2.4固体（重难点）-高二物理同步课堂（人教版选择性必修第三册）

2.4固体 精讲考点 考点一 晶体和非晶体 1 考点二 晶体的微观结构 4 考点一 晶体和非晶体 考点精讲 1．固体的分类及性质 固体 天然外形 物理性质(导热性能、机械强度、导电性能) 有无确定熔点 晶体 具有规则的几何外形，如金刚石、云母、明矾、雪花、食盐、味精等 各向同性或各向异性 有确定熔点 非晶体 不具有规则的几何外形，如玻璃、松香、沥青、橡胶等 各向同性 无确定的熔化温度 2.晶体的分类及性质 晶体 构成 物理性质 有无确定熔点 单晶体 大块晶体 各向异性 有确定熔点 多晶体 由许多晶粒构成 各向同性 有确定熔点 【重点突破】 1．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 2．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。 【例1】（2026·江苏南通·二模）甲、乙两种固体熔化过程中温度随时间变化的图像如图，下列说法，正确的是（　　） A．甲、乙都是单晶体 B．过程中甲的内能不变 C．过程中乙的内能不变 D．时刻甲、乙两种物质分子的平均动能相同 【例2】（25-26高二下·全国·课后作业）晶体在熔化过程中所吸收的热量，主要用于（　　） A．破坏空间点阵结构，增加分子动能 B．破坏空间点阵结构，增加分子势能 C．破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能 D．破坏空间点阵结构，但不增加物体的内能 【例3】（25-26高二下·全国·课后作业）下列关于晶体和非晶体的说法，正确的是（　　） A．凡是晶体，都具有天然的几何外形 B．金属整体表现为各向同性，故金属是非晶体 C．化学成分相同的物质，只能生成同一种晶体 D．晶体的各向异性是由于组成晶体的微粒呈现有序排列的结果 【例4】（25-26高二下·全国·课后作业）利用扫描隧道显微镜可以得到晶体表面原子排列的图像，从而可以研究晶体的构成规律，下面的照片是三种晶体材料表面的图像，通过观察、比较，可以得出的结论是（　　） A．三种晶体的原子排列都具有规律性 B．三种晶体的原子排列都没有规律性 C．三种晶体的原子都是静止不动的 D．三种晶体的原子都是无间隙地挨在一起的 【例5】（25-26高二下·全国·课后作业）下列有关晶体和非晶体的说法正确的是（　　） A．具有规则几何外形的固体均为晶体 B．晶体有固定的熔点，可以使X光发生有规律的衍射 C．晶体研碎后即变为非晶体 D．将玻璃加工成规则的固体即变成晶体 考点二 晶体的微观结构 考点精讲 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，具有空间上的周期性。 2．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空间分布排列可形成石墨和金刚石。 3．同一种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。 【重点突破】 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。 【例6】（25-26高二下·全国·随堂练习）下列相关说法正确的是（　　） A．制作LED灯的核心材料是半导体材料 B．制作手机中央处理器的材料是半导体材料 C．石墨烯是一种纳米材料，可由多种元素组成 D．同种物质，当它以纳米材料的形态出现时，其物理性质可能会有很大的不同 【例7】（25-26高二下·全国·随堂练习）“新材料”是相对于传统材料而言的。新材料的使用对推动社会的进步正在发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述正确的是（　　） A．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料 B．“半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片 C．所有的晶体管和集成电路都是由硅材料制成的 D．低损耗的光导纤维是现代光纤通信的重要材料 【例8】（24-25高二下·江苏徐州·期末）如图所示为某氮化镓（GaN）单晶体的空间结构。该单晶体在某一晶面方向的热导率显著高于其他方向。由此可推断该单晶体（　　） A．内部原子排列无周期性 B．有导热的各向同性 C．几何外形无规则 D．有固定的熔点 【例9】（25-26高二下·全国·课前预习）晶体的微观结构 (1)晶体的点阵结构：组成晶体的分子、原子、离子等微粒，在晶体内部的空间形成的______、_____排列的结构，称为晶体的点阵结构。 (2)晶体物理性质表现出各向异性的原因：晶体内部在不同方向上微粒排列的情况______。 (3)同一种物质微粒可以形成不同的________，从而表现出不同的物理性质。如金刚石、石墨和足球烯都是由碳原子构成的，但它们的性质差异很大。 【例10】（25-26高二下·全国·课堂例题）观察对比图中金刚石、石墨、富勒烯和石墨烯的微观结构，回答下列问题。 (1)它们的物理性质是否有很大差异，为什么？ (2)单晶体和多晶体的微观结构有什么区别？图中金刚石和富勒烯分别是单晶体还是多晶体？ (3)组成各种物质的微粒都在图中的位置是否不动？为什么？ (4)图中小球所在的位置表示什么？ 第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.4固体 精讲考点 考点一 晶体和非晶体 1 考点二 晶体的微观结构 4 考点一 晶体和非晶体 考点精讲 1．固体的分类及性质 固体 天然外形 物理性质(导热性能、机械强度、导电性能) 有无确定熔点 晶体 具有规则的几何外形，如金刚石、云母、明矾、雪花、食盐、味精等 各向同性或各向异性 有确定熔点 非晶体 不具有规则的几何外形，如玻璃、松香、沥青、橡胶等 各向同性 无确定的熔化温度 2.晶体的分类及性质 晶体 构成 物理性质 有无确定熔点 单晶体 大块晶体 各向异性 有确定熔点 多晶体 由许多晶粒构成 各向同性 有确定熔点 【重点突破】 1．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 2．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。 【例1】（2026·江苏南通·二模）甲、乙两种固体熔化过程中温度随时间变化的图像如图，下列说法，正确的是（　　） A．甲、乙都是单晶体 B．过程中甲的内能不变 C．过程中乙的内能不变 D．时刻甲、乙两种物质分子的平均动能相同 【答案】D 【详解】A．晶体（单晶体、多晶体）有固定熔点，非晶体没有固定熔点。由图可知，甲没有固定熔点，是非晶体，乙有固定熔点是晶体，A错误； B．0~t₂过程中甲持续吸热，温度升高，内能增大，B错误； C．t₁~t₂过程中乙虽然温度不变，但持续吸热，内能不断增大，C错误； D．温度是分子平均动能的标志，t₂时刻甲、乙温度相同，因此二者分子平均动能相同，D正确。 故选 D。 【例2】（25-26高二下·全国·课后作业）晶体在熔化过程中所吸收的热量，主要用于（　　） A．破坏空间点阵结构，增加分子动能 B．破坏空间点阵结构，增加分子势能 C．破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能 D．破坏空间点阵结构，但不增加物体的内能 【答案】B 【详解】晶体熔化过程中，温度保持不变，因此分子的平均动能不变（分子动能与温度成正比）。吸收的热量主要用于破坏晶体的空间点阵结构，增加分子间的势能，从而使物体的内能增加（内能是分子动能和势能的总和）。 故选B。 【例3】（25-26高二下·全国·课后作业）下列关于晶体和非晶体的说法，正确的是（　　） A．凡是晶体，都具有天然的几何外形 B．金属整体表现为各向同性，故金属是非晶体 C．化学成分相同的物质，只能生成同一种晶体 D．晶体的各向异性是由于组成晶体的微粒呈现有序排列的结果 【答案】D 【详解】A．晶体不一定具有天然的几何外形，如多晶体（如金属块）就没有规则的几何外形，故A错误； B．金属是多晶体，整体表现为各向同性，但有固定熔点，属于晶体，不是非晶体，故B错误； C．化学成分相同的物质可以生成不同晶体，例如碳元素可形成石墨或金刚石，故C错误； D．晶体的各向异性是由于内部微粒（如原子或分子）呈周期性有序排列，导致不同方向物理性质不同，故D正确。 故选D。 【例4】（25-26高二下·全国·课后作业）利用扫描隧道显微镜可以得到晶体表面原子排列的图像，从而可以研究晶体的构成规律，下面的照片是三种晶体材料表面的图像，通过观察、比较，可以得出的结论是（　　） A．三种晶体的原子排列都具有规律性 B．三种晶体的原子排列都没有规律性 C．三种晶体的原子都是静止不动的 D．三种晶体的原子都是无间隙地挨在一起的 【答案】A 【详解】AB．三种晶体的原子排列不相同，但是对于每一种晶体的原子排列具有各自的规律性，故A正确，B错误； C．晶体的原子在永不停息地做热运动，故C错误； D．原子之间存在间隙，故D错误。 故选A。 【例5】（25-26高二下·全国·课后作业）下列有关晶体和非晶体的说法正确的是（　　） A．具有规则几何外形的固体均为晶体 B．晶体有固定的熔点，可以使X光发生有规律的衍射 C．晶体研碎后即变为非晶体 D．将玻璃加工成规则的固体即变成晶体 【答案】B 【详解】A．具有规则几何外形的固体不一定为晶体，例如玻璃是非晶体但可以加工成规则外形，故A错误； B．晶体具有固定的熔点，且由于其原子排列长程有序，可以使X光发生有规律的衍射（如布拉格衍射），故B正确； C．晶体研碎后仅物理形态改变，内部原子排列仍有序，并未变为非晶体，故C错误； D．玻璃是非晶体，加工成规则固体后其内部原子排列仍无序，不会变成晶体，故D错误。 故选B。 考点二 晶体的微观结构 考点精讲 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，具有空间上的周期性。 2．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空间分布排列可形成石墨和金刚石。 3．同一种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。 【重点突破】 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。 【例6】（25-26高二下·全国·随堂练习）下列相关说法正确的是（　　） A．制作LED灯的核心材料是半导体材料 B．制作手机中央处理器的材料是半导体材料 C．石墨烯是一种纳米材料，可由多种元素组成 D．