第2章 4.固体-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案课件PPT（人教版2019）

第二章　气体、固体和液体 1. 固体 1．知道晶体和非晶体的特点及区别，知道一些常见的晶体和非晶体。2.了解各向异性和各向同性，知道单晶体和多晶体的区别。3.了解晶体的微观结构，知道晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。 2 目录 1 2 3 课前自主学习 课后课时作业 课堂探究评价 课前自主学习 一　晶体和非晶体 1．固体的分类 (1)________ ，如石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等。 (2) ________，如玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。 晶体 非晶体 课前自主学习 5 分类 宏观外形 物理性质 非晶体 没有规则的外形 ①________确定的熔化温度 ②导热、导电、光学性质等表现为___________ 晶体 单晶体 有天然的、规则的几何形状 ①________确定的熔点 ②导热、导电或光学性质等表现为___________ 多晶体 没有确定的几何形状 ①________确定的熔点 ②导热、导电、光学性质等表现为____________ 2．晶体与非晶体的区别 没有 各向同性 具有 各向异性 具有 各向同性 课前自主学习 6 二　晶体的微观结构 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________。 2．组成同一物质的微粒，按照不同规则在空间分布，可以生成不同的________。如碳原子按不同规则排列，可以成为______，也可以成为________。 3．固体微粒的热运动表现为在___________附近做微小振动。 4．物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的。晶体和非晶体之间在一定条件下可以__________。 周期性 晶体 石墨 金刚石 平衡位置 相互转化 课前自主学习 7 1．判一判 (1)晶体和非晶体都有固定的熔点。(　　) (2)非晶体内分子的排列是无规则的。(　　) (3)可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体。(　　) (4)一块固体，若其沿各个方向的导热性能相同，则这块固体一定是多晶体。(　　) 提示： (1) × 　(2)√　(3)× 　(4)× 课前自主学习 8 2．想一想 熔化的硫黄倒入冷水中，就变成有弹性的没有固定熔点的硫，随着时间的流逝，这种有弹性的硫又变成了有规则几何外形的硫黄，这说明了什么？ 提示：晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。 课前自主学习 9 课堂探究评价 探究1　晶体和非晶体 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 课堂探究评价 11 活动1：初中我们学过固体可以分为晶体和非晶体，请回忆如何区分晶体和非晶体？ 活动2：如图甲，食盐、白糖、味精都是晶体，与玻璃、松香、沥青等非晶体比较，在放大镜下其外表有什么特征？ 提示：晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。 提示：食盐、白糖、味精这些晶体有规则的几何形状，而非晶体则没有。 课堂探究评价 12 活动3：如图乙，把熔化了的石蜡薄薄地涂在薄玻璃片和单层云母片上，再用烧热的电烙铁分别接触玻璃片和云母片的背面，玻璃片上石蜡熔化区域的形状近似于圆形，云母片上石蜡熔化区域的形状近似于椭圆形，这说明了什么？ 活动4：图丙是一大块受潮粘在一起的蔗糖，图丁是一种铝合金的显微照片，观察丙、丁两图，有什么启发？ 提示：说明玻璃沿各个方向的导热性能相同，云母沿不同方向的导热性能不同。 提示：有的晶体虽然没有规则的几何外形，但是晶体的每一小部分仍然有规则的几何形状。 课堂探究评价 13 1．关于晶体和非晶体的正确判断 (1)根据几何形状判断某一固体是晶体还是非晶体时，要注意单晶体有天然规则的几何外形，例如食盐晶体是正六面体形(如图甲)，明矾晶体总是八面体形(如图乙)，天然石英晶体的中间是一个六棱柱，两端是六棱锥(如图丙)，而非晶体没有确定的、规则的几何形状。由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体也没有确定的几何形状。 课堂探究评价 14 (2)利用熔点进行晶体和非晶体的判断时，要注意晶体具有确定的熔点，而非晶体没有。 (3)利用各向异性和各向同性判断晶体和非晶体时，要注意单晶体沿不同方向的物理性质具有各向异性，非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，即为各向同性；多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，在物理性质上也是各向同性的。 2．正确理解单晶体的各向异性 (1)在物理性质上，单晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。 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。 ②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。 课堂探究评价 15 (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、石膏晶体在导热性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显著的各向异性——沿不同方向的折射率不同。 课堂探究评价 16 例1　(多选)关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是(　　) A．有规则的几何外形的固体一定是晶体 B．晶体在物理性质上一定是各向异性的 C．非晶体在物理性质上是各向同性的 D．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点 课堂探究评价 17 [实践探究](1)物理性质是各向同性的固体一定是非晶体吗？ (2)晶体有确定的熔点而非晶体没有确定的熔点，对吗？ 提示：不一定，也可能是多晶体。 提示：对。 规范解答　因为外形是否规则可以用人工的方法处理，所以A错误；多晶体在物理性质上是各向同性的，B错误；非晶体在物理性质上是各向同性的，C正确；晶体与非晶体的区别表现在是否有确定的熔点，D正确。 