2019-2020学年高中物理 第2章 固体 第1节 晶体和非晶体学案 鲁科版选修3-3

第1节晶体和非晶体1.掌握晶体与非晶体的区别(重点)2.通过实验对比得出晶体与非晶体在物理性质方面的差别(重点)3正确区分多晶体和非晶体(难点)一、固体及其分类1特性(1)固体看得见、摸得着，容易察觉它的存在(2)固体有固定的外形，可根据需要进行加工处理2分类：固体通常可分为晶体和非晶体两大类二、单晶体与多晶体1晶体可分为单晶体和多晶体两类2单晶体(1)定义：具有规则的几何形状，外形都是由若干个平面围成的多面体(2)结构特点：大部分物质的单晶体都具有相同的基本形状，表面个数、各相应平面间的夹角恒定不变(3)宏观特性具有规则的几何形状具有各向异性有确定的熔点3多晶体(1)定义：小晶粒杂乱无章地排列，没有规则的几何形状的晶体(2)宏观特性没有规则的几何形状具有各向同性有确定的熔点三、非晶体的宏观特征非晶体的物理性质是各向同性，没有固定的熔点(1)所有晶体都具有天然、规则的几何外形()(2)没有固定熔点的固体一定是非晶体()(3)物理性质表现为各向同性的一定是非晶体()(4)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体()提示：(1)(2)(3)(4)晶体和非晶体的正确判断根据几何形状判断某一固体是晶体还是非晶体时，要注意以下误区：误把多晶体认为非晶体，由于多晶体是由很多个单晶体粘合在一起所组成的晶体，从宏观形状上看，它没有规则的几何形状，所以我们很有可能把它误以为是非晶体，但它实际上是晶体利用熔点进行晶体和非晶体的判断时不能运用主观经验，例如对蔗糖进行判断时，人们往往会以为从未见过蔗糖的液态形式，更不可能认为蔗糖会存在液态形式，故而判断其为非晶体所以，大家在进行晶体和非晶体的判断时要认真分析，不要盲目判断，以免判断错误例如食盐的晶体是立方体形(图甲)，明矾晶体是八面体形(图乙)，石英晶体的中间是一个六棱柱，两端是六棱锥(图丙)非晶体又称玻璃体，是不能形成结晶的固体，非晶体与晶体在微观结构上的本质区别在于：非晶体内部粒子排列不存在长程有序性，但非晶体粒子空间分布却有很强的局域关联，所以具有高度的短程有序性晶体有一定的熔点，而非晶体没有食盐、明矾、石英的形状虽然各不相同，但都有规则的几何外形，所以食盐、明矾、石英都是晶体有些晶体可以具有多种不同的几何外形，例如雪花；非晶体则没有规则的几何外形(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以相互转化的思路点拨区分晶体与非晶体要根据晶体与非晶体的特征，有时仅利用有规则的几何外形是不能区分的，因为多晶体往往没有一定的几何外形，也不显示各向异性解析晶体有固定熔点，所以选项C正确理论和实验都证明非晶体是不稳定状态，在适当的条件下会变成晶体，因此选项D也正确答案CD晶体与非晶体的区别主要表现在有无确定的熔点上，而不能仅靠是否有规则几何形状辨别因为虽然单晶体有规则几何外形，但多晶体与非晶体一样都没有规则的几何外形. 1.下列各组物质中，全部是晶体的是()A石英、雪花、沥青 B食盐、橡胶、沥青C味精、食盐、石英 D雪花、玻璃、石英解析：选C.沥青、橡胶、玻璃是非晶体. 单晶体与多晶体1概念：如果一个物体就是一个完整的晶体，这样的晶体叫做单晶体；如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶粒组成的，这样的物体就叫做多晶体2区别：由于多晶体是由许多单晶粒杂乱无章地组合而成的，所以多晶体没有确定的几何外形，而单晶体具有规则的几何外形；其次单晶粒表现为各向异性，而多晶体由于是由许多单晶粒杂乱无章地组合而成的，故多晶体表现为各向同性3共同点(1)都是晶体(2)都有确定的熔点如果一块具有规则形状的晶体，把它碾成小颗粒后，这些小颗粒仍然保持与原来整块晶体的形状相似的规则外形，这样的晶体叫单晶体关于晶体和非晶体，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，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球一定是单晶体D一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则一定是多晶体思路点拨物理性质为各向异性，则一定是单晶体；物理性质为各向同性，则可能是非晶体、多晶体，也可能是单晶体，因为单晶体的某些(个)物理性质为各向异性，而另外某些(个)物理性质却为各向同性 解析多晶体和非晶体都显示各向同性，只有单晶体显示各向异性，A、B均错，C对；单晶体具有各向异性的特性，仅是指某些物理性质，并不是所有的物理性质都是各向异性的，换言之，某一物理性质显示各向同性，并不意味着该物质一定不是单晶体，故D项错答案C2.