14 第2章 第4节 固体-【正禾一本通】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）

第4节　固体 【课标解读】　1.知道晶体和非晶体的特点及区别，知道单晶体和多晶体的区别。 2．了解晶体的微观结构，知道晶体和非晶体的形状和物理性质不同的原因。 探究点一　晶体和非晶体 　　　　　　　　　　　　　　　　 把熔化了的石蜡薄薄地涂在薄玻璃片和单层云母片上，再将烙铁通电烧热，然后用烙铁头分别接触玻璃片和云母片的背面。玻璃片和云母片上石蜡熔化区域的形状有什么不同？这说明了什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：玻璃片上石蜡熔化区域的形状近似于圆形，而云母片上石蜡熔化区域的形状呈椭圆形。以上现象说明：玻璃沿各个方向的导热性能相同，而云母沿不同方向的导热性能不同。 1．晶体和非晶体 (1)晶体：石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是晶体，它们都具有天然的、规则的几何形状。 (2)非晶体：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体，它们都没有规则的外形。 2．各向异性和各向同性 (1)各向异性：有些晶体沿不同方向的导热性能不同，有些晶体沿不同方向的导电性能不同，还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。 (2)各向同性：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。 3．多晶体及其性质 (1)定义：金属没有确定的几何形状，也不显示各向异性，但在一定压强下具有确定的熔点，我们把它称为多晶体。 (2)金属的微观特点 金属都是由许多细小的晶粒组成，每个晶粒都是一个小的单晶体，有规则的形状且各向异性。这些小的单晶体的取向杂乱无章。 【基点辨析】 1. 判断下列说法的正误 (1)石英、明矾、蔗糖、蜂蜡、松香等都是晶体。(×) (2)所有晶体都具有天然规则的几何外形。(×) (3)没有固定熔点的固体一定是非晶体。(√) (4)物理性质表现为各向同性的固体也可能是晶体。(√) 2．如图所示，ACBD是一块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，把圆板从图示位置转90°后电流表示数发生了变化(两种情况下都接触良好)。该圆板是晶体还是非晶体？若是晶体，应是单晶体还是多晶体？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：圆板沿AB和CD两个方向的导电性能不同，即各向异性，所以圆板是单晶体。 单晶体、多晶体和非晶体的特点对比 比较项目 宏观外形 物理性质 晶体 单晶体 有天然规则的外形 (1)有确定的熔点；(2)某些物理性质各向异性 多晶体 没有确定的外形 (1)有确定的熔点；(2)所有物理性质各向同性 非晶体 没有确定的外形 (1)没有确定熔化温度；(2)所有物理性质各向同性 (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化温度。仅从各向同性或者几何形状不能判断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。当晶体表现出各向异性时，该晶体一定是单晶体。仅从各向同性不能判断该晶体是单晶体还是多晶体。 【典例1】 (多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　 ) A．有规则的几何外形的固体一定是晶体 B．只有单晶体才有天然规则的几何外形 C.晶体在物理性质上一定是各向异性的 D．晶体熔化时具有确定的熔点 解析：选BD。单晶体有天然规则的几何外形，多晶体与非晶体都没有天然规则的几何外形，如果固体有规则的几何外形，但是是人为加工的，则其不一定是晶体，A错误，B正确；单晶体在某些物理性质上表现为各向异性，并非所有的物理性质都表现为各向异性，多晶体在物理性质上表现为各向同性，C错误；不管是单晶体还是多晶体，都具有确定的熔点，D正确。 【针对训练1】 (2024·湖北名校联考)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触其背面一点，蜡熔化的范围如图(a)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图像如图(b)所示，则(　　 ) A．甲、乙是非晶体，丙是晶体 B．甲、丙是晶体，乙是非晶体 C．甲、丙是非晶体，乙是晶体 D．甲是非晶体，乙是多晶体，丙是单晶体 解析：选B。由题图(a)知，甲、乙的导热性能表现为各向同性，丙的导热性能表现为各向异性，所以丙一定是单晶体，甲、乙可能是多晶体，也可能是非晶体；由题图(b)知，甲、丙具有确定的熔点，乙没有确定的熔化温度，所以甲、丙一定是晶体，乙一定是非晶体。综上可知，B正确。 探究点二　晶体的微观结构 　　　　　　　　　　　　　　　　 如图为石墨和金刚石的微观结构图，石墨和金刚石都是由碳原子组成的，为什么石墨很软，而金刚石却很坚硬呢？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：石墨是层状结构，层与层之间距离较大，原子间的作用力比较弱；而金刚石中碳原子间的作用力很强，所以金刚石很坚硬，石墨却很松软。 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。例如，碳原子按不同的空间分布排列可形成石墨或金刚石。 3．同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说，物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的，在一定条件下可以相互转化。 【基点辨析】 判断下列说法的正误 (1)各种晶体内部的微粒都是按各自的规则排列着的。(√) (2)同一种物质只能形成一种晶体。(×) (3)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体。(√) (4)在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是静止不动的。(×) 对晶体微观结构的理解 (1)晶体的外形和物理性质与其微观结构有关。例如，单晶体有规则的几何外形，在物理性质上表现为各向异性，这是由于单晶体的微粒是按照一定的规则排列的，具有空间的周期性。 (2)晶体的微粒按照不同的规则在空间周期性分布时，会形成不同的晶体。例如，金刚石和石墨都是由碳原子形成的，只是空间排列规则不同。 (3)晶体内部微粒的规则排列遭到破坏时会转化为非晶体。例如，天然石英是晶体，而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)就是非晶体。 【典例2】 (多选)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．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 C．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有规则地排列着 D．同种物质在不同条件下所生成的晶体微粒的排列规律相同 解析：选BC。固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体是相对的，在一定的条件下可以相互转化，A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的排列是规则的，具有空间上的周期性，C正确；同种物质在不同的条件下能够生成不同的晶体，组成它们的微粒能够按照不同的排列规律在空间分布，如金刚石与石墨，B正确，D错误。 【针对训练2】 (2024·广东名校联考)石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成单层二维六边形晶格结构的新材料，一层层叠起来就是石墨，1毫米厚的石墨约有300万层石墨烯。下列关于石墨烯的说法正确的是(　　 ) A.石墨是晶体，石墨烯是非晶体 B．石墨烯中的碳原子始终静止不动 C．石墨烯熔化过程中碳原子的平均动能不变 D．石墨烯中的碳原子之间只存在引力作用 解析：选C。石墨有规则的形状，是晶体，石墨烯是石墨中提取出来的新材料，也有规则的形状，是晶体，故A错误；石墨烯中的碳原子一直在其平衡位置振动，而不是静止不动，故B错误；石墨烯是晶体，在熔化过程中温度不变，故碳原子的平均动能不变，故C正确；石墨烯中的碳原子之间同时存在分子引力和分子斥力，故D错误。 　　　晶体各向异性的微观解释 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，AB、AC、AD为等长的三条线段。由于三条线段上晶体分子的数目不同，所以晶体的物理性质是各向异性的。 学科网（北京）股份有限公司 $$