第11.5节 固体的基本性质-【帮课堂】2024-2025学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第三册）

第十一章 气体、液体、固体 11.5 固体的基本性质 课程标准 1. 了解单晶体、多晶体和非晶体的基本特性。 2. 了解液晶的基本特性。 物理素养 物理观念：建立各向异性、各向同性及晶体的微观结构的观念。 科学思维：利用晶体的微观结构，解释单晶体的各向异性的思维方法。 科学探究：实验探究晶体和非晶体、单晶体和多晶体的特性。 科学态度与责任：培养严谨的科学态度，激发探索科学的兴趣。 一、晶体和非晶体 1． 定义和比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 原子或分子排列 有一定的空间周期性规则 无规则 外形 具有一定规则的几何外形 没有规则的几何外形 没有一定规则的外形 导热、导电方向性 各向异性 各向同性 各向同性 熔点 有固定熔点 无固定熔点 常见 石英、云母、明矾、食盐、蔗糖、味精、雪花 金属 玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等 2． 单晶体和多晶体 单晶体：指整块物质由原子或分子按一定规律作周期性重复排列的固体状态。例如，水晶、钻石等。 多晶体：由许多排列方式相同但位向不一致的小晶粒组成。例如，铜、铁、铝金属等都是多晶体。 3． 观察玻璃和云母片上石蜡熔化区域的形状： 现象：云母片上呈现椭圆形，玻璃片上呈现圆形。 结论：单晶体导热具有各向异性，非晶体导热具有各向同性。 多晶体是由单晶体微粒杂乱无章组成，各向异性相互抵消，表现为各向同性。 4． 单晶体导光性的各向异性 光在普通非晶体中只有一条折射光线，光在单晶体中有两条折射光线。 5． 晶体和非晶体可以互相转化： 同种物质可以有晶体和非晶体两种状态，在一定条件下可以互相转化。 例如，天然水晶是晶体，而熔化后再凝固的水晶（石英玻璃）就是非晶体。 6． 石墨烯： 新型单分子层晶体材料，最轻，最薄，强度最大，导电性能最好。 广泛用于芯片、太阳能电池、航天、运输等行业。 二、晶体的微观结构 1． 晶体的宏观物理性质是由微观结构决定的。 2． 单晶体的分子或原子构成如下图的点阵结构，因此晶体由规则的外形。 分子或原子间距为0.1nm数量级，图中位置为振动平衡位置。 (a)食盐晶体 (b)石墨晶体 (c)金刚石晶体 3． 各向异性的解释：如下图，在不同方向上微粒的数目不同，宏观上表现为各向异性。 4． 熔点的解释： 晶体温度升高，振动加剧，点阵结构破坏，熔化为液体，熔化过程不升温，该温度称为熔点。 （吸收的能量用于增加分子势能，不增加分子动能，所以不升温） 完全变成液体后吸热继续升温。 非晶体没有熔点，随着加热逐渐变成液体，在此过程中温度一直升高。 物态变化补充介绍： 熔化和凝固（固态<->液态），汽化和液化（液态<->气态），升华和凝华（固态<->气态）。 从液体到气态叫汽化，汽化过程吸热不升温，该温度叫沸点。晶体和非晶体都有沸点。 在此过程中分子势能增加，动能不变，所以温度不变。 三、液晶 1． 液晶：将特定晶体加热到某一特定温度时会熔化为浑浊的液体，继续加热又变得清澈透明，该浑浊状态的液体叫做液晶。微观结构如下图： 2． 电场中表现属性： (1)不加电压时透明，光线能通过；加电压时不透明，不透光。 (2)电场强度不同，对不同颜色的光的吸收不同，用于液晶显示屏，优点是低电压、低功耗。 (3)光学性质具有各向异性，即不同方向上光的传播能力不同。 例1．（多选）关于晶体与非晶体，下列说法正确的是（　　） A．固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体是绝对的，是不可以相互转化的 B．多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体没有确定的几何形状 C．晶体沿不同的方向导热或导电性能不同，但沿不同方向的光学性质一定相同 D．单晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点 例2．关于液晶的以下说法正确的是(　　) A．液晶态的存在只与温度有关 B．因为液晶在一定条件下发光，所以可以用来做显示屏 C．液晶的物理性质稳定 D．笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色 题型01 晶体和非晶体 例3．（23-24高二下·上海·期中）在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围如图（1）、（2）、（3）所示，而甲、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（4）所示，由此可判断甲为 ，乙为 （填“单晶体”、“多晶体”、“非晶体”）。 题型02 液晶 例4．（23-24高三上·上海嘉定·阶段练习）把熔化的蜂蜡薄薄地涂云母所做的薄片上，用一根缝衣针烧热后用针尖接触蜂蜡层的背面，熔化区域的形状如图甲所示，该实验说明云母是 ；液晶的分子排布与液体和固体都有区别，这种排布使液晶既像液体一样具有流动性，又具有各向异性，下面 图（填“乙”或“丙”）是液晶分子示意图。 1．（23-24高二下·上海浦东新·期末）（多选）关于液体和固体的性质，下列说法正确的是（　　） A．可以利用有无固定熔点来判断物质是晶体还是非晶体 B．有时缝衣针能浮在水面上不下沉，是由液体的表面张力引起的 C．单晶体和多晶体都表现为各向异性，非晶体则表现为各向同性 D．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向异性 2．我们在教室里通过液晶电视观看天宫课堂直播，液晶电视的图像色彩绚丽。下列关于液晶的说法中，正确的有（    ） A．像液体一样具有流动性和连续性 B．其分子保持着固态晶体特有的规则排列方式 C．加电压时，液晶是透明的，光线能通过 D．在光学上具有各向同性等晶体特有的物理性质 E．也称为介晶态 3．（23-24·上海市交大附中高二下期中）下列关于晶体和非晶体的说法正确的是（　　） A. 晶体一定表现出各向异性，非晶体一定表现出各向同性 B. 液晶的光学性质具有各向同性 C. 非晶体内部的原子排列具有规律性 D. 非晶体无固定的熔点 4．（23-24·上海市上海中学高二下期中）以下哪种现象不能判断该材料为晶体（　　） A. 这种材料沿不同方向的热胀冷缩的性质不同 B. 这种材料沿不同方向的热传导快慢不同 C. 这种材料沿不同方向的导电性能不同 D. 这种材料沿不同方向的长度不同 5．固体甲和乙在一定压强下的熔化曲线如图，纵轴表示温度，横轴表示时间，下列说法正确的是（　　） A．固体甲一定是晶体，固体乙不一定是非晶体 B．甲一定有确定的几何外形，乙一定没有确定的几何外形 C．在热传导方面甲一定表现出各向异性，乙一定表现出各向同性 D．甲和乙的化学成分可能相同 6．（23-24·上海市市北中学高二下期末）下列说法正确的是（　　） A. 液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部 B. 单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点 C. 通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体 D. 若液体P滴在固体Q上很难擦去，则说明液体P浸润固体Q 7．（23-24·上海市复旦附中高二下期末）关于固体和液体，下列说法正确的是（　　） A. 液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部 B. 分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子势能最大 C. 液晶具有液体的流动性，低温时会凝固成结晶态，分子取向是有序的 D. 所有的晶体都表现为各向异性 8．（多选）如图所示，ACBD是一厚度均匀的由同一种微粒构成的圆板，AB和CD是互相垂直的两条直径，在圆板所处平面内把圆板从图示位置转动90°后，电流表示数发生了变化(两种情况下都接触良好)。关于圆板，下列说法正确的是（ ） A．圆板是非晶体 B．圆板是多晶体 C．圆板是单晶体 D．圆板在各个方向上导电性不同 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十一章 气体、液体、固体 11.5 固体的基本性质 课程标准 1. 了解单晶体、多晶体和非晶体的基本特性。 2. 了解液晶的基本特性。 物理素养 物理观念：建立各向异性、各向同性及晶体的微观结构的观念。 科学思维：利用晶体的微观结构，解释单晶体的各向异性的思维方法。 科学探究：实验探究晶体和非晶体、单晶体和多晶体的特性。 科学态度与责任：培养严谨的科学态度，激发探索科学的兴趣。 一、晶体和非晶体 1． 定义和比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 原子或分子排列 有一定的空间周期性规则 无规则 外形 具有一定规则的几何外形 没有规则的几何外形 没有一定规则的外形 导热、导电方向性 各向异性 各向同性 各向同性 熔点 有固定熔点 无固定熔点 常见 石英、云母、明矾、食盐、蔗糖、味精、雪花 金属 玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等 2． 单晶体和多晶体 单晶体：指整块物质由原子或分子按一定规律作周期性重复排列的固体状态。例如，水晶、钻石等。 多晶体：由许多排列方式相同但位向不一致的小晶粒组成。例如，铜、铁、铝金属等都是多晶体。 3． 观察玻璃和云母片上石蜡熔化区域的形状： 现象：云母片上呈现椭圆形，玻璃片上呈现圆形。 结论：单晶体导热具有各向异性，非晶体导热具有各向同性。 多晶体是由单晶体微粒杂乱无章组成，各向异性相互抵消，表现为各向同性。 4． 单晶体导光性的各向异性 光在普通非晶体中只有一条折射光线，光在单晶体中有两条折射光线。 5． 晶体和非晶体可以互相转化： 同种物质可以有晶体和非晶体两种状态，在一定条件下可以互相转化。 例如，天然水晶是晶体，而熔化后再凝固的水晶（石英玻璃）就是非晶体。 6． 石墨烯： 新型单分子层晶体材料，最轻，最薄，强度最大，导电性能最好。 广泛用于芯片、太阳能电池、航天、运输等行业。 二、晶体的微观结构 1． 晶体的宏观物理性质是由微观结构决定的。 2． 单晶体的分子或原子构成如下图的点阵结构，因此晶体由规则的外形。 分子或原子间距为0.1nm数量级，图中位置为振动平衡位置。 (a)食盐晶体 (b)石墨晶体 (c)金刚石晶体 3． 各向异性的解释：如下图，在不同方向上微粒的数目不同，宏观上表现为各向异性。 4． 熔点的解释： 晶体温度升高，振动加剧，点阵结构破坏，熔化为液体，熔化过程不升温，该温度称为熔点。 （吸收的能量用于增加分子势能，不增加分子动能，所以不升温） 完全变成液体后吸热继续升温。 非晶体没有熔点，随着加热逐渐变成液体，在此过程中温度一直升高。 物态变化补充介绍： 熔化和凝固（固态<->液态），汽化和液化（液态<->气态），升华和凝华（固态<->气态）。 从液体到气态叫汽化，汽化过程吸热不升温，该温度叫沸点。晶体和非晶体都有沸点。 在此过程中分子势能增加，动能不变，所以温度不变。 三、液晶 1． 液晶：将特定晶体加热到某一特定温度时会熔化为浑浊的液体，继续加热又变得清澈透明，该浑浊状态的液体叫做液晶。微观结构如下图： 2． 电场中表现属性： (1)不加电压时透明，光线能通过；加电压时不透明，不透光。 (2)电场强度不同，对不同颜色的光的吸收不同，用于液晶显示屏，优点是低电压、低功耗。 (3)光学性质具有各向异性，即不同方向上光的传播能力不同。 例1．（多选）关于晶体与非晶体，下列说法正确的是（　　） A．固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体是绝对的，是不可以相互转化的 B．多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体没有确定的几何形状 C．晶体沿不同的方向导热或导电性能不同，但沿不同方向的光学性质一定相同 D．单晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点 【答案】BD 【解析】A．晶体、非晶体不是绝对的，是可以相互转化的，A错误； B．多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体没有确定的几何形状，选项B正确； C．晶体沿不同方向的光学性质也不一定相同，选项C错误。 D．单晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，选项D正确。 例2．关于液晶的以下说法正确的是(　　) A．液晶态的存在只与温度有关 B．因为液晶在一定条件下发光，所以可以用来做显示屏 C．液晶的物理性质稳定 D．笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色 【答案】D 【解析】液晶态可以在一定温度范围或某一浓度范围存在，A错误； 液晶本身不能发光，液晶具有液体的流动性，其物理性质并不稳定，BC错误； 在外加电压下，对不同色光的吸收程度不同，故D正确。 题型01 晶体和非晶体 例3．（23-24高二下·上海·期中）在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围如图（1）、（2）、（3）所示，而甲、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（4）所示，由此可判断甲为 ，乙为 （填“单晶体”、“多晶体”、“非晶体”）。 【答案】 多晶体 非晶体 【详解】[1][2]由题图知，甲、乙各向同性，丙各向异性；甲、丙有固定的熔点，乙没有固定的熔点，故甲、丙是晶体，乙是非晶体，其中甲是多晶体，丙是单晶体。 题型02 液晶 例4．（23-24高三上·上海嘉定·阶段练习）把熔化的蜂蜡薄薄地涂云母所做的薄片上，用一根缝衣针烧热后用针尖接触蜂蜡层的背面，熔化区域的形状如图甲所示，该实验说明云母是 ；液晶的分子排布与液体和固体都有区别，这种排布使液晶既像液体一样具有流动性，又具有各向异性，下面 图（填“乙”或“丙”）是液晶分子示意图。 【答案】 单晶体 乙 【详解】[1]甲图传热各项异性，说明云母是单晶体； [2]丙图中分子排列杂乱无章，不是液晶，而乙图分子排列有规则，是液晶。 1．（23-24高二下·上海浦东新·期末）（多选）关于液体和固体的性质，下列说法正确的是（　　） A．可以利用有无固定熔点来判断物质是晶体还是非晶体 B．有时缝衣针能浮在水面上不下沉，是由液体的表面张力引起的 C．单晶体和多晶体都表现为各向异性，非晶体则表现为各向同性 D．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向异性 【答案】ABD 【详解】A．晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，可知，可以利用有无固定熔点来判断物质是晶体还是非晶体，故A正确； B．表面张力有引力的效果，缝衣针能浮在水面上不下沉，是由液体的表面张力引起的，故B正确； C．单晶体都表现为各向异性，非晶体和多晶体则表现为各向同性，故C错误； D．液晶是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向异性，故D正确。 