2018-2019版高中物理 第三章 固體和液體 1 晶體和非晶體學(xué)案 教科版選修3-3

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1、 1　晶體和非晶體 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道固體分為晶體和非晶體兩大類，知道晶體和非晶體在外形上和物理性質(zhì)上的區(qū)別.2.知道晶體分為單晶體和多晶體.3.了解晶體的微觀結(jié)構(gòu)和固體性質(zhì)的微觀解釋． 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．金剛石、食鹽、石英、云母、明礬、硫酸銅、味精、蔗糖等是晶體，玻璃、松香、瀝青、橡膠、蜂蠟等是非晶體． 3．晶體和非晶體的區(qū)別 分類 宏觀外形 物理性質(zhì) 非晶體 沒有(填“有”或“沒有”)天然規(guī)則的幾何形狀 ①沒有(填“有”或“沒有”)確定的熔點； ②導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性(填“

2、異性”或“同性”) 晶體 單晶體 有(填“有”或“沒有”)天然規(guī)則的幾何形狀 ①有(填“有”或“沒有”)確定的熔點； ②導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)等某些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性(填“異性”或“同性”) 多晶體 沒有(填“有”或“沒有”)天然規(guī)則的幾何形狀 ①有(填“有”或“沒有”)確定的熔點； ②導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性(填“異性”或“同性”) 二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)和固體性質(zhì)的微觀解釋 1．晶體的微觀結(jié)構(gòu) 晶體中的微粒是有規(guī)則的、周期排列的結(jié)構(gòu)稱為點陣結(jié)構(gòu)，并影響晶體的許多特性． 2．固體性質(zhì)的微觀解釋 (1)構(gòu)成固體的微粒排列緊密，絕大多數(shù)粒子只能在各自平衡位置附

3、近做小范圍的無規(guī)則振動，所以固體具有固定的形狀和體積． (2)同一種物質(zhì)微粒，因為排列結(jié)構(gòu)不同可以形成不同的晶體結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)． [即學(xué)即用] 1．判斷下列說法的正誤． (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)同一種物質(zhì)只能形成一種晶體．(×) (5)有些非晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體．(√) 2．某球形固體物質(zhì)，其各向?qū)嵝阅懿幌嗤?，則該物體一定是________． 答案　晶體 一、晶體和非晶體 [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)如圖1甲所示是日常

4、生活中常見的幾種晶體，圖乙是生活中常見的幾種非晶體，請在圖片基礎(chǔ)上思考以下問題： 甲 乙 圖1 ①晶體與非晶體在外觀上有什么不同？ ②沒有規(guī)則幾何外形的固體一定是非晶體嗎？ (2)在云母片和玻璃片上分別涂上一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針去接觸云母片及玻璃片的另一面，石蠟熔化，如圖2所示，那么你看到的現(xiàn)象及得出的結(jié)論是什么？ 圖2 答案　(1)①單晶體有規(guī)則的幾何外形，多晶體和非晶體無規(guī)則的幾何外形． ②不是．由于多晶體是許多單晶體雜亂無章地組合而成的，所以多晶體也沒有確定的幾何外形． (2)玻璃片上石蠟的熔化區(qū)呈圓形，說明玻璃片沿各個方向的導(dǎo)熱性能相同．云母片

5、上石蠟的熔化區(qū)呈橢圓形，說明云母片沿各個方向的導(dǎo)熱性能不相同． [知識深化] 1．判斷晶體與非晶體、單晶體與多晶體的方法 (1)區(qū)分晶體與非晶體的方法：看其有無確定的熔點，晶體具有確定的熔點，而非晶體沒有確定的熔點．僅從各向同性或者幾何形狀不能判斷某一固體是晶體還是非晶體． (2)區(qū)分單晶體和多晶體的方法：看其是否具有各向異性，單晶體表現(xiàn)出各向異性，而多晶體表現(xiàn)出各向同性． 2．各向異性的表現(xiàn) 在物理性質(zhì)上，單晶體具有各向異性，而非晶體及多晶體則是各向同性的． 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、光的折射性能等． 單晶體的各向異性是指單晶體在不同方向上物理性質(zhì)

6、不同，也就是沿不同方向去測試單晶體的物理性能時測量結(jié)果不同． 例1　下列關(guān)于晶體和非晶體的說法，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．大鹽粒磨成細(xì)鹽，就變成了非晶體 D．所有的晶體都有確定的熔點，而非晶體沒有確定的熔點 答案　D 解析　只有單晶體才表現(xiàn)為各向異性，故A錯；單晶體有規(guī)則的幾何形狀，而多晶體無規(guī)則的幾何形狀，常見的金屬屬于多晶體，故B錯；大鹽粒磨成細(xì)鹽，細(xì)鹽仍是形狀規(guī)則的晶體，故C錯；晶體和非晶體的一個重要區(qū)別就是晶體有確定的熔點，而非晶體沒有確定的熔點，故D對． 例2　在甲、乙、丙三種固體

