人教版高中物理举一反三-选择性必修三专题2.7 固体（解析版）

专题2.7固体【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1单晶体的各向异性】 【题型2晶体和非晶体的区分】 【题型3晶体的微观结构】 【题型4综合问题】 【题型5联系实际】 【题型6熔点问题】 【题型1单晶体的各向异性】【例1】（多选）2020年，“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，石英晶体沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著，则石英晶体（）A．具有各向异性的压电效应 B．没有确定的熔点C．有确定的几何形状 D．是多晶体解析：由题意可知，石英晶体沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著，其它方向不明显，因此石英具有各向异性的压电效应，A正确；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，有规则的几何形状，BD错误，C正确。答案：AC。【变式1-1】[多选]对下列几种固体物质的认识，正确的有()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解析：选AD晶体在熔化过程中温度保持不变，食盐具有这样的特点，则说明食盐是晶体，选项A正确；蜂蜡的导热特点是各向同性的，烧热的针尖使蜂蜡熔化后呈椭圆形，说明云母片的导热特点是各向异性的，故云母片是晶体，选项B错误；天然石英表现为各向异性，则该物质微粒在空间的排列是规则的，选项C错误；石墨与金刚石皆由碳原子组成，但它们的物质微粒排列结构是不同的，选项D正确。【变式1-2】金属铝熔化成液体后通入氢气，在液态铝内产生大量气泡，冷凝后得到带有微孔的泡沫铝，如图所示。下列说法中正确的是（）A．泡沫铝是晶体，某些物理性质具有各向异性B．在冷凝过程中，气泡收缩，外界对气体做功，气体内能增加C．液态铝与氢气泡的接触面存在表面张力，将会阻碍气泡的膨胀D．由于充入了气体，泡沫铝分子间距离增大，分子间只存在分子引力【答案】C【解析】泡沫铝是晶体，但是是多晶体，表现为各向同性，A错误；在金属液体冷凝过程中，气泡收缩变小，外界对气体做功，同时温度降低，放出热量，气体内能降低，B错误；金属铝熔化成液体后通入氢气，产生大量气泡，液体表面分子间存在表面张力，液态铝表面张力将会阻碍气泡的膨胀，C正确；分子之间同时存在引力和斥力，当时，分子力表现为引力，不是只存在引力，故D错误。故选C。【变式1-3】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．它们都是各向同性的D．组成它们的物质微粒按不同的规则排列解析：选D，石墨和金刚石都由碳分子组成，但它们的物理性质不同，石墨是各向同性的，而金刚石是各向异性的，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同。答案：D。【题型2晶体和非晶体的区分】【例2】(多选)下列关于晶体以及非晶体的理解正确的是()A.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点B.单晶体具有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点C.有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布D.固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体是绝对的，是不可以相互转化的答案AC解析液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故A项正确；单晶体和多晶体都具有固定的熔点，故B项错误；有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布，例如石墨和金刚石，故C项正确；固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体不是绝对的，是可以相互转化的；例如天然石英是晶体，熔融过的石英是非晶体；把晶体硫加热熔化(温度超过300℃)再倒入冷水中，会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又会转化为晶体硫，故D项错误。【变式2-1】下列说法错误的是()A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体解析：选A将一晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，A错误。单晶体具有各向异性，有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同，B正确。金刚石和石墨由同种元素构成，但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，C正确。晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化，如天然水晶是晶体，熔融过的水晶(即石英玻璃)是非晶体，也有些非晶体在一定条件下可转化为晶体，D正确。【变式2-2】(多选)下列说法正确的是()A.通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体B.液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈C.物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关D.一滴体积为V的油酸酒精溶液在水面上形成的面积为S，则油膜分子直径为eq\f(V,S)答案BC解析金属材料虽然显示各向同性，但并不意味着就是非晶体，可能是多晶体，故A错误；液体的温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈，故B正确；根据麦克斯韦统计规律可知，物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关，故C正确；体积为油酸酒精溶液的体积，非油酸体积，则油酸分子直径就不是eq\f(V,S)，故D错误。【变式2-3】关于晶体和非晶体，下列说法中错误的是（）A．同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现B．晶体有天然规则的几何形状，也有确定的熔点C．不可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体D．晶体在熔化过程中，分子平均动能不变，内能增加解析：同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，例如天然水晶与石英玻璃，A正确，不符合题意；单晶体有规则的几何形状，多晶体则没有规则的几何形状，晶体有确定的熔点，B错误，符合题意；多晶体和非晶体的物理性质表现为各向同性，单晶体某些物理性质表现为各向异性，所以不可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体，C正确，不符合题意；晶体在熔化中，晶体的温度不变，分子平均动能不变，可分子的势能增加，内能增加，D正确，不符合题意。答案：B。【题型3晶体的微观结构】【例3】石墨是碳原子按图甲排列形成的，其微观结构为层状结构。图乙为石墨烯的微观结构，单碳层石墨烯是单层的石墨，厚1毫米的石墨大概包含大约三百万层石墨烯。石墨烯是现有材料中厚度最薄、强度最高、导热性最好的新型材料。则（）A．石墨中的碳原子静止不动B．碳原子的直径大约为3×10-9mC．石墨烯碳原子间只存在分子引力D．石墨烯的熔解过程中，碳原子的平均动能不变解析：石墨中的碳原子是运动的，A错误；由意义可知单层的距离为且层与层之间有间距，B错误；石墨烯碳原子间不仅存在分子引力，同时也存在分子斥力，C错误；石墨烯是晶体，在熔解过程中，温度不变，故碳原子的平均动能不变，D正确。答案：D。【变式3-1】北京冬奥会给世界各地的人们带来了寒冬中的温暖，雪花形主火炬（图甲）的创意展现中国智慧，符合科学事实（图乙），实际上雪花的形态有很多种（图丙）。关于雪花的下列说法正确的是（）A．雪花是非晶体B．雪花具有各向异性C．0°C雪花的水分子的平均动能比0°C液态水分子的小D．雪花漫天飞舞可以作为雪花分子在做无规则运动的证据解析：根据雪花具有形状规则的几何形状，且雪花在熔化时，吸收热量温度不变，具有确定的熔点，所以雪花是单晶体，则单晶体具有各向异性的物理性质，A错误，B正确；平均动能与温度有关系，故0°C雪花的水分子的平均动能与0°C液态水分子的相同，C错误；雪花是固体颗粒，飞舞时，是宏观上的机械运动，不能说明分子在做无规则运动，D错误。答案：B。【变式3-2】食盐是我们生活中不可缺少的调味品，中国人大约在神农氏与黄帝的时期就开始煮盐。通过研究，我们知道了食盐的微观结构如图所示，则下列说法正确的是（）A．食盐晶体是正六面体形B．食盐所有的物理性质都具有各向异性C．食盐颗粒受潮粘连成食盐块时，形状不规则，是非晶体D．食盐在熔化时，要吸收热量，温度保持不变，所以内能也不变解析：食盐晶体是正六面体形，选项A正确；食盐具有各向异性，但并非所有的物理性质都具有各向异性，选项B错误；食盐颗粒受潮粘连成食盐块时，形状不规则，但仍是晶体，选项C错误；食盐在熔化时，要吸收热量，温度保持不变，所以内能增加，选项D错误。答案：A。【变式3-3】复旦大学物理系张远波教授课题组发现了一种新型二维半导体材料——黑磷，并成功制备了半导体测试材料。已知黑磷是有黑色金属光泽的半导体，是白磷在很高压强和较高温度下转化形成的。图为黑磷的微观结构，下列说法正确的是（）A．黑磷是晶体材料B．黑磷和白磷是同位素C．黑磷没有固定的熔点D．黑磷的微观各层结构都不同，每层内部结构松散解析：黑磷的微观结构呈现规则排列，具有空间上的周期性，属于晶体材料，因而具有固定的熔点，故A正确，C错误；质子数（即原子序数）相同，而中子数不同的元素互称同位素，白磷和黑鳞属于同素异型体，不属于同位素，故B错误；黑磷的微观各层结构都相同，每层内部结构紧密，故D错误。答案：A。【题型4综合问题】【例4】甲、乙、丙三种固体薄片涂上蜡，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，下列说法正确的是（）A．甲、乙为非晶体，丙是晶体B．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体C．甲、丙为非晶体，丙是晶体D．甲、乙、丙都是晶体解析：选B,由图甲、乙、丙可知，甲、乙各向同性，丙各向异性；由图丁可知，甲、丙有固定熔点，乙无固定熔点。所以甲、丙为晶体，乙为非晶体，其中甲为多晶体，丙为单晶体。故选B。【变式4-1】（多选）以下说法中正确的是（）A．有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体B．如果在液体表面任意画一条线，线两侧的液体之间的作用力表现为引力C．附着层内分子间的距离小于液体内部分子间的距离时，液体与固体之间表现为浸润D．液晶具有液体的流动性，所有物质都具有液晶态【答案】ABC【解析】晶体在一定条件下可转化为非晶体，有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体，选项A正确；液体表面层分子比内部稀疏，相互间表现为引力，选项B正确；附着层内分子间的距离小于液体内部分子间的距离时，分子间表现为斥力，使液体表面扩张，液体与固体之间表现为浸润，选项C正确；液晶具有液体的流动性，但不是所有物质都具有液晶态，选项D错误。故选ABC。【变式4-2】王亚平曾在第一次太空授课中展示了完美的“太空水球”，液晶电视图像色彩更加绚丽，解释上述现象用到的有关知识中说法正确的是（）A．表面张力能够使液体表面积收缩到最小B．表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部C．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体D．液晶的所有物理性质均表现为各向异性解析：液体由于表面张力作用，有使其表面积收缩到最小的趋势，A正确；表面张力的方向跟液面相切，垂直于液面的边界线，B错误；将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒仍然是晶体，C错误；液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，不是所有物理性质均表现各向异性，D错误。答案：A。【变式4-3】(多选)下列说法正确的是()A.当分子间距离变小时，分子间的作用力可能减小，也可能增大B.墨汁滴入水中，墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子产生化学反应而引起的C.在宇宙飞船中的水滴呈球形是因为失重的水的表面张力作用的结果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答案ACD解析当分子间距离比较大时表现为引力，当分子间距离减小时，分子引力先增大后减小；当表现为斥力时分子间距离变小时分子力增大，故A正确；墨汁的扩散运动是因为微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡引起的，故B错误；在宇宙飞船中的水滴呈球形是因为失重的水的表面张力作用的结果，故C正确；石墨和金刚石的物理性质不同是因为组成它们的物质微粒排列结构不同造成的，故D正确。【题型5联系实际】【例5】N95透明智能口罩的外观是由防水防刮的再生透明非晶体塑料制成；它的侧面设计了两个圆孔静电层区域，是为了过滤空气：口罩内含有麦克风和扬声器；口罩也可以拆开，内部配备一个充电盒，盒内也提供某非可见光，可以进行对面罩全面消毒。由以上信息判断（）A．非晶体塑料在光学现象中体现出各向异性B．静电层的过滤作用主要应用了静电吸附作用C．麦克风的工作原理是将电信号转换成声音信号D．盒内的非可见光是红外线解析：非晶体塑料在光学现象中体现出各向同性，A错误；静电层用来吸附空气中的灰尘，B正确；麦克风的工作原理是将声音信号转换成电信号，C错误；盒内的非可见光时紫外线，D错误。答案：B。【变式5-1】北京冬奥会中国科研团队打破人工造雪核心技术“冰状雪”的国家封锁，成功制造出适应大陆性季风气候特点的合格“冰状雪”。“冰状雪”可以减小雪道表面与滑雪板间的摩擦力，保证雪道表面不易变形。即使在运动员高速转向的情况下，也能保证雪道表面平整光滑。不论选手第几个出场，雪道都可以处于相对完美的状态，以此确保比赛的公平性。已知普通雪密度是每立方厘米0.1克至0.4克，而“冰状雪”密度则需要达到每立方厘米0.65克。下列说法正确的是（）A．“冰状雪”没有规则的形状是非晶体B．在同样条件下，同体积的“冰状雪”比自然雪熔化得慢C．3℃的水通过造雪机转化为雪时，需要吸收热量D．“冰状雪”熔化成水的过程中温度会不断变化解析：“冰状雪”有固定的熔点，是晶体，故A错误；“冰状雪”密度较大，在同样条件下，同体积的“冰状雪”比自然雪熔化得慢，故B正确；3℃的水通过造雪机转化为雪时，需要放出热量，故C错误；“冰状雪”是晶体，熔化成水的过程中温度不变，故D错误。答案：B。【变式5-2】石墨烯是从石墨中分离出的新材料，其中碳原子紧密结合成单层六边形晶格结构，如图所示，则（）A．石墨是非晶体B．石墨研磨成的细粉末就是石墨烯C．单层石墨烯的厚度约3μmD．碳原子在六边形顶点附近不停地振动解析：石墨是晶体，故A错误；石墨烯是石墨中提取出来的新材料，故B错误；单层石墨烯厚度约为原子尺寸，故C错误；根据分子动理论可知，固体分子在平衡点不停的振动，故D正确。答：D。【变式5-3】江苏省东海县是世界天然水晶原料集散地，有着“世界水晶之都”的美誉。天然的水晶具有规则的几何外形，如图所示。关于天然水晶，下列说法正确的是（）A．具有规则的几何外形，但是没有固定的熔点B．微观粒子的空间排列不规则C．在熔化过程中分子平均动能不变D．在光学性质上表现为各向同性【答案】C【详解】水晶是晶体，具有规则的几何外形，有固定的熔点，A错误；水晶是晶体，微观粒子的空间排列规则，B错误；水晶是晶体，有固定的熔点，在熔化过程中温度不变，分子平均动能不变，C正确；水晶是晶体，在光学性质上表现为各向异性，D错误。【题型6熔点问题】【例6】如图表示某晶体的物态变化过程，其中甲、乙、丙分别表示三种物态。下列分析正确的是（）A．甲为气态 B．甲→乙的过程需要放热C．乙→丙的过程与露珠形成过程相同 D．BC段对应的温度为该晶体的熔点解：由题图知，甲中分子相距最近，分子排列规则，分子间的作用力最大，既不易被压缩，也不容易被拉伸，所以是固态分子的排列方式；乙中分子相距较近，分子排列杂乱，分子间的作用力较弱，是液态分子的排列方式；丙中分子相距最远，分子无固定排列，分子间的作用力最弱，是气态分子的排列方式。由以上分析知，甲为固态，故A错误；.甲→乙是固态变为液态的熔化过程，需要吸收热量，故B错误；乙→丙是液态变成气态的汽化过程，露珠是水蒸气遇冷形成小水滴的液化过程，故C错误；BC段表示物体吸热或放热的温度保持不变，状态发生改变的晶体熔化（或凝固）过程，此时的温度叫晶体的熔点（或凝固点），故D正确。答案：D。【变式6-1】[多选]固体甲和固体乙在一定压强下的熔解曲线如图所示，横轴表示时间t，纵轴表示温度T。下列判断正确的有()A．固体甲一定是晶体，固体乙一定是非晶体B．固体甲不一定有确定的几何外形，固体乙一定没有确定的几何外形C．在热传导方面固体甲一定表现出各向异性，固体乙一定表现出各向同性D．固体甲和固体乙的化学成分有可能相同E．图线甲中ab段温度不变，所以甲的内能不变解析：选ABD晶体具有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，所以固体甲一定是晶体，固体乙一定是非晶体，故A正确；固体甲若是多晶体，则不一定有确定的几何外形，固体乙是非晶体，一定没有确定的几何外形，故B正确；在热传导方面固体甲若是多晶体，则不一定表现出各向异性，固体乙一定表现出各向同性，故C错误；固体甲一定是晶体，有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体，则固体甲和固体乙的化学成分有可能相同，故D正确；晶体在熔化时温度不变，但由于晶体吸收热量，内能在增大，故E错误。【变式6-2】如图所示是对某种合金连续不断地加热过程中，温度随时间变化的曲线，据图回答：(1)这种合金在固态时是不是晶体；(2)这种合金的熔点是多少；(3)熔化过程用了多少时间；(4)图中BC段表示这种合金处于什么状态。答案(1)是；(2)210℃；(3)8min；(4)固液共存解析（1）题图中BC阶段表示该合金的熔化过程，说明有一定的熔点，所以这种合金在固态时是晶体；（2）熔点为；（3）熔化过程用了（4）BC段就是这种合金的熔化过程，合金处于固、液共存状态。【变式6-3】图甲是某小