第2章 4 固体-【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（人教版）

4　固体 第二章　气体、固体和液体 [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(重点)。2.了解晶体的微观结构,知道晶体和非晶体形状和物理性质不同的原因(难点)。 课时作业 巩固提升 要点1　晶体和非晶体 要点2　晶体的微观结构 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 (1)晶体:如　　　、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精等。  (2)非晶体:如　　　、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。  2.晶体和非晶体的比较 (1)单晶体　　天然的、规则的几何形状,非晶体　　　规则的外形。  (2)晶体　　确定的熔点,非晶体　　　确定的熔化温度;某些单晶体的物理性质表现为各向　　　,非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的,表现为各向　　　。  石英 玻璃 有 没有 有 没有 异性 同性 3.多晶体 一些固体,由许多细小的晶粒(单晶体)组成,这些小的单晶体的取向 　　　　　,把它称为多晶体,它　　　确定的几何形状,也　　显示各向异性,仅保留了在一定压强下具有确定　　　的特征。  杂乱无章 没有 不 熔点 [思考与讨论] 在玻璃片和云母片上分别涂上一层很薄的石蜡,然后用烧热的钢针去接触玻璃片及云母片的另一面,石蜡熔化情况如图所示,那么你看到的现象及得出的结论是什么?云母片在其他物理性质上是否也一定表现为各向异性? 提示:玻璃片上石蜡的熔化区呈圆形,说明玻璃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,说明云母沿不同方向的导热性能不相同;不一定。 1.单晶体、多晶体及非晶体的异同比较 归纳 关键能力 合作探究 分类 微观结构 宏观表现 外形 物理性质 晶体 单晶体 组成晶体的物质微粒(原子、分子、离 子)在空间按一定规则排列——点阵结构 有天然、规则的几何形状 各向 异性 有确定的 熔点 多晶体 由无数的晶体微粒(小晶粒)无规则排列组成 没有天然、规则的几何形状 各向 同性 非晶体 内部物质微粒是无规则排列的 没有确定的熔化温度 2.对单晶体的各向异性的理解 (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。 [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。 [例2]　在图甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡,由烧热的针接触其上一点,蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示,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丁所示。以下说法正确的是(　　) A.甲、乙为非晶体,丙是晶体 B.甲、乙为晶体,丙是非晶体 C.甲为多晶体,乙为非晶体,丙为单晶体 D.甲、丙有确定的熔点,乙无确定的熔化温度 D [解析]　由图甲、乙、丙可知,甲、乙各向同性,丙各向异性;由图丁可知,甲、丙有确定熔点,乙无确定熔化温度。所以甲、丙为晶体,乙为非晶体,其中丙为单晶体,但无法判断甲是多晶体还是单晶体,故D正确。 名师点评 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化温度。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.区分单晶体与多晶体的方法:看其是否具有各向异性,单晶体某些物理性质表现出各向异性,而多晶体表现出各向同性。 [针对训练]　1.如图所示为一透明的正方体物块。下列说法正确的是(　　) A.由于该物块有规则形状,所以它一定为晶体 B.由于该物块透明,所以它一定为晶体 C.若该物块为绝缘体,则它一定为非晶体 D.若将该物块加热到某一温度才开始熔化,且熔化的过程中温度保持不变,则它一定为晶体 D 解析:单晶体具有天然的规则的几何形状,但这个正方体物块不一定是天然形成的,所以不一定是晶体,故A错误;晶体并非都是透明的,所以该物块不一定是晶体,例如玻璃是透明的,但并不是晶体,故B错误;晶体并非都能导电,所以该绝缘物块不一定是非晶体,例如金刚石晶体,是单晶体,也是绝缘体,故C错误;晶体具有确定的熔点,非晶体没有确定的熔化温度,故D正确。 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)。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.不知有无固定熔点,无法判定是晶体还是非晶体 C 解析:电流表示数发生变化,说明圆板沿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,故选C。 二 要点2　晶体的微观结构 21 1.晶体微观结构的规则性 晶体中的原子(或分子、离子)都按照各自的规则排列,具有　　　上的周期性。  2.形状和物理性质不同的原因 微观结构的不同,造成晶体与非晶体形状和物理性质的不同。 梳理 必备知识 自主学习 空间 3.晶体与非晶体的转化 在不同条件下,同种物质的微粒按照　　　　　在空间排列,可以生成不同的晶体,如石墨和金刚石。有些晶体　　　　　　　可以转化为非晶体,例如天然石英晶体熔化后再凝固就变成了石英玻璃。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。  