2020-2021学年物理人教版选修3-3课件：9-1 固体

考点二 用微观结构理论解释晶体的特性
1．晶体的微观结构的特点 (1)组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)，依照一定的规 律在空间中整齐地排列． (2)晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以 克服它们的相互作用而远离． (3)微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附观结构的空间点阵 组成晶体的物质微粒按照一定的规律在空间中排成整齐的 行列，构成所谓的空间点阵，可用空间点阵来描述晶体的结构， 并解释为什么晶体具有规则的几何形状和各向异性的物理性 质．
4．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．
【例 2】 下图为食盐晶体结构示意图，食盐的晶体是由钠 离子(图为 )和氯离子(图中 )组成的，这两种离子在空间中三个互 相垂直的方向上，都是等距离地交错排列的．已知食盐的摩尔 质量是 58.5 g/mol，食盐的密度是 2.2 g/cm3，阿伏加德罗常数为 6.0×1023 mol－1，试估算食盐晶体中两个最近的钠离子中心间的 距离．
1．单晶体的特性 (1)具有天然的规则外形．这种规则的外形不是人工造成的． (2)物理性质各向异性．这是单晶体区别于非晶体和多晶体 最重要的特性，是判断单晶体最主要的依据． (3)具有一定的熔点．单晶体在这一点上和多晶体没有区 别．从宏观上区分晶体和非晶体的重要依据是看有无一定的熔 点．
2．多晶体和非晶体 (1)多晶体虽无天然规则的几何形状，物理性质各向同性， 但组成多晶体的晶粒都有规则的几何形状，每一个晶粒都具有 单晶体的特征和物理性质．这是多晶体和非晶体在内部结构上 的区别． (2)多晶体与非晶体在宏观上的区别在于多晶体具有一定的 熔点，非晶体则没有．例如很多同学认为玻璃应是多晶体，但 实验证明玻璃没有一定的熔点，故应是非晶体．
2．晶体各向异性的表现 在物理性质上，单晶体具有各向异性，而非晶体及多晶体 则是各向同性的． 通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性 能、光的折射性能等． 单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上物理性质不 同，也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性能时测量结果不 同． 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只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体. 2只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非 晶体. 3晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化. 4金属是多晶体，所以它是各向同性的.
【例 1】 下列物质哪些是晶体，哪些是非晶体？ 铁、橡胶、玻璃、食盐、云母、塑料．
1．非晶体会有规则的几何外形吗？ 2．各向异性是单晶体和多晶体的共有性质吗？ 3．晶体有什么特殊的物理性质呢？
第九章
固体、液体和物态变化
1 固体
01课前自主学习 03课堂效果检测
02课堂考点演练 课时作业
一、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__．____
解析：所有的金属都是晶体，因而黄金也是晶体，只是因为 多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形 状，A 错误；同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金刚 石和石墨两种晶体，故 B 错误；单晶体的物理性质各向异性是有 些物理性质各向异性，有些物理性质各向同性，故 C 错误；玻璃 是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D 正确．
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．如碳原子 如果按照图甲那样排列，就成为___石__墨_______，而按照图乙那 样排列，就成为__金__刚__石__．____
3．同种物质可能以____晶__体______和___非__晶__体_____两种不同
2．单晶体具有____确__定______的几何形状，多晶体和非晶体 没 有 ___确__定_______ 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，这叫做_各__向__同__性__．___由
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
解析：石墨、石墨烯、金刚石都为晶体，且都为单质，A、 B 错误，C 正确；两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨 烯的，D 正确．
1．下列说法中正确的是( D ) A．黄金可以切割加工成任意形状，所以是非晶体 B．同一种物质只能形成一种晶体 C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的 D．玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状
【解析】 判断晶体与非晶体的依据是看它们有无确定的熔 点，同时还要知道一些常见的晶体、非晶体，如所有的金属都是 晶体，这一规律在判断时就很有用．
【答案】 属于晶体的有：铁、食盐、云母；属于非晶体的 有：橡胶、玻璃、塑料．
总结提能 晶体与非晶体的判断方法： (1)能够由是否具有天然规则外形来判断固体是单晶体还是 非晶体(或多晶体)． (2)能够根据各向异性与各向同性来判断固体是单晶体还是 非晶体(或多晶体)． (3)能够根据是否有固定熔点来判断固体是晶体还是非晶 体．
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．
铁块没有规则的几何形状，铁块是非晶体吗？ 提示：铁块虽然没有规则的几何形状，但属于晶体．
二、晶体的微观结构
1．1982 年，扫描隧道显微镜的问世，使人类第一次观察到
原子在物质表面的排列状况．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．有一块长方形的铜条，以下是有关它的三种说法： ①这是一块单晶体，因为它有规则的几何形状 ②这是一块多晶体，因为它内部的分子排列是不规则的 ③这是一块非晶体，因为它的物理性质是各向同性的 这三种说法中( D ) A．①②是错的 B．②③是错的 C．①③是错的 D．都是错的
解析：铜条虽具有规则的几何形状，但它是多晶体，其分子 排列是规则的，但构成多晶体的颗粒的排列是不规则的，所以选 D.