课堂探究评价 18 判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法 区分晶体和非晶体的方法是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，仅从各向同性或几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体。 区分单晶体和多晶体的方法是看其在物理性质上是否具有各向异性或是否具有确定规则的几何形状，单晶体表现出各向异性，有确定规则的几何形状，而多晶体表现出各向同性，没有确定规则的几何形状。 课堂探究评价 19 [变式训练1]　(多选)关于一块长方体的铜条，下列说法正确的是(　　) A．它是晶体，因为它有规则的几何外形 B．它是晶体，因为它有确定的熔点 C．它是多晶体，因为它是由许多晶粒杂乱无章地排列而成的 D．它是非晶体，因为它的物理性质表现为各向同性 解析　因为铜具有确定的熔点，所以铜是晶体，长方体外形是由外力塑造，不是天然形成的，不能作为铜是否是晶体的判断依据，故A错误，B正确；铜条是由许多晶粒杂乱无章地排列而成的，故铜条是多晶体，物理性质表现为各向同性，故C正确，D错误。 课堂探究评价 20 探究2　晶体的微观结构 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 课堂探究评价 21 活动1：如图甲是食盐晶体中氯离子和钠离子分布的示意图，与食盐单晶体的形状比较，可以得出什么结论？ 活动2：石墨和金刚石都是由碳原子组成的，但是它们的硬度不同，图乙、丙是石墨和金刚石中碳原子排列的结构图，由此可以得出什么结论？ 提示：晶体中微观粒子在空间的排列决定了单晶体的天然形状。 提示：同一种物质能够生成不同的晶体，但原子都是按照一定规则排列的，具有空间上的周期性，排列的规则不同，则性质不同。石墨中的碳原子按层状结构排列，层与层之间距离较大，原子间的作用力较弱，层与层间容易滑动，所以石墨较软；金刚石中的碳原子成网状结构，原子间作用力很强，所以金刚石硬度很大。 课堂探究评价 22 活动3：天然水晶熔化再凝固的水晶(即石英玻璃)是非晶体，它们的Si、O原子排列如图丁、戊所示，怎样解释单晶体物理性质的各向异性，以及非晶体的各向同性？ 提示：天然水晶中的原子排列规则，沿不同方向画直线，可以发现相同距离上的原子数目不同，所以物理性质呈各向异性。石英玻璃中原子排列杂乱无规则，对于大量原子整体上看沿各个方向的原子数目基本相等，所以物理性质呈各向同性。 课堂探究评价 23 1．各向异性的微观理解 如图所示是一平面上单晶体物质微粒的排列情况，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，才引起晶体在不同方向上的物理性质不同。 课堂探究评价 24 多晶体是由许多单晶体(晶粒)杂乱无章地组合而成的，单晶体具有确定规则的几何形状和各向异性的物理性质，由于单晶体在多晶体内杂乱无章地排列着，所以多晶体没有确定规则的几何形状，也不显示各向异性。 课堂探究评价 25 2．对晶体具有确定熔点的解释 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．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规则排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性质上有很大的不同；白磷和红磷的化学成分相同，但白磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构。 4．同种物质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。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。有些非晶体在一定的条件下也可以转化为晶体。 课堂探究评价 26 例2　观察对比图中金刚石、石墨、富勒烯和石墨烯的微观结构，判断下列几种说法的正误，并说明原因。 (1)它们的物理性质有很大的差异。 (2)金刚石是单晶体，富勒烯是多晶体。 (3)组成各种物质的微粒都在图中的位置不动。 答案　见规范解答 课堂探究评价 27 [实践探究](1)单晶体和多晶体的微观结构有什么区别？ (2)图中小球所在的位置表示什么？ 提示：组成单晶体的微粒在空间规则排列，单晶体杂乱无章地排列构成多晶体。 提示：对应微粒振动的平衡位置。 规范解答　 (1)由于它们的微粒排列结构不同，彼此间物理性质有差异，故正确。 (2)由金刚石和富勒烯中微粒的排列规则知它们都是单晶体，故错误。 (3)分子并不是静止不动的，组成各种物质的微粒都在图中位置附近做微小振动，故错误。 课堂探究评价 28 [变式训练2]　(多选)下列关于晶体的说法正确的是(　　) A．金属的原子排列完全无规则 B．食盐受潮板结后，由晶体变成非晶体 C．晶体和非晶体在一定条件下可以发生相互转化 D．晶体在熔化过程中吸收热量，其分子势能一定增大 课堂探究评价 29 解析　金属是由大量细小的晶粒组成的多晶体，从宏观上看原子排列无规则，但在每个晶粒中，原子排列规则，A错误；食盐受潮板结后，由单晶体变成多晶体，B错误；晶体和非晶体在合适的条件下，可以互相转化，例如天然石英是晶体，而熔化以后再凝固的水晶是非晶体，把晶体硫加热熔化(温度超过300 ℃)再倒进冷水中，会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又会转化为晶体硫，C正确；由于晶体在熔化过程中有固定的熔点，故晶体在熔化过程中温度不变，分子的平均动能不变，但由于晶体在熔化过程中吸收了热量，内能增加，故其分子势能一定增大，D正确。 课堂探究评价 30 课后课时作业 1．(晶体和非晶体)(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　) A．金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体 B．晶体的分子(或原子、离子)排列是有规则的 C．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点 D．单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的 解析　玻璃是非晶体，A错误；多晶体是各向同性的，D错误。B、C说法正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 2．(晶体和非晶体)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　) 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．大块塑料粉碎成形状相同的颗粒，每个颗粒即为一个单晶体 D．