4.固体（导学案）物理人教版选择性必修第三册

第4节 固体 物理观念：建立晶体、非晶体的概念，理解固体微观结构与宏观性质的联系，从分子动理论角度解释固体特性。 科学思维：通过对比晶体与非晶体的性质差异，推导微观结构与宏观表现的对应规律，提升模型建构与逻辑推理能力。 科学探究：设计晶体熔化实验，探究单晶体的各向异性，提升从实验现象推导微观规律的探究能力。 科学态度与责任：联系生活中晶体、非晶体材料的应用，体会理论指导实践的思想，增强科学服务社会的责任感。 1.晶体与非晶体的宏观性质差异，单晶体、多晶体的结构特点与性质规律(重点)。 2.晶体微观结构与宏观特性的对应关系，空间点阵模型的物理意义(重点)。 3.从分子动理论角度解释晶体各向异性的微观本质，区分晶体与非晶体的微观结构差异(重点)。 【知识回顾】 第3节 气体的等压变化和等容变化 一、气体的等压变化 1.等压变化：一定质量的某种气体，在 不变时， 随温度变化的过程。 2.气体等压变化的图像 如图所示，在V－T图像中，等压线是一条 的直线。 二、气体的等容变化 1.等容变化：一定质量的某种气体，在 不变时， 随温度变化的过程。 2.气体等容变化图像(如图所示) (1)图甲p－T图像中的等容线是一条 。 (2)图乙p－t图像中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于 。 (3)无论p－T图像还是p－t图像，都能根据斜率判断气体体积的大小，斜率越大，体积越小。 3.查理定律 (1)内容：一定 的某种气体，在 不变的情况下，压强p与热力学温度T成 。 (2)表达式：p＝CT(C是常量)或＝。 (3)适用条件：气体的 一定， 不变。 (4)查理定律的推论 表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量Δp与热力学温度的变化量ΔT成正比。 三、理想气体 1.内容：一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管其压强p、体积V和温度T都可能改变，但压强p跟体积V的乘积与热力学温度T之比却 。 2.理想气体的状态方程： ＝C(常量)或＝ 。 成立条件：一定质量的理想气体。 四、气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律的微观解释 一定质量的某种理想气体， 保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度 ，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就 。 2.盖－吕萨克定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能 ；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。 3.查理定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能 ，气体的压强就 。 【自主预习】 第4节 固体 一、晶体和非晶体 1.固体的分类 (1)晶体： 、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等。 (2)非晶体： 、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。 2.晶体和非晶体的比较 (1)单晶体 天然规则的几何形状，非晶体 天然规则的几何形状。 (2)晶体具有确定的 ，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 。 3.多晶体 一些固体由许多小的晶粒(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，也不显示各向 ，仅保留了在一定压强下具有确定 的特征。 二、晶体的微观结构 1.组成晶体的原子(或分子、离子)，按照一定的规则排列，具有空间上的 。 2.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。 3.在不同条件下，组成同种物质的微粒按照 在空间分布，可以生成不同的晶体，例如，石墨和金刚石。有些晶体在 可以转化为非晶体，例如天然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。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。 思考与讨论1 一、晶体和非晶体 1.通过观察，同学们发现它们具有什么特点？ 2.固体根据其外形特点可以分为两类，它们分别是什么？阅读教材第31页，并给出定义。 3.某人为了检验一块薄片物质是否为晶体，做了一个实验。他以薄片的正中央O点为坐标原点，建立xOy平面直角坐标系，在两个坐标轴上分别取两点x1和y1，使x1和y1到O点的距离相等。在x1和y1上分别固定一个测温元件，再把一个针状热源放在O点，发现x1点和y1点的温度在缓慢升高，但两点温度的高低没有差异。于是得出结论：这块薄片是非晶体。请说明：以上结论科学吗？为什么？ 【例1】(2024·扬州市高二期中)如图所示为方解石的双折射现象的照片，关于方解石的说法正确的是  A.