2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 固體 第1節(jié) 晶體和非晶體學(xué)案 魯科版選修3-3

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1、第1節(jié)　晶體和非晶體 　1.掌握晶體與非晶體的區(qū)別．(重點(diǎn))　2.通過實(shí)驗(yàn)對比得出晶體與非晶體在物理性質(zhì)方面的差別．(重點(diǎn)) 3．正確區(qū)分多晶體和非晶體．(難點(diǎn)) 一、固體及其分類 1．特性 (1)固體看得見、摸得著，容易察覺它的存在． (2)固體有固定的外形，可根據(jù)需要進(jìn)行加工處理． 2．分類：固體通?？煞譃榫w和非晶體兩大類． 二、單晶體與多晶體 1．晶體可分為單晶體和多晶體兩類． 2．單晶體 (1)定義：具有規(guī)則的幾何形狀，外形都是由若干個(gè)平面圍成的多面體． (2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：大部分物質(zhì)的單晶體都具有相同的基本形狀，表面?zhèn)€數(shù)、各相應(yīng)平面間的夾角恒定不變． (3

2、)宏觀特性 ①具有規(guī)則的幾何形狀． ②具有各向異性． ③有確定的熔點(diǎn)． 3．多晶體 (1)定義：小晶粒雜亂無章地排列，沒有規(guī)則的幾何形狀的晶體． (2)宏觀特性 ①沒有規(guī)則的幾何形狀． ②具有各向同性． ③有確定的熔點(diǎn)． 三、非晶體的宏觀特征 非晶體的物理性質(zhì)是各向同性，沒有固定的熔點(diǎn)． (1)所有晶體都具有天然、規(guī)則的幾何外形．(　　) (2)沒有固定熔點(diǎn)的固體一定是非晶體．(　　) (3)物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性的一定是非晶體．(　　) (4)有些非晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體．(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√ 　晶體和非晶體

3、的正確判斷 根據(jù)幾何形狀判斷某一固體是晶體還是非晶體時(shí)，要注意以下誤區(qū)：誤把多晶體認(rèn)為非晶體，由于多晶體是由很多個(gè)單晶體粘合在一起所組成的晶體，從宏觀形狀上看，它沒有規(guī)則的幾何形狀，所以我們很有可能把它誤以為是非晶體，但它實(shí)際上是晶體．利用熔點(diǎn)進(jìn)行晶體和非晶體的判斷時(shí)不能運(yùn)用主觀經(jīng)驗(yàn)，例如對蔗糖進(jìn)行判斷時(shí)，人們往往會以為從未見過蔗糖的液態(tài)形式，更不可能認(rèn)為蔗糖會存在液態(tài)形式，故而判斷其為非晶體．所以，大家在進(jìn)行晶體和非晶體的判斷時(shí)要認(rèn)真分析，不要盲目判斷，以免判斷錯誤． 例如食鹽的晶體是立方體形(圖甲)，明礬晶體是八面體形(圖乙)，石英晶體的中間是一個(gè)六棱柱，兩端是六棱錐(圖丙)．

4、非晶體又稱玻璃體，是不能形成結(jié)晶的固體，非晶體與晶體在微觀結(jié)構(gòu)上的本質(zhì)區(qū)別在于：非晶體內(nèi)部粒子排列不存在長程有序性，但非晶體粒子空間分布卻有很強(qiáng)的局域關(guān)聯(lián)，所以具有高度的短程有序性． 晶體有一定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有． 　食鹽、明礬、石英的形狀雖然各不相同，但都有規(guī)則的幾何外形，所以食鹽、明礬、石英都是晶體．有些晶體可以具有多種不同的幾何外形，例如雪花；非晶體則沒有規(guī)則的幾何外形． 　(多選)關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是(　　) A．有規(guī)則的幾何外形的固體一定是晶體 B．晶體在物理性質(zhì)上一定是各向異性的 C．晶體熔化時(shí)具有一定的熔點(diǎn) D．晶體和非晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下是可以相互轉(zhuǎn)

