2020版高中物理 第三章 固体和液体 1 晶体和非晶体学案 教科版选修3-3

2020版高中物理 第三章 固体和液体 1 晶体和非晶体学案 教科版选修3-3

‎1　晶体和非晶体 ‎[学习目标]　1.知道固体分为晶体和非晶体两大类，知道晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别.2.知道晶体分为单晶体和多晶体.3.了解晶体的微观结构和固体性质的微观解释．‎ 一、晶体和非晶体 ‎1．固体可以分为晶体和非晶体两类．晶体又可以分为单晶体与多晶体．‎ ‎2．金刚石、食盐、石英、云母、明矾、硫酸铜、味精、蔗糖等是晶体，玻璃、松香、沥青、橡胶、蜂蜡等是非晶体．‎ ‎3．晶体和非晶体的区别 分类 宏观外形 物理性质 非晶体 没有(填“有”或“没有”)天然规则的几何形状 ‎①没有(填“有”或“没有”)确定的熔点；‎ ‎②导电、导热、光学性质表现为各向同性(填“异性”或“同性”)‎ 晶体 单晶体 有(填“有”或“没有”)天然规则的几何形状 ‎①有(填“有”或“没有”)确定的熔点；‎ ‎②导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向异性(填“异性”或“同性”)‎ 多晶体 没有(填“有”或“没有”)天然规则的几何形状 ‎①有(填“有”或“没有”)确定的熔点；‎ ‎②导电、导热、光学性质表现为各向同性(填“异性”或“同性”)‎ 二、晶体的微观结构和固体性质的微观解释 ‎1．晶体的微观结构 晶体中的微粒是有规则的、周期排列的结构称为点阵结构，并影响晶体的许多特性．‎ ‎2．固体性质的微观解释 ‎(1)构成固体的微粒排列紧密，绝大多数粒子只能在各自平衡位置附近做小范围的无规则振动，所以固体具有固定的形状和体积．‎ ‎(2)同一种物质微粒，因为排列结构不同可以形成不同的晶体结构，从而表现出不同的物理性质．‎ ‎[即学即用]‎ 9‎ ‎1．判断下列说法的正误．‎ ‎(1)所有晶体都具有天然、规则的几何外形．(×)‎ ‎(2)没有固定熔点的固体一定是非晶体．(√)‎ ‎(3)物理性质表现为各向同性的一定是非晶体．(×)‎ ‎(4)同一种物质只能形成一种晶体．(×)‎ ‎(5)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体．(√)‎ ‎2．某球形固体物质，其各向导热性能不相同，则该物体一定是________．‎ 答案　晶体 一、晶体和非晶体 ‎[导学探究]　(1)如图1甲所示是日常生活中常见的几种晶体，图乙是生活中常见的几种非晶体，请在图片基础上思考以下问题：‎ 甲 乙 图1‎ ‎①晶体与非晶体在外观上有什么不同？‎ ‎②没有规则几何外形的固体一定是非晶体吗？‎ ‎(2)在云母片和玻璃片上分别涂上一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母片及玻璃片的另一面，石蜡熔化，如图2所示，那么你看到的现象及得出的结论是什么？‎ 图2‎ 答案　(1)①单晶体有规则的几何外形，多晶体和非晶体无规则的几何外形．‎ ‎②不是．由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体也没有确定的几何外形．‎ ‎(2)‎ 9‎ 玻璃片上石蜡的熔化区呈圆形，说明玻璃片沿各个方向的导热性能相同．云母片上石蜡的熔化区呈椭圆形，说明云母片沿各个方向的导热性能不相同．‎ ‎[知识深化]‎ ‎1．判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法 ‎(1)区分晶体与非晶体的方法：看其有无确定的熔点，晶体具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点．仅从各向同性或者几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体．‎ ‎(2)区分单晶体和多晶体的方法：看其是否具有各向异性，单晶体表现出各向异性，而多晶体表现出各向同性．‎ ‎2．各向异性的表现 在物理性质上，单晶体具有各向异性，而非晶体及多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．‎ 单晶体的各向异性是指单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单晶体的物理性能时测量结果不同．‎ 例1　下列关于晶体和非晶体的说法，正确的是(　　)‎ A．所有的晶体都表现为各向异性 B．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体 C．大盐粒磨成细盐，就变成了非晶体 D．所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点 答案　D 解析　只有单晶体才表现为各向异性，故A错；单晶体有规则的几何形状，而多晶体无规则的几何形状，常见的金属属于多晶体，故B错；大盐粒磨成细盐，细盐仍是形状规则的晶体，故C错；晶体和非晶体的一个重要区别就是晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，故D对．‎ 例2　在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触其背面一点，蜡熔化的范围如图3(a)所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(b)所示，则(　　)‎ 图3‎ A．甲、乙是非晶体，丙是晶体 B．甲、丙是晶体，乙是非晶体 9‎ C．甲、丙是非晶体，乙是晶体 D．甲是非晶体，乙是多晶体，丙是单晶体 答案　B 解析　由题图(a)知，甲、乙的导热性能呈各向同性，丙的导热性能呈各向异性；由题图(b)知，甲、丙有固定的熔点，乙没有固定的熔点．