不同规则 在一定条件下 [思考与讨论] 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: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.晶体的微观结构及特点 (1)组成晶体的微粒(分子、原子或离子),依照一定的规则在空间整齐地排列。 (2)晶体中微粒的相互作用很强,微粒的热运动不足以使它们克服相互作用而远离。 (3)微粒的热运动表现为在平衡位置附近不停地做微小的振动。 归纳 关键能力 合作探究 2.物质的微观结构决定其宏观物理性质,改变物质的微观结构可以改变物质的属性,如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石,有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。 [例3]　2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·盖姆和康斯坦丁·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.石墨是单晶体,石墨烯是多晶体 C.石墨的物理性质表现为各向异性,石墨烯的物理性质表现为各向同性 D.他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的 [答案]　D [解析]　石墨、石墨烯都是单晶体,石墨与石墨烯等都是碳元素的单质,故A、B错误;石墨、石墨烯的物理性质都表现为各向异性,故C错误;他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的,故D正确。 [例4]　(2024·河北邯郸期中)白磷在高温、高压环境下可以转化为一种新型二维半导体材料——黑磷,如图为黑磷微观结构,其原子以一定的规则有序排列。下列说法正确的是(　　) A.黑磷是非晶体材料 B.黑磷熔化过程中温度不变 C.黑磷中每个分子都是固定不动的 D.黑磷的各种物理性质均为各向同性 B [解析]　根据图示可知,黑磷的微观结构呈现空间上规则排列,具有空间上的周期性,属于晶体材料,因而黑磷具有固定的熔点,熔化过程中温度不变,故A错误,B正确;组成物质的分子总是在做无规则热运动,故C错误;黑磷为晶体,由黑磷的微观结构可知,它具有各向异性的特点,故D错误。 [针对训练]　3. (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各自的规则排列 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.非晶体的内部微粒是无规则排列的 D.石墨的硬度与金刚石差很多,是由于它的微粒没有按空间点阵分布 ABC 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,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外形,选项A、B正确;非晶体的内部微粒是无规则排列的,选项C正确;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松软,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,选项D错误。 三 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 [A组　基础巩固练] 1.下列说法错误的是(　　) A.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变 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 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能要增加,故A错误;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,故B正确;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,例如石墨和金刚石,故C正确;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,例如天然石英是晶体,加工后做成玻璃就是非晶体,故D正确。 2.一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 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 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,应为单晶体,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。 3.(多选)下列说法正确的是(　　) A.晶体、非晶体是绝对的,是不可以相互转化的 B.相同物质在不同条件下能够生成不同的晶体 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 BC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析: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;相同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。 4.(多选)有关晶体的微观结构,下列说法正确的有(　　) A.同种元素分子按不同结构排列有相同的物理性质 B.同种元素分子按不同结构排列有不同的物理性质 C.