4.固体-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

4．固体 【素养目标】　1.通过比较晶体和非晶体在外形以及物理性质上的区别，提高关联整合能力。2.通过观察玻璃片和云母片上石蜡熔化形状的不同，理解各向同性和各向异性，提高分析解释的能力。3.了解晶体的微观结构，能从分子动理论的角度解释晶体的微观结构，并建立晶体微观结构的模型，解释晶体的物理性质，提升综合应用的能力。 知识点一　晶体和非晶体 [情境导学]　如图所示，雪花、石蜡和天然金刚石在外形上有什么区别？可以把它们怎样分类？ 提示：石蜡没有规则的外形，是非晶体；雪花、天然金刚石有天然、规则的几何形状，是晶体。 (阅读教材P31—P33完成下列填空) 1．固体分类：固体可以分为晶体和非晶体两类。石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。 2．晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度。 3．有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象叫作各向异性。非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作各向同性。 4．单晶体有规则的形状且各向异性；多晶体没有确定的几何形状，也不显示各向异性。 [问题探究] 1．常见的金属没有规则的形状，但具有确定的熔点。它们是晶体还是非晶体？ 提示：金属虽然没有规则的几何外形，但是有确定的熔点，所以金属是晶体。 2．把熔化了的石蜡薄薄地涂在薄玻璃板上，把一支缝衣针烧热，然后用针尖接触涂有石蜡薄层的玻璃板背面，不要移动，观察到石蜡熔化区域的形状如图甲所示；把玻璃片换成单层云母片，再做以上实验，结果如图乙所示。在玻璃板上和云母片上，石蜡熔化区域形状的不同说明了什么？ 提示：在玻璃板上石蜡熔化区域的形状为圆形，说明玻璃在各个方向上导热均匀，玻璃的导热性表现为各向同性；在云母片上石蜡熔化区域为椭圆形，说明云母在不同方向上的导热性能不同，表现为各向异性。 在甲、乙、丙三种固体薄片上薄薄地涂上石蜡，用烧热的针尖分别接触它们的背面，石蜡熔化区域的形状如图1所示；另外甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图2所示，则下列说法可能正确的是(　　 ) A．甲、乙是非晶体，丙是晶体 B．甲、丙是非晶体，乙是晶体 C．甲、丙是多晶体，乙是晶体 D．甲是多晶体，乙是非晶体，丙是单晶体 答案：D 解析：单晶体具有各向异性，非晶体和多晶体具有各向同性，丙表面石蜡熔化区域的形状是椭圆形，说明丙沿不同方向的导热性能不同，甲、乙表面石蜡熔化区域的形状是圆形，说明甲、乙具有各向同性，因此丙为单晶体，甲、乙可能是多晶体或非晶体；根据温度随加热时间变化的关系，可知甲、丙为晶体，乙是非晶体，综上可知，D正确。 学生用书第56页 1.单晶体、多晶体和非晶体的比较 分类 宏观外形 物理性质 非晶体 没有规则的外形 (1)没有确定的熔化温度 (2)物理性质表现为各向同性 晶 体 单晶体 有天然的、规则的几何形状 (1)有确定的熔点 (2)物理性质表现为各向异性 多晶体 没有确定的几何形状 (1)有确定的熔点 (2)物理性质表现为各向同性 2.单晶体的各向异性的理解 (1)单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质不同，也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性质时，测试结果不同。 (2)单晶体具有各向异性，并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质(弹性、硬度、光学性质、导热性能、导电性能、磁性等)上表现出各向异性，某种单晶体一般是在某一个(或几个)物理性质上表现为各向异性。例如： ①云母、石膏晶体在导热性上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快慢不同。 ②方铅矿石晶体在导电性上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同。 ③方解石晶体在光的折射性能上表现出各向异性——沿不同方向折射率不同。　　 针对练1.(2024·江苏徐州高二统考)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　) A．天上飘下的雪花是晶体 B．晶体和非晶体都有固定的熔点 C．金属没有规则外形，所以是非晶体 D．普通的玻璃可以划成正方形，所以玻璃是晶体 答案：A 解析：天上飘落的雪花是由水蒸气凝华形成，属于晶体，故A正确；晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度，故B错误；金属没有规则外形，但有确定的熔点，属于晶体；玻璃可以划成正方形，但没有确定的熔化温度，属于非晶体，故C、D错误。故选A。 针对练2.(多选)下列关于晶体和非晶体描述正确的是(　　) A．将一块非晶体敲碎后，得到的小颗粒是晶体 B．单晶体有天然的、规则的几何形状，非晶体没有规则的外形 C．晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度 D．不具有光学各向异性的固体一定是非晶体 答案：BC 解析：非晶体敲碎后，物质结构没有发生变化，得到的小颗粒仍然是非晶体，故A错误；单晶体是规则排列的，有天然的、规则的几何形状，非晶体没有规则的外形，故B正确；晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度，只是在一定温度范围内熔化，故C正确；多晶体的物理性质也表现为各向同性，故D错误。故选BC。 知识点二　晶体的微观结构 [情境导学]　我们知道金刚石和石墨是同素异形体，两者在物理性质上有很大差异，金刚石质地坚硬，而石墨质地柔软。请思考：金刚石和石墨性质差异的原因是什么？ 提示：两者碳原子的微观排列结构不同。 (阅读教材P33—P34完成下列填空) 1．在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。 2．有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体，那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。 3．同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。 [问题探究]　如图是一个平面上单晶体微粒排列的情况。 学生用书第57页 (1)请观察沿不同方向单位长度上微粒的数目是否相同。 (2)晶体微粒排列的情况决定了单晶体具有什么特性？ 提示：(1)不相同；(2)各向异性。 2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们对石墨烯的开创性实验研究。安德烈通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有约0.34 nm的单层石墨烯，是碳的二维结构。如图分别为石墨、石墨烯的微观结构。根据以上信息和已学知识判断下列说法中正确的是(　　) A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体 B．石墨是单晶体，石墨烯是多晶体 C．石墨的物理性质表现为各向异性，石墨烯的物理性质表现为各向同性 D．安德烈是通过物理变化的方法获得石墨烯的 答案：D 解析：石墨、石墨烯都是单晶体，石墨与石墨烯都是碳元素的单质，故A、B错误；石墨、石墨烯的物理性质都表现为各向异性，故C错误；安德烈是通过物理变化的方法获得石墨烯的，故D正确。 1．晶体微观结构的理解 (1)晶体内部的微粒是按一定的规则排列的，具有空间上的周期性。如图甲是食盐晶体中氯离子和钠离子分布的示意图。 (2)晶体内部微粒间的相互作用很强，微粒的热运动主要表现为在平衡位置附近做微小的振动。微粒的热运动不足以使它们克服相互作用而远离。 (3)物质微粒的微观排列结构决定其宏观物理性质，同种元素的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物质。例如，碳原子如果按图乙排列，就成为石墨，而按图丙排列，就成为金刚石。 (4)由于物质微观结构的变化，有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。如天然石英是晶体，而熔化以后再凝固变成的石英玻璃就是非晶体。　　 2.用微观结构理论解释晶体的性质 (1)对各向异性的微观解释 如图为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况。在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同。线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少。因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同。 (2)对熔点的解释 把晶体加热到一定温度时，一部分微粒具有足够大的动能，能克服微粒间的相互作用，离开振动的平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列(从能量角度来看是增加了分子势能)，温度并不发生变化。　　 针对练1.(多选)下列叙述中正确的是(　　 ) A．单晶体的各向异性是由于它的微粒是按一定的规则排列的 学生用书第58页 B．单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒是按一定的规则排列的 C．非晶体的内部微粒是无规则排列的 D．