2024-2025學年高中物理第九章固體液體和物態(tài)變化1固體學案新人教版選修3-3

PAGE8-固體一、晶體和非晶體1．固體可以分為晶體和非晶體兩類．石英、云母、明礬、食鹽、味精、蔗糖等是晶體，玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體．2．單晶體具有確定的幾何形態(tài)，多晶體和非晶體沒有確定的幾何形態(tài)；我們在初中已經學過，晶體有確定的熔點，非晶體沒有確定的熔點．3．有些晶體沿不同方向的導熱或導電性能不同，有些晶體沿不同方向的光學性質不同，這類現(xiàn)象稱為各向異性．非晶體沿各個方向的物理性質都是一樣的，這叫做各向同性．由于多晶體是很多單晶體雜亂無章地組合而成的，所以多晶體是各向同性的．鐵塊沒有規(guī)則的幾何形態(tài)，鐵塊是非晶體嗎？提示：鐵塊雖然沒有規(guī)則的幾何形態(tài)，但屬于晶體．二、晶體的微觀結構1．1982年，掃描隧道顯微鏡的問世，使人類第一次視察到原子在物質表面的排列狀況．在各種晶體中，原子(或分子、離子)都是依據(jù)肯定的規(guī)則排列的，具有空間上的周期性．2．有的物質在不同條件下能夠生成不同的晶體，那是因為組成它們的微粒能夠依據(jù)不同規(guī)則在空間分布．如碳原子假如依據(jù)圖甲那樣排列，就成為石墨，而依據(jù)圖乙那樣排列，就成為金剛石．3．同種物質可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，也就是說，物質是晶體還是非晶體，并不是肯定的．晶體與非晶體在肯定條件下可以相互轉化．石墨和金剛石都是由碳原子組成的，為什么石墨很軟，而金剛石卻很堅硬呢？提示：金剛石和石墨中的碳原子排列規(guī)則不同．考點一晶體和非晶體的比較1．單晶體的特性(1)具有自然的規(guī)則外形．這種規(guī)則的外形不是人工造成的．(2)物理性質各向異性．這是單晶體區(qū)分于非晶體和多晶體最重要的特性，是推斷單晶體最主要的依據(jù)．(3)具有肯定的熔點．單晶體在這一點上和多晶體沒有區(qū)分．從宏觀上區(qū)分晶體和非晶體的重要依據(jù)是看有無肯定的熔點．2．多晶體和非晶體(1)多晶體雖無自然規(guī)則的幾何形態(tài)，物理性質各向同性，但組成多晶體的晶粒都有規(guī)則的幾何形態(tài)，每一個晶粒都具有單晶體的特征和物理性質．這是多晶體和非晶體在內部結構上的區(qū)分．(2)多晶體與非晶體在宏觀上的區(qū)分在于多晶體具有肯定的熔點，非晶體則沒有．例如很多同學認為玻璃應是多晶體，但試驗證明玻璃沒有肯定的熔點，故應是非晶體．3．單晶體、多晶體及非晶體(1)單晶體與多晶體簡單混淆，它們的共同特點是都有肯定的熔點．它們的主要區(qū)分是有無自然規(guī)則外形、物理性質各向同性還是各向異性．(2)多晶體與非晶體簡單混淆．它們的共同特點是都沒有自然規(guī)則外形，都具有各向同性．它們的主要區(qū)分在于有無肯定的熔點．4．晶體與非晶體的圖表比較1只要是具有各向異性的物體必定是晶體，且是單晶體.2只要是具有確定熔點的物體必定是晶體，反之，必是非晶體.3晶體和非晶體在肯定條件下可以相互轉化.4金屬是多晶體，所以它是各向同性的.【例1】下列物質哪些是晶體，哪些是非晶體？鐵、橡膠、玻璃、食鹽、云母、塑料．1．非晶體會有規(guī)則的幾何外形嗎？2．各向異性是單晶體和多晶體的共有性質嗎？3．晶體有什么特別的物理性質呢？【解析】推斷晶體與非晶體的依據(jù)是看它們有無確定的熔點，同時還要知道一些常見的晶體、非晶體，如全部的金屬都是晶體，這一規(guī)律在推斷時就很有用．【答案】屬于晶體的有：鐵、食鹽、云母；屬于非晶體的有：橡膠、玻璃、塑料．總結提能晶體與非晶體的推斷方法：(1)能夠由是否具有自然規(guī)則外形來推斷固體是單晶體還是非晶體(或多晶體)．(2)能夠依據(jù)各向異性與各向同性來推斷固體是單晶體還是非晶體(或多晶體)．(3)能夠依據(jù)是否有固定熔點來推斷固體是晶體還是非晶體．某球形固體物質，其各向導熱性能相同，則該物質(B)A．肯定是非晶體B．可能具有確定的熔點C．肯定是單晶體，因為它有規(guī)則的幾何外形D．肯定不是單晶體，因為它具有各向同性的物理性質解析：導熱性能各向相同的物體可能是非晶體，也可能是晶體，因此，A選項錯誤；晶體具有確定的熔點，因此B選項正確；物體的外形是否規(guī)則不是推斷是否是單晶體的依據(jù)，應當說，單晶體具有規(guī)則的幾何外形是“天生”的，而多晶體和非晶體也可以有規(guī)則的幾何外形，當然，這只能是“后天”人為加工的，因此C選項錯誤；因為單晶體區(qū)分于多晶體和非晶體在于其某種物理性質上的各向異性，并不肯定全部的物理性質都表現(xiàn)為各向異性，因此，D選項錯誤．考點二用微觀結構理論說明晶體的特性1．晶體的微觀結構的特點(1)組成晶體的物質微粒(分子、原子或離子)，依照肯定的規(guī)律在空間中整齊地排列．(2)晶體中物質微粒的相互作用很強，微粒的熱運動不足以克服它們的相互作用而遠離．(3)微粒的熱運動表現(xiàn)為在肯定的平衡位置旁邊不停地做微小的振動．(4)晶體微觀結構的空間點陣組成晶體的物質微粒依據(jù)肯定的規(guī)律在空間中排成整齊的行列，構成所謂的空間點陣，可用空間點陣來描述晶體的結構，并說明為什么晶體具有規(guī)則的幾何形態(tài)和各向異性的物理性質．2．晶體各向異性的表現(xiàn)在物理性質上，單晶體具有各向異性，而非晶體及多晶體則是各向同性的．通常所說的物理性質包括彈性、硬度、導熱性能、導電性能、光的折射性能等．單晶體的各向異性是指單晶體在不同方向上物理性質不同，也就是沿不同方向去測試單晶體的物理性能時測量結果不同．單晶體具有各向異性，并不是說每一種單晶體都能在各種物理性質上表現(xiàn)出各向異性，舉例如下：(1)云母、石膏晶體在導熱性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向傳熱的快慢不同．(2)方鉛礦石晶體在導電性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向電阻率不同．(3)立方體形的銅晶體在彈性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向的彈性不同．(4)方解石晶體在光的折射上表現(xiàn)出各向異性——沿不同方向的折射率不同．3．各向異性的微觀說明如圖所示為在一個平面上晶體物質微粒的排列狀況．從圖中可以看出，在沿不同方向所畫的等長直線AB、AC、AD上物質微粒的數(shù)目不同，直線AB上物質微粒較多，直線AD上較少，直線AC上更少，正因為在不同方向上物質微粒的排列狀況不同，才引起單晶體的不同方向上物理性質的不同．4．對晶體具有確定熔點的說明給晶體加熱到肯定溫度時，一部分微粒有足夠的動能，克服微粒間作用力，離開平衡位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體起先熔化，熔化時晶體汲取的熱量全部用來破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生改變．【例2】右圖為食鹽晶體結構示意圖，食鹽的晶體是由鈉離子(圖為)和氯離子(圖中)組成的，這兩種離子在空間中三個相互垂直的方向上，都是等距離地交織排列的．已知食鹽的摩爾質量是58.5g/mol，食鹽的密度是2.2g/cm3，阿伏加德羅常數(shù)為6.0×1023mol－1，試估算食鹽晶體中兩個最近的鈉離子中心間的距離．