是多晶体 B.具有固定的熔点 C.导电等性能也一定是各向异性 D.没有规则的几何形状 【例2】(2025·唐山市开滦第二中学高二月考)在图甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用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(b)所示，以下说法正确的是  A.甲为单晶体 B.乙为非晶体 C.丙为多晶体 D.甲、丙为非晶体，乙为晶体 思考与讨论2 二、晶体的微观结构 1.石墨和金刚石的微观结构。它们的微观结构分别具有怎样的特点呢？ 2.晶体和非晶体之间是否可以相互转化呢？试举例说明。（可回答教材中的例子） 【例3】下列关于固体的叙述，正确的是 A.晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列 B.多晶体内部的分子排列是不规则的 C.同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质 D.石墨的硬度比金刚石差得多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布 【例4】(2024·南通市高二期末)食盐是生活中不可缺少的调味品，如图是食盐中氯离子和钠离子的分布示意图。则 A.氯离子和钠离子是静止不动的 B.离子的空间点阵分布特点说明食盐是晶体 C.盐粒受潮粘在一起形成的盐块是非晶体 D.食盐加热熔化过程中分子平均动能增加 1.关于晶体，以下说法正确的是(　　) A. 晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同 B. 晶体一定有规则的几何形状，但其物理性质不一定都是各向异性的 C. 晶体熔化时温度不变，但内能变化 D. 由同一种化学成分形成的物质只能以一种晶体结构的形式存在 2.“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，石英晶体上下表面间的压电效应与对应侧面间的不同。则石英晶体(　　) A. 没有确定的熔点 B. 制成的传感器可测定压力大小 C. 是各向同性的 D. 是多晶体 3.食盐是生活中不可缺少的调味品，右图是食盐中氯离子和钠离子的分布示意图。则（　　） A. 氯离子和钠离子是静止不动的 B. 离子的空间点阵分布特点说明食盐是晶体 C. 盐粒受潮粘在一起形成的盐块是非晶体 D. 食盐加热熔化过程中分子平均动能增加 4.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　) A. 晶体熔化时具有确定的熔点 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，则该固体球一定是单晶体 D. 晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的 5.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 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 固体 物理观念：建立晶体、非晶体的概念，理解固体微观结构与宏观性质的联系，从分子动理论角度解释固体特性。 科学思维：通过对比晶体与非晶体的性质差异，推导微观结构与宏观表现的对应规律，提升模型建构与逻辑推理能力。 科学探究：设计晶体熔化实验，探究单晶体的各向异性，提升从实验现象推导微观规律的探究能力。 科学态度与责任：联系生活中晶体、非晶体材料的应用，体会理论指导实践的思想，增强科学服务社会的责任感。 1.晶体与非晶体的宏观性质差异，单晶体、多晶体的结构特点与性质规律(重点)。 2.晶体微观结构与宏观特性的对应关系，空间点阵模型的物理意义(重点)。 3.从分子动理论角度解释晶体各向异性的微观本质，区分晶体与非晶体的微观结构差异(重点)。 【知识回顾】 第3节 气体的等压变化和等容变化 一、气体的等压变化 1.等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程。 2.气体等压变化的图像 如图所示，在V－T图像中，等压线是一条过原点的直线。 二、气体的等容变化 1.等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度变化的过程。 2.气体等容变化图像(如图所示) (1)图甲p－T图像中的等容线是一条过原点的倾斜直线。 (2)图乙p－t图像中的等容线不过原点，但反向延长线交t轴于－273.15__℃。 (3)无论p－T图像还是p－t图像，都能根据斜率判断气体体积的大小，斜率越大，体积越小。 3.查理定律 (1)内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。 (2)表达式：p＝CT(C是常量)或＝。 (3)适用条件：气体的质量一定，体积不变。 (4)查理定律的推论 表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量Δp与热力学温度的变化量ΔT成正比。 三、理想气体 1.