高中物理新教材同步選擇性必修第三冊 第2章 4 固體

4固體[學習目標]1.知道晶體和非晶體的特點及區(qū)分方法.2.知道單晶體和多晶體的區(qū)別.3.了解晶體的微觀結(jié)構(gòu)．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、味精等是晶體，玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體．3．非晶體(1)沒有(填“有”或“沒有”)規(guī)則的外形．(2)物理性質(zhì)：a.沒有(填“有”或“沒有”)確定的熔化溫度；b．導電、導熱、光學等物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性(填“異性”或“同性”)．4．晶體(1)單晶體：①有(填“有”或“沒有”)天然的規(guī)則的幾何形狀②a.有(填“有”或“沒有”)確定的熔點；b．導電、導熱、光學等某些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性(填“異性”或“同性”)．(2)多晶體：①沒有(填“有”或“沒有”)規(guī)則的幾何形狀②a.有(填“有”或“沒有”)確定的熔點；b．導電、導熱、光學等物理性質(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)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．那是因為組成它們的微粒能夠按照不同規(guī)則在空間分布，例如碳原子按不同的空間分布排列可形成石墨和金剛石．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．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)沒有確定的熔化溫度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________．答案單晶體一、晶體和非晶體導學探究(1)如圖1甲所示是日常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：圖1①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)在玻璃片和云母片上分別涂上一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針去接觸玻璃片及云母片的另一面，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，所以多晶體也沒有規(guī)則的幾何外形．(2)玻璃片上石蠟的熔化區(qū)呈圓形，說明玻璃沿各個方向的導熱性能相同．云母片上石蠟的熔化區(qū)呈橢圓形，說明云母沿不同方向的導熱性能不相同．知識深化1．單晶體、多晶體及非晶體的異同比較分類微觀結(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——空間點陣有天然、規(guī)則的幾何形狀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)則排列組成沒有天然、規(guī)則的幾何形狀各向同性非晶體內(nèi)部物質(zhì)微粒是無規(guī)則排列的沒有確定的熔化溫度2.對單晶體的各向異性的理解(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，測試結(jié)果不同．通常所說的物理性質(zhì)包括彈性、硬度、導熱性能、導電性能、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云母晶體在導熱性能上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向傳熱的快慢不同．②方鉛礦石晶體在導電性能上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向電阻率不同．③立方體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——沿不同方向的折射率不同．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化溫度答案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；大鹽粒磨成細鹽，細鹽仍是形狀規(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化溫度，故D對．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化溫度．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，單晶體某些物理性質(zhì)表現(xiàn)出各向異性，而多晶體表現(xiàn)出各向同性．(2020·廣州市培正中學高二月考)在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟，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)系圖像如圖(b)所示，則()圖3A．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(b)知，甲、丙有確定的熔點，乙沒有確定的熔化溫度，所以甲、丙是晶體，乙是非晶體，由題圖(a)知，甲、乙的導熱性能呈各向同性，丙的導熱性能呈各向異性，所以丙是單晶體，B正確．