第2章 第1节 固体类型及微观结构-【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（鲁科版2019）

第1节　固体类型及微观结构 【核心素养目标】 物理观念 晶体、非晶体、单晶体、多晶体、熔点、各向同性、各向异性。 科学思维 对比法分析归纳晶体和非晶体的物理性质。 科学探究 实验探究单晶体和多晶体导热、导电性能的区别。 一、晶体和非晶体 1．固体的分类：固体通常可分为晶体和非晶体两大类。 2．晶体的分类：晶体可分为单晶体和多晶体两类。 3．单晶体 (1)定义：具有规则的几何形状，外形都是由若干个平面围成的多面体。 (2)结构特点：同种物质的单晶体都具有相同的基本形状。 (3)宏观特性 ①具有规则的几何形状。 ②具有各向异性。 ③有固定的熔点。 4．多晶体 (1)定义：没有规则的几何形状，由大量细微的单晶粒杂乱无章地排列在一起构成的晶体。 (2)宏观特性 ①没有规则的几何形状。 ②具有各向同性。 ③有固定的熔点。 5．非晶体 (1)非晶体的物理性质是各向同性，没有固定的熔点。 (2)单晶体、多晶体和非晶体不是绝对的。它们在一定适当的条件下可以相互转化。 二、固体的微观结构 1．单晶体内部，在不同方向的等长线段上，微粒的个数通常是不相等，这说明单晶体在不同方向上微粒的排列及物质结构情况是不一样的，在物理性质上表现为各向异性。 2．非晶体内部在不同直线上微粒的个数大致相等，说明沿不同方向微粒排列及物质结构情况基本相同，在物理性质上表现为各向同性。 3．同种物质微粒在不同条件下有可能生成不同的晶体，由于它们的排列形式不同，物理性质也不同。 4．晶体熔化过程中，温度不变，只有在熔化完成后，温度才会升高。 1．判断正误 (1)晶体一定有规则的几何形状且具有各向异性的物理性质。(　×　) (2)固体都具有一定的熔点。(　×　) (3)一种物质可能以晶体和非晶体两种不同形态出现。(　√　) (4)可以利用各向异性或各向同性来鉴别单晶体和多晶体。(　√　) (5)根据分子动理论，组成晶体的微粒应是在晶体内部自由地做无规则运动。(　×　) (6)单晶体的物质微粒在各个方向上排列情况不同，但整齐有序，所以有规则的几何外形。(　√　) 2．链接实景 如图所示，冬天到了，各种不同的雪花争奇斗艳，精彩纷呈，雪花是不是晶体？晶体的特点是什么？如果温度高，雪花很快就会化成水，水是不是晶体，为什么？ 提示：　雪花规则的几何外形是天然形成的，是晶体，具有天然的几何外形是晶体的特征之一。当雪化成水后，具有流动性，其几何形状不再固定，不是晶体。 知识点一　晶体和非晶体 把熔化了的蜂蜡薄薄地涂在薄玻璃片上，把一支缝衣针烧热，然后用针尖接触蜂蜡层的背面，不要移动，观察蜂蜡熔化区域的形状(如图甲所示)。把玻璃片换成单层云母片，再做以上实验(如图乙所示)。在玻璃片上和云母片上，蜂蜡熔化区域形状的不同说明了什么？ 提示：　玻璃的导热性表现为各向同性，因此各个方向上导热均匀，蜂蜡熔化区域形状为圆形；在云母片上，蜂蜡熔化区域为椭圆形，说明云母片在不同方向上导热性能不同，表现为各向异性，所以云母片为单晶体。 1．单晶体、多晶体和非晶体的区别 分类 宏观外形 物理性质 非晶体 没有天然规则的形状 (1)没有固定的熔点 (2)物理性质表现为各向同性 晶体 单晶体 有天然规则的形状 (1)有确定的熔点 (2)物理性质表现为各向异性 多晶体 没有天然规则的形状 (1)有确定的熔点 (2)物理性质表现为各向同性 在一定条件下，晶体可转化为非晶体，非晶体也可转化为晶体。 2.正确理解单晶体的各向异性 (1)在物理性质上，单晶体具有各向异性。 学生用书第38页 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上表现出各向异性，举例如下： 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立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同方向的弹性不同。 ④方解石晶体在光的折射性能上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同。 (2022·山东德州调研)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 D　[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，说明沿不同方向丙的导热性能不同，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，D正确。] 