5、化的 [思路點(diǎn)撥]　區(qū)分晶體與非晶體要根據(jù)晶體與非晶體的特征，有時(shí)僅利用有規(guī)則的幾何外形是不能區(qū)分的，因?yàn)槎嗑w往往沒有一定的幾何外形，也不顯示各向異性． [解析]　晶體有固定熔點(diǎn)，所以選項(xiàng)C正確．理論和實(shí)驗(yàn)都證明非晶體是不穩(wěn)定狀態(tài)，在適當(dāng)?shù)臈l件下會變成晶體，因此選項(xiàng)D也正確． [答案]　CD 晶體與非晶體的區(qū)別主要表現(xiàn)在有無確定的熔點(diǎn)上，而不能僅靠是否有規(guī)則幾何形狀辨別．因?yàn)殡m然單晶體有規(guī)則幾何外形，但多晶體與非晶體一樣都沒有規(guī)則的幾何外形. 　1.下列各組物質(zhì)中，全部是晶體的是(　　) A．石英、雪花、瀝青 　 　 B．食鹽、橡膠、瀝青 C．味精、食鹽、石英 D．雪

6、花、玻璃、石英 解析：選C.瀝青、橡膠、玻璃是非晶體. 　單晶體與多晶體 1．概念：如果一個(gè)物體就是一個(gè)完整的晶體，這樣的晶體叫做單晶體；如果整個(gè)物體是由許多雜亂無章地排列著的小晶粒組成的，這樣的物體就叫做多晶體． 2．區(qū)別：由于多晶體是由許多單晶粒雜亂無章地組合而成的，所以多晶體沒有確定的幾何外形，而單晶體具有規(guī)則的幾何外形；其次單晶粒表現(xiàn)為各向異性，而多晶體由于是由許多單晶粒雜亂無章地組合而成的，故多晶體表現(xiàn)為各向同性． 3．共同點(diǎn) (1)都是晶體． (2)都有確定的熔點(diǎn)． 　如果一塊具有規(guī)則形狀的晶體，把它碾成小顆粒后，這些小顆粒仍然保持與原來整塊晶體的形狀相似的規(guī)則外

7、形，這樣的晶體叫單晶體． 　關(guān)于晶體和非晶體，下列說法中正確的是(　　) A．可以根據(jù)各向同性或各向異性來鑒別晶體和非晶體 B．一塊均勻薄片，沿各個(gè)方向?qū)λ┘永?，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度一樣，則此薄片一定是非晶體 C．一個(gè)固體球，如果沿其各條直徑方向的導(dǎo)電性不同，則該球一定是單晶體 D．一塊晶體，若其各個(gè)方向的導(dǎo)熱性相同，則一定是多晶體 [思路點(diǎn)撥]　物理性質(zhì)為各向異性，則一定是單晶體；物理性質(zhì)為各向同性，則可能是非晶體、多晶體，也可能是單晶體，因?yàn)閱尉w的某些(個(gè))物理性質(zhì)為各向異性，而另外某些(個(gè))物理性質(zhì)卻為各向同性． [解析]　多晶體和非晶體都顯示各向同性，只有單晶體顯示各向異性

8、，A、B均錯，C對；單晶體具有各向異性的特性，僅是指某些物理性質(zhì)，并不是所有的物理性質(zhì)都是各向異性的，換言之，某一物理性質(zhì)顯示各向同性，并不意味著該物質(zhì)一定不是單晶體，故D項(xiàng)錯． [答案]　C 　2.(多選)一塊金屬整體表現(xiàn)為各向同性是因?yàn)?　　) A．金屬是單晶體 B．金屬是多晶體 C．金屬晶粒的排列是雜亂無章的 D．金屬是非晶體 解析：選BC.對該金屬而言，它屬于多晶體，其內(nèi)部是由許多小晶粒雜亂無章地排列而成的，每個(gè)小晶粒的各向異性相互抵消，所以在各方向上的物理性質(zhì)幾乎相同，整體表現(xiàn)為各向同性． 　正確理解單晶體的各向異性 1．在物理性質(zhì)上，單晶體是各向異性的，而非晶體則

9、是各向同性的． (1)單晶體的各向異性是指單晶體在不同方向上的物理性質(zhì)不同，也就是沿不同方向去測試單晶體的物理性能時(shí)測試結(jié)果不同． (2)通常所說的物理性質(zhì)包括彈性、硬度、導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、磁性等． 2．單晶體具有各向異性，并不是說每一種單晶體都能在各種物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性，舉例如下： (1)云母、石膏晶體在導(dǎo)熱性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向傳熱的快慢不同． (2)方鉛礦石晶體在導(dǎo)電性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向電阻率不同． (3)立方形的銅晶體在彈性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向的彈性不同． (4)方解石晶體在光的折射上表現(xiàn)出各向異性——沿不同方向的

