2024-2025學(xué)年高中物理第九章固體液體和物態(tài)變化1固體學(xué)案新人教版選修3-3

PAGE8-固體一、晶體和非晶體1．固體可以分為晶體和非晶體兩類(lèi)．石英、云母、明礬、食鹽、味精、蔗糖等是晶體，玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體．2．單晶體具有確定的幾何形態(tài)，多晶體和非晶體沒(méi)有確定的幾何形態(tài)；我們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過(guò)，晶體有確定的熔點(diǎn)，非晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn)．3．有些晶體沿不同方向的導(dǎo)熱或?qū)щ娦阅懿煌行┚w沿不同方向的光學(xué)性質(zhì)不同，這類(lèi)現(xiàn)象稱(chēng)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，這叫做各向同性．由于多晶體是很多單晶體雜亂無(wú)章地組合而成的，所以多晶體是各向同性的．鐵塊沒(méi)有規(guī)則的幾何形態(tài)，鐵塊是非晶體嗎？提示：鐵塊雖然沒(méi)有規(guī)則的幾何形態(tài)，但屬于晶體．二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)1．1982年，掃描隧道顯微鏡的問(wèn)世，使人類(lèi)第一次視察到原子在物質(zhì)表面的排列狀況．在各種晶體中，原子(或分子、離子)都是依據(jù)肯定的規(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成它們的微粒能夠依據(jù)不同規(guī)則在空間分布．如碳原子假如依據(jù)圖甲那樣排列，就成為石墨，而依據(jù)圖乙那樣排列，就成為金剛石．3．同種物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，也就是說(shuō)，物質(zhì)是晶體還是非晶體，并不是肯定的．晶體與非晶體在肯定條件下可以相互轉(zhuǎn)化．石墨和金剛石都是由碳原子組成的，為什么石墨很軟，而金剛石卻很堅(jiān)硬呢？提示：金剛石和石墨中的碳原子排列規(guī)則不同．考點(diǎn)一晶體和非晶體的比較1．單晶體的特性(1)具有自然的規(guī)則外形．這種規(guī)則的外形不是人工造成的．(2)物理性質(zhì)各向異性．這是單晶體區(qū)分于非晶體和多晶體最重要的特性，是推斷單晶體最主要的依據(jù)．(3)具有肯定的熔點(diǎn)．單晶體在這一點(diǎn)上和多晶體沒(méi)有區(qū)分．從宏觀上區(qū)分晶體和非晶體的重要依據(jù)是看有無(wú)肯定的熔點(diǎn)．2．多晶體和非晶體(1)多晶體雖無(wú)自然規(guī)則的幾何形態(tài)，物理性質(zhì)各向同性，但組成多晶體的晶粒都有規(guī)則的幾何形態(tài)，每一個(gè)晶粒都具有單晶體的特征和物理性質(zhì)．這是多晶體和非晶體在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的區(qū)分．(2)多晶體與非晶體在宏觀上的區(qū)分在于多晶體具有肯定的熔點(diǎn)，非晶體則沒(méi)有．例如很多同學(xué)認(rèn)為玻璃應(yīng)是多晶體，但試驗(yàn)證明玻璃沒(méi)有肯定的熔點(diǎn)，故應(yīng)是非晶體．3．單晶體、多晶體及非晶體(1)單晶體與多晶體簡(jiǎn)單混淆，它們的共同特點(diǎn)是都有肯定的熔點(diǎn)．它們的主要區(qū)分是有無(wú)自然規(guī)則外形、物理性質(zhì)各向同性還是各向異性．(2)多晶體與非晶體簡(jiǎn)單混淆．它們的共同特點(diǎn)是都沒(méi)有自然規(guī)則外形，都具有各向同性．它們的主要區(qū)分在于有無(wú)肯定的熔點(diǎn)．4．晶體與非晶體的圖表比較1只要是具有各向異性的物體必定是晶體，且是單晶體.2只要是具有確定熔點(diǎn)的物體必定是晶體，反之，必是非晶體.3晶體和非晶體在肯定條件下可以相互轉(zhuǎn)化.4金屬是多晶體，所以它是各向同性的.【例1】下列物質(zhì)哪些是晶體，哪些是非晶體？鐵、橡膠、玻璃、食鹽、云母、塑料．1．非晶體會(huì)有規(guī)則的幾何外形嗎？2．各向異性是單晶體和多晶體的共有性質(zhì)嗎？3．晶體有什么特別的物理性質(zhì)呢？【解析】推斷晶體與非晶體的依據(jù)是看它們有無(wú)確定的熔點(diǎn)，同時(shí)還要知道一些常見(jiàn)的晶體、非晶體，如全部的金屬都是晶體，這一規(guī)律在推斷時(shí)就很有用．