所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点 解析　只有单晶体才表现为各向异性，故A错误；单晶体有天然规则的几何形状，而多晶体无天然规则的几何形状，金属属于多晶体，故B错误；大块塑料是非晶体，粉碎成形状相同的颗粒，依然是非晶体，C错误；晶体和非晶体的一个重要区别，就是晶体有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 3．(晶体的微观结构)(多选)下列关于探索晶体结构的几个结论中正确的是(　　) A．20世纪初通过X射线在晶体上衍射的实验证实了晶体内部的物质微粒的确是按一定的规则排列的 B．组成晶体的物质微粒，没有一定的排列规则，在空间杂乱无章地排列着 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的弹力一样，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 解析　20世纪初通过X射线在晶体上衍射的实验证实了晶体内部微粒排列的规律性。晶体内部微粒都只能在各自的平衡位置附近振动，是因为微粒间存在着相互作用力。A、C正确，B、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 4．(晶体的微观结构)(多选)有关晶体的微观结构，下列说法正确的是(　　) A．同种元素原子按不同规则排列有相同的物理性质 B．同种元素原子按不同规则排列有不同的物理性质 C．同种元素形成晶体只有一种排列规则 D．同种元素形成晶体可能有不同的排列规则 解析　同一种元素形成的晶体可能有不同的排列规则。如金刚石和石墨、红磷和白磷，由于它们的原子按不同规则排列，决定了它们有不同的物理性质。A、C错误，B、D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 5．(晶体和非晶体)关于晶体和非晶体，下面说法正确的是(　　) A．金属没有确定的几何形状，所以金属不是晶体 B．蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块不是晶体 C．方解石能发生光的双折射现象表明方解石是晶体 D．石英玻璃是石英晶体熔化以后再凝固形成的，所以石英玻璃是晶体 解析　金属、蔗糖都属于晶体，A、B错误；方解石能发生光的双折射现象，表明方解石具有光学各向异性，属于晶体，C正确；石英晶体熔化以后再凝固就变成了石英玻璃，而石英玻璃是非晶体，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 6．(晶体和非晶体)2020年，“嫦娥五号”探测器胜利完成月球采样任务并返回地球。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——“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。石英晶体(　　) A．没有确定的熔点 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 解析　晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，则石英晶体有确定的熔点，A错误；石英晶体沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著，故具有各向异性的压电效应，是单晶体，单晶体有确定的几何形状，B、C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 7．(晶体和非晶体)(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图a、b、c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d所示，下列判断正确的是(　　) 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．甲是晶体，乙是非晶体，丙是单晶体 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 解析　由温度—时间图像知，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、b、c知，甲、乙在导热性能上表现为各向同性，丙在导热性能上表现为各向异性，则丙一定是单晶体，甲可能是多晶体，也可能是单晶体。故B、D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 8．(综合)北京冬奥会给世界各地的人们带来了寒冬中的温暖，雪花形主火炬(图甲)的创意展现中国智慧，符合科学事实(图乙)，实际上雪花的形态有很多种(图丙)。关于雪花的下列说法正确的是(　　) A．雪花是非晶体 B．雪花具有各向异性 C．0 ℃雪花的水分子的平均动能比0 ℃液态水分子的小 D．雪花漫天飞舞可以作为雪花分子在做无规则运动的证据 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 解析　根据雪花具有天然的、规则的几何形状，且雪花在熔化时，吸收热量温度不变，具有确定的熔点，可知雪花是单晶体，而单晶体具有各向异性的物理性质，A错误，B正确；物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志，故0 ℃雪花的水分子的平均动能与0 ℃液态水分子的相同，C错误；雪花是固体颗粒，飞舞时，是宏观上的机械运动，不能说明雪花分子在做无规则运动，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 9．(综合)石墨是碳原子按图甲排列形成的，其微观结构为层状结构。图乙为石墨烯的微观结构，单碳层石墨烯是单层的石墨，厚1毫米的石墨大概包含大约三百万层石墨烯。石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。则(　　) A．石墨中的碳原子静止不动 B．碳原子的直径大约为3×10－9 m C．石墨烯的物理性质沿各个方向一定不同 D．石墨烯的熔解过程中，碳原子的平均动能不变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析　由分子动理论可知，石墨中的碳原子在永不停息地做无规则运动，A错误；由题意可知单层石墨烯所占厚度为d＝eq \f(1×10－3,3×106) m＝3×10－10 m，且层与层之间有间距，所以碳原子的直径小于3×10－10 m，B错误；石墨烯中碳原子排列规则，所以石墨烯是单晶体，其物理性质具有各向异性，但某些物理性质沿各个方向可能相同，C错误；石墨烯是晶体，在熔解过程中，温度不变，故碳原子的平均动能不变，D正确。 $$