内容：一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管其压强p、体积V和温度T都可能改变，但压强p跟体积V的乘积与热力学温度T之比却保持不变。 2.理想气体的状态方程：＝C(常量)或＝。 成立条件：一定质量的理想气体。 四、气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。 2.盖－吕萨克定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。 3.查理定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。 【自主预习】 第4节 固体 一、晶体和非晶体 1.固体的分类 (1)晶体：石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等。 (2)非晶体：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。 2.晶体和非晶体的比较 (1)单晶体有天然规则的几何形状，非晶体没有天然规则的几何形状。 (2)晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度；某些单晶体的物理性质表现为各向异性，非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，表现为各向同性。 3.多晶体 一些固体由许多小的晶粒(单晶体)组成，这些小的单晶体的取向杂乱无章，把它称为多晶体，它没有确定的几何形状，也不显示各向异性，仅保留了在一定压强下具有确定熔点的特征。 二、晶体的微观结构 1.组成晶体的原子(或分子、离子)，按照一定的规则排列，具有空间上的周期性。 2.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。 3.在不同条件下，组成同种物质的微粒按照不同规则在空间分布，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。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。 思考与讨论1 一、晶体和非晶体 1.通过观察，同学们发现它们具有什么特点？ 答案 食盐颗粒总是呈现立方体形，松香颗粒没有规则的几何外形。 2.固体根据其外形特点可以分为两类，它们分别是什么？阅读教材第31页，并给出定义。 答案 固体可以分为晶体和非晶体两类。晶体具有规则的几何形状，非晶体没有规则的几何形状。 3.某人为了检验一块薄片物质是否为晶体，做了一个实验。他以薄片的正中央O点为坐标原点，建立xOy平面直角坐标系，在两个坐标轴上分别取两点x1和y1，使x1和y1到O点的距离相等。在x1和y1上分别固定一个测温元件，再把一个针状热源放在O点，发现x1点和y1点的温度在缓慢升高，但两点温度的高低没有差异。于是得出结论：这块薄片是非晶体。请说明：以上结论科学吗？为什么？ 答案 不科学。实验说明该均匀薄片在x、y两个方向上导热性能相同，但不能因此就确定这块薄片是非晶体，因为晶体也有可能在导热性能上表现为各向同性，而在其他性质上表现为各向异性；此外，由于多晶体具有各向同性，该薄片也有可能是多晶体。 【例1】(2024·扬州市高二期中)如图所示为方解石的双折射现象的照片，关于方解石的说法正确的是  A.是多晶体 B.具有固定的熔点 C.导电等性能也一定是各向异性 D.没有规则的几何形状 【解析】光在晶体中的双折射现象就是光学各向异性的表现，所以题图中方解石的双折射现象说明方解石是单晶体，故A错误；方解石是单晶体，具有固定的熔点和规则的几何形状，故B正确，D错误；单晶体具有各向异性，但不是所有性能都具有各向异性，C错误。 【例2】(2025·唐山市开滦第二中学高二月考)在图甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用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(b)所示，以下说法正确的是  A.甲为单晶体 B.乙为非晶体 C.丙为多晶体 D.甲、丙为非晶体，乙为晶体 【解析】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。 思考与讨论2 二、晶体的微观结构 1.石墨和金刚石的微观结构。它们的微观结构分别具有怎样的特点呢？ 答案 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，沿着这个方向容易把石墨一层层地剥下。石墨的层状结构决定了它的质地松软，可以用来制作粉状润滑剂，也可以用来制作铅笔芯。 金刚石中碳原子形成四面体型结构，原子间距离较小，相互作用很强，所以金刚石有很大的硬度，可以用来切割玻璃。如果把它装在钻探机的钻头上，能够钻入坚硬的岩石内。 2.晶体和非晶体之间是否可以相互转化呢？试举例说明。（可回答教材中的例子） 答案 一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的。同样，有些非晶体在一定的条件下可以转化为晶体。将非晶半导体物质在一定温度下热处理，可以得到相应的晶体。非晶态的玻璃经过加热冷却反复处理，可使其结构有序化，变为多晶体。 