同种元素形成的晶体只能有一种排列规律 D.同种元素形成的晶体可能有不同的排列规律 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 BD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:同种元素分子可以按不同结构排列,即具有不同的空间点阵,物理性质不同,如石墨和金刚石的密度、硬度、导热性、导电性、光学性质等都有很大差别,所以B、D正确,A、C错误。 5.(多选)单晶体不同于非晶体,它具有天然的规则几何形状和各向异性,并且具有固定的熔点。下列说法可以用来解释单晶体的上述特性的是(　　 ) A.组成单晶体的微粒在空间按一定的规律排列着,构成特定的空间点阵 B.单晶体具有各向异性,是由于空间点阵中不同方向上微粒数目不同,微粒间距离也不相同 C.单晶体具有各向异性,是由于空间点阵中不同方向上的微粒的性质不同 D.单晶体在熔化时吸收的热量,全部用来瓦解空间点阵,因此,单晶体在熔化过程中保持一定的温度不变,只有空间点阵完全被瓦解,单晶体完全变为液体后,温度才会升高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 ABD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:单晶体内部的微粒构成特定的空间点阵是单晶体有天然规则几何形状的原因,单晶体在物理性质上的各向异性是由于空间点阵中不同方向上的微粒数目不同,微粒间距离也不相同。晶体熔点的存在是由于晶体在熔化时要吸收热量用来瓦解空间点阵,增加分子势能,熔化过程中分子热运动的平均动能不变,即温度不变,只有当晶体全部熔化变为液体后,温度才会升高,分子热运动的平均动能才会增加,单晶体也是如此。故选项A、B、D正确。 6.(2024·江苏南通期中)石墨烯是从石墨中分离出的单层结构,其中碳原子紧密结合成单层六边形晶格结构,如图所示,则(　　) A.石墨是非晶体 B.石墨研磨成的细粉末就是石墨烯 C.石墨烯在熔化过程中,温度不变,内能增加 D.碳原子在某一特定位置固定不动 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:碳原子紧密结合成单层六边形晶格结构,石墨是晶体,故A错误;石墨烯是从石墨中分离出的单层结构,石墨研磨成的细粉末不是石墨烯,故B错误;石墨是晶体,石墨烯在熔化过程中,温度不变,吸收能量,内能增加,故C正确;碳原子不是固定不动的,而是在不停地振动,故D错误。 7.(2024·江苏泰州模拟)2023年5月,中国科学技术大学团队利用纳米纤维与合成云母纳米片研制出一种能适应极端环境的纤维素基纳米纸材料。如图所示为某合成云母的微观结构示意图,则该合成云母(　　) A.是非晶体 B.没有规则的外形 C.有固定的熔点 D.各向性质均相同 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:由题图可知,该合成云母中所含分子在三维空间中呈规则、周期性排列,是晶体,具有一定的几何外形,具有固定的熔点、具有各向异性的特点,故选C。 8.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 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 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。 [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,加热过程中,相同时间内吸收的热量相等,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,甲的熔点比丙低 D.乙是非晶体,甲的熔点比丙高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:晶体在熔化过程中吸热,但是温度不发生变化,这是晶体的重要特征,由题图知甲、丙为晶体,乙为非晶体,故A、B错误;从熔点上看甲在温度到t2时才熔化,丙在温度到t1时就开始熔化了,故C错误,D正确。 10.食盐是我们生活中不可缺少的调味品,通过研究,我们知道了食盐的微观结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A.食盐晶体是正六面体形 B.食盐所有的物理性质都具有各向异性 C.食盐颗粒受潮粘在一起形成食盐块时,形状不规则,是非晶体 D.食盐在熔化时,要吸收热量,温度保持不变,所以内能也不变 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:食盐晶体是正六面体形,选项A正确;食盐具有各向异性,但并非所有的物理性质都具有各向异性,选项B错误;食盐颗粒受潮粘在一起形成食盐块时,形状不规则,但仍是晶体,选项C错误;食盐在熔化时,要吸收热量,温度保持不变,内能增加,选项D错误。 11.嫦娥五号探测器上装有用石英制成的传感器,其受压时表面会产生大小相等、符号相反的电荷,即“压电效应”。如图所示,石英晶体沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著。关于石英晶体,下列说法正确的是(　　) A.没有确定的熔化温度 B.具有各向同性的压电效应 C.没有确定的几何形状 D.是单晶体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔化温度,石英是单晶体,有确定的熔点,有确定的几何形状,A、C错误;因石英晶体沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著,故石英晶体具有各向异性的压电效应,是单晶体,B错误,D正确。 $$