所以甲、丙是晶体，乙是非晶体．‎ 判断晶体与非晶体的关键是看有无确定的熔点.‎ 单晶体与多晶体的区别关键看有无规则的几何外形以及是否为各向异性.‎ 二、晶体的微观结构　固体性质的微观解释 ‎[导学探究]　(1)单晶体具有规则的几何外形，物理性质方面表现为各向异性，而非晶体却没有规则的几何外形，并且物理性质方面表现为各向同性．产生这些不同的根本原因是什么呢？‎ ‎(2)金刚石和石墨都是由碳原子构成的，但它们在硬度上差别很大，这说明什么问题？‎ ‎(3)固体为什么有一定的体积和形状？晶体为什么会表现各向异性？‎ 答案　(1)它们的微观结构不同．‎ ‎(2)金刚石是网状结构，原子间的作用力很强，所以金刚石的硬度大．石墨是层状结构，原子间的作用力较弱，所以石墨的硬度小．这说明组成物质的微粒按照不同的规则在空间分布会形成不同的晶体．‎ ‎(3)构成固体(晶体或非晶体)的微粒排列非常紧密，微粒之间的引力很大，绝大多数粒子只在各自的平衡位置附近做小范围的无规则振动，所以固体具有固定的形状和体积．晶体在不同的方向上微粒排列的情况不同，所以晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质，即各向异性．‎ ‎[知识深化]‎ ‎1．单晶体、多晶体及非晶体的异同 分类 微观结构 宏观表现 外形 物理性质 晶体 单晶体 组成晶体的物质微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列——空间点阵 几何形状天然、有规则 某些物理性质各向异性 有确定 的熔点 多晶体 由无数的晶体微粒(小晶粒)无规则排列组成 无天然、规则的几何外形　‎ 各向同性 非晶体 内部物质微粒是无规则排列的 9‎ 没有确定的熔点 ‎2.对晶体的微观解释 ‎(1)对单晶体各向异性的解释图4为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况．在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同．线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少．因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同．‎ 图4‎ ‎(2)对晶体具有确定熔点的解释 给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化．‎ ‎3．有的物质有几种晶体，这是由于它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构．例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性质上有很大的不同．‎ 特别提醒　多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成，每个小晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性的物理性质和规则的几何外形，由于晶粒在多晶体内杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．‎ 例3　(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的 B．有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构 C．凡具有各向同性的物质一定是非晶体 D．晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的 答案　ABD 解析　晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的，A、B、D正确；具有各向同性的物质不一定是非晶体，多晶体也具有这样的性质，C错误．‎ 例4　(多选)2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究．他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二维结构．如图5所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是(　　)‎ 9‎ 图5‎ A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体 B．石墨是单质，石墨烯是化合物 C．石墨、石墨烯与金刚石都是晶体 D．他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的 答案　CD 解析　石墨、石墨烯、金刚石都为晶体且都为单质，A、B错误，C正确；两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨烯的，D正确．‎ ‎1.(晶体和非晶体)下列固体中全是由晶体组成的是(　　)‎ A．石英、云母、明矾、食盐、铜 B．石英、玻璃、云母、铜 C．食盐、雪花、云母、硫酸铜、松香 D．蜂蜡、松香、橡胶、沥青 答案　A ‎2．(晶体和非晶体的微观结构)(多选)下列关于晶体和非晶体，正确的说法是(　　)‎ A．晶体内部的物质微粒是规则排列的，而非晶体内部的物质微粒排列是不规则的 B．晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的 C．晶体和非晶体并不是绝对的 D．