【例3】下列关于固体的叙述，正确的是 A.晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列 B.多晶体内部的分子排列是不规则的 C.同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质 D.石墨的硬度比金刚石差得多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布 【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是否具有各向异性，故A正确；由晶体的微观结构特点可知，晶体内部的分子是有规则地、周期性地在空间排列，故B错误；同种元素的原子按不同结构排列有不同的物理性质，故C错误；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原子间的作用力比较弱，所以石墨质地柔软，而金刚石的网状结构决定了碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度，故D错误。 【例4】(2024·南通市高二期末)食盐是生活中不可缺少的调味品，如图是食盐中氯离子和钠离子的分布示意图。则 A.氯离子和钠离子是静止不动的 B.离子的空间点阵分布特点说明食盐是晶体 C.盐粒受潮粘在一起形成的盐块是非晶体 D.食盐加热熔化过程中分子平均动能增加 【解析】食盐晶体中的氯离子和钠离子并不是像题中结构图上所画的那些点一样静止不动的，它们时刻都在不停地振动，结构图中所画的那些点是它们的平衡位置，故A错误；离子的空间点阵分布特点说明食盐形状规则，即食盐是晶体，故B正确；盐粒受潮粘在一起形成的盐块，形状不规则，但仍然是晶体，故C错误；食盐加热熔化过程中温度不变，所以分子平均动能不变，故D错误。 1.关于晶体，以下说法正确的是(　　) A. 晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同 B. 晶体一定有规则的几何形状，但其物理性质不一定都是各向异性的 C. 晶体熔化时温度不变，但内能变化 D. 由同一种化学成分形成的物质只能以一种晶体结构的形式存在 【解析】单晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不相同，因此才会出现各向异性，A错误；单晶体有规则的几何形状和各向异性，而多晶体没有规则的几何形状，也不具备各向异性，B错误；晶体熔化时吸收热量，温度保持不变，即分子的平均动能保持不变，但分子势能增大，内能增加，C正确；由同一种化学成分形成的物质也可能以几种晶体结构的形式存在，D错误。 2.“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，石英晶体上下表面间的压电效应与对应侧面间的不同。则石英晶体(　　) A. 没有确定的熔点 B. 制成的传感器可测定压力大小 C. 是各向同性的 D. 是多晶体 【解析】由题意知，石英晶体具有各向异性的压电效应，可制成的传感器可测定压力大小，晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，石英是单晶体，有确定的熔点，有确定的几何形状。故选B。 3.食盐是生活中不可缺少的调味品，右图是食盐中氯离子和钠离子的分布示意图。则（　　） A. 氯离子和钠离子是静止不动的 B. 离子的空间点阵分布特点说明食盐是晶体 C. 盐粒受潮粘在一起形成的盐块是非晶体 D. 食盐加热熔化过程中分子平均动能增加 【解析】食盐晶体中的氯离子和钠离子并不是像结构图上所画的那些点一样静止不动的，它们时刻都在不停地振动，结构图中所画的那些点是它们的平衡位置，故A错误；离子的空间点阵分布特点说明食盐是晶体，故B正确；盐粒受潮粘在一起形成的盐块，形状不规则，但仍然是晶体，故C错误；食盐加热熔化过程中，温度不变，内能增加，所以分子平均动能不变，故D错误。 4.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　) A. 晶体熔化时具有确定的熔点 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，则该固体球一定是单晶体 D. 晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的 【解析】晶体具有确定的熔点，故A正确；多晶体和非晶体都具有各向同性，一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片可能是多晶体，也可能是非晶体，故B错误；单晶体具有各向异性，一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该固体球一定是单晶体，故C正确；晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的，例如天然石英是晶体，熔化后再凝固的水晶是非晶体，故D正确。 5.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。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $