《第3章 固体、液体与新材料》试卷及答案-高中物理选择性必修 第三册-沪教版

《第3章固体、液体与新材料》试卷(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、下列关于晶体与非晶体的描述中，正确的是：A、晶体具有规则的几何形状，而非晶体没有B、晶体和非晶体都有固定的熔点C、晶体的分子排列是有序的，而非晶体的分子排列是无序的D、晶体在显微镜下可以看到单个的分子2、关于液晶的性质，以下说法错误的是：A、液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性B、液晶的分子排列比液体的分子排列更加有序C、液晶的折射率随温度的变化而变化D、液晶显示器利用了液晶的光学各向异性3、关于液体表面张力的描述，下列说法正确的是（）A.表面张力是指液体内部相互作用力的表现B.表面张力是液体表面层分子间相互作用力的表现C.表面张力使得液体表面总想要扩张D.表面张力在不同液体中没有区别4、新材料石墨烯具有以下哪种特性（）A.石墨烯是绝缘体B.石墨烯具有优异的导电性C.石墨烯不具备超导性D.石墨烯的硬度低于钢铁5、下列关于物质的三态（固态、液态、气态）转变的说法中，正确的是：A、固态物质吸热后，分子间距减小，内能减小，转变成为液态。B、液态物质放热后，分子间距增大，内能增大，转变成为气态。C、气态物质放热后，分子间距减小，内能减小，转变成为液态。D、固态物质和液态物质之间的转变称为凝华。6、超导材料的一个重要特征是在达到一定的临界温度时电阻会突然变为零。以下关于超导材料的描述中，不正确的是：A、超导材料在临界温度以上时表现出超导性。B、超导材料的临界电流密度较大，适用于制造大型电流设备。C、超导材料的临界磁场较低，因此在强磁场中仍能保持超导状态。D、超导材料的临界温度较高，使得其在室温条件下即可应用。7、下列关于晶体结构的说法中，正确的是（）A、晶体中每个原子都处于最稳定的电子构型B、晶体中的原子或分子是杂乱无章排列的C、晶体中的原子或分子排列成有序的三维空间结构D、晶体中的原子或分子只能按照一种方式排列二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下关于材料属性的描述中，哪些是正确的？（）A.晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性。B.玻璃在靠近细化液态时会表现出晶体结构。C.单晶硅在电子工业中用于制造半导体器件。D.高分子材料的衍射实验可以用来测定分子链的长度。2、以下有关于材料特性的实验现象与解释，哪些是有科学依据的？（）A.当温度升高时，铜导体中的自由电子会散射得更频繁，导致电阻增大。B.由于透射电子显微镜（TEM）的衍射图案，我们可以观察到原子结构。C.石墨烯表现出极高的强度和优秀的导电性，这是由于其独特的二维平面结构。D.在水分蒸发实验中，增加温度可以加快水分蒸发速率，因为更高的温度下，水分的动态活动更明显。3、关于固体、液体与新材料，以下说法正确的有（）A、单晶体的结构是最稳定的微观结构B、多晶体的各晶粒排列方向是杂乱的，因此容易加工成各种形状C、液态晶体在熔化时，其熔点不随加入的杂质而改变D、新型半导体材料中的硅片，受热后，N型硅中的自由电子也会减少E、液晶的光学性质与温度有关，因此可制成液晶显示屏三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题题目：某晶体由分子构成，每个分子都受到周围分子的引力作用，使得分子在晶体中保持一定的距离。若该晶体受到外力作用，分子间的距离发生变化，请分析以下说法的正确性：（1）分子间距离增大时，分子引力减小，分子势能增大。（2）分子间距离减小时，分子引力增大，分子势能增大。（3）分子间距离增大时，分子引力减小，分子势能减小。（4）分子间距离减小时，分子引力增大，分子势能减小。第二题题目：固体材料在现代社会中有广泛的应用，包括建筑材料、电子材料等。请根据所学知识完成以下问题：1.什么是晶体？请列举至少两种常见的晶体结构类型，并简述它们的结构特点。2.