第2章 第1节 固体类型及微观结构-【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（鲁科版）

第1节　固体类型及微观结构 第2章　固体与液体 [学习目标]　1.知道晶体和非晶体的特点及区分方法,知道单晶体和多晶体的区别(重点)。2.了解固体的微观结构,知道微观结构是不同固体具有不同物理性质的原因(难点)。 课时作业 巩固提升 要点1　晶体和非晶体 要点2　固体的微观结构 内容索引 巩固演练 举一反三 要点1　晶体和非晶体 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.固体通常可以分为　　　　和　　　　两大类。晶体可分为　　晶体和　　晶体。  2.糖、食盐、雪花、金、银、锡、铜等是　　　　,玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是　　　　。  晶体　 非晶体 单 多 晶体　 非晶体 3.晶体和非晶体的区别 分类 宏观外形 物理性质 非晶体 　　　(选填“有”或“没有”)天然规则的几何形状  (1)　　　　(选填“有”或“没有”)确定的 　　　;  (2)力学、热学、光学等物理性质表现为各向　　　　(选填“异性”或“同性”)  没有 没有　 熔点 同性 分类 宏观外形 物理性质 晶 体 单晶体 　　(选填“有”或“没有”)天然规则的几何形状  (1)　　(选填“有”或“没有”)确定的　　　　;  (2)力学、热学、光学等某些物理性质表现为各向　　　　(选填“异性”或“同性”)  多晶体 　　　(选填“有”或“没有”)天然规则的几何形状  (1)　　(选填“有”或“没有”)确定的　　　　;  (2)力学、热学、光学等物理性质表现为各向 　　　　(选填“异性”或“同性”)  有　 有　 熔点　 异性 没有 有 熔点 同性 [思考与讨论] (1)如图甲所示是日常生活中常见的几种晶体,图乙是生活中常见的几种非晶体,请在图片基础上思考以下问题: ①晶体与非晶体在外观上有什么不同? ②没有规则几何外形的固体一定是非晶体吗? (2)在云母片和玻璃片上分别涂上一层很薄的石蜡,然后用烧热的钢针去接触云母片及玻璃片的另一面,石蜡熔化,如图所示,那么你看到的现象及得出的结论是什么? 提示:(1)①单晶体有规则的几何外形,多晶体和非晶体无规则的几何外形。 ②不是。由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的,所以多晶体也没有规则的几何外形。 (2)玻璃片上石蜡的熔化区呈圆形,说明玻璃片沿各个方向的导热性能相同。云母片上石蜡的熔化区呈椭圆形,说明云母片沿各个方向的导热性能不相同。 1.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。 归纳 关键能力 合作探究 2.各向异性的表现 在物理性质上,单晶体具有各向异性,而非晶体及多晶体则是各向同性的。 通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等。 单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上物理性质不同,也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性能时测量结果不同。 [例1]　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 B [解析]　由题图(b)知,甲、丙有固定的熔点,乙没有固定的熔点,所以甲、丙是晶体,乙是非晶体,由题图(a)知,丙的导热性能呈各向异性,所以丙是单晶体,不能确定甲是单晶体还是多晶体,B正确。 [针对训练]　1.下列关于晶体和非晶体的说法,正确的是(　　) A.所有的晶体都表现为各向异性 B.晶体一定有规则的几何形状,形状不规则的金属一定是非晶体 C.大盐粒磨成细盐,就变成了非晶体 D.所有的晶体都有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点 D 解析:只有单晶体才表现为各向异性,故A错;单晶体有规则的几何形状,而多晶体无规则的几何形状,常见的金属属于多晶体,故B错;大盐粒磨成细盐,细盐仍是形状规则的晶体,故C错;晶体和非晶体的一个重要区别就是晶体有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点,故D对。 2.某一固体具有确定的熔点,那么它(　　) A.一定是晶体　　　 B.一定是非晶体 C.一定是多晶体 D.不一定是非晶体 解析:无论是单晶体还是多晶体都有确定的熔点。 A 二 要点2　固体的微观结构 18 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　　　　的,这说明单晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况是　　　　的,所以单晶体在物理性质上表现为各向　　性。  2.在非晶体内部,物质微粒的排列是杂乱无章的,从统计的观点来看,在微粒非常多的情况下,在不同方向的等长线段上,微粒的个数　　　　。也就是说,非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本　　　,所以非晶体在物理性质上表现为各向　　性。  梳理 必备知识 自主学习 不相等　 不一样　 异 大致相等 相同　 同 3.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　　　　　　在空间分布,例如碳原子按不同的空间分布排列可形成　　　　和　　　　。  4.晶体熔化过程中,温度　　　,这是因为晶体在熔化成液体的过程中,规则排列的分子之间的距离要增加,分子间的作用力表现为　　　,外界提供的热量用来　　　 　　　　　　,使分子势能　　　　,而分子平均动能　　　　,所以熔化过程中温度　　　　,吸收的热量只转化成　　　　 　。  