第2章 4 固体-【成才之路·学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步新课程学习指导(人教版)

049 4.固体 ●目标重点展示 素养目标 学习重点 (1)了解固体的分类，知道晶体和非晶体、单晶体和多晶 物理观念 体的特点及区分方法。 (2)了解晶体的微观结构。 (1)晶体和非晶体的 区别。 通过对晶体微观结构理论的学习，能解释晶体的各项性 科学思维 (2)单晶体和多晶体的 质，了解固体材料在生产、生活及科研等方面的应用。 区别。 (3)晶体的微观结构。 科学态度 掌握晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别，培养 与责任 严谨的科学态度，激发探索科学的兴趣。 探究点1晶体和非晶体 1我们常见的固体可以分为 和 两类。 (1)石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等是 ,玻璃、蜂蜡、松 香、沥青、橡胶等是 [理解] 石英 单晶体的各向异性 的理解 明矾 (1)单晶体的各向异 甲：食盐 乙：明矾丙：天然石英 晶体的外形 性是指单晶体在不同 几种晶体的几何形状 方向上的物理性质不 同，也就是沿不同方 (2)非晶体的性质 向去测试单晶体的物 ① (选填“有”或“没有”)规则的几何外形。 理性质时，测试结果 ②物理性质 不同。 1) （选填“有”或“没有”)确定的熔化温度； 2)导电、导热、光学等物理性质表现为各向 (选填“异性”或“同 (2)单晶体具有各向 性”)。 异性，并不是说每一 2.晶体的分类及性质 种单晶体都能在各种 (1)晶体又可以分为 晶体和 晶体。 物理性质（弹性、硬 (2)单晶体 度、光学性质、导热 ① (选填“有”或“没有”)天然的、规则的几何形状。 性能、导电性能、磁 ② (选填“有”或“没有”)确定的熔点。 性等)上表现出各句 ③导电、导热、光学等某些物理性质表现为各向 (选填“异性”或 异性，某种单晶体一 “同性”)。 P[理解] 般是在某一个（或几 个)物理性质上表现 为各向异性。 甲玻璃片 乙云母片 玻璃各向同性) 云母（各向异性） 050 (3)多晶体 ① (选填“有”或“没有”)规则的几何形状。 ② (选填“有”或“没有”)确定的熔点。 [思考] ③导电、导热、光学等物理性质表现为各向 （选填“异性”或“同 常见的金属没有规 性”)。 则的形状，但具有 [判断正误] 确定的熔点。它们 (1)具有规则的几何形状的物体不一定是晶体。 ( )是晶体还是非 (2)固体都具有各向异性的性质。 ) 晶体？ (3)单晶体的各种物理性质均表现为各向异性。 提示：从金属的显微 [思考] 图样中可以看到，它 例1：(2025河北唐山市高二月考)在图甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡， 是由许多细小的晶粒 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、 组成的。每个晶粒 乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系图像如 都是一个小的单晶 图()所示，以下说法正确的是 体。但是，由于这 钢针使得固 些小的单晶体的取向 体薄片传热 杂乱无章，所以金属 从而石蜡熔 没有确定的几何形 化，榕化的石 蜡体现的是 加热时间 状。但金属有确定 固体薄片 (a) (b) 的导热性。 由图可知，甲固体传由图可知，乙固体传 的熔点，所以金属是 热各向同性，结合图(b)热各向同性，结合图(b) 由图可知，丙固体传 晶体。 可知甲有固定熔点， 可知乙没有固定榕点 热各向异性，丙固体 甲固体一定是多晶体。乙固体为非晶体。 一定是单品体。 [规律方法]判断晶 A.甲为单晶体 B.乙为非晶体 体与非晶体、单晶 C.丙为多晶体 D.甲、丙为非晶体，乙为晶体 体与多晶体的方法 ●[规律方法] 1.区分晶体与非晶体 跟踪训练1：随着科技的发展，国家对晶体材料的研究也越来越深入，尤 的方法：看其有无确 其是对稀土晶体的研究，已经走在了世界的前列。关于晶体和非晶体，下列定的熔点，晶体具有 说法正确的是 ( 确定的熔点，而非晶 A.晶体都有天然的规则的几何外形，非晶体则没有天然的规则的几何 体没有确定的熔化温 外形 度。仅从各向同性 B.同种物质不可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现 或者几何形状不能判 断某一固体是晶体还 C.单晶体具有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点 是非晶体。 D.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 2.区分单晶体和多晶 现为各向同性 体的方法：看其是否 探究点2晶体的微观结构 具有各向异性，单晶 体某些物理性质表现 ●新知导学 出各向异性。 情境：我们知道金刚石和石墨是同素异形体，两者在物理性质上有很大 [提示] 差异，金刚石质地坚硬，而石墨质地柔软。 两者碳原子的微观排 探究：金刚石和石墨性质差异的原因是什么？ >[提示] 列结构不同。 051 ●要点归纳 [拓展] 1.规则性：在各种晶体中，原子（或分子、离子）都是按 (1)对单晶体各向异 性的解释 照一定的规则排列的，具有空间上的 _c 如图为在一个平面上 如图所示是食盐晶体。 D[拓展] 单晶体物质微粒的排 2.差异性：微观结构的不同，造成晶体与非晶体形状和 列情况。在沿不同 物理性质的不同。 方句所画的等长线段 AB、AC、AD上物质 3.变化或转化：在不同条件下，同种物质的微粒按照 在空 微粒的数目不同。 间排列，可以生成不同的晶体，例如石墨和金刚石。有些晶体在线段AB上物质微粒 可以转化为非晶体，例如天然石英熔化后再凝固成石英玻璃。 较多，线段AD上较 [判断正误] 少，线段AC上更 少。在不同方向上 (1)同一种物质只能形成一种晶体。 ( 物质微粒的排列情况 (2)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体。 不同，引起单晶体在 (3)金刚石是晶体，石墨是非晶体。 ) 不同方向上物理性质 [思考] 的不同。 