2024-2025学年高中物理第九章固体液体和物态变化1固体学案新人教版选修3-3

PAGE8-固体一、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．2．单晶体具有确定的几何形态，多晶体和非晶体没有确定的几何形态；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．由于多晶体是很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态，铁块是非晶体吗？提示：铁块虽然没有规则的几何形态，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，使人类第一次视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)都是依据肯定的规则排列的，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依据不同规则在空间分布．如碳原子假如依据图甲那样排列，就成为石墨，而依据图乙那样排列，就成为金刚石．3．同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说，物质是晶体还是非晶体，并不是肯定的．晶体与非晶体在肯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1．单晶体的特性(1)具有自然的规则外形．这种规则的外形不是人工造成的．(2)物理性质各向异性．这是单晶体区分于非晶体和多晶体最重要的特性，是推断单晶体最主要的依据．(3)具有肯定的熔点．单晶体在这一点上和多晶体没有区分．从宏观上区分晶体和非晶体的重要依据是看有无肯定的熔点．2．多晶体和非晶体(1)多晶体虽无自然规则的几何形态，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态，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分．(2)多晶体与非晶体在宏观上的区分在于多晶体具有肯定的熔点，非晶体则没有．例如很多同学认为玻璃应是多晶体，但试验证明玻璃没有肯定的熔点，故应是非晶体．3．单晶体、多晶体及非晶体(1)单晶体与多晶体简单混淆，它们的共同特点是都有肯定的熔点．它们的主要区分是有无自然规则外形、物理性质各向同性还是各向异性．(2)多晶体与非晶体简单混淆．它们的共同特点是都没有自然规则外形，都具有各向同性．它们的主要区分在于有无肯定的熔点．4．晶体与非晶体的图表比较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晶体和非晶体在肯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．晶体有什么特别的物理性质呢？【解析】推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，如全部的金属都是晶体，这一规律在推断时就很有用．【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推断方法：(1)能够由是否具有自然规则外形来推断固体是单晶体还是非晶体(或多晶体)．(2)能够依据各向异性与各向同性来推断固体是单晶体还是非晶体(或多晶体)．(3)能够依据是否有固定熔点来推断固体是晶体还是非晶体．某球形固体物质，其各向导热性能相同，则该物质(B)A．肯定是非晶体B．可能具有确定的熔点C．肯定是单晶体，因为它有规则的几何外形D．肯定不是单晶体，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推断是否是单晶体的依据，应当说，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；因为单晶体区分于多晶体和非晶体在于其某种物理性质上的各向异性，并不肯定全部的物理性质都表现为各向异性，因此，D选项错误．考点二用微观结构理论说明晶体的特性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)，依照肯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肯定的平衡位置旁边不停地做微小的振动．(4)晶体微观结构的空间点阵组成晶体的物质微粒依据肯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，并说明为什么晶体具有规则的几何形态和各向异性的物理性质．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)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．3．各向异性的微观说明如图所示为在一个平面上晶体物质微粒的排列状况．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状况不同，才引起单晶体的不同方向上物理性质的不同．4．对晶体具有确定熔点的说明给晶体加热到肯定温度时，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，晶体起先熔化，熔化时晶体汲取的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生改变．【例2】右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相互垂直的方向上，都是等距离地交织排列的．已知食盐的摩尔质量是58.5g/mol，食盐的密度是2.2g/cm3，阿伏加德罗常数为6.0×1023mol－1，试估算食盐晶体中两个最近的钠离子中心间的距离．【解析】1mol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＝eq\f(M,ρ)，所以一个离子所占的体积为：V0＝eq\f(V,2NA)＝eq\f(M,2NAρ).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＝eq\r(3,V0)＝eq\r(3,\f(M,2NAρ)).而最近的两个钠离子中心间的距离：r＝eq\r(2)d＝eq\r(2)·eq\r(3,\f(M,2NAρ))＝1.41×eq\r(3,\f(58.5×10－3,2×6.0×1023×2.2×103))m＝4×10－10m.【答案】4×10－10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eq\r(2)倍就是两个最近的钠离子(也是氯离子)中心间的距离．(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探讨．他们通过透亮胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度渐渐减小，最终找寻到了厚度只有0.34nm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，依据以上信息和已学学问推断，下列说法中正确的是(CD)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．他们是通过物理改变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改变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随意形态，所以是非晶体B．同一种物质只能形成一种晶体C．单晶体的全部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态解析：全部的金属都是晶体，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态，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态，D正确．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态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态，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匀称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，依据电阻定律R＝ρeq\f(l,S)可知，沿O1O′1和O2O′2方向的电阻之比应为41，而测量结果是R1＝2R2，说明沿O1O′1和O2O′2方向电阻率不同，此样品肯定是单晶体．4．(多选)对下列几种固体物质的相识，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．自然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的