金刚石和石墨都是碳的同素异形体，但它们的物理性质却有很大差异。请解释这种差异的原因。3.玻璃是一种非晶体材料，它的分子排列方式与晶体有何不同？请阐述晶体与非晶体的基本区别。答案和解析：1.什么是晶体？请列举至少两种常见的晶体结构类型，并简述它们的结构特点。2.金刚石和石墨都是碳的同素异形体，但它们的物理性质却有很大差异。请解释这种差异的原因。3.玻璃是一种非晶体材料，它的分子排列方式与晶体有何不同？请阐述晶体与非晶体的基本区别。第三题题目：某种固体的密度与温度的关系如下表所示：温度（℃）密度（g/cm³）202.60502.65802.701102.75要求：1.从表格数据分析该固体是否为正膨胀体或负膨胀体。2.解释为什么固体的密度会随温度变化而变大的可能原因。3.根据表格数据，用文字描述温度从20℃升高至110℃时，固体的密度变化趋势。第四题题目：已知某种物质的密度为ρ，熔点为Tm，凝固点为Tf，比热容为c。现对该物质进行如下实验：1.将该物质从温度T1加热至Tm，观察其状态变化；2.将该物质从温度T2冷却至Tf，观察其状态变化；3.在Tm和Tf之间对该物质进行等温加热和冷却，观察其状态变化。请回答以下问题：（1）若T1<Tm，T2>Tf，在该物质从T1加热至Tm的过程中，其温度与时间的关系是怎样的？请简述原因。（2）若T1>Tm，T2<Tf，在该物质从T2冷却至Tf的过程中，其温度与时间的关系是怎样的？请简述原因。（3）在Tm和Tf之间，对该物质进行等温加热和冷却时，其温度与时间的关系是怎样的？请简述原因。第五题题目：在纳米科技领域，纳米材料因独特的物理特性而备受关注。小张同学同样对纳米材料有着浓厚兴趣，并为了验证某种具体的纳米材料有何独特的物理性质，他选择了一种纳米金（金纳米粒子）。这种材料因其优异的光学、催化、生物等应用而引起了广泛研究。通过实验，小张具体观察到了它在紫外光下呈现出荧光的现象，并且通过改变纳米金的粒径来观察其光学性质的变化。问题：1.请阐述纳米金呈现出紫外光下荧光的原因。2.小张在实验中察觉到，当他改变纳米金的粒径时，其光学性质会显示不同的特征。具有最小粒径的纳米金粒子会显示出最大的荧光强度，请从纳米金的表面等离子体共振（SPR，SurfacePlasmonResonance）的角度解释这种现象。3.探讨小张观察到的荧光现象的意义，并尝试预测如果改变纳米金的粒径，还会在哪些方面对其光学性质产生影响，例如颜色变化、荧光强度的改变等。《第3章固体、液体与新材料》试卷及答案一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、下列关于晶体与非晶体的描述中，正确的是：A、晶体具有规则的几何形状，而非晶体没有B、晶体和非晶体都有固定的熔点C、晶体的分子排列是有序的，而非晶体的分子排列是无序的D、晶体在显微镜下可以看到单个的分子答案：C解析：晶体是由原子、离子或分子按照一定的规律排列而成的固体，具有有序的分子排列；而非晶体则没有这样的规则排列，分子排列是无序的。选项A中，非晶体虽然形状不规则，但并非完全没有规则；选项B中，非晶体没有固定的熔点，而是逐渐软化；选项D中，显微镜下看到的是分子或原子团，而非单个分子。因此，正确答案是C。2、关于液晶的性质，以下说法错误的是：A、液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性B、液晶的分子排列比液体的分子排列更加有序C、液晶的折射率随温度的变化而变化D、液晶显示器利用了液晶的光学各向异性答案：B解析：液晶是一种特殊的物质，它既有液体的流动性，又有晶体的各向异性，因此选项A是正确的。液晶的分子排列比普通液体有更高的有序性，但通常比晶体的有序性低，因此选项B是错误的。液晶的折射率确实会随温度变化而变化，选项C正确。液晶显示器正是利用了液晶的光学各向异性来控制光的透过，因此选项D也是正确的。所以，错误答案是B。3、关于液体表面张力的描述，下列说法正确的是（）A.表面张力是指液体内部相互作用力的表现B.表面张力是液体表面层分子间相互作用力的表现C.表面张力使得液体表面总想要扩张D.表面张力在不同液体中没有区别答案：B解析：液体表面张力是由液体表面层分子之间的吸引力造成的，这种力使得液体表面层具有像弹性薄膜一样的性质，使得液体表面尽量缩小，因此正确答案为B。4、新材料石墨烯具有以下哪种特性（）A.石墨烯是绝缘体B.石墨烯具有优异的导电性C.石墨烯不具备超导性D.石墨烯的硬度低于钢铁答案：B解析：石墨烯是一种从石墨中分离出的二维碳材料，它具有优异的导电性、导热性和机械强度，还具有很高的理论比表面积。因此，石墨烯属于导体，而非绝缘体或不具备超导性，硬度也远高于钢铁。故答案为B。5、下列关于物质的三态（固态、液态、气态）转变的说法中，正确的是：A、固态物质吸热后，分子间距减小，内能减小，转变成为液态。B、液态物质放热后，分子间距增大，内能增大，转变成为气态。C、气态物质放热后，分子间距减小，内能减小，转变成为液态。D、固态物质和液态物质之间的转变称为凝华。答案：C解析：气态物质放热后，分子动能减少，分子间作用力增强，分子间距减小，因此气态可以转变为液态，这一过程称为液化。选项A和B的描述与热力学原理相反，选项D中的固态和液态之间的转变称为凝固，所以正确答案是C。6、超导材料的一个重要特征是在达到一定的临界温度时电阻会突然变为零。以下关于超导材料的描述中，不正确的是：A、超导材料在临界温度以上时表现出超导性。B、超导材料的临界电流密度较大，适用于制造大型电流设备。C、超导材料的临界磁场较低，因此在强磁场中仍能保持超导状态。D、超导材料的临界温度较高，使得其在室温条件下即可应用。答案：A解析：超导材料在达到其临界温度以下时才会表现出超导性，即电阻变为零。选项A的说法与此相反，故选项A是不正确的。选项B、C和D关于超导材料特性的描述是正确的，超导材料的临界电流密度大，临界磁场低，但临界温度相对较低，目前还没有能在室温下工作的超导材料，因此选项D也是正确的。7、下列关于晶体结构的说法中，正确的是（）A、晶体中每个原子都处于最稳定的电子构型B、晶体中的原子或分子是杂乱无章排列的C、晶体中的原子或分子排列成有序的三维空间结构D、晶体中的原子或分子只能按照一种方式排列答案：C解析：晶体是一种具有规则几何形状和周期性结构的固体，晶体中的原子或分子排列成有序的三维空间结构，这种有序性是晶体区别于非晶体的重要特征。因此，选项C是正确的。选项A错误，因为晶体中的原子并不一定都处于最稳定的电子构型；选项B错误，因为晶体中的原子或分子是按照一定的规律排列的；选项D错误，因为晶体中的原子或分子可以有多种不同的排列方式，但它们都是有序的。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下关于材料属性的描述中，哪些是正确的？（）A.晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性。B.玻璃在靠近细化液态时会表现出晶体结构。C.单晶硅在电子工业中用于制造半导体器件。D.高分子材料的衍射实验可以用来测定分子链的长度。答案：A,C,D解析：A.晶体确实因为其内部原子的周期性排列而表现出各向异性，而非晶体由于缺乏周期性排列展现出各向同性。此选项正确。B.玻璃作为非晶体，通常没有明确的晶体结构，即使是在熔融过程中，也无法自发形成有序晶态结构。此选项错误。C.单晶硅由于其高度纯净且结构规则的特性，是非常理想的半导体材料之一，广泛应用于电子元件的制造。此选项正确。D.通过衍射实验可以在一定程度上确定高分子材料内分子链的长度和排列状态，是材料科学中常用的分析技术。此选项正确。2、以下有关于材料特性的实验现象与解释，哪些是有科学依据的？（）A.当温度升高时，铜导体中的自由电子会散射得更频繁，导致电阻增大。B.由于透射电子显微镜（TEM）的衍射图案，我们可以观察到原子结构。C.石墨烯表现出极高的强度和优秀的导电性，这是由于其独特的二维平面结构。D.在水分蒸发实验中，增加温度可以加快水分蒸发速率，因为更高的温度下，水分的动态活动更明显。答案：A,C,D解析：A.温度升高会导致自由电子的热运动增加，这将导致更多的碰撞，从而增加电阻。此选项正确。B.虽然透射电子显微镜（TEM）可以揭示材料内部结构，但它主要是基于电子散射来成像，而不是直接观察原子结构。