二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)導學探究(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？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)，原子間的作用力強，所以金剛石的硬度大．石墨是層狀結(jié)構(gòu)，層與層間距離較大，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．知識深化對晶體的微觀解釋圖4(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．(2)對晶體具有確定熔點的解釋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．下列敘述中錯誤的是()A．晶體的各向異性是由于它的微粒是按各自的規(guī)則排列著的B．單晶體具有規(guī)則的幾何外形是由于它的微粒按一定規(guī)律排列C．非晶體的內(nèi)部微粒是無規(guī)則排列的D．石墨的硬度與金剛石差很多，是由于它的微粒沒有按空間點陣分布答案D解析晶體內(nèi)部微粒排列的空間結(jié)構(gòu)決定著晶體的物理性質(zhì)不同；也正是由于它的微粒按一定規(guī)律排列，使單晶體具有規(guī)則的幾何外形，選項A、B正確；非晶體的內(nèi)部微粒是無規(guī)則排列的，選項C正確；石墨與金剛石的硬度相差甚遠是由于它們內(nèi)部微粒的排列結(jié)構(gòu)不同，石墨的層狀結(jié)構(gòu)決定了它的質(zhì)地松軟，而金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了其中碳原子間的作用力很強，所以金剛石有很大的硬度，選項D錯誤．(多選)2010年諾貝爾物理學獎授予安德烈·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地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)以上信息和已學知識判斷，下列說法正確的是()圖5A．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)(2020·鹽城市伍佑中學高二月考)關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是()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，沿各個方向?qū)λ┘永?，發(fā)現(xiàn)其強度一樣，則此薄片一定是非晶體C．一個固體球，如果沿其各條直徑方向的導電性能不同，則該球一定是單晶體D．一塊晶體，若其各個方向的導熱性能相同，則一定是單晶體答案C解析物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性的可以是多晶體，也可以是非晶體，故不能根據(jù)各向異性或各向同性來鑒別晶體和非晶體，故A錯誤；沿各個方向?qū)σ粔K均勻薄片施加拉力，發(fā)現(xiàn)其強度一樣，表現(xiàn)出各向同性，可能是非晶體，也可能是多晶體，故B錯誤；一個固體球，如果沿其各條直徑方向的導電性能不同，即具有各向異性，則該球一定是單晶體，故C正確；一塊晶體，若其各個方向的導熱性能相同，表現(xiàn)出各向同性，可能是多晶體，故D錯誤．2．(晶體和非晶體)(2019·福建師范大學第二附屬中學高二下期末)甲、乙兩種薄片的表面分別涂有薄薄的一層石蠟，然后用燒熱鋼針的針尖分別接觸這兩種薄片石蠟涂層的背面，接觸點周圍熔化了的石蠟分別形成如圖6所示形狀，對這兩種薄片，下列說法中正確的是()圖6A．甲的熔點一定高于乙的熔點B．甲一定是晶體C．乙一定是晶體D．乙一定是非晶體答案B解析單晶體是各向異性的，熔化了的石蠟形成橢圓形，非晶體和多晶體是各向同性的，則熔化了的石蠟形成圓形，故B正確．3．(晶體的微觀結(jié)構(gòu))(多選)下列說法正確的是()A．將一塊晶體敲碎后，得到的小顆粒是非晶體B．固體可以分為晶體和非晶體兩類，有些晶體在不同方向上有不同的光學性質(zhì)C．由同種元素構(gòu)成的固體，可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D．在合適的條件下，某些晶體可以轉(zhuǎn)化為非晶體，某些非晶體也可以轉(zhuǎn)化為晶體答案BCD解析晶體有確定的熔點，并不會因為顆粒的大小而改變，即使敲碎為小顆粒，仍舊是晶體，選項A錯誤；固體分為晶體和非晶體兩類，有些晶體在不同方向上光學性質(zhì)不同，表現(xiàn)出各向異性，選項B正確；同種元素構(gòu)成的固體可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶體，如金剛石和石墨，選項C正確；晶體的分子排列結(jié)構(gòu)如果遭到破壞就可能形成非晶體，某些非晶體在合適的條件下也可以轉(zhuǎn)化為晶體，選項D正確．4．(晶體的微觀結(jié)構(gòu))(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．考點一晶體和非晶體1．(多選)關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是()A．金剛石、食鹽、玻璃和水晶都是晶體B．晶體的分子(或原子、離子)排列是有規(guī)則的C．單晶體和多晶體有確定的熔點，非晶體沒有確定的熔化溫度D．