【解析】1mol食鹽中有NA個氯離子和NA個鈉離子，離子總數(shù)為2NA，因而摩爾體積V與摩爾質量M與物質密度ρ的關系為：V＝eq\f(M,ρ)，所以一個離子所占的體積為：V0＝eq\f(V,2NA)＝eq\f(M,2NAρ).由圖可知V0就是圖中每八個離子所確定的立方體的體積，此立方體的邊長d＝eq\r(3,V0)＝eq\r(3,\f(M,2NAρ)).而最近的兩個鈉離子中心間的距離：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總結提能食鹽晶體是由氯離子與鈉離子構成的，每一個離子都占據(jù)一個立方體空間，該立方體的邊長的eq\r(2)倍就是兩個最近的鈉離子(也是氯離子)中心間的距離．(多選)2010年諾貝爾物理學獎授予安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越探討．他們通過透亮膠帶對石墨進行反復的粘貼與撕開使得石墨片的厚度漸漸減小，最終找尋到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二維結構．如圖所示為石墨、石墨烯的微觀結構，依據(jù)以上信息和已學學問推斷，下列說法中正確的是(CD)A．石墨是晶體，石墨烯是非晶體B．石墨是單質，石墨烯是化合物C．石墨、石墨烯與金剛石都是晶體D．他們是通過物理改變的方法獲得石墨烯的解析：石墨、石墨烯、金剛石都為晶體，且都為單質，A、B錯誤，C正確；兩位科學家是通過物理改變的方法獲得石墨烯的，D正確．1．下列說法中正確的是(D)A．黃金可以切割加工成隨意形態(tài)，所以是非晶體B．同一種物質只能形成一種晶體C．單晶體的全部物理性質都是各向異性的D．玻璃沒有確定的熔點，也沒有規(guī)則的幾何形態(tài)解析：全部的金屬都是晶體，因而黃金也是晶體，只是因為多晶體內部小晶粒的排列雜亂無章，才使黃金沒有規(guī)則的幾何形態(tài)，A錯誤；同一種物質可以形成多種晶體，如碳可以形成金剛石和石墨兩種晶體，故B錯誤；單晶體的物理性質各向異性是有些物理性質各向異性，有些物理性質各向同性，故C錯誤；玻璃是非晶體，因而沒有確定的熔點和規(guī)則的幾何形態(tài)，D正確．2．有一塊長方形的銅條，以下是有關它的三種說法：①這是一塊單晶體，因為它有規(guī)則的幾何形態(tài)②這是一塊多晶體，因為它內部的分子排列是不規(guī)則的③這是一塊非晶體，因為它的物理性質是各向同性的這三種說法中(D)A．①②是錯的B．②③是錯的C．①③是錯的D．都是錯的解析：銅條雖具有規(guī)則的幾何形態(tài)，但它是多晶體，其分子排列是規(guī)則的，但構成多晶體的顆粒的排列是不規(guī)則的，所以選D.3.一塊密度和厚度都勻稱分布的矩形被測樣品，長AB是寬AC的兩倍，如圖所示．若用多用電表沿兩對稱軸O1O1′和O2O2′測其電阻，阻值關系為R1＝2R2，則這塊樣品可能是(A)A．單晶體B．多晶體C．非晶體D．以上說法全錯解析：設該樣品沿各方向電阻率相同，依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(l,S)可知，沿O1O′1和O2O′2方向的電阻之比應為41，而測量結果是R1＝2R2，說明沿O1O′1和O2O′2方向電阻率不同，此樣品肯定是單晶體．4．(多選)對下列幾種固體物質的相識，正確的有(AD)A．食鹽熔化過程中，溫度保持不變，說明食鹽是晶體B．燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說明蜂蠟是晶體C．自然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質的微粒在空間的