【答案】屬于晶體的有：鐵、食鹽、云母；屬于非晶體的有：橡膠、玻璃、塑料．總結(jié)提能晶體與非晶體的推斷方法：(1)能夠由是否具有自然規(guī)則外形來(lái)推斷固體是單晶體還是非晶體(或多晶體)．(2)能夠依據(jù)各向異性與各向同性來(lái)推斷固體是單晶體還是非晶體(或多晶體)．(3)能夠依據(jù)是否有固定熔點(diǎn)來(lái)推斷固體是晶體還是非晶體．某球形固體物質(zhì)，其各向?qū)嵝阅芟嗤瑒t該物質(zhì)(B)A．肯定是非晶體B．可能具有確定的熔點(diǎn)C．肯定是單晶體，因?yàn)樗幸?guī)則的幾何外形D．肯定不是單晶體，因?yàn)樗哂懈飨蛲缘奈锢硇再|(zhì)解析：導(dǎo)熱性能各向相同的物體可能是非晶體，也可能是晶體，因此，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；晶體具有確定的熔點(diǎn)，因此B選項(xiàng)正確；物體的外形是否規(guī)則不是推斷是否是單晶體的依據(jù)，應(yīng)當(dāng)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；因?yàn)閱尉w區(qū)分于多晶體和非晶體在于其某種物理性質(zhì)上的各向異性，并不肯定全部的物理性質(zhì)都表現(xiàn)為各向異性，因此，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．考點(diǎn)二用微觀結(jié)構(gòu)理論說(shuō)明晶體的特性1．晶體的微觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(1)組成晶體的物質(zhì)微粒(分子、原子或離子)，依照肯定的規(guī)律在空間中整齊地排列．(2)晶體中物質(zhì)微粒的相互作用很強(qiáng)，微粒的熱運(yùn)動(dòng)不足以克服它們的相互作用而遠(yuǎn)離．(3)微粒的熱運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為在肯定的平衡位置旁邊不停地做微小的振動(dòng)．(4)晶體微觀結(jié)構(gòu)的空間點(diǎn)陣組成晶體的物質(zhì)微粒依據(jù)肯定的規(guī)律在空間中排成整齊的行列，構(gòu)成所謂的空間點(diǎn)陣，可用空間點(diǎn)陣來(lái)描述晶體的結(jié)構(gòu)，并說(shuō)明為什么晶體具有規(guī)則的幾何形態(tài)和各向異性的物理性質(zhì)．2．晶體各向異性的表現(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(shuō)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)不同，也就是沿不同方向去測(cè)試單晶體的物理性能時(shí)測(cè)量結(jié)果不同．單晶體具有各向異性，并不是說(shuō)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．3．各向異性的微觀說(shuō)明如圖所示為在一個(gè)平面上晶體物質(zhì)微粒的排列狀況．從圖中可以看出，在沿不同方向所畫(huà)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)微粒的排列狀況不同，才引起單晶體的不同方向上物理性質(zhì)的不同．4．對(duì)晶體具有確定熔點(diǎn)的說(shuō)明給晶體加熱到肯定溫度時(shí)，一部分微粒有足夠的動(dòng)能，克服微粒間作用力，離開(kāi)平衡位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體起先熔化，熔化時(shí)晶體汲取的熱量全部用來(lái)破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生改變．【例2】右圖為食鹽晶體結(jié)構(gòu)示意圖，食鹽的晶體是由鈉離子(圖為)和氯離子(圖中)組成的，這兩種離子在空間中三個(gè)相互垂直的方向上，都是等距離地交織排列的．已知食鹽的摩爾質(zhì)量是58.5g/mol，食鹽的密度是2.2g/cm3，阿伏加德羅常數(shù)為6.0×1023mol－1，試估算食鹽晶體中兩個(gè)最近的鈉離子中心間的距離．【解析】1mol食鹽中有NA個(gè)氯離子和NA個(gè)鈉離子，離子總數(shù)為2NA，因而摩爾體積V與摩爾質(zhì)量M與物質(zhì)密度ρ的關(guān)系為：V＝eq\f(M,ρ)，所以一個(gè)離子所占的體積為：V0＝eq\f(V,2NA)＝eq\f(M,2NAρ).