7、薄片上涂上蠟，用燒熱的針接觸其背面一點，蠟熔化的范圍如圖3(a)所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關(guān)系如圖(b)所示，則(　　) 圖3 A．甲、乙是非晶體，丙是晶體 B．甲、丙是晶體，乙是非晶體 C．甲、丙是非晶體，乙是晶體 D．甲是非晶體，乙是多晶體，丙是單晶體 答案　B 解析　由題圖(a)知，甲、乙的導(dǎo)熱性能呈各向同性，丙的導(dǎo)熱性能呈各向異性；由題圖(b)知，甲、丙有固定的熔點，乙沒有固定的熔點．所以甲、丙是晶體，乙是非晶體． 判斷晶體與非晶體的關(guān)鍵是看有無確定的熔點. 單晶體與多晶體的區(qū)別關(guān)鍵看有無規(guī)則的幾何外形以及是否為各向異性.

8、 二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)　固體性質(zhì)的微觀解釋 [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)單晶體具有規(guī)則的幾何外形，物理性質(zhì)方面表現(xiàn)為各向異性，而非晶體卻沒有規(guī)則的幾何外形，并且物理性質(zhì)方面表現(xiàn)為各向同性．產(chǎn)生這些不同的根本原因是什么呢？ (2)金剛石和石墨都是由碳原子構(gòu)成的，但它們在硬度上差別很大，這說明什么問題？ (3)固體為什么有一定的體積和形狀？晶體為什么會表現(xiàn)各向異性？ 答案　(1)它們的微觀結(jié)構(gòu)不同． (2)金剛石是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原子間的作用力很強，所以金剛石的硬度大．石墨是層狀結(jié)構(gòu)，原子間的作用力較弱，所以石墨的硬度?。@說明組成物質(zhì)的微粒按照不同的規(guī)則在空間分布會形成不同的晶體． (3)構(gòu)成固體(

9、晶體或非晶體)的微粒排列非常緊密，微粒之間的引力很大，絕大多數(shù)粒子只在各自的平衡位置附近做小范圍的無規(guī)則振動，所以固體具有固定的形狀和體積．晶體在不同的方向上微粒排列的情況不同，所以晶體在不同的方向上會表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)，即各向異性． [知識深化] 1．單晶體、多晶體及非晶體的異同 分類 微觀結(jié)構(gòu) 宏觀表現(xiàn) 外形 物理性質(zhì) 晶體 單晶體 組成晶體的物質(zhì)微粒(原子、分子、離子)在空間按一定規(guī)則排列——空間點陣 幾何形狀天然、有規(guī)則 某些物理性質(zhì)各向異性 有確定 的熔點 多晶體 由無數(shù)的晶體微粒(小晶粒)無規(guī)則排列組成 無天然、規(guī)則的幾何外形　 各向同性 非

10、晶體 內(nèi)部物質(zhì)微粒是無規(guī)則排列的 沒有確定的熔點 2.對晶體的微觀解釋 (1)對單晶體各向異性的解釋圖4為在一個平面上單晶體物質(zhì)微粒的排列情況．在沿不同方向所畫的等長線段AB、AC、AD上物質(zhì)微粒的數(shù)目不同．線段AB上物質(zhì)微粒較多，線段AD上較少，線段AC上更少．因為在不同方向上物質(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4 (2)對晶體具有確定熔點的解釋 給晶體加熱到一定溫度時，一部分微粒有足夠的動能克服微粒間的作用力，離開平衡位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體開始熔化，熔化時晶體吸收的熱量全部用來破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生變化． 3．有的物質(zhì)有幾

11、種晶體，這是由于它們的物質(zhì)微粒能夠形成不同的晶體結(jié)構(gòu)．例如碳原子按不同的結(jié)構(gòu)排列可形成石墨和金剛石，二者在物理性質(zhì)上有很大的不同． 特別提醒　多晶體是由許多雜亂無章地排列著的小晶體(晶粒)組成，每個小晶粒都是一個小單晶體，具有各向異性的物理性質(zhì)和規(guī)則的幾何外形，由于晶粒在多晶體內(nèi)雜亂無章地排列著，所以多晶體沒有規(guī)則的幾何形狀，也不顯示各向異性． 例3　(多選)下列說法正確的是(　　) A．晶體具有天然規(guī)則的幾何形狀，是因為物質(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，因為它們的物質(zhì)微粒能夠形成不同的空間結(jié)構(gòu) C．凡具有各向同性的物質(zhì)一定是非晶體 D．晶體的各向異性是

