2019-2020年高中物理 第九章 固體、液體和物態(tài) 第1講 固體學(xué)案 新人教版選修3-3.doc

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2019-2020年高中物理 第九章 固體、液體和物態(tài) 第1講 固體學(xué)案 新人教版選修3-3 [目標(biāo)定位]　1.知道晶體和非晶體外形和物理性質(zhì)上的區(qū)別.2.知道晶體可分為單晶體和多晶體.3.了解晶體的微觀結(jié)構(gòu)，了解固體材料在生活、生產(chǎn)、科學(xué)研究等方面的應(yīng)用． 一、晶體和非晶體 1．固體可以分為晶體和非晶體兩類． 晶體又可以分為單晶體與多晶體． 2．石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、蔗糖、味精等是晶體，玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體． 3．單晶體有天然規(guī)則的幾何形狀，非晶體沒(méi)有天然規(guī)則的幾何形狀． 4．晶體有確定的熔點(diǎn)，非晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn)；晶體的某些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性，非晶體沿各個(gè)方向的物理性質(zhì)都是一樣的，表現(xiàn)為各向同性；多晶體是各向同性的． 二、晶體的微觀結(jié)構(gòu) 1．在各種晶體中，原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則排列的，具有空間上的周期性． 2．有的物質(zhì)在不同條件下能夠生成不同的晶體．那是因?yàn)榻M成它們的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布，例如碳原子按不同結(jié)構(gòu)可分為石墨和金剛石． 3．同一種物質(zhì)也可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)．有些非晶體在一定條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體． 一、正確理解晶體與非晶體的區(qū)別 1．區(qū)別 分類 宏觀外形 物理性質(zhì) 非晶體 沒(méi)有天然規(guī)則的形狀 ①?zèng)]有固定的熔點(diǎn)； ②導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性 晶體 單晶體 有天然規(guī)則的形狀 ①有確定的熔點(diǎn)； ②導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性 多晶體 沒(méi)有天然規(guī)則的形狀 ①有確定的熔點(diǎn)； ②導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性 2.區(qū)別晶體和非晶體關(guān)鍵看有無(wú)固定的熔點(diǎn)，單晶體與多晶體的區(qū)別關(guān)鍵看有無(wú)規(guī)則的幾何外形及是否為各向異性． 例1　下列關(guān)于晶體和非晶體的說(shuō)法中正確的是(　　) A．所有的晶體都表現(xiàn)為各向異性 B．晶體一定有規(guī)則的幾何形狀，形狀不規(guī)則的金屬一定是非晶體 C．大粒鹽磨成細(xì)鹽，就變成了非晶體 D．所有的晶體都有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn) 答案　D 解析　只有單晶體才表現(xiàn)為各向異性，故A錯(cuò)；單晶體有規(guī)則的幾何形狀，而多晶體無(wú)規(guī)則的幾何形狀，金屬屬于多晶體，故B錯(cuò)；大粒鹽磨成細(xì)鹽，而細(xì)鹽仍是形狀規(guī)則的晶體，在放大鏡下能清楚地觀察到，故C錯(cuò)；晶體和非晶體的一個(gè)重要區(qū)別就是晶體有確定的熔點(diǎn)，而非晶體無(wú)確定的熔點(diǎn)，故D對(duì)． 針對(duì)訓(xùn)練　某一固體具有確定的熔點(diǎn)，那么它(　　) A．一定是晶體 B．一定是非晶體 C．一定是多晶體 D．不一定是非晶體 答案　A 解析　無(wú)論是單晶體還是多晶體都有確定的熔點(diǎn)． 例2　如圖1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(guò)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(　　) 圖1 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) 答案　B 解析　只有晶體存在固定的熔點(diǎn)T0，曲線M的bc段表示固液共存狀態(tài)，曲線M的ab段表示固態(tài)，曲線N的ef段不表示固態(tài)，曲線N的fg段不表示液態(tài)，選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤． 二、對(duì)晶體和非晶體的微觀解釋 1．對(duì)單晶體各向異性的解釋 如圖2所示，這是在一個(gè)平面上單晶體物質(zhì)微粒的排列情況．