2.4 固体(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理选择性必修第三册同步学习指导(人教版2019)

# # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; ４．固体 ! " # $ % & 明确目标·梳理脉络 课程标准 １．了解固体的微观结构。知道晶体和非晶体的特点。 ２．能列举生活中的晶体和非晶体。 ３．通过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。 素养目标 １．知道晶体和非晶体的特点及区分方法。 ２．知道单晶体和多晶体的区别。 ３．了解晶体的微观结构。 ' ( ) * + , 教材梳理·落实新知 晶体和非晶体 　 　 １．固体可以分为晶体　 和非晶体　 两类。石英、 云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是晶体　 ，玻璃、蜂蜡、 松香、沥青、橡胶等是非晶体　 。 ２．单晶体具有规则　 的几何形状，多晶体和非晶 体没有规则　 的几何形状，我们在初中已经学过，晶体 有确定　 的熔点，非晶体没有确定　 的熔点。 ３．有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同， 有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象称为 各向异性　 。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　 。由于多晶体是许多单晶体　 杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是各向同性　 的。 说明：具有各向异性的一定是单晶体，具有各向同 性的则可能是非晶体或多晶体。 『判一判』 （１）铁块没有规则的几何形状，所以是非晶体。 （ × ） （２）晶体具有确定的熔点。 （√ ） （３）具有各向同性的固体一定是非晶体。 （ × ） （４）晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。 （√ ） （５）玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状。 （√ ） 『选一选』 　 　 下列的说法中正确的是 （Ｂ ） 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 晶体的微观结构 　 　 １．规则性：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．变化或转化 在不同条件下，同种物质的微粒按照不同规则　 在空间排列，可以生成不同的晶体，例如石墨和金刚 石。有些晶体在一定条件下　 可以转化为非晶体，例 如天然水晶熔化后再凝固成石英玻璃。 『判一判』 （６）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。 （ × ） 『想一想』 　 　 家庭、学校或机关的门锁常用“碰锁”，然而，这种 锁使用一段时间后，锁舌就会变涩而不易被碰入，造成 关门困难。这时，你可以用铅笔在锁舌上摩擦几下，碰 锁便开关自如如初，并且可以持续几个月之久。请你 动手试一试，并回答其中的道理                                           。 !%) ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " . # # # # # # # ' - . / 0 1 细研深究·破疑解难 晶体与非晶体 探究 要点提炼 　 　 单晶体、多晶体及非晶体的区别 分类 宏观外形 物理性质 非晶体没有确定的形状 ①没有固定熔点 ②导电、导热、光学性质表现 为各向同性 晶 体 单 晶 体 有天然规则的 形状 ①有确定的熔点 ②导热、导电、光学性质表现 为各向异性 多 晶 体 没有确定的形状 ①有确定的熔点 ②导热、导电、光学性质表现 为各向同性 　 　 晶体、非晶体的区分关键是看有无固定的熔点，单 晶体与多晶体的区分关键是看有无规则外形及物理性 质是各向异性还是各向同性。 典例剖析 １．（２０２４·宁夏中卫高三上阶段练习）关于晶体 和非晶体，下列说法中正确的是 （Ｃ ） 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．一块固体，若其各个方向的导热性相同，则这 块固体一定是多晶体 　 　 对点训练? 随着科技的发展，国家对晶体材 料的研究越来越深入，尤其是对稀土晶体的研究，已经 走在世界的前列。关于晶体和非晶体，下列说法正确 的是 （Ｃ ） Ａ．晶体都有规则的几何外形，非晶体则没有规则 的几何外形 Ｂ．