判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法 1．区分晶体与非晶体的方法：看其有无确定的熔点，晶体具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，仅从各向同性或者几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体。 2．区分单晶体和多晶体的方法：看其是否具有各向异性，单晶体表现出各向异性，而多晶体表现出各向同性。　　 针对练1.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　) A．可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体 B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体 C．一个固体，如果沿其各方向的导电性不同，则该固体一定是晶体 D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则一定是多晶体 C　[多晶体和非晶体都显示各向同性，只有单晶体显示各向异性，所以A错误，C正确；单晶体具有各向异性的特性，仅是指某些物理性质，并不是所有的物理性质都是各向异性的，换言之，某一物理性质显示各向同性，并不意味着该物质一定不是单晶体，所以B、D错误。] 针对练2.(多选)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有(　　) A．没有固定的熔点 B．具有天然规则的几何形状 C．沿不同方向的导热性能相同 D．分子在空间上周期性排列 AC　[玻璃是非晶体，没有固定的熔点，也没有天然规则的几何形状，在物理性质上表现为各向同性，即沿不同方向的导热性能相同，A、C正确，B错误；只有组成晶体的物质微粒才规则地、周期性地在空间排列，玻璃是一种非晶体，其分子在空间上并不按周期性排列，D错误。] 学生用书第40页 知识点二　固体的微观结构 家庭、学校或机关门锁常用“碰锁”，然而，这种锁使用一段时间后，锁舌就会变涩而不易被碰入，造成关门困难。这时，你可以用铅笔在锁舌上摩擦几下，碰锁便开关自如了，并且可以持续几个月之久。请你动手试一试，并解释其中的道理。 提示：　石墨是金刚石的同素异形体，两者的不同结构，造成了两者在物理性质上的很大差异，金刚石质地坚硬，而石墨由于具有层状结构，且层与层之间结合不很紧密，故层与层之间易脱落，能起到润滑作用。用铅笔在纸上写字也是根据这个道理。 1．对外形及物理性质表现各向异性还是各向同性的解释 单晶体 多晶体 非晶体 外形 规则 不规则 不规则 物理性质 各向异性 各向同性 各向同性 微观 解释 (1)内部物质微粒的排列有一定规律 (2)在不同方向上的微粒排列及物质结构情况不一样 (1)内部物质微粒的排列没有一定规律 (2)在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同 (1)内部微粒的排列没有一定规律 (2)在不同方向上的微粒排列及物质结构基本相同 2.对同素异形体的解释 有的物质有几种晶体，是因为它们的物质微粒能形成不同的晶体结构。例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性质上有很大差别。白磷和红磷的化学成分相同，但白磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构，二者在物理性质上也有很大差别。 3．对晶体具有一定熔点的解释 给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，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，温度不发生变化。 晶体内部的分子有序排列为如图所示的空间点阵(图中小黑点表示晶体分子)，图中AB、AC、AD为等长的三条直线。下列说法正确的是(　　) A．A处的晶体分子可以沿三条直线发生定向移动 B．三条直线上晶体分子的数目相同，表明晶体的物理性质是各向同性的 C．三条直线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 D．