由圖可知V0就是圖中每八個(gè)離子所確定的立方體的體積，此立方體的邊長(zhǎng)d＝eq\r(3,V0)＝eq\r(3,\f(M,2NAρ)).而最近的兩個(gè)鈉離子中心間的距離：r＝eq\r(2)d＝eq\r(2)·eq\r(3,\f(M,2NAρ))＝1.41×eq\r(3,\f(58.5×10－3,2×6.0×1023×2.2×103))m＝4×10－10m.【答案】4×10－10總結(jié)提能食鹽晶體是由氯離子與鈉離子構(gòu)成的，每一個(gè)離子都占據(jù)一個(gè)立方體空間，該立方體的邊長(zhǎng)的eq\r(2)倍就是兩個(gè)最近的鈉離子(也是氯離子)中心間的距離．(多選)2010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┎牧戏矫娴淖吭教接懀麄兺ㄟ^(guò)透亮膠帶對(duì)石墨進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開(kāi)使得石墨片的厚度漸漸減小，最終找尋到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二維結(jié)構(gòu)．如圖所示為石墨、石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)，依據(jù)以上信息和已學(xué)學(xué)問(wèn)推斷，下列說(shuō)法中正確的是(CD)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)物理改變的方法獲得石墨烯的解析：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)物理改變的方法獲得石墨烯的，D正確．1．下列說(shuō)法中正確的是(D)A．黃金可以切割加工成隨意形態(tài)，所以是非晶體B．同一種物質(zhì)只能形成一種晶體C．單晶體的全部物理性質(zhì)都是各向異性的D．玻璃沒(méi)有確定的熔點(diǎn)，也沒(méi)有規(guī)則的幾何形態(tài)解析：全部的金屬都是晶體，因而黃金也是晶體，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)則的幾何形態(tài)，A錯(cuò)誤；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)誤；單晶體的物理性質(zhì)各向異性是有些物理性質(zhì)各向異性，有些物理性質(zhì)各向同性，故C錯(cuò)誤；玻璃是非晶體，因而沒(méi)有確定的熔點(diǎn)和規(guī)則的幾何形態(tài)，D正確．2．有一塊長(zhǎng)方形的銅條，以下是有關(guān)它的三種說(shuō)法：①這是一塊單晶體，因?yàn)樗幸?guī)則的幾何形態(tài)②這是一塊多晶體，因?yàn)樗鼉?nèi)部的分子排列是不規(guī)則的③這是一塊非晶體，因?yàn)樗奈锢硇再|(zhì)是各向同性的這三種說(shuō)法中(D)A．①②是錯(cuò)的B．②③是錯(cuò)的C．①③是錯(cuò)的D．都是錯(cuò)的解析：銅條雖具有規(guī)則的幾何形態(tài)，但它是多晶體，其分子排列是規(guī)則的，但構(gòu)成多晶體的顆粒的排列是不規(guī)則的，所以選D.3.一塊密度和厚度都勻稱(chēng)分布的矩形被測(cè)樣品，長(zhǎng)AB是寬AC的兩倍，如圖所示．若用多用電表沿兩對(duì)稱(chēng)軸O1O1′和O2O2′測(cè)其電阻，阻值關(guān)系為R1＝2R2，則這塊樣品可能是(A)A．單晶體B．多晶體C．非晶體D．以上說(shuō)法全錯(cuò)解析：設(shè)該樣品沿各方向電阻率相同，依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(l,S)可知，沿O1O′1和O2O′2方向的電阻之比應(yīng)為41，而測(cè)量結(jié)果是R1＝2R2，說(shuō)明沿O1O′1和O2O′2方向電阻率不同，此樣品肯定是單晶體．4．(多選)對(duì)下列幾種固體物質(zhì)的相識(shí)，正確的有(AD)A．食鹽熔化過(guò)程中，溫度保持不變，說(shuō)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(shuō)明蜂蠟是晶體C．自然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的