同种物质不可能以晶体和非晶体两种不同的形 态出现 Ｃ．多晶体是由单晶体组合而成的，但单晶体表现 为各向异性，多晶体表现为各向同性 Ｄ．石墨和金刚石都是晶体，但石墨是单晶体，金 刚石是多晶体 晶体的微观结构 探究 要点提炼 　 　 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。 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，晶体开始熔解，熔解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．对同素异构体的解释 有的物质在不同的条件下能够生成不同的晶体， 这是由于它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构， 例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石， 二者在物理性质上有很大不同。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．多晶体的微观结构及性质 （１）多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体（晶 粒）组成的。平常见到的各种金属材料都是多晶体。把 纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许许 多多晶粒组成的，晶粒有大有小，最小的只有１０ －５ ｃｍ。 （２）每个晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性 的物理性质和规则的几何形状，因为晶粒在多晶体里 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。但还有确定的熔点                                                                    。 !%* # # # # # / 0 1 2 # 3 4 5 6 7 8 9 : ; 典例剖析 ２．（多选）下列说法正确的是 （Ｂ ） 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 　 　 对点训练? （多选）单晶体不同于非晶体，它 具有天然规则的几何外形，在不同方向上物理性质不 同，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 ） Ａ．组成单晶体的微粒在空间上按一定的规律排 成整齐的行列，构成特定的空间点阵 Ｂ．单晶体在不同方向上物理性质不同，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．单晶体在不同方向上物理性质不同，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，全部用来瓦解单 晶体的空间点阵，转化为分子势能，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，继续加热，温度才会                        升高 2 3 4 5 6 7 以题说法·启智培优 非晶体、单晶体和多晶体的区别与联系 　 　 案例　 下列说法中正确的是 （Ａ ） Ａ．常见的金属材料都是多晶体　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｂ．只有非晶体才显示各向同性 Ｃ．凡是具有规则几何形状的固体一定是晶体 Ｄ．多晶体一定显示各向异性 答案：Ａ 解析：常见金属材料都是多晶体，故选项Ａ正确；具有规则几何形状的固体不一定是晶体，如有规则形状的 蜡烛不是晶体，故选项Ｃ错误；多晶体和非晶体均显示各向同性，故选项Ｂ、Ｄ错误。 ' 8 9 " : ; 沙场点兵·名校真题 一、晶体和非晶体 １．（多选）下列说法正确的是 （Ａ ） Ａ．一个固体球，若沿各条直径方向上的导电性能不 同，则该球为单晶体 Ｂ．一块固体，若是各个方向导热性能相同，则这个固 体一定是非晶体 Ｃ．一块固体，若有确定的熔点，则该固体必定为晶体 Ｄ．黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体 ２．（２０２４·江西九江一中高二下期末）关于晶体和非晶 体，下列说法正确的是 （Ｂ ） Ａ．食盐、玻璃、天然石英和金刚石都是晶体 Ｂ．晶体的分子（或原子、离子）排列是有规则的 Ｃ．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定 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 !&! ! " # $ % & ' ( ) * + , - ! " . # # # # # # # 二、晶体的微观结构 ３．