不同规则　 石墨　 金刚石 不变 引力 克服分子的引力做功 增大　 不变 不变　 分子势能 [思考与讨论] (1)单晶体具有规则的几何外形,物理性质方面表现为各向异性,而非晶体却没有规则的几何外形,并且物理性质方面表现为各向同性。产生这些不同的根本原因是什么呢? (2)金刚石和石墨都是由碳原子构成的,但它们在硬度上差别很大,这说明什么问题? 提示:(1)它们的微观结构不同。 (2)金刚石是网状结构,原子间的作用力强,所以金刚石的硬度大。石墨是层状结构,原子间的作用力弱,所以石墨的硬度小。这说明组成物质的微粒按照不同的规则在空间分布会形成不同的晶体。 1.对单晶体各向异性的解释 如图所示,这是在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况。从图上可以看出,在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同。直线AB上物质微粒较多,直线AD上较少,直线AC上更少。正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同,才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同。 归纳 关键能力 合作探究 2.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。 3.对多晶体特征的微观解释 晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着,所以多晶体没有规则的几何形状,也不显示各向异性。它在不同方向的物理性质是相同的,即各向同性。多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点,而非晶体没有。 4.对非晶体特征的微观解释 在非晶体内部,物质微粒的排列是杂乱无章的,从统计的观点来看,在微粒非常多的情况下,沿不同方向的等长直线上,微粒的个数大致相等,也就是说,非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同,所以非晶体在物理性质上表现为各向同性。 5.同种物质可能以晶体和非晶体两种不同形态出现,晶体和非晶体可在一定条件下相互转化。 [例2]　(多选)2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。他们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0.34 nm的石墨烯,是碳的二维结构。如图所示为石墨、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.石墨是单质,石墨烯是化合物 C.石墨、石墨烯与金刚石都是晶体 D.他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的 CD [解析]　石墨、石墨烯、金刚石都为晶体且都为单质,A、B错误,C正确;两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨烯的,D正确。 [针对训练]　3.(多选)下列说法正确的是(　　 ) A.单晶体具有天然规则的几何形状,是因为物质微粒是规则排列的 B.有的物质能够生成种类不同的几种晶体,因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构 C.凡具有各向同性的物质一定是非晶体 D.晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的 ABD 解析:晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的,A、B、D正确;具有各向同性的物质不一定是非晶体,多晶体也具有这样的性质,C错误。 4.关于晶体和非晶体,下列说法正确的是(　　) A.它们由不同的空间点阵构成 B.晶体内部的物质微粒是规则排列的,非晶体内部的物质微粒在不停地运动着 C.晶体内部的微粒是静止的,而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的 D.在物质内部的各个平面上,微粒数相等的是晶体,微粒数不等的是非晶体 B 解析:空间点阵是晶体的一个特殊结构,是晶体的一个特性,A错误;不管是晶体还是非晶体,组成物质的微粒永远在做热运动,C错误;非晶体没有规则的形状,也就没有层面的说法,即使是晶体,各个层面的微粒数也不见得相等,D错误。故正确答案为B。 三 巩固演练 举一反三 32 1.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 B 解析:单晶体是各向异性的,则熔化了的石蜡形成椭圆形。非晶体和多晶体导热性能是各向同性的,则熔化了的石蜡形成圆形,故B正确。 2.(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,某些晶体可以转化为非晶体,某些非晶体也可以转化为晶体 BCD 解析:晶体有固定的熔点,并不会因为颗粒的大小而改变,即使敲碎为小颗粒,仍旧是晶体,选项A错误;固体分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上光学性质不同,表现出各向异性,选项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,选项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,某些非晶体在合适的条件下也可以转化为晶体,选项D正确。 3.(多选)对下列几种固体物质的认识,正确的有(　　) A.食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体 B.