B◆◆◆A 例2：（多选）单晶体不同于非晶体，它具有天然的规则的几何形状和各向异 性，并且具有固定的熔点，下列哪些说法可以用来解释单晶体的上述特 。。。 。C。。。。 性 () 。D。。。。。 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 (2)对晶体具有确定 点阵 熔点的解释 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， 晶体加热到一定温度 微粒间距离也不相同 时，一部分微粒有足 够的动能克服微粒间 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 的作用力，离开平衡 不同 位置，使规则的排列 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，单晶体在被破坏，晶体开始熔 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 化，熔化时晶体吸收 完全变为液体后，温度才会升高 的热量全部用来破坏 规则的排列，温度不 跟踪训练2：2010年诺贝尔物理学奖 发生变化。 授予安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖 [思考] 洛夫，以表彰他们对石墨烯的开创性实验 石墨和金刚石都是由 研究。安德烈通过透明胶带对石墨进行 碳原子组成的，为什 反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐 么石墨很松软，而金 刚石却很坚硬呢？ 渐减小，最终寻找到了厚度只有约0.34nm的单层石墨烯，是碳的二维结构。 提示：石墨层与层之 如图分别为石墨、石墨烯的微观结构。根据以上信息和已学知识判断下列说 间的碳原子间的作用 法中正确的是 ( 力比较弱，而金刚石 A.石墨是晶体，石墨烯是非晶体 中碳原子间的作用力 B.石墨是单晶体，石墨烯是多晶体 很强，所以石墨很松 软，而金刚石很 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 坚硬。 D.安德烈是通过物理变化的方法获得石墨烯的 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[11]例2：CD每次抽气后容器中气体的体积都会变成V。,所以不可 能三次抽完容器中的气体，A错误；以容器中气体与抽气机中 气体为研究对象，第一次抽气时，气体初状态参量为P。、。,末 状态参量为V=+了=号，由玻意耳定律得，= 3 PV,解得P1=4Po,故B错误，C正确；对第二次抽气过程， 有'=。，%=。+写=手，由玻意耳定律得m'= A,解得内=（子）%，同理可得，第三次抽气后，容器内 休压强为=（任）=品，D正确。 例3：23.8kg 解析：气体初态p1=9.8×10Pa,V1=20m,T=280K, 末态P2=1.0×10Pa,V2未知，T2=300K 由理想气体状态方程知P上=P当 常特6踪子 9.8×10×300×20m=21.0m3 1.0×103×280 因V2>V,故有气体从房间内流出，房间内气体质量m2= V 20 m=2i×25kg≈23.8kg。 探究点2理想气体的图像问题 例4：(1)2×10°Pa(2)2.0m 解析：()从D到4状态，根韬查理定律号=号 解得pn=2×103Pag (2)从C到D状态，根据玻意耳定律pPc'2=PoV 解得V2=2.0m3。 例5：C由V-T图像可知，理想气体ab过程做等压变化，bc过 程做等温变化，d过程做等容变化。根据理想气体状态方程， 有=C,可知6c过程理想气体的体积增大，则压强减小。放 选C。 探究点3关联气体问题 6:石147。 解析：设初态压强为Po,膨胀后A、B压强相等，均为1.2po0 B中气体始末状态温度相等，则有 %=1.2(2%-),=石% A带分气体满天学会 解得TA=1.4Tog 跟踪训练：A管内压强为74.36cmHg、B管内压强为54.36cmHg 解析：设B管的横截面积为S,则A管的横截面积为4S(易错： 内径是2倍，横截面积是4倍)， 设B管在上方时AB管内的压强分别为PAP, 则有pA=pB+20cmHg, 倒置后，因为原B管内气体压强较小，所以液柱下移， 即A管内液柱长度减小1cm,根据两管内径关系可知， B管内液柱长度增加4cm,压强关系为pB'=pa'+23cmHg, A、B管内气体均发生等温变化，由玻意耳定律有 pa·4S·10cm=pa'·4S·11cm,Pg·S·10cm=pB'·S· 6 cm, 联立解得pA=74.36 cmHg Pe=54.36cmHg。 4.固体 探究点1晶体和非晶体 1.晶体非晶体(1)晶体非晶体(2)没有没有同性 2.(1)单多(2)有有异性(3)没有有同性 判断正误 (1)V(2)×(3)× 例1：B由题图可知，丙表现为各向异性，且有固定的熔点，可知 丙为单晶体；甲、乙表现为各向同性，且甲有固定的熔点，乙没 有固定的熔点，可知甲为多晶体，乙为非晶体。故选B。 跟踪训练1：D单晶体有天然的规则的几何外形，多品体和非 晶体则没有天然的规则的几何外形，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，如天然石英与石英玻璃， B错误；单晶体和多晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的 熔点，C错误；多晶体是由单晶体组合而成的，单晶体的某些 物理性质表现为各向异性，多晶体和非晶体的物理性质表现 为各向同性，D正确。 探究点2晶体的微观结构 要点归纳 1.周期性 3.不同规则 一定条件下 判断正误 (1)×(2)V/(3)× 例2：ABD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品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。 跟踪训练2：D石墨、石墨烯都是单晶体，石墨与石墨烯都是碳 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：安德烈是通过物理变化的方法获得石墨 烯的，故D正确。 5.液体 探究点1液体的表面张力 1.表面薄层 2.小于斥力大于引力 3.(1)绷紧(2)相切垂直(3)引力(4)收缩