半径名称。

垂直光轴切面斜交光轴切面平行光轴切面P9 6.解释下列名词：光率体、一轴晶、二轴晶、光轴、常光、非常光、光学主轴、主轴面、光轴面、光轴角、Bxo、Bxa、双折射率。

光率体：表示光波在晶体中传播时，光波的振动方向与相应折射率之间关系的光学立体图形。

P6一轴晶：只有一个光轴的非均质体称一轴晶。

P5二轴晶：有两个光轴的非均质体成为二轴晶。

P5光轴：在非均质体中，不发生双折射的特殊方向成为光轴（Z轴、OA）P5常光：当光波射入一轴晶时，发生双折射形成两种偏光，其中振动方向垂直Z晶轴，其传播速度及其相应折射率值不变的偏光称为常光，以符号”o”表示。

第一章1.当入射光波射入一轴晶矿物时，发生双折射和偏光化，分解为两种振动方向相互垂直且传播速度不等的偏光，其中一种偏光无论入射光方向如何改变，其振动方向总是垂直于c轴的，相应折射率No 也始终保持不变。

所以一轴晶光率体所有椭圆切面上都有No。

不是。

（1）垂直光轴（OA）的切面（2）垂直锐角等分线（Bxa）的切面（3）垂直钝角等分线（Bxo）的切面2.一轴晶：Ne＞No，光性符号为正；Ne＜No，光性符号为负二轴晶：确定Bxa方向是Ng轴还是Np轴，若Bxa=Ng（Bxo=Np），则光性符号为正；若bxa=Np(Bxo=Ng),则光性符号为负。

3.二轴晶两光轴相交的锐角称为光轴角以符号“2V”表示。

公式为tan2α=4.P15图1-14，P16图1-15（1）垂直光轴切面：双折射率为零（2）平行光轴切面：一轴正晶最大双折射率为Ne-No，一轴负晶最大双折射率为No-Ne （3）斜交光轴切面：一轴正晶Ne＞Ne＇＞No，一轴负晶Ne＜Ne＇＜No。

5.P22图1-21（1）垂直光轴（OA）的切面：双折射率为零（2）平行光轴面（OAP）的切面：最大双折射率Ng-Np （3）垂直锐角等分线（Bxa）的切面：二轴正晶Nm-Np，二轴负晶Ng-Nm（4）垂直钝角等分线（Bxo）的切面：二轴正晶Ng-Nm，二轴负晶Nm-Np6.均不能。

光率体是表示在晶体中传播的光波振动方向与晶体对该光波的折射率之间关系的立体几何图形。

光性正负取决于Ne与No的相对大小，当Ne＞No时为正光性，Ne＜No时为负光性。

无论正光性还是负光性其光率体直立旋转轴必定是Ne，水平旋转轴是No，放倒不能改变其光性正负。

7.由旋转椭球体逐渐变为圆球体。

8.光率体形状由三轴椭球体逐渐变为旋转椭球体。

Nm=Np时为一轴晶，光性符号为（+）Nm=Ng时为一轴晶，光性符号为（—）9.中级晶族：三方晶系、四方晶系、六方晶系中，无论光性符号正、负，Ne轴总是与晶体的高次对称轴L3、L4、L6一致（或说平行）。

第一章1、为什么一轴晶光率体所有椭圆切面上都有No？二轴晶光率体任意切面上是否都有Nm？在哪些切面上才有Nm？（P15）答：一轴晶光率体是以Ne轴为旋转轴的旋转椭球体，所有斜交光轴的切面都与圆切面相交，因此，所有斜交光轴的椭圆切面的长、短半径中必有一个是主轴No。

否。

（1）垂直光轴OA切面（2）垂直锐角等分线Bxa切面（3）垂直钝角等分线Bxo切面（4）垂直光轴面NgNp的斜交切面2、怎样定义一轴晶光率体的光性符号？(P14)怎样定义二轴晶光率体的光性符号？(P20)答：一轴晶光率体只要比较出Ne′、No的相对大小即可确定出矿物的光性符号。