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 C.天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列不规则 D.石墨和金刚石的物理性质不同,是由于组成它们的物质微粒排列结构不同 AD 解析:若物体是晶体,则熔化过程中,温度保持不变,A正确;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是云母片导热性能各向异性的表现,说明云母片是晶体,B错误;天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列规则,C错误;由于石墨和金刚石的物质微粒排列结构不同,导致了它们的物理性质不同,D正确。 4.某球形固体物质,其各向导热性能相同,则该物体(　　) A.一定是非晶体 B.可能具有确定的熔点 C.一定是单晶体,因为它有规则的几何外形 D.一定不是单晶体,因为它具有各向同性的物理性质 B 解析:导热性能各向相同的物体可能是非晶体,也可能是多晶体,故A错误;多晶体具有确定的熔点,故B正确;物体外形是否规则不是判断固体是单晶体的依据,应该说,单晶体具有规则的几何外形是“天生”的,而多晶体和非晶体也可以有规则的几何外形,当然这只能是“后天”人为加工的,故C错误;单晶体也不一定各个物理特性都有各向异性,故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.下列说法中正确的是(　　) A.玻璃是晶体　　　　 B.食盐是非晶体 C.云母是晶体 D.石英是非晶体 解析:玻璃是非晶体,食盐、云母、石英都是晶体,故选项C正确。 13 C 2.(多选)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薄片及玻璃片的反面,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.实验说明玻璃片有各向同性, 可能是非晶体 D.实验说明云母有各向同性,是晶体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 AC 解析:云母在导热这一物理性质上具有各向异性,是单晶体,而玻璃则是各向同性,是非晶体。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 3.(多选)下列说法中正确的是(　 　) A.只要是具有各向异性的固体就必定是晶体 B.只要是不显示各向异性的固体就必定是非晶体 C.只要是具有确定的熔点的固体就必定是晶体 D.只要是不具有确定的熔点的固体就必定是非晶体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 ACD 解析:多晶体和非晶体都表现各向同性,只有单晶体表现各向异性,故B错误,A正确;晶体一定有确定的熔点,而非晶体无确定的熔点,故C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 4.下列说法正确的是(　　) A.黄金可以切割加工成各种形状,所以是非晶体 B.同一种物质只能形成一种晶体 C.单晶体的所有物理性质都是各向异性的 D.玻璃没有确定的熔点,也没有天然规则的几何形状 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 D 解析:常见的金属都是多晶体,因而黄金也是多晶体,只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章,才使黄金没有规则的几何形状,故A错;同一种物质可以形成多种晶体,如碳可以形成金刚石和石墨两种晶体,故B错;单晶体只在某些物理性质上表现出各向异性,并不是所有物理性质都表现出各向异性,故C错;玻璃是非晶体,因而没有确定的熔点和规则的几何形状,故D对。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 5.(多选)关于晶体和非晶体,下列说法正确的是(　　) A.人造晶体在现代技术中应用广泛,但没有固定的熔点 B.食盐中氯粒子和钠离子的分布,具有空间上的周期性 C.窗户上的玻璃有规则的几何形状,说明玻璃是晶体 D.晶体管的制造材料是晶体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 BD 解析:有确定熔点是晶体的属性,A错误;食盐是晶体,钠离子和氯粒子的分布具有空间上的周期性,玻璃是非晶体,它的形状是人为加工的,B正确,C错误;晶体管是由晶体材料制成的,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 6.(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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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,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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 7.辨别物质是晶体还是非晶体,比较可靠的方法是(　　) A.从外形来判断 B.从各向异性或各向同性来判断 C.从导电性能来判断 D.从是否具有确定的熔点来判断 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 D 解析:单晶体有规则的几何外形,多晶体和非晶体没有规则的几何外形,所以从外形不能区分晶体与非晶体,A错误;单晶体具有各向异性,多晶体和非晶体具有各向同性,B错误;从导电性能无法辨别是晶体还是非晶体,C错误;不管是单晶体还是多晶体都有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 [B组　综合强化练] 8.