因此，直接观察原子结构需要更高分辨率的实验方法，如扫描隧道显微镜（STM）。此选项不完全准确。C.石墨烯确实拥有高强度和优秀的导电性，部分归因于其独特的二维蜂窝状排列模式。此选项正确。D.水分蒸发速率确实会随温度的升高而加快，因为温度升高提高了分子的运动频率和能量，使分子间的蒸发更易于发生。此选项正确。3、关于固体、液体与新材料，以下说法正确的有（）A、单晶体的结构是最稳定的微观结构B、多晶体的各晶粒排列方向是杂乱的，因此容易加工成各种形状C、液态晶体在熔化时，其熔点不随加入的杂质而改变D、新型半导体材料中的硅片，受热后，N型硅中的自由电子也会减少E、液晶的光学性质与温度有关，因此可制成液晶显示屏答案：ABD解析：A、单晶体的结构是最稳定的微观结构，符合题目要求。B、多晶体的各晶粒排列方向是杂乱的，这使得多晶体比单晶体更易于加工成各种形状，故B正确。C、液态晶体的熔点会受到杂质的影响，所以C不正确。D、新型半导体材料中的硅片在受热后，N型硅中的自由电子会减少，符合题目要求。E、液晶的光学性质与温度有关，但这里并没有说液晶显示屏的原理与此有关，所以E不正确。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题题目：某晶体由分子构成，每个分子都受到周围分子的引力作用，使得分子在晶体中保持一定的距离。若该晶体受到外力作用，分子间的距离发生变化，请分析以下说法的正确性：（1）分子间距离增大时，分子引力减小，分子势能增大。（2）分子间距离减小时，分子引力增大，分子势能增大。（3）分子间距离增大时，分子引力减小，分子势能减小。（4）分子间距离减小时，分子引力增大，分子势能减小。正确答案：B解析：在晶体中，分子间存在引力，当分子间距离增大时，分子引力减小，分子势能增大；当分子间距离减小时，分子引力增大，分子势能减小。因此，选项（2）分子间距离减小时，分子引力增大，分子势能增大是正确的。其他选项与物理规律不符。第二题题目：固体材料在现代社会中有广泛的应用，包括建筑材料、电子材料等。请根据所学知识完成以下问题：1.什么是晶体？请列举至少两种常见的晶体结构类型，并简述它们的结构特点。2.金刚石和石墨都是碳的同素异形体，但它们的物理性质却有很大差异。请解释这种差异的原因。3.玻璃是一种非晶体材料，它的分子排列方式与晶体有何不同？请阐述晶体与非晶体的基本区别。答案和解析：1.什么是晶体？请列举至少两种常见的晶体结构类型，并简述它们的结构特点。答案：晶体是指内部原子、分子或离子按照一定规律排列的固体材料。常见的晶体结构类型包括：面心立方（FCC）结构：这种结构中，原子位于立方体的中心、面中心和顶点。面心立方是最常见的体心立方结构的变形，具有较高的强度和良好的延展性。正立方体中有4体心原子、6面心原子。体心立方（BCC）结构：这种结构中，原子位于立方体的中心和顶点上。体心立方结构中，体心原子较少，且层状堆积导致强度较高，但延展性较差。解析：面心立方结构中，每个原子周围的原子分布均匀，形成立方体中最密的堆积方式之一，因此这种结构的晶体会表现出较高的电子和热传导性。体心立方结构由于较少的体心原子，层状排列不易滑动，所以这种结构的材料具有较好的抗压性能，但在受力时不易变形，延展性较差。2.金刚石和石墨都是碳的同素异形体，但它们的物理性质却有很大差异。请解释这种差异的原因。答案：金刚石和石墨中的碳原子以共价键相连，但由于它们的排列方式不同，导致了物理性质的巨大差异。解析：金刚石：金刚石中的碳原子以四面体方式紧密堆积，形成一个三维网络结构，每个碳原子都与其他四个碳原子以共价键连接。这种三个维度的有序排列导致金刚石具有极高的硬度，这是因为它需要非常大的能量来破坏其原子间的键合。石墨：石墨是由层状的六边形碳网组成，每个六边形内的碳原子之间形成共价键，而层与层之间主要是较弱的范德华力相连。由于层之间的范德华力较弱，所以石墨可以轻易地在层间滑动，从而具有良好的导电性和润滑性。3.玻璃是一种非晶体材料，它的分子排列方式与晶体有何不同？请阐述晶体与非晶体的基本区别。答案：解析：晶体与非晶体的基本区别在于它们的分子排列：晶体：其内部的原子、分子或离子按照精确的三维周期性结构排列，具有高对称性和各向异性。