石墨的硬度与金刚石差很多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布 答案：ABC 解析：晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶体的物理性质，正是由于单晶体的微粒是按一定规则排列的，单晶体才具有各向异性和规则的几何外形，A、B正确；非晶体的内部微粒是无规则排列的，C正确；石墨与金刚石的硬度相差甚远是由于它们内部微粒的排列结构不同，石墨的层状结构决定了它的质地松软，而金刚石的网状结构决定了其中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度，D错误。 针对练2.晶体内部的分子有序排列为如图所示的空间点阵(图中的小黑点表示晶体分子)，图中AB、AC、AD为等长的三条线段。下列说法中正确的是(　　 ) A．A处的晶体分子可以沿三条线段发生定向移动 B．三条线段上，晶体分子的数目相同，表明晶体的物理性质是各向同性 C．三条线段上，晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性 D．以上说法均不正确 答案：C 解析：晶体中的分子只在平衡位置附近振动，不会沿三条线段发生定向移动，故A错误；三条线段上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的，故C正确，B、D错误。 1．(多选)(鲁科版选择性必修第三册·P40·T3)下列说法正确的是(　　) A．固体可分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质 B．由同种元素构成的固体，可能会因原子的排列方式不同而成为不同的晶体 C．在合适的条件下，某些晶体可转变为非晶体，某些非晶体也可转变为晶体 D．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变 答案：ABC 解析：固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质，故A正确；由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，例如金刚石和石墨晶体，故B正确；在合适的条件下，晶体和非晶体可以相互转化，例如天然石英是晶体，熔化以后再凝固形成的石英玻璃却是非晶体；把晶体硫加热熔化(温度超过300 ℃)再倒进冷水中，会变成柔软的非晶体硫，再过一段时间又会转化为晶体硫，故C正确；晶体在熔化过程中，温度保持不变，吸收的热量转化为分子势能，内能增大，故D错误。故选ABC。 2.江苏省东海县是世界天然水晶原料集散地，有着“世界水晶之都”的美誉。天然的水晶具有规则的几何外形，如图所示。关于天然水晶，下列说法正确的是(　　) A．具有规则的几何外形，但是没有固定的熔点 B．微观粒子的空间排列不规则 C．在熔化过程中分子平均动能不变 D．物理性质表现为各向同性 答案：C 解析：天然水晶是单晶体，具有规则的几何外形，有固定的熔点，物理性质表现为各向异性，A、D错误；天然水晶是晶体，微观粒子的空间排列规则，B错误；天然水晶是晶体，有确定的熔点，在熔化过程中温度不变，分子平均动能不变，C正确。 3．下列有关说法正确的是(　　) A．因为石英是晶体，所以由石英制成的玻璃也是晶体 B．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体 C．蔗糖受潮后粘在一起，没有确定的几何形状，所以它是非晶体 D．用烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体 答案：B 解析：石英有天然的、规则的几何外形且物理性质表现为各向异性，是晶体，而玻璃没有确定的熔化温度，为非晶体，故A错误；晶体在熔化过程中温度保持不变，有固定的熔点，食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体，故B正确；蔗糖受潮后粘在一起，没有确定的几何形状，但是用放大镜看，仍可发现组成糖块的一个个晶体粒，所以它是多晶体，故C错误；烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明云母是晶体，故D错误。 4．(多选)(2024·河南南阳市高二统考)关于下列四幅图中所涉及晶体微观结构及其解释的论述中，正确的是(　　) A．图甲中，沿不同的方向微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质 B．图乙为金刚石中碳原子形成的一种紧密结构，相互之间作用力很强，所以金刚石十分坚硬，可制造玻璃刀和钻头 C．图丙为食盐晶体的点阵结构，晶体的许多特性都与点阵结构有关 D．图丁为石墨烯的微观结构图，石墨烯具有六边形的晶格结构，同时具有很好的韧性，且可以弯曲 答案：ACD 解析：题图甲中，沿不同的方向微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质，A正确；题图乙为石墨的微观结构，B错误；晶体的许多特性都与点阵结构有关，C正确；石墨烯具有六边形的晶格结构，具有优异的光学、力学、电学特性，是已知强度最高的物质之一，并且能弯曲，有很好的韧性，D正确。故选ACD。 学科网（北京）股份有限公司 $$