從圖上可以看出，在沿不同方向所畫的等長(zhǎng)直線AB、AC、AD上物質(zhì)微粒的數(shù)目不同．直線AB上物質(zhì)微粒較多，直線AD上較少，直線AC上更少．正因?yàn)樵诓煌较蛏衔镔|(zhì)微粒的排列情況不同，才引起單晶體在不同方向上物理性質(zhì)的不同． 圖2 2．對(duì)晶體具有一定熔點(diǎn)的解釋 給晶體加熱到一定溫度時(shí)，一部分微粒有足夠的動(dòng)能克服微粒間的作用力，離開(kāi)平衡位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體開(kāi)始熔解，熔解時(shí)晶體吸收的熱量全部用來(lái)破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生變化． 3．對(duì)多晶體特征的微觀解釋 晶粒在多晶體里雜亂無(wú)章地排列著，所以多晶體沒(méi)有規(guī)則的幾何形狀，也不顯示各向異性．它在不同方向的物理性質(zhì)是相同的，即各向同性．多晶體和非晶體的主要區(qū)別是多晶體有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒(méi)有． 4．對(duì)非晶體特征的微觀解釋 在非晶體內(nèi)部，物質(zhì)微粒的排列是雜亂無(wú)章的，從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看，在微粒非常多的情況下，沿不同方向的等長(zhǎng)直線上，微粒的個(gè)數(shù)大致相等，也就是說(shuō)，非晶體在不同方向上的微粒排列及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況基本相同，所以非晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性． 5．同種物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同形態(tài)出現(xiàn)，晶體和非晶體可在一定條件下相互轉(zhuǎn)化． 例3　xx年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫，以表彰他們?cè)谑┎牧戏矫娴淖吭窖芯浚麄兺ㄟ^(guò)透明膠帶對(duì)石墨進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開(kāi)，使得石墨片的厚度逐漸減小，最終尋找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯，是碳的二維結(jié)構(gòu)．如圖3所示為石墨、石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)，根據(jù)以上信息和已學(xué)知識(shí)判斷，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖3 A．石墨是晶體，石墨烯是非晶體 B．石墨是單質(zhì)，石墨烯是化合物 C．石墨、石墨烯與金剛石都是晶體 D．他們是通過(guò)物理變化的方法獲得石墨烯的 答案　CD 解析　石墨、石墨烯、金剛石都為晶體且都為單質(zhì)，A、B錯(cuò)誤，C正確；兩位科學(xué)家是通過(guò)物理變化的方法獲得石墨烯的，D正確．故正確的答案為C、D. 晶體與非晶體區(qū)別 1．關(guān)于晶體和非晶體，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．可以根據(jù)各向異性或各向同性來(lái)鑒別晶體和非晶體 B．一塊均勻薄片，沿各個(gè)方向?qū)λ┘永Γl(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)電性能不同，則該球體一定是單晶體 D．一塊晶體，若其各個(gè)方向的導(dǎo)熱性能相同，則這塊晶體一定是多晶體 答案　C 2．下列固體中全是由晶體組成的是(　　) A．石英、云母、明礬、食鹽、雪花、銅 B．石英、玻璃、云母、銅 C．食鹽、雪花、云母、硫酸銅、松香 D．蜂蠟、松香、橡膠、瀝青 答案　A 晶體和非晶體的微觀解釋 3．關(guān)于晶體和非晶體，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．它們由不同的空間點(diǎn)陣構(gòu)成 B．晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是規(guī)則排列的，非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒在不停地運(yùn)動(dòng)著 C．晶體內(nèi)部的微粒是靜止的，而非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是不停地運(yùn)動(dòng)著的 D．在物質(zhì)內(nèi)部的各個(gè)平面上，微粒數(shù)相等的是晶體，微粒數(shù)不等的是非晶體 答案　B 解析　空間點(diǎn)陣是晶體的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)，是晶體的一個(gè)特性，所以A是錯(cuò)誤的；不管是晶體還是非晶體，組成物質(zhì)的微粒永遠(yuǎn)在做熱運(yùn)動(dòng)，所以C是錯(cuò)誤的；非晶體沒(méi)有規(guī)則的形狀，也就沒(méi)有層面的說(shuō)法，即使是晶體，各個(gè)層面的微粒數(shù)也不見(jiàn)得相等，所以D也是錯(cuò)誤的．