非晶体（如玻璃）：其内部的原子或分子无规则地排列，没有明确的长程有序结构，不具有晶格周期性。非晶体表现出各向同性，力学性能通常较差，但其形成过程相对简单且成本较低。玻璃的形成过程通常是快速冷却下的非晶ization（析出）过程，由于冷却速度快，原子来不及形成晶格结构，因而形成无序排列的非晶体。解析：通过以上分析我们可以看到，晶体和非晶体的主要区别在于有序程度和对称性上。晶体的高对称性使它们具有许多特殊的光学、电学、热力学特性，而非晶体则表现更为多样和灵活。第三题题目：某种固体的密度与温度的关系如下表所示：温度（℃）密度（g/cm³）202.60502.65802.701102.75要求：1.从表格数据分析该固体是否为正膨胀体或负膨胀体。2.解释为什么固体的密度会随温度变化而变大的可能原因。3.根据表格数据，用文字描述温度从20℃升高至110℃时，固体的密度变化趋势。答案：1.该固体是正膨胀体。因为在温度升高时，其密度逐渐增大。2.固体的密度随温度升高而变大可能的原因是：

-分子间距离在温度升高时增大，导致整个固体的体积膨胀，而质量的增加速度小于体积的增加速度，使得密度增大。

-温度升高可能导致固体内部的分子运动加剧，分子间的相互作用力减弱，从而使得固体的微小间隙加大，整体体积膨胀，密度增大。3.温度从20℃升高至110℃时，固体的密度呈现逐渐增大的趋势。具体表现为：当温度由20℃升高至110℃时，密度从2.60g/cm³增加至2.75g/cm³。解析：本题目考查了学生对固体密度与温度关系的基本理解。通过对表格数据的分析，学生需要判断该固体是正膨胀体还是负膨胀体，并解释原因。此外，还需要描述密度随温度变化的趋势。这对于学生理解和应用相关物理概念具有重要的意义。在解答过程中，需要结合分子的运动、分子间相互作用力等知识点来解释密度变化的原因。第四题题目：已知某种物质的密度为ρ，熔点为Tm，凝固点为Tf，比热容为c。现对该物质进行如下实验：1.将该物质从温度T1加热至Tm，观察其状态变化；2.将该物质从温度T2冷却至Tf，观察其状态变化；3.在Tm和Tf之间对该物质进行等温加热和冷却，观察其状态变化。请回答以下问题：（1）若T1<Tm，T2>Tf，在该物质从T1加热至Tm的过程中，其温度与时间的关系是怎样的？请简述原因。（2）若T1>Tm，T2<Tf，在该物质从T2冷却至Tf的过程中，其温度与时间的关系是怎样的？请简述原因。（3）在Tm和Tf之间，对该物质进行等温加热和冷却时，其温度与时间的关系是怎样的？请简述原因。答案：（1）在该物质从T1加热至Tm的过程中，其温度与时间的关系是：温度随时间逐渐升高。原因是，当温度达到Tm时，该物质开始熔化，吸收热量，温度保持不变，直到全部熔化完成。（2）在该物质从T2冷却至Tf的过程中，其温度与时间的关系是：温度随时间逐渐降低。原因是，当温度达到Tf时，该物质开始凝固，释放热量，温度保持不变，直到全部凝固完成。（3）在Tm和Tf之间，对该物质进行等温加热和冷却时，其温度与时间的关系是：温度保持不变。原因是，在该温度范围内，该物质处于固液共存状态，吸收或释放的热量用于相变，温度保持不变。第五题题目：在纳米科技领域，纳米材料因独特的物理特性而备受关注。小张同学同样对纳米材料有着浓厚兴趣，并为了验证某种具体的纳米材料有何独特的物理性质，他选择了一种纳米金（金纳米粒子）。这种材料因其优异的光学、催化、生物等应用而引起了广泛研究。通过实验，小张具体观察到了它在紫外光下呈现出荧光的现象，并且通过改变纳米金的粒径来观察其光学性质的变化。问题：1.请阐述纳米金呈现出紫外光下荧光的原因。2.小张在实验中察觉到，当他改变纳米金的粒径时，其光学性质会显示不同的特征。具有最小粒径的纳米金粒子会显示出最大的荧光强度，请从纳米金的表面等离子体共振（SPR，SurfacePlasmonResonance）的角度解释这种现象。3.探讨小张观察到的荧光现象的意义，并尝试预测如果改变纳米金的粒径，还会在哪些方面对其光学性质产生影响，例如颜色变化、荧光强度的改变等。答案：1.纳米金呈现出紫外光下荧光的现象可以从量子效应对材料光吸收和发射性质