因为一轴正晶Ne＞Ne′＞No，一轴负晶Ne＜Ne′＜No，即只要确定出No＜Ne′，则矿物光性符号1、要测定矿物的轴性和光性符号，应该选择在正交偏光下干涉色最高的切面。

（×）2、2、在同一岩石薄片中，同种矿物不同方向的切面上，其干涉色不同。

（√）3、3、对于一轴晶矿物来说，其延性和光性总是一致的。

（√）4、4、两非均质体矿片在正交镜间的45°位重迭，当异名半径平行时，因总光程差为零而使矿片变黑暗的现象，称为消色。

（√）5、5、贝克线的移动规律是下降物台，贝克线总是向折射率大的物质移动。

（√）6、6、二轴晶光率体，当Np＞Nm＞Ng时，为负光性。

（×）7、7、矿物的多色性在垂直光轴的切面上最不明显。

（√）8、8、一轴晶光率体的旋转轴永远是Ne轴。

（√）9、9、某矿物的最高干涉色为Ⅱ级紫红，因此该矿物的某些切面可能出现Ⅰ级紫红。

（√）10、10、一轴晶平行光轴切面的干涉图与二轴晶平行光轴面切面的干涉图特点完全一样，在轴性明确的情况下也不能用作光性正负的测定。

（×）为正，No＞Ne′则矿物光性符号为负。

二轴晶光率体必须确定Bxa方向是Ng轴还是Np轴：若Bxa=Ng（Bxo=Np），则光性符号为正；若Bxa=Np（Bxo=Ng），则光性符号为负。

《晶体光学及光性矿物学》教学大纲(总学时：50学时)●序言：晶体光学的研究内容及其在岩石学中的地位，晶体光学的学习方法及要求。

第一章：晶体光学基础自然光与平面偏振光；光的折射、反射和全反射；光波在介质分界面上的折射定律。

光在光性均质体和非均质体中的传播特点。

双折射现象，光轴位置。

光率体的概念；均质体光率体、非均质体光率体。

一轴晶光率体及其特征：常光(No)与非常光(Ne)；正光性与负光性；一轴晶光率体主要切面及切面特征：垂直光轴、斜交光轴、平行光轴。

二轴晶光率体及其特征：光学主轴及主折射率(Ng、Nm、Np)、光轴(OA)、光轴面(Ap)、主轴面(NgNp面、NgNm面、NmNp面)、光轴角(2V)、锐角等分线(Bxa)、钝角等分线(Bxo)、正光性与负光性；●二轴晶光率体主要切面及切面特征：垂直光轴、斜交光轴、垂直(Bxa)、垂直Bxo、平行Ap等五种切面。

中级晶族和低级晶族的光性方位。

第二章：偏光显微镜及岩石薄片偏光显微镜的构造、检查与校正，使用与保养。

岩石薄片磨制法简介(参观磨片厂)。

第三章：单偏光镜下的晶体光学性质单偏光镜的装置，调节与校正。

●矿物结晶形态、集合体形态与切片形态。

●矿物切片上的解理，可见临界角，完善程度及解理夹角测定。

●矿物颜色，多色性及其成因。

●矿物切片的边缘特征，突起与糙面，贝克线，色散效应(折射率色散)，相对折光率高低的比较，突起等级的确定，闪突起。

第四章：正交偏光镜下的晶体光学性质正交偏光镜的装置、特点、调节与校正。

●晶体的消光现象及消光位。

●正交偏光镜下光波的干涉原理，光程差及其影响因素，干涉色的成因，干涉色级序及各级序的特征，干涉色色谱表，异常干涉色(双折射色散)。

●补色法则及主要补色器(云母试板、石膏试板、石英楔、贝瑞克消色器)。

●矿片上光率体椭园半径方向及轴名测定。

●矿物主要光学性质的测定：矿物干涉色级序，双折射率的测定；消光类型、消光角、晶体延性符号的测定。

第7章回复和再结晶第7章回复和再结晶⾦属发⽣冷塑性变形后，其组织和性能发⽣了变化，为了使冷变形⾦属恢复到冷变形前的状态，需要将其进⾏加热退⽕。

为什么将冷变形⾦属加热到适当的温度能使其恢复到冷变形前的状态呢？因为冷变形⾦属中储存了部分机械能，使能量升⾼，处于热⼒学不稳定的亚稳状态，它有⾃发向热⼒学更稳定的低能状态转变的趋势。

然⽽，在这两种状态之间有⼀个能量升⾼的中间状态，成为⾃发转变的障碍，称势垒。

如果升⾼温度，⾦属中的原⼦获得⾜够的能量（激活能），就可越过势垒，转变成低能状态。

研究冷变形⾦属在加热过程中的变化有两种⽅法。

1）以⼀定的速度连续加热时发⽣的变化；2）快速加热到某⼀温度，在保温过程中发⽣的变化。

通常采⽤。

P195图1为将冷变形⾦属快速加热到0.5T m附近保温时，⾦相组织随保温时间的变化⽰意图。

可以将保温过程分三个阶段：1）在光学显微组织发⽣改变前，称回复阶段；2）等轴晶粒开始产⽣到变形晶粒刚消失之间，称再结晶阶段；3）晶粒长⼤阶段。

7-1 回复⼀、回复的定义冷变形⾦属加热时，在光学显微组织发⽣改变前所产⽣的某些亚结构和性能的变化称回复。

⼆、回复对性能的影响内应⼒降低，电阻降低，硬度和强度下降不多（基本不变）。

三、回复的机制回复的机制根据温度的不同有三种：（⼀）低温回复机制冷变形⾦属在较低温度范围就开始回复，主要表现为电阻下降，但机械性能⽆变化。

由此认为低温回复的机制是：过量点缺陷减少或消失。

（⼆）中温回复机制温度范围⽐低温回复稍⾼。

中温回复的机制是：位错发⽣滑移，导致位错的重新组合，及异号位错相遇抵消。

发⽣中温回复时，在电镜组织中，位错组态有变化；但位错密度的下降不明显。

若两个异号位错不在同⼀滑移⾯上，在相遇抵消前，要通过攀移或交滑移，这需要更⼤的激活能，只能在较⾼的温度才能发⽣。

（三）⾼温回复机制发⽣⾼温回复时，电镜组织的特征是亚晶粒呈等轴状，即⽆变形的亚晶粒。

于是，提出了⾼温回复的多边化机制（P197图5）。

晶体光学及光矿物学晶体光学及光矿物学背景介绍：晶体光学与光矿物学是非常重要的研究领域，涉及光线的传播、吸收及折射等方面，对于地质学、生物学等众多学科都有应用。

在这篇文章中，我们将深入探讨晶体光学和光矿物学的相关知识。

一、晶体光学1. 晶体的基本特征：晶体是由一个或多个有规则排列的基本单元重复构成的，具有明显的对称性和晶格结构。

2. 光线在晶体中的传播：晶体对光线的传播有很大的影响，会发生折射、反射等现象。

晶体对光线的传播方式受到晶体结构、光线入射角度等因素的影响。

3. 晶体的光学特性：晶体的光学特性包括双折射、旋光性等。

其中，双折射是指光线在晶体中传播时会分裂成两个光线，这两个光线具有不同的折射率和传播速度。

旋光性是指光线在旋转时具有旋光性质，其中旋光的方向和光线的传播方向有关。

二、光矿物学1. 光矿物的定义：光矿物是指具有显微镜下的光学特性的矿物，包括各种晶体和非晶体矿物。

2. 光学特征的应用：通过光学特征的研究，可以对矿物进行鉴定、分析和区分。

例如，通过矿物的折射率、双折射、吸收等光学特征，可以对矿物进行区分和定量分析。

3. 光学显微镜：光学显微镜是光矿物学中比较常用的实验工具。

它可以放大显微镜下观察不到的微小光学特征，例如矿物的双折射、旋光等。

同时，还可以对样品进行光学观察和光学测量，获取各种光学参数。

总结：晶体光学和光矿物学是光学和地学等多个学科的重要分支，其研究成果对地球科学、生物学、化学等领域都具有重要的应用价值。

晶体光学主要研究晶体对光线的传播影响，而光矿物学则主要研究矿物的光学特性及其应用。

在矿物学中，光学显微镜也是非常重要的实验工具。