故正確答案為B. 4．某球形固體物質(zhì)，其各向?qū)嵝阅芟嗤瑒t該物體(　　) A．一定是非晶體 B．可能具有確定的熔點(diǎn) C．一定是單晶體，因?yàn)樗幸?guī)則的幾何外形 D. 一定不是單晶體，因?yàn)樗哂懈飨蛲缘奈锢硇再|(zhì) 答案　B 解析　導(dǎo)熱性能各向相同的物體可能是非晶體，也可能是多晶體，因此，A選項(xiàng)不正確；多晶體具有確定的熔點(diǎn)，因此B選項(xiàng)正確；物體外形是否規(guī)則不是判斷是否是單晶體的依據(jù)，應(yīng)該說(shuō)，單晶體具有規(guī)則的幾何外形是“天生”的，而多晶體和非晶體也可以有規(guī)則的幾何外形，當(dāng)然這只能是“后天”人為加工的，因此C選項(xiàng)錯(cuò)誤；單晶體也不一定各個(gè)物理特性都有各向異性，故D錯(cuò)． (時(shí)間：60分鐘) 題組一　晶體和非晶體 1．下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．玻璃是晶體 B．食鹽是非晶體 C．云母是晶體 D．石英是非晶體 答案　C 解析　玻璃是非晶體，食鹽、云母、石英都是晶體，故選項(xiàng)C正確． 2．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薄片及玻璃片的反面，石蠟熔化，如圖1所示，那么(　　) 圖1 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(shuō)明玻璃片有各向同性，可能是非晶體 D．實(shí)驗(yàn)說(shuō)明云母有各向同性，是晶體 答案　AC 解析　單晶體在導(dǎo)熱這一物理性質(zhì)上具有各向異性，而非晶體則是各向同性． 3．下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．只要是具有各向異性的固體就必定是晶體 B．只要是不顯示各向異性的固體就必定是非晶體 C．只要是具有確定的熔點(diǎn)的固體就必定是晶體 D．只要是不具有確定的熔點(diǎn)的固體就必定是非晶體 答案　ACD 解析　多晶體和非晶體都表現(xiàn)各向同性，只有單晶體表現(xiàn)各向異性，故B錯(cuò)，A對(duì)；晶體一定有確定的熔點(diǎn)，而非晶體無(wú)確定的熔點(diǎn)，故C、D均正確． 4．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．黃金可以切割加工成各種形狀，所以是非晶體 B．同一種物質(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(méi)有確定的熔點(diǎn)，也沒(méi)有天然規(guī)則的幾何形狀 答案　D 解析　常見(jiàn)的金屬都是多晶體，因而黃金也是多晶體，只是因?yàn)槎嗑w內(nèi)部小晶粒的排列雜亂無(wú)章，才使黃金沒(méi)有規(guī)則的幾何形狀，故A錯(cuò)；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(cuò)；單晶體只在某些物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性，并不是所有物理性質(zhì)都表現(xiàn)出各向異性，故C錯(cuò)；玻璃是非晶體，因而沒(méi)有確定的熔點(diǎn)和規(guī)則的幾何形狀，D對(duì)． 5．如圖2是兩種不同物質(zhì)的熔化曲線，根據(jù)曲線判斷下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖2 A．a(chǎn)是晶體 B．b是晶體 C．a(chǎn)是非晶體 D．b是非晶體 答案　AD 解析　晶體在熔化過(guò)程中不斷吸熱，但溫度卻保持不變(熔點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度)，而非晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn)，加熱過(guò)程，非晶體先變軟，然后熔化，溫度卻不斷上升，因此a對(duì)應(yīng)的是晶體，b對(duì)應(yīng)的是非晶體． 6．如圖3所示，ACBD是一厚度均勻的由同一種材料構(gòu)成的圓板．AB和CD是互相垂直的兩條直徑，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(shuō)法正確的是(　　) 圖3 A．圓板是非晶體 B．圓板是多晶體 C．圓板是單晶體 D．圓板沿各個(gè)方向?qū)щ娦阅懿煌? 答案　CD 題組二　晶體和非晶體的微觀結(jié)構(gòu) 7．關(guān)于晶體和非晶體，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．人造晶體在現(xiàn)代技術(shù)中應(yīng)用廣泛，但沒(méi)有固定的熔點(diǎn) B．晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒按一定規(guī)則排列且不停振動(dòng)，非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒在不停地運(yùn)動(dòng)著 C．晶體內(nèi)部的微粒是靜止的，而非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒卻在不停地運(yùn)動(dòng)著 D．晶體管的制造材料是晶體 答案　BD 解析　有確定熔點(diǎn)是晶體的屬性，A錯(cuò)誤；組成物質(zhì)的微粒永遠(yuǎn)在做熱運(yùn)動(dòng)，不管是晶體還是非晶體，B正確，C錯(cuò)誤；晶體管是由晶體材料制成的，D正確． 8．有關(guān)晶體的微觀結(jié)構(gòu)，下列說(shuō)法中正確的有(　　) A．同種元素的原子按不同結(jié)構(gòu)排列有相同的物理性質(zhì) B．同種元素的原子按不同結(jié)構(gòu)排列有不同的物理性質(zhì) C．同種元素形成晶體只能有一種排列規(guī)律 D．同種元素形成晶體可能有不同的排列規(guī)律 答案　BD 解析　同種元素的原子可以按不同結(jié)構(gòu)排列，形成不同的物質(zhì)，不同物質(zhì)的物理性質(zhì)不同，如同是由碳元素組成的石墨和金剛石的密度、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能和光學(xué)性質(zhì)等都有很大差別，所以B、D正確，A、C錯(cuò)誤． 9．納米晶體材料在現(xiàn)代科技和國(guó)防中具有重要的應(yīng)用．下列關(guān)于晶體的說(shuō)法正確的是(　　) A．晶體內(nèi)的微觀粒子在永不停息地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) B．晶體內(nèi)的微觀粒子間的相互作用很強(qiáng)，使各粒子緊緊地靠在一起 C．晶體的微觀粒子在不同方向上排列情況不同 D．晶體的微觀粒子在空間排列上沒(méi)有順序，無(wú)法預(yù)測(cè) 答案　C 解析　 10．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) A．晶體具有天然規(guī)則的幾何形狀，是因?yàn)槲镔|(zhì)微粒是規(guī)則排列的 B．有的物質(zhì)能夠生成種類不同的幾種晶體，因?yàn)樗鼈兊奈镔|(zhì)微粒能夠形成不同的空間結(jié)構(gòu) C．凡各向同性的物質(zhì)一定是非晶體 D．晶體的各向異性是由晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的 答案　C 解析　晶體的外形、物理性質(zhì)都是由晶體的微觀結(jié)構(gòu)決定的，A、B、D正確；各向同性的物質(zhì)不一定是非晶體，多晶體也具有這樣的性質(zhì)，C錯(cuò)誤． 11．下列關(guān)于探索晶體結(jié)構(gòu)的幾個(gè)結(jié)論中正確的是(　　) A．1912年，德國(guó)物理學(xué)家勞厄用X射線來(lái)探測(cè)固體內(nèi)部的原子排列，才證實(shí)了晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒的確是按一定的規(guī)律整齊地排列起來(lái)的 B．組成晶體的物質(zhì)微粒，沒(méi)有一定的規(guī)則，在空間雜亂無(wú)章地排列著，并且晶體的微觀結(jié)構(gòu)沒(méi)有周期性特點(diǎn) C．晶體內(nèi)部各微粒之間還存在著很強(qiáng)的相互作用力，這些作用力就像可以伸縮的彈簧一樣，將微粒約束在一定的平衡位置上 D．熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，晶體內(nèi)部的微?？梢韵駳怏w分子那樣在任意空間里做劇烈運(yùn)動(dòng) 答案　AC 解析　勞厄在1912年用X射線證實(shí)了晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的規(guī)律性．而晶體內(nèi)部微粒都只能在各自的平衡位置附近振動(dòng)，是因?yàn)槲⒘ｉg存在著相互作用力的結(jié)果． 12．利用掃描隧道顯微鏡(STM)可以得到物質(zhì)表面原子排列的圖象，從而可以研究物質(zhì)的構(gòu)成規(guī)律．如圖4所示的照片是一些晶體材料表面的STM圖象，通過(guò)觀察、比較，可以看到這些材料都是由原子在空間排列而構(gòu)成的，具有一定的結(jié)構(gòu)特征．則構(gòu)成這些材料的原子在物質(zhì)表面排列的共同特點(diǎn)是： 圖4 (1)________________________________________________________________________； (2)________________________________________________________________________． 答案　(1)在確定方向上原子有規(guī)律地排列；在不同方向上原子的排列規(guī)律一般不同　(2)原子排列具有一定的對(duì)稱性 解析　從題圖中可以看出，這幾種材料的原子排列均有一定的規(guī)則，因此是晶體物質(zhì)，具有晶體的特點(diǎn)．