故选ABD。 2．我们在教室里通过液晶电视观看天宫课堂直播，液晶电视的图像色彩绚丽。下列关于液晶的说法中，正确的有（    ） A．像液体一样具有流动性和连续性 B．其分子保持着固态晶体特有的规则排列方式 C．加电压时，液晶是透明的，光线能通过 D．在光学上具有各向同性等晶体特有的物理性质 E．也称为介晶态 【答案】ABE 【解析】A．液晶具有像液体的流动性与和连续性，A正确； B．液晶分子保持着固态晶体特有的规则排列方式，B正确； C．没有电压时，液晶是透明的能使反射光线通过，当加电压时，液晶变浑浊，光线不能通过，C错误； D．液晶具有晶体的光学各向异性，D错误； E．液晶态的分子排列方式介于固态和液态之间，所以也成为介晶态，E正确。 3．（23-24·上海市交大附中高二下期中）下列关于晶体和非晶体的说法正确的是（　　） A. 晶体一定表现出各向异性，非晶体一定表现出各向同性 B. 液晶的光学性质具有各向同性 C. 非晶体内部的原子排列具有规律性 D. 非晶体无固定的熔点 【答案】D 【详解】A．单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现为各向同性，A错误； B．液晶的光学性质具有各向异性，B错误； C．晶体内部的原子排列具有规律性，非晶体内部的原子排列没有规律，杂乱无章的，C错误； D．非晶体无固定的熔点，D正确。 4．（23-24·上海市上海中学高二下期中）以下哪种现象不能判断该材料为晶体（　　） A. 这种材料沿不同方向的热胀冷缩的性质不同 B. 这种材料沿不同方向的热传导快慢不同 C. 这种材料沿不同方向的导电性能不同 D. 这种材料沿不同方向的长度不同 【答案】D 【详解】单晶体在导热、导电、热膨胀与光学性质上表现出各向异性，即沿不同方向上的性能不相同，因此ABC可判断该材料为晶体。本题选不能判断该材料为晶体的，故选D。 5．固体甲和乙在一定压强下的熔化曲线如图，纵轴表示温度，横轴表示时间，下列说法正确的是（　　） A．固体甲一定是晶体，固体乙不一定是非晶体 B．甲一定有确定的几何外形，乙一定没有确定的几何外形 C．在热传导方面甲一定表现出各向异性，乙一定表现出各向同性 D．甲和乙的化学成分可能相同 【答案】D 【解析】A．固体甲在ab段表示熔化的过程，温度保持不变，因此一定是晶体；而固体乙在整个升温的过程中，没有固定的熔点，因此一定是非晶体，A错误； B．如果固体甲是多晶体，也没有确定的几何外形，B错误； C．如果甲是多晶体，则不表现为各向异性，C错误； D．同种化学成分，有时可以形成晶体，有时也可以形成非晶体，D正确。 6．（23-24·上海市市北中学高二下期末）下列说法正确的是（　　） A. 液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部 B. 单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点 C. 通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体 D. 若液体P滴在固体Q上很难擦去，则说明液体P浸润固体Q 【答案】D 【详解】A．液体表面张力的方向始终与液面相切，与分界线垂直，A错误； B．单晶体和多晶体都有固定的熔点，B错误； C．金属材料虽然显示各向同性，但具有固定的熔点，为晶体，C错误； D．若液体P滴在固体Q上很难擦去，则说明液体P浸润固体Q，D正确。 7．（23-24·上海市复旦附中高二下期末）关于固体和液体，下列说法正确的是（　　） A. 液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部 B. 分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子势能最大 C. 液晶具有液体的流动性，低温时会凝固成结晶态，分子取向是有序的 D. 所有的晶体都表现为各向异性 【答案】C 【详解】A．液体表面张力的方向与液面相切，故A错误； B．分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子间作用力为零，此时无论分子间距变大还是变小，分子力都做负功，分子势能增大，即当引力和斥力相等时，分子势能最小，故B错误； C．液晶具有液体的流动性，也具有晶体的性质，低温时会凝固成结晶态，分子取向是有序的，故C正确； D．只有单晶体会表现出各向异性，多晶体都表现为多向同性，故D错误。 8．（多选）如图所示，ACBD是一厚度均匀的由同一种微粒构成的圆板，AB和CD是互相垂直的两条直径，在圆板所处平面内把圆板从图示位置转动90°后，电流表示数发生了变化(两种情况下都接触良好)。关于圆板，下列说法正确的是（ ） A．圆板是非晶体 B．圆板是多晶体 C．圆板是单晶体 D．圆板在各个方向上导电性不同 【答案】CD　 【解析】转过90°后电流表示数发生了变化，说明圆板电阻的阻值发生了变化，即显示各向异性，而单晶体显示各向异性，多晶体和非晶体显示各向同性。故C、D正确。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$