同种物质，当它以纳米材料的形态出现时，其物理性质可能会有很大的不同 【答案】ABD 【详解】A．LED灯是发光二极管，核心材料是半导体材料，故A正确； B．制作手机中央处理器的材料是半导体材料，故B正确； C．石墨烯是一种纳米材料，它的物质组成只有碳这一种元素，故C错误； D．同种物质，当它以纳米材料的形态出现时，其物理性质可能会有很大的不同，故D正确。 故选ABD。 【例7】（25-26高二下·全国·随堂练习）“新材料”是相对于传统材料而言的。新材料的使用对推动社会的进步正在发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述正确的是（　　） A．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料 B．“半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片 C．所有的晶体管和集成电路都是由硅材料制成的 D．低损耗的光导纤维是现代光纤通信的重要材料 【答案】ABD 【详解】A．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料，故A正确； B．手机、电视机、电脑的元件及芯片都应用了“半导体材料”，B正确； C．制做晶体管和集成电路的主要材料是硅和砷化镓，故C错误； D．光导纤维的能耗很低，低损耗的光导纤维是现代光纤通信的重要材料，故D正确。 故选ABD。 【例8】（24-25高二下·江苏徐州·期末）如图所示为某氮化镓（GaN）单晶体的空间结构。该单晶体在某一晶面方向的热导率显著高于其他方向。由此可推断该单晶体（　　） A．内部原子排列无周期性 B．有导热的各向同性 C．几何外形无规则 D．有固定的熔点 【答案】D 【详解】A．由题图可知，该单晶体部原子排列有周期性，故A错误； B．该单晶体在某一晶面方向的热导率显著高于其他方向，所以该单晶体有导热的各向异性，故B错误； CD．单晶体具有规则的几何外形，有固定的熔点，故C错误，D正确。 故选D。 【例9】（25-26高二下·全国·课前预习）晶体的微观结构 (1)晶体的点阵结构：组成晶体的分子、原子、离子等微粒，在晶体内部的空间形成的______、_____排列的结构，称为晶体的点阵结构。 (2)晶体物理性质表现出各向异性的原因：晶体内部在不同方向上微粒排列的情况______。 (3)同一种物质微粒可以形成不同的________，从而表现出不同的物理性质。如金刚石、石墨和足球烯都是由碳原子构成的，但它们的性质差异很大。 【答案】(1) 周期性的 有规律 (2)不同 (3)晶体结构 【详解】（1）[1][2]晶体的点阵结构：组成晶体的分子、原子、离子等微粒，在晶体内部的空间形成的周期性的、有规律排列的结构，称为晶体的点阵结构。 （2）晶体物理性质表现出各向异性的原因：晶体内部在不同方向上微粒排列的情况不同； （3）同一种物质微粒可以形成不同的晶体结构，从而表现出不同的物理性质。 【例10】（25-26高二下·全国·课堂例题）观察对比图中金刚石、石墨、富勒烯和石墨烯的微观结构，回答下列问题。 (1)它们的物理性质是否有很大差异，为什么？ (2)单晶体和多晶体的微观结构有什么区别？图中金刚石和富勒烯分别是单晶体还是多晶体？ (3)组成各种物质的微粒都在图中的位置是否不动？为什么？ (4)图中小球所在的位置表示什么？ 【答案】(1)它们的物理性质有很大差异。原因是它们的结构不同。 (2)单晶体和多晶体微观结构区别：单晶体的原子排列具有长程有序性，原子在三维空间按一定规则周期性重复排列；多晶体是由许多小的单晶体（晶粒）组成，晶粒内部原子排列有序，但晶粒之间排列无序。金刚石、富勒烯均是单晶体。 (3)组成各种物质的微粒不是在图中的位置不动。因为根据分子动理论，一切物质的分子都在不停地做无规则运动，固体中的原子或分子也在其平衡位置附近做热振动 ，温度越高，振动越剧烈，并非固定不动。 (4)图中小球所在的位置表示原子的中心位置（或原子的平衡位置 ），用来示意碳原子在这些物质微观结构中的空间位置分布情况。 【详解】（1）它们的物理性质有很大差异。原因是物质的结构决定性质，金刚石、石墨、富勒烯和石墨烯中碳原子的排列方式不同 。金刚石中碳原子呈正四面体空间网状结构，原子间作用力强，硬度大、熔点高；石墨中碳原子呈层状排列，层间作用力弱，质软、能导电；富勒烯中碳原子组成类似足球的笼状结构；石墨烯是单层碳原子组成的二维蜂窝状晶格结构，这些不同结构导致它们物理性质差异显著。 （2）单晶体和多晶体微观结构区别：单晶体的原子排列具有长程有序性，原子在三维空间按一定规则周期性重复排列；多晶体是由许多小的单晶体（晶粒）组成，晶粒内部原子排列有序，但晶粒之间排列无序。金刚石原子排列具有长程有序性，是单晶体；富勒烯中分子结构固定且规则，每个富勒烯分子中原子排列有序，从整体看富勒烯也是单晶体。 （3）组成各种物质的微粒不是在图中的位置不动。因为根据分子动理论，一切物质的分子都在不停地做无规则运动，固体中的原子或分子也在其平衡位置附近做热振动 ，温度越高，振动越剧烈，并非固定不动。 （4）图中小球所在的位置表示原子的中心位置（或原子的平衡位置 ），用来示意碳原子在这些物质微观结构中的空间位置分布情况。 第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $