高中物理第九章1固体教学案含解析新人教版选修3_3

1固体
[学习目标] 1.知道什么是晶体和非晶体、单晶体和多晶体. 2.知道晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别. (重点) 3.用晶体的微观结构特点来解释晶体外形的规则性和物理性质的各向异性．(难点)
知识点一晶体和非晶体
1．分类
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．区别
[
某固体没有确定的形状，怎样判断是非晶体还是多晶体？
【提示】若固体有固定熔点即为多晶体，反之为非晶体．
[判断]
1．只有单晶体才有天然规则的几何形状．(√)
2．单晶体和多晶体物理性质都表现为各向异性．(×)
3．单晶体和多晶体都有确定的熔点．(√)
知识点二晶体的微观结构
1．规则性
单晶体的原子(分子、离子)都是按照各自的规则排列，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．
[思考]
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】金刚石中碳原子的作用力很强，而石墨中网层之间的碳原子间的作用力很弱，
所以金刚石很坚硬，石墨却很松软．
[判断]
1．晶体内部的微粒都是按照各自的规则排列的．(√)
2．石墨和金刚石的微观结构是相同的．(×)
3．有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．(√)
考点一晶体和非晶体的比较(深化理解)
1．单晶体、多晶体及非晶体的区别与联系：
(1)区别：
(2)联系：在一定条件下，晶体可以变为非晶体，非晶体也可以变为晶体．
2．正确理解单晶体的各向异性：
(1)在物理性质上，单晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的．
①单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质不同，也就是沿不同方向去测
试单晶体的物理性能时，测试结果不同．
②通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等．
(2)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．
【例题1】下列说法中正确的是( )
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
【规律总结】判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法区分晶体和非晶体的方法是看其有无确定的熔点，晶体具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，仅从各向同性或几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体．区分单晶体和多晶体的方法是看其是否具有各向异性，单晶体表现出各向异性，而多晶体表现出各向同性．【及时训练】1．(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
A．有规则的几何外形的固体一定是晶体
B．晶体在物理性质上一定是各向异性的
C．晶体熔化时具有一定的熔点
D．晶体和非晶体在适当的条件下是可能相互转化的
【答案】CD
2．在图甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡，由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丁所示，以下说法正确的是 ( )
A．甲、乙为非晶体，丙是晶体
B．甲、乙为晶体，丙是非晶体
C．甲、丙为非晶体，乙是晶体
D．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体
【答案】 D
考点二晶体的微观结构(深化理解)
1．对各向异性的微观解释
如图9­1­2所示，这是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，才引起晶体的不同方向上物理性质的不同．
2．对熔点的解释
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．
3．有的物质有几种晶体的解释
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．
【例题2】关于石墨和金刚石的区别，下面说法正确的是( )
A．石墨和金刚石是同种物质微粒组成的空间结构相同的晶体
B．金刚石晶体结构紧密，所以质地坚硬，石墨晶体是层状结构，所以质地松软
C．石墨与金刚石是不同的物质的微粒组成的不同晶体
D．石墨导电、金刚石不导电是由于组成它们的化学元素不同
【答案】 B
【及时训练】1．(多选)晶体具有各向异性是由于( )
A．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同
B．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同
C．晶体内部结构的无规则性
D．晶体内部结构的有规则性
【答案】AD
2．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，但不增加分子势能和分子动能
【答案】 B
学法指导晶体各向异性的理解和应用
1．单晶体在某些(个)物理性质具有各向异性，而另外某些物理性质却可能具有各向同性．
2．物理性质上各向异性，则一定是单晶体，某种物理性质各向同性，则可能是非晶体、多晶体，也可能是单晶体．
【例题3】关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是( )
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，如果沿其各条直线方向的导电性能不同，则该球一定是单晶体
D．一块晶体，若其各个方向的导热性能相同，则一定是多晶体
【答案】 C
【及时训练】下列说法中错误的是( )
A．晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的
B．有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构
C．凡各向同性的物质一定是非晶体
D．晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的
【答案】 C
【课后训练】[基础练]
1．把某薄片一面涂上一层石蜡，然后用烧热的钢针接触它的反面，熔化了的石蜡呈椭圆形，那么，这薄片是( )
A．非晶体B．多晶体
C．单晶体D．无法判断
【答案】 C
2．(多选)国家游泳中心——水立方，像一个透明的水蓝色的“冰块”，透过它游泳池中心内部设施尽收眼底．这种独特的感觉就源于建筑外墙采用了一种叫做ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚物)的膜材料．这种膜材料属于非晶体，那么它具有的特性是( ) A．在物理性质上具有各向同性
B．在物理性质上具有各向异性
C．具有一定的熔点
D．没有一定的熔点
【答案】AD
3．(多选)由同一种化学成分形成的物质( )
A．既可以是晶体，也可以是非晶体
B．是晶体就不可能是非晶体
C．可能生成几种不同的晶体
D．只可能以一种晶体结构的形式存在
【答案】AC
4．(多选)下列叙述中正确的是( )
A．晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列
B．单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排列
C．非晶体有规则的几何形状和确定的熔点
D．石墨的硬度比金刚石差很多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布
【答案】AB
5．(多选)下列说法中正确的是( )
A．化学成分相同的物质只能生成同一种晶体
B．因为石英是晶体，所以由石英制成的玻璃也是晶体
C．普通玻璃是非晶体
D．一块铁虽然是各向同性的，但它是晶体
【答案】CD
6．(多选)非晶体具有各向同性的特点是由于( )
A．非晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同
B．非晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同
C．非晶体内部结构的无规则性
D．非晶体内部结构的有规则性
【答案】BC
7．石墨和金刚石性质有很大差异，是由于( )
A．石墨是各向异性的，而金刚石是各向同性的
B．它们的化学成分不同
C．它们都是各向异性的
D．组成它们的物质微粒按不同的规则排列
【答案】 D
8．利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图象，从而可以研究物质的结构．图9­1­3所示的照片是一些晶体材料表面的STM图象，通过观察、比较，可以看到这些材料表面的原子排列有着共同的特点，这些共同的特点是：
图9­1­3
(1)________________________________________________________________；
(2)________________________________________________________________．
【答案】(1)在确定方向上原子有规律地排列，在不同方向上原子的排列规律一般不同．
(2)原子排列具有一定的对称性．
[提升练]
9．(多选)某球形固体物质，其各向导热性能相同，则该物体( )
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
【答案】BD
10．(多选)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9­1­4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．单晶体
B．多晶体
C．非晶体
D．以上说法全错
【答案】BC
11．有一块物质薄片，某人为了检验它是不是晶体，做了一个实验．他以薄片的正中央O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和y1点的温度都在缓慢升高．
甲同学说：若两点温度的高低没有差异，则该物质薄片一定是非晶体.
乙同学说：若两点温度的高低有差异，则该物质薄片一定是晶体．
请对两位同学的说法作出评价．
(1)甲同学的说法是________(填“对”或“错”)的；理由是________________________________________________________________．
(2)乙同学的说法是________(填“对”或“错”)的；理由是________________________________________________________________．【答案】(1)错因为有些晶体在导热性上也有可能是各向同性的(或两个特定方向上的同性并不能说明各个方向上都同性)
(2)对因为只有晶体才具有各向异性
12．如图9­1­5所示，试说明晶体从开始加热到全部熔化为液体的过程中能的转化情况(分熔化前、熔化时、熔化后三个阶段说明)．
【解析】(1)熔化前，晶体从外界吸收能量，主要用来增加组成点阵结构的微粒的平均动能，使物体的温度升高，其体积一般也有所增大，也有小部分能量用来增加微粒的势能．
(2)熔化时，当温度升高到熔点，点阵结构中的一部分微粒已有足够的动能，能够克服其他微粒的束缚离开平衡位置，破坏点阵结构，开始熔化．继续加热，微粒所吸收的热量不再用来增加其平均动能，而完全消耗在破坏点阵结构上，即用来增加势能．
(3)熔化后，液体吸收的能量主要转变为分子动能，只要继续加热，温度就会升高．。