單晶體和多晶體的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性，非晶體表現(xiàn)為各向同性答案BC解析金剛石、食鹽和水晶是晶體，玻璃是非晶體，A錯誤；晶體的分子(或原子、離子)排列是有規(guī)則的，B正確；晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔化溫度，C正確；單晶體的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性，而多晶體表現(xiàn)為各向同性，D錯誤．2．(2019·重慶市第一中學高二下期中)辨別物質(zhì)是晶體還是非晶體，比較可靠的方法是()A．從外形來判斷B．從各向異性或各向同性來判斷C．從導電性能來判斷D．從是否具有確定的熔點來判斷答案D解析單晶體有規(guī)則的幾何外形，多晶體和非晶體沒有規(guī)則的幾何外形，所以從外形不能區(qū)分晶體與非晶體，A錯誤；單晶體具有各向異性，多晶體和非晶體具有各向同性，B錯誤；從導電性能無法辨別是晶體還是非晶體，C錯誤；不管是單晶體還是多晶體都有確定的熔點，而非晶體沒有確定的熔化溫度，D正確．3．(多選)如圖1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()圖1A．a(chǎn)對應的是晶體 B．b對應的是晶體C．a(chǎn)對應的是非晶體 D．b對應的是非晶體答案AD解析晶體在熔化過程中不斷吸熱，但溫度(熔點對應的溫度)卻保持不變，而非晶體沒有確定的熔化溫度，因此題圖a對應的是晶體，題圖b對應的是非晶體．考點二晶體的微觀結(jié)構(gòu)4．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)的物理性質(zhì)由物質(zhì)微粒的微觀結(jié)構(gòu)決定，故D選項正確．5．(多選)有關(guān)晶體的微觀結(jié)構(gòu)，下列說法正確的有()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、機械強度、導熱性能、導電性能和光學性質(zhì)等都有很大差別，所以B、D正確，A、C錯誤．6.晶體內(nèi)部的分子有序排列為如圖2所示的空間點陣(圖中的小黑點表示晶體分子)，圖中AB、AC、AD為等長的三條線段．下列說法正確的是()圖2A．A處的晶體分子可以沿三條線方向發(fā)生定向移動B．三條線段上晶體分子的數(shù)目相同，表明晶體的物理性質(zhì)是各向同性的C．三條線段上晶體分子的數(shù)目不同，表明晶體的物理性質(zhì)是各向異性的D．以上說法均不正確答案C解析晶體中的分子只在平衡位置附近振動，不會沿三條線方向發(fā)生定向移動，故A錯誤；三條線段上晶體分子的數(shù)目不同，表明晶體的物理性質(zhì)是各向異性的，故B、D錯誤，C正確．7．(多選)(2019·南京一中期中)對下列幾種固體物質(zhì)的認識，正確的有()A．食鹽熔化過程中，溫度保持不變，說明食鹽是晶體B．燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說明蜂蠟是晶體C．天然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列不規(guī)則D．石墨和金剛石的物理性質(zhì)不同，是由于組成它們的物質(zhì)微粒排列結(jié)構(gòu)不同答案AD解析若物體是晶體，則熔化過程中，溫度保持不變，A項正確；燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形是晶體各向異性的表現(xiàn)，說明云母片是晶體，B項錯誤；天然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列規(guī)則，C項錯誤；由于石墨和金剛石的物質(zhì)微粒排列結(jié)構(gòu)不同，導致了它們的物理性質(zhì)不同，D項正確．8.一塊厚度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3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3A．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，說明該樣品沿O1O1′和O2O2′方向電阻率(即導電性能)不同，即物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性，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．9．有一塊長方形的銅條，有關(guān)它的三種說法：①這是一塊單晶體，因為它有規(guī)則的幾何形狀；②這是一塊多晶體，因為它內(nèi)部的分子排列是不規(guī)則的；③這是一塊非晶體，因為它的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性．這三種說法中()A．①②是錯的 B．②③是錯的C．①③是錯的 D．都是錯的答案D解析銅條雖具有規(guī)則的幾何形狀，但它是多晶體，它的內(nèi)部分子排列是規(guī)則的，但構(gòu)成多晶體的單晶體顆粒的排列是不規(guī)則的，所以D正確．10．(多選)國家游泳中心——水立方，像一個藍色透明的“冰塊”，透過它，游泳中心內(nèi)部設(shè)施盡收眼底．這種獨特的感覺來源于建筑外墻采用了一種叫ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚體)的膜材料，這種膜材料屬于非晶體，那么它具有的特性是()A．在物理性質(zhì)上具有各向同性B．在物