10、折射率不同． 　單晶體各向異性的物理性質(zhì)都有哪些？ [思路點(diǎn)撥]　各向異性的表現(xiàn)不要僅局限于課本上的導(dǎo)熱性，其實(shí)還有其他性質(zhì)． [解析]　單晶體各向異性的物理性質(zhì)通常有： (1)導(dǎo)熱性：即沿不同的方向?qū)岬膫鲗?dǎo)速度不同，有快有慢； (2)導(dǎo)電性：即沿不同方向電阻率不同，有大有??； (3)導(dǎo)光性：即沿不同方向?qū)獾膫鞑ニ俾什煌?，有大有?。? (4)抗壓性：即沿不同方向抵抗外來壓力的強(qiáng)度不同，有強(qiáng)有弱． [答案]　見解析 [隨堂檢測] 1．因?yàn)閱尉w有確定的幾何形狀，所以(　　) A．玻璃磚是單晶體　　　　 B．細(xì)鹽不是單晶體 C．云母片是單晶體 D．新買的橡皮擦是

11、單晶體 解析：選C.玻璃磚、橡皮擦是非晶體，它們的形狀是加工而成的，不是晶體的確定形狀，而細(xì)鹽、云母片均有確定的幾何形狀，屬于晶體，故C正確． 2．(多選)關(guān)于多晶體與非晶體，下列說法正確的是(　　) A．多晶體也屬于非晶體 B．多晶體和非晶體一樣，都沒有固定的熔點(diǎn) C．多晶體和非晶體一樣，都沒有規(guī)則的幾何外形 D．多晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體則沒有 解析：選CD.多晶體和單晶體都是晶體，它們都有固定的熔點(diǎn)；非晶體沒有固定的熔點(diǎn)，也沒有規(guī)則的幾何外形．單晶體有規(guī)則的幾何外形，由于多晶體是由許多單晶體雜亂無章地排列組合在一起的，所以多晶體也沒有規(guī)則的幾何外形． 3．(多選)如圖所示

12、，ACBD是一厚度均勻的由同一種微粒構(gòu)成的圓板．AB和CD是互相垂直的兩條直徑，在圓板所處平面內(nèi)把圓板從圖示位置轉(zhuǎn)90°后電流表讀數(shù)發(fā)生了變化(兩種情況下都接觸良好)．關(guān)于圓板，下列說法正確的是(　　) A．圓板是非晶體 B．圓板是多晶體 C．圓板是單晶體 D．圓板在各個(gè)方向上導(dǎo)電性不同 解析：選CD.單晶體顯示各向異性，而多晶體和非晶體顯示各向同性． 4．下列說法中正確的是(　　) A．黃金可以切割加工成任意形狀，所以是非晶體 B．同一物質(zhì)只能形成一種晶體 C．單晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的 D．玻璃沒有確定的熔點(diǎn)，也沒有規(guī)則的幾何形狀 解析：選D.所有的金屬都是晶

13、體，因而黃金也是晶體．只是因?yàn)辄S金晶體內(nèi)部小晶粒的排列雜亂無章，才使黃金沒有規(guī)則的幾何形狀，故A錯．同一種物質(zhì)可以形成多種晶體，如碳可以形成金剛石和石墨兩種晶體，故B錯．單晶體的物理性質(zhì)各向異性是某些物理性質(zhì)各向異性，有些物理性質(zhì)各向同性，故C錯．玻璃是非晶體，因而沒有確定的熔點(diǎn)和規(guī)則的幾何形狀，D對． 5．談一下實(shí)驗(yàn)得到的圖象的含義(如圖所示)． 解析：從圖象上看：縱軸表示溫度T，橫軸表示時(shí)間t，曲線A表示某種晶體的熔化過程，曲線B表示某種非晶體的熔化過程．在一定的壓強(qiáng)下對晶體加熱，晶體未熔化時(shí)，它的溫度逐漸升高(曲線A的ab段)；到達(dá)溫度T0時(shí)，晶體開始熔化，直到晶體全部熔化為液體