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体 答案　AC 解析　晶体内部的微粒是按一定规律排列的，而非晶体则无这一特点，A正确；物质内部的微粒都在运动，B错误；晶体和非晶体在一定条件下可相互转化，C正确；即使是晶体，各个平面上的微粒数也不一定相等，D错误．‎ 一、选择题 考点一　晶体和非晶体 9‎ ‎1．下列说法中正确的是(　　)‎ A．玻璃是晶体 B．食盐是非晶体 C．云母是晶体 D．石英是非晶体 答案　C 解析　玻璃是非晶体，食盐、云母、石英都是晶体，故选项C正确．‎ ‎2.一块厚度和密度都均匀分布的长方体被测样品，长AB是宽AD的两倍，如图1所示．如果用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1′和O2O2′方向测量，结果阻值均为R，则这块样品可能是(　　)‎ 图1‎ A．单晶体 B．多晶体 C．非晶体 D．普通金属 答案　A 解析　用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1′、O2O2′方向测量结果均相同，说明该物体沿O1O1′和O2O2′方向电阻率(即导电性能)不同，即物理性质表现为各向异性，所以A正确，B、C错误．如果是普通金属，可以分析出沿O1O1′方向电阻比较大，D错误．‎ ‎3．(多选)如图2是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线判断下列说法正确的是(　　)‎ 图2‎ A．a是晶体 B．b是晶体 C．a是非晶体 D．b是非晶体 答案　AD 解析　晶体在熔化过程中不断吸热，但温度(熔点对应的温度)却保持不变，而非晶体没有确定的熔点，因此题图a对应的是晶体，题图b对应的是非晶体．‎ ‎4．(多选)云母薄片和玻璃片分别涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母薄片及玻璃片的反面，石蜡熔化，如图3所示，那么(　　)‎ 9‎ 图3‎ A．熔化的石蜡呈圆形的是玻璃片 B．熔化的石蜡呈圆形的是云母片 C．实验说明玻璃有各向同性，可能是非晶体 D．实验说明云母有各向同性，是晶体 答案　AC ‎5．(多选)下列说法中正确的是(　　)‎ A．只要是具有各向异性的固体就必定是晶体 B．只要是不显示各向异性的固体就必定是非晶体 C．只要是具有确定的熔点的固体就必定是晶体 D．只要是不具有确定的熔点的固体就必定是非晶体 答案　ACD 解析　多晶体和非晶体都表现出各向同性，只有单晶体表现出各向异性，故B错误，A正确；晶体一定有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，故C、D正确．‎ ‎6．下列说法正确的是(　　)‎ A．黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体 B．同一种物质只能形成一种晶体 C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的 D．玻璃没有确定的熔点，也没有天然规则的几何形状 答案　D 解析　黄金是多晶体，只是因为组成多晶体的小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，故A错；同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金刚石和石墨，故B错；单晶体只在某些物理性质上表现出各向异性，并不是所有物理性质都表现出各向异性，故C错；玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和天然规则的几何形状，D对．‎ 考点二　晶体的微观结构 ‎7．石墨和金刚石，性质有很大差异，是由于(　　)‎ A．石墨是各向异性的，而金刚石是各向同性的 B．它们的化学成分不同 C．它们都是各向同性的 D．组成它们的物质微粒按不同的规则排列 答案　D 解析　物质的性质由物质微粒的微观结构决定，故D选项正确．‎ ‎8．(多选)有关晶体的微观结构，下列说法中正确的有(　　)‎ A．同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质 9‎ B．同种元素的原子按不同结构排列有不同的物理性质 C．同种元素形成晶体只能有一种排列规律 D．同种元素形成晶体可能有不同的排列规律 答案　BD 解析　同种元素的原子可以按不同结构排列，形成不同的物质，不同物质的物理性质不同，如同是由碳元素组成的石墨和金刚石的密度、机械强度、导热性能、导电性能和光学性质等都有很大差别，所以B、D正确，A、C错误．‎ 二、非选择题 ‎9．(晶体的微观结构)利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图像，从而可以研究物质的构成规律．如图4所示的照片是一些晶体材料表面的STM图像，通过观察、比较，可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的，具有一定的结构特征．则构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点是：‎ 图4‎ ‎(1)________________________________________________________________________；‎ ‎(2)________________________________________________________________________．‎ 答案　(1)在确定方向上原子有规律地排列，在不同方向上原子的排列规律一般不同　(2)原子排列具有一定的对称性 解析　从题图中可以看出，这几种材料的原子排列均有一定的规则，因此是晶体，具有晶体的特点．‎ 9‎