（多选）有关晶体的排列结构，下列说法正确的是 （Ｂ ） 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．同种元素形成的晶体只有一种排列规则 Ｄ．同种元素形成的晶体可能有不同的排列规则 ４．（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，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。 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，下列说法中 正确的是 （Ｃ ） 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 请同学们认真完成练案［１２                     ］ ５．液体 ! " # $ % & 明确目标·梳理脉络 课程标准 １．观察液体的表面张力现象。 ２．了解表面张力产生的原因。知道毛细现象。 素养目标 １．了解液体的表面张力现象，能解释液体表面张力产生的原因。 ２．了解浸润和不浸润现象及毛细现象产生的原因。 ３．了解液晶的特点及其应用。 ' ( ) * + , 教材梳理·落实新知 液体的表面张力 　 　 １．表面层：液体表面有一层跟气体接触的薄层　 ， 叫作表面层。 ２．分子力的特点 在液体内部，分子间的平均距离略小于ｒ０ 　 　 　 ， 分子间的作用力表现为斥力　 ；在表面层，分子比较稀疏， 分子间距离略大于ｒ０ 　 　 　 ，分子间的作用力表现为 引力　 。 ３．表面张力 （１）定义：液体表面的这种力使液体表面绷紧　 ， 叫作液体的表面张力。 （２）作用效果：使液体表面具有收缩趋势　 。 说明：表面张力使液体表面积收缩到最小。 『判一判』 （１）表面张力是分子力的宏观表现。 （√ ） （２）表面张力使液体表面具有向外扩张的趋势。 （ × ） （３）有些昆虫可以在水面上自由走动是由于有液体表 面张力的缘故。 （√ ） 『选一选』 　 　 以下现象中，与表面张力无关的是 （Ｄ ） Ａ．处于完全失重状态的水银滴呈球形 Ｂ．某些小型昆虫可以在水面上行走 Ｃ．玻璃管的裂口在火焰上烧熔，它的尖端会变钝 Ｄ．用扁平的碎瓦片打水漂，可以多次在水面上向 前弹跳 浸润和不浸润 　 　 １．浸润和不浸润 （１）一种液体会润湿　 某种固体并附着　 在固体的 表面上，这种现象叫作浸润　 ；                         一种液体不会润湿某种固 !&" ４．固体 课前预习反馈 　 　 知识点１：１．晶体　 非晶体　 晶体　 非晶体　 ２．规则　 规则 　 有确定　 没有确定　 ３．各向异性　 各向同性　 单晶体　 各向 同性 判一判 （１）× 　 （２）√　 （３）× 　 （４）√　 （５）√ 选一选 　 　 Ｂ　 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；金刚石是单晶体，石墨是多晶体，都是晶体， 故Ｄ错误。 知识点２：１．规则　 空间上　 ２．不同规则　 在一定条件下 判一判 （６）× 想一想 　 　 石墨是金刚石的同素异形体，两者的不同结构，造成了物理 性质上的很大差异，金刚石质地坚硬，而石墨由于具有层状结 构，层与层之间结合不很紧密，故层与层之间易脱落，故能起到 润滑作用。用铅笔在纸上写字也是根据这个道理。 课内互动探究 　 　 例１：Ｃ　 物理性质表现为各向同性的可以是多晶体，也可 以是非晶体，故不能根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非 晶体，故Ａ错误；沿各个方向对一块均匀薄片施加拉力，发现其 强度一样，表现出各向同性，可能是非晶体，也可能是多晶体，故 Ｂ错误；一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性能不同， 即具有各向异性，则该球一定是单晶体，故Ｃ正确；一块固体，若 其各个方向的导热性能相同，表现出各向同性，可能是多晶体， 也可能是非晶体，故Ｄ错误。 　 　 对点训练１：Ｃ　 多晶体和非晶体都没有规则的几何外形，Ａ 错误；同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，Ｂ错 误；单晶体表现为各向异性，多晶体表现为各向同性，石墨是多 晶体，金刚石是单晶体，Ｃ正确，Ｄ错误。 　 　 例２：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；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。 　 　 对点训练２：ＡＢＤ　 单晶体内部的微粒构成特定的空间点阵 是单晶体具有天然规则几何外形的原因。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，只有当晶体全部转变为液体后 继续加热，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。 课堂达标检测 １． ＡＣ　 只有单晶体才有各向异性，Ａ正确；多晶体和非晶体都具 有各向同性，Ｂ错误；只有晶体才有确定的熔点，Ｃ正确；黄金的 延展性好，可以切割加工成任意形状，但黄金有固定的熔点，所 以是晶体，Ｄ错误。 ２． Ｂ　 金刚石、食盐和天然石英都是晶体，而玻璃是非晶体，故Ａ 错误；晶体的分子（或原子、离子）排列是有规则的，故Ｂ正 确；单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有确定的熔化温 度，故Ｃ错误；单晶体具有各向异性，而多晶体不显示各向异 性，非晶体具有各向同性，故Ｄ错误。 ３． ＢＤ　 同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，由于它们按不同规则排列，决定了它 们有不同的物理性质。 ４． ＣＤ　 石墨、石墨烯与金刚石都具有规则的分子排列，都是晶 体。从题目给出的物理情景看，石墨烯是用物理方法获得的。 故选项Ｃ、Ｄ正确。 ５．液体 课前预习反馈 　 　 知识点１：１．薄层　 ２． ｒ０ 　 斥力　 稀疏　 ｒ０ 　 引力 ３．（１）绷紧　 （２）收缩趋势 判一判 （１）√　 （２）× 　 （３）√ 选一选 　 　 Ｄ　 处于完全失重状态的水银滴呈球形，是表面张力作用 的结果，故Ａ错误；由于表面张力作用，水面形成一层膜，某些小 型昆虫可以在水面上行走，故Ｂ错误；玻璃管的裂口在火焰上烧 熔，在表面张力作用下，表面积有收缩到最小的趋势，它的尖端 会变钝，故Ｃ错误；用扁平的碎瓦片打水漂，可以多次在水面上 向前弹跳，不是表面张力现象，故选Ｄ。 知识点２：１．（１）润湿　 附着　 浸润　 不浸润　 （２）分子力 　 ２．（１）上升　 下降　 （２）越大 判一判 （４）× 　 （５）√ 选一选 　 　 Ｂ　 合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水是不浸 润的，照片中的口罩正好发生了不浸润现象，故Ａ错误；根据照 片所示，水发生了不浸润现象，则附着层内分子比水的内部稀 疏，故Ｂ正确，Ｃ错误；水不是对所有材料都是不浸润的，如水可 以浸润玻璃，故Ｄ错误。 知识点３：１．各向异性　 ２．温度　 浓度　 ３．棒状 判一判 （６）× 　 （７）× 想一想 　 　 把地表土壤锄松，破坏了土壤表层的毛细管，从而阻止了水 分上升到地面而被蒸发掉。 课内互动探究 　 　 例１：ＡＤ　 仔细观察可以发现，小昆虫（或缝衣针）在水面 上时，其与水接触的位置比周围水面稍下陷，但仍在水面上而未 陷入水中，就像放在柔韧性非常好的膜上一样，这就是液体的表 面张力在起作用，故Ａ正确，Ｃ错误；小木块浮于水面上时，木块 下部实际上已经陷入水中受到水的浮力作用，是浮力与重力平 衡的结果，故Ｂ错误；喷泉喷射到空中的水分散时每一小部分的 表面都有表面张力在起作用，且又处于失重状态，因而形成球形 小水珠，故Ｄ正确。 　 　 对点训练１：Ｄ　 液体表面张力是液体表面层里的分子比液 体内部分子稀疏，分子间的距离比液体内部分子间距离大，分子 力表现为引力的结果，而非气体分子对表面层液体分子的吸引 产生的，表面张力使液体表面具有收缩的趋势，故Ａ、Ｂ、Ｃ错误， Ｄ正确。 　 　 例２：ＡＣ　 由题图可知，图甲为浸润现象，图乙为不浸润现 象，故Ａ正确；图甲中附着层的液体分子比液体内部的分子密 集，故Ｂ错误；图乙中附着层的液体分子比液体内部的分子稀 疏，故Ｃ正确；图甲和图乙中表面层的液体分子都比液体内部的 分子稀疏，故Ｄ错误。 　 　 对点训练２：ＡＣ　 粉笔、棉线、砖和土壤内部都有许多细小 的孔道，起着毛细管的作用，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过 沥青的厚纸、把地面的土壤锄松均是防止毛细现象，故Ａ、Ｃ 正确。 　 　 对点训练３：Ｂ　 单晶体和多晶体都有确定的熔点，故Ａ错 误；彩色液晶显示器利用了液晶的光学各向异性的特点，故Ｂ正 确；玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，其尖端变钝，这是由于液体 表面张力的作用，故Ｃ错误；诗中荷叶和露水表现为不浸润，故 Ｄ错误。 课堂达标检测 １． ＡＣ　 布伞伞面的布料有缝隙但不漏雨水，是表面张力的结 果，故Ａ正确；表面张力的方向与液面相切，而不是与液面垂 直，故Ｂ错误；硬币能够静止在水面上是液体表面张力作用的 结果，故Ｃ正确；由于液体表面分子间距离略大于平衡位置间 距ｒ０，故液体表面存在表面张力，故Ｄ错误                                                                       。 —１９９—