12、由晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的 答案　ABD 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；具有各向同性的物質(zhì)不一定是非晶體，多晶體也具有這樣的性質(zhì)，C錯誤． 例4　(多選)2010年諾貝爾物理學(xué)獎授予安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究．他們通過透明膠帶對石墨進行反復(fù)的粘貼與撕開使得石墨片的厚度逐漸減小，最終尋找到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二維結(jié)構(gòu)．如圖5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)知識判斷，下列說法中正確的是(　　) 圖5 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．

13、石墨、石墨烯與金剛石都是晶體 D．他們是通過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錯誤，C正確；兩位科學(xué)家是通過物理變化的方法獲得石墨烯的，D正確． 1.(晶體和非晶體)下列固體中全是由晶體組成的是(　　) A．石英、云母、明礬、食鹽、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 2．(晶體和非晶體的微觀結(jié)構(gòu))(多選)下列關(guān)于晶體和非晶體，正確的說法是(　　) A．晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是規(guī)則排列的，而非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒排列是不規(guī)則的 B．晶體內(nèi)部的微粒是靜止的

14、，而非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是不停地運動著的 C．晶體和非晶體并不是絕對的 D．在物質(zhì)內(nèi)部的各個平面上，微粒數(shù)相等的是晶體，微粒數(shù)不等的是非晶體 答案　AC 解析　晶體內(nèi)部的微粒是按一定規(guī)律排列的，而非晶體則無這一特點，A正確；物質(zhì)內(nèi)部的微粒都在運動，B錯誤；晶體和非晶體在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，C正確；即使是晶體，各個平面上的微粒數(shù)也不一定相等，D錯誤． 一、選擇題 考點一　晶體和非晶體 1．下列說法中正確的是(　　) 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C正確． 2.一塊厚度

15、和密度都均勻分布的長方體被測樣品，長AB是寬AD的兩倍，如圖1所示．如果用多用電表的歐姆擋沿兩個對稱軸O1O1′和O2O2′方向測量，結(jié)果阻值均為R，則這塊樣品可能是(　　) 圖1 A．單晶體 B．多晶體 C．非晶體 D．普通金屬 答案　A 解析　用多用電表的歐姆擋沿兩個對稱軸O1O1′、O2O2′方向測量結(jié)果均相同，說明該物體沿O1O1′和O2O2′方向電阻率(即導(dǎo)電性能)不同，即物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性，所以A正確，B、C錯誤．如果是普通金屬，可以分析出沿O1O1′方向電阻比較大，D錯誤． 3．(多選)如圖2是兩種不同物質(zhì)的熔化曲線，根據(jù)曲線判斷下列說法正確的是(　　)

16、 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　晶體在熔化過程中不斷吸熱，但溫度(熔點對應(yīng)的溫度)卻保持不變，而非晶體沒有確定的熔點，因此題圖a對應(yīng)的是晶體，題圖b對應(yīng)的是非晶體． 4．(多選)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3所示，那么(　　) 圖3 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．實驗說明玻璃有各向同性，可能是非晶體 D．實驗說明云母有各向同性，是晶體 答案　AC 5．(多選)下列說法中正確的是(　　) A．只要是具有

17、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的固體就必定是晶體 D．只要是不具有確定的熔點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)出各向同性，只有單晶體表現(xiàn)出各向異性，故B錯誤，A正確；晶體一定有確定的熔點，而非晶體無確定的熔點，故C、D正確． 6．下列說法正確的是(　　) 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．玻璃沒有確定的熔點，也沒有天然規(guī)則的幾何形狀 答案　D 解析　黃金是多晶體，只是因為組成多晶體的小晶粒

18、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，故B錯；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；玻璃是非晶體，因而沒有確定的熔點和天然規(guī)則的幾何形狀，D對． 考點二　晶體的微觀結(jié)構(gòu) 7．石墨和金剛石，性質(zhì)有很大差異，是由于(　　) A．石墨是各向異性的，而金剛石是各向同性的 B．它們的化學(xué)成分不同 C．它們都是各向同性的 D．組成它們的物質(zhì)微粒按不同的規(guī)則排列 答案　D 解析　物質(zhì)的性質(zhì)由物質(zhì)微粒的微觀結(jié)構(gòu)決定，故D選項正確． 8．(多選)有關(guān)晶體的微觀結(jié)構(gòu)，下列說法中正確的

19、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、機械強度、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錯誤． 二、非選擇題 9．(晶體的微觀結(jié)構(gòu))利用掃描隧道顯微鏡(STM)可以得到物質(zhì)表面原子排列的圖像，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圖像，通

20、過觀察、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，具有晶體的特點． 9