(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物质微粒,可以是分子,也可以是原子或离子 B.晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵,是由于晶体中物质微粒之间相互作用很强,所有物质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物质微粒做永不停息地微小振动的平衡位置;物质微粒在结点附近的微小振动,就是热运动 D.相同的物质微粒,可以构成不同的空间点阵,也就是说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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 ACD 解析:组成晶体的物质微粒可以是分子、原子或离子,这些物质微粒也就是分子动理论所说的分子。显然,组成晶体的物质微粒处在永不停息的无规则的热运动之中,物质微粒之间存在相互作用,晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵,是由于晶体中物质微粒之间的相互作用很强,A、C、D正确,B错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 9.(多选)国家游泳中心——水立方,像一个蓝色透明的“冰块”,透过它,游泳中心内部设施尽收眼底。这种独特的感觉来源于建筑外墙采用了一种叫ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚体)的膜材料,这种膜材料属于非晶体,那么它具有的特性是(　　) A.在物理性质上具有各向同性 B.在物理性质上具有各向异性 C.具有一定的熔点 D.可以做成规则形状的物体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 AD 解析:非晶体没有一定的熔点,在物理性质上表现为各向同性,可以人工加工成规则形状的物体,故A、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 10.一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O1O1'和O2O2'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 解析:用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1'、O2O2'方向测量结果均相同,说明该样品沿O1O1'和O2O2'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O1O1'方向电阻比较大,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 11.(多选)如图是两种不同物质的熔化曲线,根据曲线判断,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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 AD 解析:晶体在熔化过程中不断吸热,但温度却保持不变(熔点对应的温度),而非晶体没有确定的熔点,加热过程,非晶体先变软,然后熔化,温度却不断上升,因此a对应的是晶体,b对应的是非晶体。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 12.(多选)下列关于探索晶体结构的几个结论中正确的是(　　) A.1912年,德国物理学家劳厄用X射线来探测固体内部的原子排列,才证实了晶体内部的物质微粒的确是按一定的规律整齐地排列起来的 B.组成晶体的物质微粒,没有一定的规则,在空间杂乱无章地排列着,并且晶体的微观结构没有周期性特点 C.晶体内部各微粒之间还存在着很强的相互作用力,这些作用力就像可以伸缩的弹簧一样,将微粒约束在一定的平衡位置上 D.热运动时,晶体内部的微粒可以像气体分子那样在任意空间里做剧烈运动 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 AC 解析:劳厄在1912年用X射线证实了晶体内部结构的规律性。而晶体内部微粒都只能在各自的平衡位置附近振动,是微粒间存在着相互作用力的结果。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 [C组　培优选做练] 13.利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图像,从而可以研究物质的构成规律。如图所示的照片是一些晶体材料表面的STM图像,通过观察、比较,可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的,具有一定的结构特征。构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点是: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 原子排列具有一定的对称性 (1)___________________________________________________________ 　 ;  (2)　 。  在确定方向上原子有规律地排列;在不同方向上原子的排列规律一般不同 解析:从题图中可以看出,这几种材料的原子排列均有一定的规则。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 $$