3.一块密度和厚度都均匀分布的矩形被测样品，长 AB 是宽 AC 的两倍，如图所示．若用多用电表沿两对称轴 O1O1′和 O2O2′测其电阻，阻值关系为 R1＝2R2，则这块样品可能是( A )
A．单晶体 B．多晶体 C．非晶体 D．以上说法全错
解析：设该样品沿各方向电阻率相同，根据电阻定律 R＝ρSl 可知，沿 O1O′1 和 O2O′2 方向的电阻之比应为 ，而测量结 果是 R1＝2R2，说明沿 O1O′1 和 O2O′2 方向电阻率不同，此样 品一定是单晶体．
(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，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究．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，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 息和已学知识判断，下列说法中正确的是( CD )
某球形固体物质，其各向导热性能相同，则该物质( B ) A．一定是非晶体 B．可能具有确定的熔点 C．一定是单晶体，因为它有规则的几何外形 D．一定不是单晶体，因为它具有各向同性的物理性质
解析：导热性能各向相同的物体可能是非晶体，也可能是晶 体，因此，A 选项错误；晶体具有确定的熔点，因此 B 选项正确； 物体的外形是否规则不是判断是否是单晶体的依据，应该说，单 晶体具有规则的几何外形是“天生”的，而多晶体和非晶体也可 以有规则的几何外形，当然，这只能是“后天”人为加工的，因 此 C 选项错误；因为单晶体区别于多晶体和非晶体在于其某种物 理性质上的各向异性，并不一定所有的物理性质都表现为各向异 性，因此，D 选项错误．
3．各向异性的微观解释 如图所示为在一个平面上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，才引起单晶体的不同方向上物理性质的不同．
(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各向异性——沿不同方 向的折射率不同．
解析：晶体都有固定的熔点，多晶体和非晶体均表现各向同性．
温馨 提 示
请 做：课时作业 10
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解析：晶体都具有固定的熔点，选项 A 正确；蜂蜡是非晶体， 选项 B 错误；晶体的微粒在空间的排列是规则的，选项 C 错误； 石墨和金刚石的物质微粒排列结构不同，导致了它们的物理性质 不同，选项 D 正确．
5．下列物质：云母、食盐、蜂蜡、橡胶、铜，其中具有固 定熔化温度的有__云__母__、__食__盐__、__铜____；物理性质表现为各向同 性的有__蜂_蜡__、__橡__胶__、__铜__．___
【解析】 1 mol 食盐中有 NA 个氯离子和 NA 个钠离子，离 子总数为 2NA，因而摩尔体积 V 与摩尔质量 M 与物质密度 ρ 的 关系为：V＝Mρ ，所以一个离子所占的体积为：
V0＝2NVA＝2NMAρ. 由图可知 V0 就是图中每八个离子所确定的立方体的体积，
此立方体的边长 d＝3 V0＝ 3
4．(多选)对下列几种固体物质的认识，正确的有( AD ) A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体 B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂 蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体 C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间 的排列不规则 D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质 微粒排列结构不同
3．单晶体、多晶体及非晶体 (1)单晶体与多晶体容易混淆，它们的共同特点是都有一定 的熔点．它们的主要区别是有无天然规则外形、物理性质各向 同性还是各向异性． (2)多晶体与非晶体容易混淆．它们的共同特点是都没有天 然规则外形，都具有各向同性．它们的主要区别在于有无一定 的熔点．
4．晶体与非晶体的图表比较
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 ． 晶 体 与 非 晶 体 在 一 定 条 件 下 可 以 相 互 ___转__化__．_____
石墨和金刚石都是由碳原子组成的，为什么石墨很软，而 金刚石却很坚硬呢？
提示：金刚石和石墨中的碳原子排列规则不同．
考点一 晶体和非晶体的比较
M 2NAρ.
而最近的两个钠离子中心间的距离：
r＝
2d＝
3 2·
M 2NAρ
3 ＝1.41×
58.5×10－3 2×6.0×1023×2.2×103
m＝4×10－10 m.
【答案】 4×10－10 m
总结提能 食盐晶体是由氯离子与钠离子构成的，每一个离 子都占据一个立方体空间，该立方体的边长的 2倍就是两个最 近的钠离子(也是氯离子)中心间的距离．