2024-2025學(xué)年高中物理第九章固體液體和物態(tài)變化第1節(jié)固體學(xué)案含解析新人教版選修3-3

PAGEPAGE7第1節(jié)固體1．知道晶體和非晶體的特點(diǎn)及區(qū)分，知道一些常見的晶體和非晶體。2．知道單晶體和多晶體的區(qū)分，了解各向異性和各向同性。3．了解晶體的微觀結(jié)構(gòu)，知道晶體和非晶體在肯定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。一、晶體和非晶體1．固體的分類(1)eq\o(□,\s\up4(01))晶體，如石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、蔗糖、味精等。(2)eq\o(□,\s\up4(02))非晶體，如玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等。2．晶體與非晶體的區(qū)分二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)1．各種晶體內(nèi)部的微粒是依據(jù)肯定的規(guī)則排列的，具有空間上的eq\o(□,\s\up4(01))周期性。2．組成同一物質(zhì)的微粒，假如依據(jù)不同規(guī)則在空間分布，可以生成不同的eq\o(□,\s\up4(02))晶體。如碳原子按不同規(guī)則排列，可以成為eq\o(□,\s\up4(03))石墨，也可以成為eq\o(□,\s\up4(04))金剛石。3．固體微粒的熱運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為在eq\o(□,\s\up4(05))平衡位置旁邊做微小振動(dòng)。4．物質(zhì)是晶體還是非晶體，并不是肯定的，晶體和非晶體之間可以在肯定條件下eq\o(□,\s\up4(06))相互轉(zhuǎn)化。判一判(1)晶體和非晶體都有固定的熔點(diǎn)。()(2)非晶體內(nèi)分子的排列是無(wú)規(guī)則的。()(3)可以依據(jù)各向異性或各向同性來(lái)鑒別晶體和非晶體。()(4)一塊固體，若其各個(gè)方向的導(dǎo)熱性相同，則這塊固體肯定是多晶體。()提示：(1)×(2)√(3)×(4)×課堂任務(wù)晶體與非晶體的區(qū)分關(guān)于晶體和非晶體的正確推斷1．依據(jù)幾何形態(tài)推斷某一固體是晶體還是非晶體時(shí)，要留意以下誤區(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，從宏觀形態(tài)上看，它沒有自然規(guī)則的幾何形態(tài)，所以我們很有可能把它誤以為是非晶體，但它事實(shí)上是晶體。利用熔點(diǎn)進(jìn)行晶體和非晶體的推斷時(shí)不能運(yùn)用主觀閱歷，例如對(duì)蔗糖進(jìn)行推斷時(shí)，人們往往會(huì)以為從未見過蔗糖的液態(tài)形式，不會(huì)存在液態(tài)形式，故而推斷其沒有確定熔點(diǎn)，為非晶體。所以，大家在進(jìn)行晶體和非晶體的推斷時(shí)要仔細(xì)分析，不要盲目推斷，以免推斷錯(cuò)誤。2．單晶體有自然規(guī)則的幾何外形，例如食鹽的晶體是立方體形(如圖甲)，明礬晶體是八面體形(如圖乙)，石英晶體的中間是一個(gè)六棱柱，兩端是六棱錐(如圖丙)。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)分在于：非晶體內(nèi)部粒子排列不存在長(zhǎng)程有序性。晶體有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有。3．晶體和非晶體在外形上及物理性質(zhì)上均有區(qū)分，但晶體和非晶體的區(qū)分又不是肯定的，這是因?yàn)槟撤N物質(zhì)是晶體還是非晶體并不是截然劃分的，在肯定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。例如，自然水晶是晶體，而熔化以后再凝固的水晶(即水晶玻璃)就是非晶體。用超急冷方法使金屬熔液凝固，金屬材料會(huì)因?yàn)閬?lái)不及結(jié)晶而形成非晶體。例1(多選)關(guān)于晶體和非晶體，下列說法中正確的是()A．有規(guī)則的幾何外形的固體肯定是晶體B．晶體在物理性質(zhì)上肯定是各向異性的C．非晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下可能轉(zhuǎn)化為晶體D．晶體有確定的熔點(diǎn)，非晶體沒有確定的熔點(diǎn)[規(guī)范解答]因?yàn)橥庑问欠褚?guī)則可以用人工的方法處理，所以A錯(cuò)誤；多晶體在物理性質(zhì)上是各向同性的，B錯(cuò)誤；試驗(yàn)證明非晶體和晶體在肯定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，C正確；晶體與非晶體的區(qū)分表現(xiàn)在是否有確定的熔點(diǎn)，D正確。[完備答案]CD推斷晶體與非晶體、單晶體與多晶體的方法區(qū)分晶體和非晶體的方法是看其有無(wú)確定的熔點(diǎn)，晶體具有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有確定的熔點(diǎn)，僅從各向同性或幾何形態(tài)不肯定能推斷某一固體是晶體還是非晶體。區(qū)分單晶體和多晶體的方法是看其是否具有各向異性或自然規(guī)則的幾何形態(tài)，單晶體表現(xiàn)出各向異性，有自然規(guī)則的幾何形態(tài)，而多晶體表現(xiàn)出各向同性，沒有自然規(guī)則的幾何形態(tài)。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練1])(多選)下列說法中正確的是()A．顯示各向異性的物體必定是晶體B．不顯示各向異性的物體必定是非晶體C．具有確定熔點(diǎn)的物體必定是晶體D．不具有確定熔點(diǎn)的物體必定是非晶體答案ACD解析非晶體和多晶體都顯示各向同性，所以A正確，B錯(cuò)誤。晶體不論是單晶體還是多晶體都具有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有確定的熔點(diǎn)，所以C、D都正確。課堂任務(wù)對(duì)晶體微觀結(jié)構(gòu)的相識(shí)用晶體的微觀結(jié)構(gòu)理論說明晶體的特性1．各向異性的微觀理解如圖所示是一平面上晶體物質(zhì)微粒的排列狀況，從圖中可以看出，在沿不同方向所畫的等長(zhǎng)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。正因?yàn)樵诓煌较蛏衔镔|(zhì)微粒的排列狀況不同，才引起晶體在不同方向上的物理性質(zhì)不同。2．對(duì)熔點(diǎn)的說明給晶體加熱到肯定溫度時(shí)，一部分微粒有足夠的動(dòng)能克服微粒間的作用力，離開平衡位置，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。3.有的物質(zhì)有幾種晶體，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；白磷和紅磷的化學(xué)成分相同，但白磷具有立方體結(jié)構(gòu)，而紅磷具有與石墨一樣的層狀結(jié)構(gòu)。多晶體是由很多雜亂無(wú)章地排列著的小晶體(晶粒)組成，每個(gè)小晶粒都是一個(gè)小單晶體，具有各向異性的物理性質(zhì)和自然規(guī)則的幾何外形，由于晶粒在多晶體內(nèi)雜亂無(wú)章地排列著，所以多晶體沒有自然規(guī)則的幾何形態(tài)，也不顯示各向異性。例2下列說法錯(cuò)誤的是()A．晶體具有自然規(guī)則的幾何形態(tài)，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)闃?gòu)成它們的物質(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)肯定是非晶體D．晶體的各向異性是由晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)確定的[規(guī)范解答]晶體的外形、物理性質(zhì)都是由晶體的微觀結(jié)構(gòu)確定的，A、B、D正確；各向同性的物質(zhì)不肯定是非晶體，多晶體也具有這樣的性質(zhì)，C錯(cuò)誤。[完備答案]C正確理解單晶體的各向異性(1)在物理性質(zhì)上，單晶體具有各向異性，而非晶體則是各向同性的。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(cè)試單晶體的物理性能時(shí)，測(cè)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)出顯著的各向異性——沿不同方向的折射率不同。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練2])(多選)晶體具有各向異性的特點(diǎn)是由于()A．晶體在不同方向上物質(zhì)微粒的排列狀況不同B．晶體在不同方向上物質(zhì)微粒的排列狀況相同C．晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無(wú)規(guī)則性D．晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有規(guī)則性答案AD解析晶體的各向異性是由于晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有規(guī)則性，使不同的方向上物質(zhì)微粒的排列狀況不同。A組：合格性水平訓(xùn)練1．(晶體和非晶體)(多選)關(guān)于晶體和非晶體，下列幾種說法中正確的是()A．不具有規(guī)則幾何形態(tài)的物體肯定不是晶體B．晶體的物理性質(zhì)與方向有關(guān)，這種特性叫做各向異性C．若物體表現(xiàn)為各向同性，它就肯定是非晶體D．晶體有肯定的熔化溫度，非晶體沒有肯定的熔化溫度答案BD解析單晶體物理性質(zhì)各向異性，多晶體物理性質(zhì)各向同性，單晶體有自然規(guī)則外形，多晶體沒有自然規(guī)則外形，晶體與非晶體的區(qū)分在于晶體有固定的熔點(diǎn)。2．(晶體和非晶體)(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．單晶體和多晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體沒有固定的熔點(diǎn)D．單晶體和多晶體的物理性質(zhì)是各向異性的，非晶體是各向同性的答案BC解析玻璃是非晶體，A錯(cuò)誤；多晶體是各向同性的，D錯(cuò)誤。3．(晶體和非晶體)某球形固體物質(zhì)，其各向?qū)嵝阅芟嗤?，則該物體()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．肯定是多晶體，因?yàn)樗哂懈飨蛲缘奈锢硇再|(zhì)答案B解析此球形物質(zhì)不能推斷其外形是自然形成的，故C錯(cuò)誤；其各向?qū)嵝阅芟嗤?，故可能為多晶體或非晶體，A、D錯(cuò)誤；當(dāng)物質(zhì)為多晶體時(shí)，有確定的熔點(diǎn)，B正確。4．(晶體和非晶體)在如圖所示的四個(gè)圖象中，屬于晶體凝固圖象的是()答案C解析首先分清晶體與非晶體的圖象。晶體凝固時(shí)有確定的凝固溫度，非晶體沒有確定的凝固溫度，故A、D錯(cuò)誤；其次分清熔化是固體→液體，達(dá)到熔點(diǎn)前是汲取熱量，溫度上升，而凝固過程則恰好相反，故B錯(cuò)誤，C正確。5．(晶體的微觀結(jié)構(gòu))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)確定，石墨和金剛石都是由碳原子組成的單晶體，但其原子排列結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)成分是相同的。6．(晶體的微觀結(jié)構(gòu))(多選)下列關(guān)于探究晶體結(jié)構(gòu)的幾個(gè)結(jié)論中正確的是()A．20世紀(jì)初通過X射線在晶體衍射的試驗(yàn)證明了晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒的確是按肯定的規(guī)則排列的B．組成晶體的物質(zhì)微粒，沒有肯定的排列規(guī)則，在空間雜亂無(wú)章地排列著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，將微粒約束在肯定的平衡位置上D．熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，晶體內(nèi)部的微?？梢韵駳怏w分子那樣在隨意空間里做猛烈運(yùn)動(dòng)答案AC解析勞厄在1912年用X射線證明了晶體內(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旁邊振動(dòng)，是因?yàn)槲⒘ｉg存在著相互作用力的結(jié)果。7．(晶體的微觀結(jié)構(gòu))(多選)有關(guān)晶體的排列結(jié)構(gòu)，下列說法正確的是()A．同種元素原子按不同規(guī)則排列有相同的物理性質(zhì)B．同種元素原子按不同規(guī)則排列有不同的物理性質(zhì)C．同種元素形成晶體只有一種排列規(guī)則D．同種元素形成晶體可能有不同的排列規(guī)則答案BD解析同一種元素形成晶體可能有不同的規(guī)則排列。如金剛石和石墨、紅磷和白磷，由于它們的規(guī)則不同排列。確定了它們有不同的物理性質(zhì)。B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練8．(晶體和非晶體)關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是()A．全部的晶體都表現(xiàn)為各向異性B．晶體肯定有規(guī)則的幾何形態(tài)，形態(tài)不規(guī)則的金屬肯定是非晶體C．大塊塑料粉碎成形態(tài)相同的顆粒，每個(gè)顆粒即為一個(gè)單晶體D．全部的晶體都有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有確定的熔點(diǎn)答案D解析只有單晶體才表現(xiàn)為各向異性，故A錯(cuò)誤；單晶體有自然規(guī)則的幾何形態(tài)，而多晶體無(wú)自然規(guī)則的幾何形態(tài)，金屬屬于多晶體，故B錯(cuò)誤；大塊塑料是非晶體，粉碎成形態(tài)相同的顆粒，依舊是非晶體，C錯(cuò)誤；晶體和非晶體的一個(gè)重要區(qū)分，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正確。9.(晶體和非晶體)如圖所示，曲線M、N分別表示晶體和非晶體在肯定壓強(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)T0B．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解析依據(jù)實(shí)際可知，晶體與非晶體的最大區(qū)分就是晶體有固體的熔點(diǎn)，即當(dāng)晶體因溫度上升而熔化時(shí)，在熔化過程中晶體的溫度將保持不變，只有晶體全部熔化后其溫度才接著上升，而非晶體沒有這個(gè)特點(diǎn)，結(jié)合題目中的圖象特點(diǎn)可知答案為B。10．(晶體和非晶體)如圖所示，一塊密度、厚度勻稱的長(zhǎng)方體被測(cè)樣品，長(zhǎng)AB為寬BC的2倍，若用多用電表沿兩對(duì)稱軸測(cè)其電阻，所得阻值均為R，則這塊樣品是()A．金屬B．多晶體C．單晶體D．非晶體答案C解析因兩個(gè)方向電阻相等，而這兩個(gè)方向的長(zhǎng)度和橫截面積不等，所以，該樣品的導(dǎo)電性能為各向異性，該樣品必是單晶體，所以C正確。11．(綜合)下列說法中正確的是()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．玻璃沒有確定的熔點(diǎn)，也沒有自然規(guī)則的幾何形態(tài)答案D解析全部的金屬都是晶體，因而黃金也是晶體，故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(cuò)誤。玻璃是非晶體，因而沒有確定的熔點(diǎn)和自然規(guī)則的幾何形態(tài)，故D正確。12．(綜合)(多選)下列敘述中正確的是()A．晶體的各向異性是由于它的微粒在空間按