第2章 1 固体和固体材料-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（教科版）

1　固体和固体材料 第二章　固体、液体和气体 [学习目标]　1.知道晶体和非晶体的特点及其区分方法,明确单晶体和多晶体的区别(重难点)。2.了解晶体的微观结构,理解晶体形状和物理性质不同的原因(难点)。3.了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用,了解半导体材料和纳米材料。 课时作业 巩固提升 要点1　晶体和非晶体 要点2　晶体的微观结构 要点3　液晶　半导体材料　纳米材料 内容索引 要点1　晶体和非晶体 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.固体的分类 固体可以分为　　　　和　　　　两类。金刚石、云母、明矾、雪花等是　　　　,具有规则的几何形状;玻璃、蜂蜡、松香等是　　　　,不具有规则的几何形状。  2.各向同性与各向异性 有些晶体的一些物理性质(如　　　　、机械强度、　　　　等)与方向有关,叫作各向异性。　　　　沿各个方向的物理性质都是相同的,叫作各向同性。  晶体 非晶体 晶体 非晶体 导热 导电 非晶体 3.单晶体和多晶体 (1)单晶体:天然具有规则几何形状且　　　 　的大块晶体称为单晶体。  (2)多晶体:由许多　　　　构成的晶体称为多晶体。  各向异性 晶粒 [思考与讨论] 某人为了检验一块薄片物质是否为晶体,做了一个实验。他以薄片的正中央O为坐标原点,建立xOy平面直角坐标系,在两个坐标轴上分别取两点x1和y1,使x1和y1到O点的距离相等。在x1和y1上分别固定一个测温元件,再把一个针状热源放在O点,发现x1点和y1点的温度在缓慢升高,但两点温度的高低没有差异。于是得出结论:这块薄片是非晶体。请说明:以上结论科学吗?为什么? 提示:不科学。实验说明该均匀薄片在x、y两个方向上导热性能相同,但不能因此就确定这块薄片是非晶体,因为晶体有可能在导热性能上表现为各向同性,而在其他性质上表现为各向异性;由于多晶体具有各向同性,该薄片也有可能是多晶体。 1.单晶体、多晶体及非晶体的区别与联系 (1)区别 (2)联系:在一定条件下,晶体可以变为非晶体,非晶体也可以变为晶体。 归纳 关键能力 合作探究 分类 宏观外形 物理性质 非晶体 没有天然规则的形状 (1)没有固定熔点 (2)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)各向异性 多晶体 没有天然规则的形状 (1)有确定的熔点 (2)各向同性 2.对单晶体各向异性的理解 (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能时,测试结果不同。 通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等。 (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云母晶体在导热性能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能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上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同。 [典例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.一个固体球,如果沿其各条直径方向的导电性不同,则该球一定是单晶体 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 [解析]　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,A、B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,某一物质的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,D错误。 [针对训练] 1.如图所示为方解石的双折射现象的照片,关于方解石的说法正确的是(　　) A.是多晶体 B.具有固定的熔点 C.导电等性能也是各向异性 D.没有规则的几何形状 B 解析:单晶体具有规则的几何形状、各向异性和一定的熔点等性质;光在晶体中的双折射现象就是光学各向异性的表现,所以图中方解石的双折射现象说明方解石是单晶体,故A错误;方解石是单晶体,具有固定的熔点,故B正确;多晶体是由许多小的晶体杂乱无章地排列在一起组成的,使得多晶体不再具有规则的几何外形,而且也看不出各向异性的特点,该方解石属于单晶体,具有规则的几何形状,故D错误;单晶体具有各向异性,但不是所有性能都具有各向异性,虽然光在晶体中的双折射现象就是光学各向异性的表现,但是不能确定导电等性能也有各向异性,故C错误。 二 要点2　晶体的微观结构 16 1.晶体的点阵结构:组成晶体的分子、原子、离子等微粒,在晶体内部的空间形成的　　　 　、　　　　排列的结构,称为晶体的点阵结构。  2.晶体物理性质表现出各向异性的原因:晶体内部在不同方向上微粒排列的情况　　　　。  3.同一种物质微粒可以形成不同的　　　 　,从而表现出不同的物理性质。如金刚石、石墨和足球烯都是由碳原子构成的,但它们的性质差异很大。  梳理 必备知识 自主学习 有规则的 周期性 不同 晶体结构 [思考与讨论] 如图为金刚石和石墨的结构图示,金刚石和石墨都是由碳原子组成的,为什么金刚石很坚硬,而石墨却很软呢? 提示:金刚石中碳原子间的作用力很强,而石墨是层状结构,层与层之间距离较大,原子间的作用力比较弱,所以金刚石很坚硬,石墨却很松软。 1.对各向异性的微观解释 如图所示,这是晶体内部的某一个平面上微粒的排列情况。从图中可以看出,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。正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同,才使单晶体具有各向异性。 归纳 关键能力 合作探究 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。 3.对同种物质能形成不同的晶体的解释 同一种物质能形成不同的晶体,是由于组成它们的微粒能够形成不同的晶体结构。 [典例2]　(多选)下列叙述中正确的是(　　) A.晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列 B.单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排列 C.非晶体有规则的几何形状和确定的熔点 D.石墨的硬度比金刚石的差很多,是由于它的微粒没有按空间点阵分布 AB [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是否相同;也正是由于它的微粒按一定规律排列,使单晶体具有规则的几何形状。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柔软,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,故A、B正确。 [针对训练] 2.(多选)有关晶体的微观结构,下列说法中正确的有(　　) A.同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质 B.同种元素的原子按不同结构排列有不同的物理性质 C.同种元素形成晶体只能有一种排列规律 D.同种元素形成晶体可能有不同的排列规律 BD 解析:同种元素的原子可以按不同结构排列,形成不同的物质,不同物质的物理性质不同,例如:由碳元素组成的石墨和金刚石的密度、机械强度、导热性能、导电性能和光学性质等都有很大差别,所以B、D正确,A、C错误。 3.(2024·江苏南通高二期中)2023年10月3日,我国发现的“铌包头矿”获得国际矿物协会新矿物命名。铌包头矿是一种富含Ba、Nb、Ti、Fe、Cl的硅酸盐矿物,微观结构如图,则“铌包头矿”颗粒(　　) A.是非晶体 B.有固定的熔点 C.没有规则的外形 D.各向性质均相同 B 解析:由题图可知,该颗粒属于晶体,其有规则的外形,且有固定的熔点,表现为各向异性,故A、C、D错误,B正确。 三 要点3　液晶　半导体材料　纳米材料 28 1.液晶的概念 一些物质可以呈现介于晶体和液体之间的状态,具有流动性和 　　　 　,这种物质称为液态晶体,简称液晶。  2.液晶的应用 (1)液晶显示:用于电子手表、电子计算器、计算机以及其他仪器中。 (2)利用温度改变时液晶颜色会发生改变的性质来指示温度。 梳理 必备知识 自主学习 各向异性 3.半导体材料 是指电阻率介于　　　　和绝缘体之间的材料。  4.利用半导体材料的各种特性可以制成不同的半导体器件,如热敏电阻、光敏电阻、光电池、可控硅、高压硅堆、半导体激光器等。这些器件在工业自动控制、医疗、国防军工、通信、计算机以及网络信息技术等领域中有着广泛的应用。 5.纳米材料 把三维空间中至少有一维处于　　　　尺度范围的固体材料,称为纳米材料。  金属 纳米 [思考与讨论] 随着纳米科技的发展,纳米商品开始进入市场,有的商家为了促销商品,打着纳米材料的幌子到处招摇撞骗,如在社会上出现了纳米“冰箱”、纳米“洗衣机”,甚至出现了纳米“电影”的笑话。你了解什么是“纳米”吗?你知道纳米材料有哪些良好的性能吗? 提示:纳米是长度单位,1 nm=10-9 m。以碳纳米管为例,纳米材料有韧性高、导电性极强,并兼具金属和半导体的特性。 1.液晶的特点 (1)液晶具有液体的流动性。 (2)液晶具有光学上的各向异性。 (3)液晶分子的排列不稳定,微小的外界变动都会改变分子排列,从而改变液晶的某些性质。 (4)有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态;有些物质溶解在适当的溶剂中,在一定的浓度范围内具有液晶态;不是所有物质都具有液晶态。 (5)天然存在的液晶很少,多数液晶是人工合成的。 归纳 关键能力 合作探究 2.半导体的导电性能可由外界条件所控制,常见特性如下表。 特性名称 特性内容 用途 应用实例 热敏特性 半导体材料受热后,电阻随温度升高而迅速减小 热敏电阻 热敏温度计 光敏特性 半导体材料受到光照时,电阻大大减小 光敏电阻 光电计时器 压敏特性 半导体材料受压时会改变电阻值 压敏元件 称重计 掺杂特性 掺入极微量的杂质可使其导电性能剧增 晶体管 发光二极管 3.纳米材料 (1)纳米是长度单位,1 nm=10-9 m。 (2)纳米技术:在纳米尺度(1~100 nm)上制造材料和器件的技术,即重新排列原子而制造具有新分子结构的技术。 (3)纳米材料特性 当材料小到纳米尺度时,其性能会发生突变,体现在以下几方面: 力学性能:高强、高硬和良好塑性。 热学性能:熔点较低。 电学性能:低温时会呈现电绝缘性。 化学性能:具有相当高的化学活性。 [典例3]　(多选)液晶电视不断降价,逐步走进了千家万户。液晶电视的关键部件是液晶层,下列关于液晶电视的液晶层工作原理的说法正确的是(　　) A.液晶分子的空间排列是稳定的,具有各向异性 B.液晶的光学性质随温度的变化而变化 C.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 D.液晶对光具有各向异性 CD [解析]　液晶分子在特定方向排列比较整齐,具有各向异性,但分子的排列是不稳定的,故A错误;外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化,从而改变液晶的某些性质,温度、压强、外加电压等因素变化时,都会改变液晶的光学性质,液晶电视依据的是液晶的光学性质随外加电压的变化而变化,故C正确,B错误;液晶显示器就是利用液晶对光具有各向异性的特点,故D正确。 [典例4]　下面有关新材料的说法正确的是(　　) A.超导体、半导体、纳米材料等新材料的开发和利用,正在日益改变着我们的生活方式 B.常见的半导体材料有铜、硅、锗、砷化镓等 C.纳米材料是一种新材料制成的大米 D.超导体是一种电阻为零的材料,可以用来制造灯丝,灯泡会特别亮 A [解析]　超导体、半导体、纳米材料等新材料的开发和利用,正在日益改变着我们的生活方式,选项A正确;常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,而铜是导体,选项B错误;颗粒尺寸在1~100 nm的微粒称为超颗粒材料,即纳米材料,而不是什么大米,选项C错误;电灯是利用电流的热效应工作的,超导体是一种电阻为零的材料,不能用来制造灯丝,选项D错误。 [典例5]　(多选)纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能。以下关于纳米材料的性能的说法中,正确的是(　　) A.在力学性能方面,纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性 B.在热学性能方面,纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多 C.在电学性能方面,纳米金属在低温时会呈现超导电性 D.在化学性能方面,纳米材料化学活性低,因此化学稳定性强 AB [解析]　纳米材料具有良好的性能,在力学性能方面,纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性,A正确;在热学性能方面,纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多,B正确;在电学性能方面,纳米材料在低温时会呈现电绝缘性,C错误;在化学性能方面,纳米材料具有相当高的化学活性,D错误。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.(多选)关于新材料的开发与应用,下列说法正确的是(　　) A.纳米是长度单位,1 nm=10-10 m B.纳米材料的应用对人们总是有利的 C.半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间 D.利用半导体材料的导电特点可以制成有特殊用途的光敏、热敏电阻 13 CD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:1 nm=10-9 m,A错误;纳米材料的应用对人们既有有利的一面,也有有害的一面,B错误;由半导体的特性可知,C、D正确。 2.下列的说法中正确的是(　　) A.只有非晶体才显示各向同性 B.多晶体不显示各向异性 C.晶体的导电性能比非晶体好 D.金刚石是晶体,石墨是非晶体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:非晶体和多晶体显示各向同性,单晶体显示各向异性,故A错误,B正确;单晶体的导电性能好,多晶体和非晶体导电性能差,故C错误;金刚石、石墨都是晶体,故D错误。 3.下列物体中是晶体的是(　　) A.食盐　　　　　　　　　 B.沥青 C.橡胶 D.松香 解析:常见的晶体有食盐、金刚石、海波、冰和各种金属等;常见的非晶体有石蜡、沥青、橡胶、松香、玻璃、木头等。所以只有A属于晶体。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 4.甲、乙两种薄片的表面分别涂有薄薄的一层石蜡,然后用烧热钢针的针尖分别接触这两种薄片石蜡涂层的背面,接触点周围熔化了的石蜡分别形成如图所示形状,对这两种薄片,下列说法中正确的是(　　) A.甲的熔点一定高于乙的熔点 B.甲一定是晶体 C.乙一定是晶体 D.乙一定是非晶体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:单晶体表现为各向异性,熔化了的石蜡形成椭圆形,非晶体和多晶体表现为各向同性,则熔化了的石蜡形成圆形,无法确定熔点的高低,故B正确,A、C、D错误。 5.下列属于液晶分子示意图的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:液晶在某个方向上看其分子排列比较整齐,但从另一方向看,分子的排列是杂乱无章的,图A、C中,分子排列非常有序,不符合液晶分子的排列,故A、C错误;图B中,从一个角度看,分子排列比较整齐,但从另外一个角度看也具有无序性,符合液晶分子的排列,故B正确;图D中,分子排列完全是无序的,不符合液晶分子的排列,故D错误。 6.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(　　) 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.在光学性质上表现为各向同性 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:水晶是晶体,具有规则的几何外形,微观粒子的空间排列规则,在光学性质上表现为各向异性,也有固定的熔点,因此在熔化过程中温度不变,即分子平均动能不变,故C正确,A、B、D错误。 7.关于材料的应用,下列说法中正确的是(　　) A.纳米材料是一种利用纳米制成的新材料 B.节能高效的LED灯是使用半导体材料制成的 C.超导材料电阻为零,所以不适合做输电线 D.现代建筑物上的避雷针是用绝缘材料制成的 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:纳米材料是指合成材料的基本单元大小限制在1~100 nm范围内的材料,并不是纳米制成的材料,故A错误;节能高效的LED灯是使用半导体材料制成的,故B正确;由于超导体的电阻为零,所以在用超导体进行远距离输电时不会消耗电能产生热量,减少了在输电过程中的能量损耗,大大节约了能源,故C错误;现代建筑物上的避雷针是用导体材料制成的,可以将闪电时产生的电荷导入大地,保护建筑物及人员的安全,故D错误。 8.(多选)下列说法正确的是(　 　) A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体 B.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 C.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 D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 BCD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:晶体并不会因为颗粒的大小而改变,即使敲碎为小颗粒,仍然是晶体,A错误;根据是否有确定的熔点,可以把固体分为晶体和非晶体两类,单晶体有各向异性,有些晶体具有不同的光学性质,B正确;同种元素构成的固体,可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体,如金刚石和石墨,C正确;晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体,反之亦然,D正确。 [B组　综合强化练] 9.如图所示,甲、乙、丙三种固体物质,质量相等,从其温度随时间变化的图像可以判断(　　) A.甲是晶体,乙、丙是非晶体 B.乙是晶体,甲、丙是非晶体 C.乙是非晶体,甲的熔点比丙的熔点低 D.乙是非晶体,甲的熔点比丙的熔点高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔化温度,由题图可知,甲、丙两物质在熔化过程中都有温度不变的过程,所以甲、丙是晶体,同理可知,乙是非晶体。进一步分析可知,甲的熔点比丙的熔点高,故D正确,A、B、C错误。 10.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的 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的 D.以上说法均不正确 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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B、D错误,C正确。 11.一块厚度和密度都均匀分布的长方体被测样品,长AB是宽AD的两倍,如图所示。如果用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O'1和O2O'2方向测量,结果阻值均为R,则这块样品可能是(　　) A.单晶体 B.多晶体 C.非晶体 D.普通金属 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O'1、O2O'2方向测量结果均相同,说明该样品沿O1O'1和O2O'2方向电阻率(即导电性能)不同,即物理性质表现为各向异性,A正确,B、C错误;如果是普通金属,可以分析出沿O1O'1方向电阻比较大,D错误。 12.如图所示为石墨、石墨烯的微观结构,石墨烯是单层的石墨,可以通过剥离石墨而获得,是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。下列说法正确的是(　　) A.单层石墨烯的厚度约在厘米数量级 B.石墨烯可以通过物理方法获得 C.石墨和石墨烯中的碳原子都固定在六边形的顶点不动 D.石墨烯熔化过程中吸热,碳原子的平均动能增加 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:单层石墨烯的厚度约在纳米数量级,故A错误;由题意可知,可以通过剥离石墨而获得石墨烯,所以石墨烯可以通过物理方法获得,故B正确;石墨中的碳原子是运动的,故C错误;石墨烯是晶体,熔化过程中吸热,但温度不变,碳原子的平均动能不变,故D错误。 [C组　培优选做练] 13.通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之 间,经过特殊工艺胶合一体成型的新型光电玻璃 产品,被广泛应用于高档办公室、计算机机房、 医疗机构、商业展示等领域,能够实现玻璃的 通透性和保护隐私的双重要求。我们将其工作 原理简化为如图所示的模型,在自然条件下,液晶层中的液晶分子无规则排列,玻璃呈乳白色,即不透明,像一块毛玻璃;通电以后,弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列,整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃。结合以上内容和你所学知识,关于通电雾化玻璃,你认为下列叙述中合理的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A.不通电时,入射光在液晶层发生了全反射,导致光线无法通过 B.不通电时,入射光在液晶层发生了干涉,导致光线无法通过 C.通电时,入射光在通过液晶层后方向发生了改变 D.通电时,入射光在通过液晶层后按原有方向传播 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:由题意,在自然条件下,液晶层中的液晶分子无规则排列,像一块毛玻璃,可知入射光在液晶层发生漫反射,光线可以通过,但通过量较少,而且没有规律,故A、B错误;由题意,通电以后,弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列,整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃,可知通电时,入射光在通过液晶层后按原有方向传播,故C错误,D正确。 $$