以上说法均不对 C　[晶体中的分子只能在平衡位置附近振动，不会沿三条直线发生定向移动，A错误；三条直线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，B、D错误，C正确。] 针对练1.(多选)下列说法正确的是(　　) A．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 B．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间中有规则地排列 学生用书第41页 C．同种物质在不同条件下所生成的晶体微粒，其排列规律一定相同 D．晶体熔化过程中分子平均动能不变，因此其内能不变 AB　[相同物质微粒在不同的条件下能够生成不同的晶体，如金刚石与石墨，它们的分子的排列规律不同，A正确，C错误；天然石英表现为各向异性，是由于组成该物质的微粒在空间中的排列是规则的，具有空间上的周期性，B正确；晶体有固定的熔点，在熔化过程中温度不变，吸收的热量转化为分子势能，所以晶体熔化过程中分子的平均动能不变，内能变大，D错误。] 针对练2.关于石墨与金刚石的区别，下列说法中正确的是(　　) A．它们是由不同物质微粒组成的两种晶体 B．它们是由同种物质微粒组成的微观结构不同的两种晶体 C．金刚石是晶体，石墨是非晶体 D．金刚石和石墨中碳原子间的作用力强弱相近 B　[金刚石、石墨都是由碳原子组成的，只是排列方式不同，导致两种固体的物理性质差异很大，但它们都是晶体；金刚石结构比较紧密，其原子间作用力比石墨的原子间作用力大，所以金刚石有很大的硬度。故B正确，A、C、D错误。] 1．云母薄片和玻璃片分别涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母片及玻璃片的反面，石蜡熔化，如图所示，那么(　　) A．熔化的石蜡呈圆形的是玻璃片 B．熔化的石蜡呈圆形的是云母片 C．实验说明玻璃片具有各向异性，是非晶体 D．实验说明云母具有各向同性，是晶体 A　[玻璃是非晶体，表现为各向同性，其各个方向的传热能力相同，因此熔化的石蜡呈圆形；云母片是晶体，表现为各向异性，不同方向传热能力不同，所以熔化的石蜡呈椭圆形。A正确，B、C、D错误。] 2．(多选)关于晶体和非晶体，以下说法正确的是(　　) A．同种物质微粒在不同的条件下可以是晶体或非晶体 B．晶体内部的物质微粒排列是有规则的，而非晶体内部的物质微粒排列是不规则的 C．晶体内部的物质微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是在不停地运动着的 D．具有天然的、规则的几何形状的固体是晶体，没有天然的、确定的几何形状的固体是非晶体 AB　[同种物质微粒在不同条件下可以有晶体和非晶体两种不同形式，A正确；晶体内部的物质微粒排列是规则的，而非晶体内部的物质微粒排列是不规则的，B正确；不管是晶体还是非晶体，其内部的物质微粒都在不停地运动着，C错误；多晶体也没有确定的几何形状，D错误。] 3．(多选)下列关于晶体空间点阵的说法，正确的是(　　) A．构成晶体空间点阵的微粒，可以是分子，也可以是原子或离子 B．晶体的微粒之所以能构成空间点阵，是由于晶体中微粒之间相互作用很强，所有微粒都被牢牢地束缚在空间点阵的结点上不动 C．所谓空间点阵与空间点阵的结点，都是抽象的概念；结点是指组成晶体的微粒做永不停息的微小振动的平衡位置；微粒在结点附近的微小振动，就是热运动 D．相同的微粒，可以构成不同的空间点阵，也就是同一种物质能够生成不同的晶体，从而能够具有不同的物理性质 ACD　[组成晶体的微粒可以是分子、原子或离子，这些微粒也就是分子动理论所说的分子。显然，组成晶体的微粒处在永不停息的无规则的热运动之中，微粒之间还存在相互作用力，晶体的微粒之所以能构成空间点阵，是由于晶体微粒之间的相互作用力很强，微粒的热运动不足以使它们克服这种相互作用而彼此远离，相同的物质微粒，可以构成不同的空间点阵，实际中就是同一种物质能够生成不同的晶体，从而能够具有不同的物理性质，所以A、C、D正确，B错误。] 4．(多选)如图所示是a、b两种不同固体的熔化曲线，下列说法正确的是(　　) A．a是晶体 B．b是晶体 C．a是非晶体 D．b是非晶体 AD　[晶体在熔化过程中，不断吸热，但温度保持不变；而非晶体没有确定的熔点，若不断加热，温度不断上升。因此a是晶体，b是非晶体。A、D正确。] 学科网（北京）股份有限公司 $$