14、，在這段時(shí)間里，固態(tài)與液態(tài)共存，雖然繼續(xù)加熱，但溫度保持為T0不變(曲線A的bc段)，溫度T0就是晶體的熔點(diǎn)；待晶體全部熔化后，再繼續(xù)加熱，溫度才會再度升高(曲線A的cd段)．非晶體在熔化過程中隨著溫度的升高，它先是變軟，然后逐漸由稠變稀，最終完全變?yōu)橐后w．曲線B表示非晶體在熔化過程中溫度逐漸升高，整個(gè)過程不存在固定的熔點(diǎn)． 答案：見解析 [課時(shí)作業(yè)] 一、單項(xiàng)選擇題 1．一個(gè)外形規(guī)則的固體，表面形狀為六面體，則關(guān)于它的說法，正確的有(　　) A．一定是單晶體 B．一定是多晶體 C．一定是非晶體 D．可能是晶體，也可能是非晶體 解析：選D.單個(gè)物體具有規(guī)則的幾何形狀并不能說明

15、它就是晶體，它可能是單晶體、多晶體和非晶體，所以應(yīng)選D. 2．關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是(　　) A．具有各向同性的物體一定沒有確定的熔點(diǎn) B．晶體熔化時(shí)，溫度不變，則內(nèi)能也不變 C．通常的金屬材料在各個(gè)方向上的物理性質(zhì)都相同，所以這些金屬都是非晶體 D．晶體和非晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下可以相互轉(zhuǎn)化 解析：選D.多晶體顯示各向同性，但具有確定的熔點(diǎn)，A錯．晶體熔化時(shí)，其溫度雖然不變，但其體積和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，則內(nèi)能就可能發(fā)生變化，故B錯．金屬材料雖然顯示各向同性，并不意味著一定是非晶體，可能是多晶體，故C錯．硅酸鹽晶體加熱至液體，再緩慢冷卻至室溫就成為玻璃(非晶體)，故D對

16、． 3．下列現(xiàn)象能說明晶體與非晶體區(qū)別的是(　　) A．食鹽粒是立方體，蜂蠟無規(guī)則外形 B．金剛石的密度大，石墨的密度小 C．冰融化時(shí)溫度保持不變，松香熔化時(shí)溫度可不斷升高 D．石墨可導(dǎo)電，瀝青不導(dǎo)電 解析：選C.晶體有確定的熔點(diǎn)，非晶體則沒有．因而C項(xiàng)正確． 4．一塊密度和厚度都均勻分布的矩形被測樣品，長AB是寬BC的兩倍，如圖所示．若用多用電表沿兩對稱軸O1O1′和O2O2′測其電阻阻值均為R，則這塊樣品可能是(　　) A．單晶體　　　　　　　　　　 B．多晶體 C．非晶體 D．金屬 解析：選A.通過測量知O1O1′與O2O2′長度不同而電阻R相同，說明該樣品呈現(xiàn)各

17、向異性，一定是單晶體． 5.如圖所示，曲線M、N分別表示晶體和非晶體在一定壓強(qiáng)下的熔化過程，圖中橫軸表示時(shí)間t，縱軸表示溫度T，從圖中可以確定的是(　　) A．晶體和非晶體均存在固定的熔點(diǎn)T0 B．曲線M的bc段表示固液共存狀態(tài) C．曲線M的ab段、曲線N的ef段均表示固態(tài) D．曲線M的cd段、曲線N的fg段均表示液態(tài) 解析：選B.由圖象可知曲線M表示晶體，bc段表示晶體熔化過程，處于固液共存狀態(tài)，B對；N表示非晶體，沒有固定的熔點(diǎn)，A錯；由于非晶體沒有一定的熔點(diǎn)而是逐步熔化，因此C、D錯． 6．在圖甲、乙、丙三種固體薄片上涂蠟，由燒熱的針接觸其上一點(diǎn)，蠟熔化的范圍如圖甲、乙、丙

18、所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時(shí)間變化的關(guān)系如圖丁所示，以下說法正確的是(　　) A．甲、乙為非晶體，丙是晶體 B．甲、乙為晶體，丙是非晶體 C．甲、丙為非晶體，乙是晶體 D．甲為多晶體，乙為非晶體，丙為單晶體 解析：選D.由圖甲、乙、丙可知：甲、乙各向同性，丙各向異性；由圖丁可知：甲、丙有固定熔點(diǎn)，乙無固定熔點(diǎn)，所以甲、丙為晶體，乙為非晶體，其中甲為多晶體，丙為單晶體．故D正確． 二、多項(xiàng)選擇題 7．有一塊長方體的鐵塊，下列說法正確的是(　　) A．這是一塊單晶體，因?yàn)樗幸?guī)則的幾何外形 B．這是一塊晶體，因?yàn)樗泄潭ǖ娜埸c(diǎn) C．這是一塊多晶體，因?yàn)?/p>

19、它是由許多小晶粒雜亂無章地排列而成的 D．這是一塊非晶體，因?yàn)樗憩F(xiàn)為各向同性 解析：選BC.事實(shí)上鐵塊的長方體形狀是人為鍛造而成的，金屬鐵本身無固定的形狀，屬于多晶體，有確定的熔點(diǎn)，A錯誤，B正確；對于多晶體，由于它是由許多小晶粒雜亂無章地排列組合而成的，故多晶體表現(xiàn)為各向同性，C正確，D錯誤． 8．如圖所示，甲、乙、丙三種固體物質(zhì)質(zhì)量相等，加熱過程中，相同時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相等，從其溫度隨時(shí)間變化的圖象可以判斷(　　) A．甲、丙是晶體，乙是非晶體 B．乙是晶體，甲、丙是非晶體 C．乙是非晶體，甲的熔點(diǎn)比丙低 D．乙是非晶體，甲的熔點(diǎn)比丙高 解析：選AD.晶體在熔化過程中

20、吸熱，但是溫度不發(fā)生變化，這是晶體的重要特征，由題圖知甲、丙為晶體，故A正確，從熔點(diǎn)上看甲到T2時(shí)才熔化，故D正確． 9．云母薄片和玻璃片分別涂一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針去接觸云母片及玻璃片的反面．石蠟熔化，如圖所示，那么(　　) A．熔化的石蠟呈圓形的是玻璃片 B．熔化的石蠟呈圓形的是云母片 C．實(shí)驗(yàn)說明玻璃片各向同性是非晶體 D．實(shí)驗(yàn)說明云母片各向同性是晶體 解析：選AC.呈圓形的玻璃為各向同性是非晶體．呈橢圓形的云母片為各向異性是單晶體，A、C正確． 10．關(guān)于晶體和多晶體，下列說法正確的是(　　) A．多晶體和單晶體都有規(guī)則的幾何外形 B．同種物質(zhì)可以生成不

21、同的晶體，它們的物理性質(zhì)不同，但化學(xué)性質(zhì)相同 C．具有各向同性的物體，可以斷定它不是單晶體 D．具有特定熔點(diǎn)的物體，可以斷定它是單晶體 解析：選BC.多晶體是由許多單晶粒雜亂無章地組合而成的，其外形不規(guī)則，物質(zhì)是晶體還是非晶體并不是絕對的，與它的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化．如天然水晶是晶體，而熔化以后再凝固的(即石英玻璃)就是非晶體．組成物質(zhì)的微粒能夠按照不同的規(guī)則在空間分布，可以形成不同的晶體，如碳可以形成石墨和金剛石．單晶體在物理性質(zhì)上具有各向異性，而多晶體和非晶體具有各向同性．單晶體和多晶體都具有一定的熔點(diǎn)． 三、非選擇題 11．晶體和非晶體在物理性質(zhì)上有什么異同？

22、 解析：晶體在外觀上通常有規(guī)則的幾何形狀，有確定的熔點(diǎn)，有一些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性；非晶體在外觀上沒有規(guī)則的形狀，沒有確定的熔點(diǎn)，物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性． 答案：見解析 12．石墨和金剛石都是由碳原子構(gòu)成的晶體，它們的空間點(diǎn)陣不同，已知碳的摩爾質(zhì)量M＝12.0 g/mol，石墨的密度為ρ1＝2.25 g/cm3，金剛石的密度ρ2＝3.52 g/cm3.試求石墨和金剛石中相鄰原子間的平均距離各多大． 解析：金剛石與石墨原子間距都很小，我們可以認(rèn)為原子是緊密排列的，相鄰原子間的距離等于原子的直徑(把原子視為球形)．摩爾體積V＝ 一個(gè)原子體積V0＝ 把原子視為小球，其體積V0＝π 整理得d＝ 代入數(shù)據(jù)得d1＝ ≈2.57×10－10 m d2＝ ≈2.21×10－10 m. 答案：2.57×10－10 m　2.21×10－10 m 11