(多选)一块金属整体表现为各向同性是因为()A金属是单晶体B金属是多晶体C金属晶粒的排列是杂乱无章的D金属是非晶体解析：选BC.对该金属而言，它属于多晶体，其内部是由许多小晶粒杂乱无章地排列而成的，每个小晶粒的各向异性相互抵消，所以在各方向上的物理性质几乎相同，整体表现为各向同性正确理解单晶体的各向异性1在物理性质上，单晶体是各向异性的，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单晶体各向异性的物理性质都有哪些？思路点拨各向异性的表现不要仅局限于课本上的导热性，其实还有其他性质 解析单晶体各向异性的物理性质通常有：(1)导热性：即沿不同的方向对热的传导速度不同，有快有慢；(2)导电性：即沿不同方向电阻率不同，有大有小；(3)导光性：即沿不同方向对光的传播速率不同，有大有小；(4)抗压性：即沿不同方向抵抗外来压力的强度不同，有强有弱答案见解析随堂检测1因为单晶体有确定的几何形状，所以()A玻璃砖是单晶体B细盐不是单晶体C云母片是单晶体 D新买的橡皮擦是单晶体解析：选C.玻璃砖、橡皮擦是非晶体，它们的形状是加工而成的，不是晶体的确定形状，而细盐、云母片均有确定的几何形状，属于晶体，故C正确2(多选)关于多晶体与非晶体，下列说法正确的是()A多晶体也属于非晶体B多晶体和非晶体一样，都没有固定的熔点C多晶体和非晶体一样，都没有规则的几何外形D多晶体有固定的熔点，非晶体则没有解析：选CD.多晶体和单晶体都是晶体，它们都有固定的熔点；非晶体没有固定的熔点，也没有规则的几何外形单晶体有规则的几何外形，由于多晶体是由许多单晶体杂乱无章地排列组合在一起的，所以多晶体也没有规则的几何外形3(多选)如图所示，ACBD是一厚度均匀的由同一种微粒构成的圆板AB和CD是互相垂直的两条直径，在圆板所处平面内把圆板从图示位置转90后电流表读数发生了变化(两种情况下都接触良好)关于圆板，下列说法正确的是()A圆板是非晶体B圆板是多晶体C圆板是单晶体D圆板在各个方向上导电性不同解析：选CD.单晶体显示各向异性，而多晶体和非晶体显示各向同性4下列说法中正确的是()A黄金可以切割加工成任意形状，所以是非晶体B同一物质只能形成一种晶体C单晶体的所有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状解析：选D.所有的金属都是晶体，因而黄金也是晶体只是因为黄金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状，故A错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错单晶体的物理性质各向异性是某些物理性质各向异性，有些物理性质各向同性，故C错玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D对5谈一下实验得到的图象的含义(如图所示)解析：从图象上看：纵轴表示温度T，横轴表示时间t，曲线A表示某种晶体的熔化过程，曲线B表示某种非晶体的熔化过程在一定的压强下对晶体加热，晶体未熔化时，它的温度逐渐升高(曲线A的ab段)；到达温度T0时，晶体开始熔化，直到晶体全部熔化为液体，在这段时间里，固态与液态共存，虽然继续加热，但温度保持为T0不变(曲线A的bc段)，温度T0就是晶体的熔点；待晶体全部熔化后，再继续加热，温度才会再度升高(曲线A的cd段)非晶体在熔化过程中随着温度的升高，它先是变软，然后逐渐由稠变稀，最终完全变为液体曲线B表示非晶体在熔化过程中温度逐渐升高，整个过程不存在固定的熔点答案：见解析课时作业一、单项选择题1一个外形规则的固体，表面形状为六面体，则关于它的说法，正确的有()A一定是单晶体B一定是多晶体C一定是非晶体D可能是晶体，也可能是非晶体解析：选D.单个物体具有规则的几何形状并不能说明它就是晶体，它可能是单晶体、多晶体和非晶体，所以应选D.2关于晶体和非晶体，下列说法正确的是()A具有各向同性的物体一定没有确定的熔点B晶体熔化时，温度不变，则内能也不变C通常的金属材料在各个方向上的物理性质都相同，所以这些金属都是非晶体D晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化解析：选D.多晶体显示各向同性，但具有确定的熔点，A错晶体熔化时，其温度虽然不变，但其体积和内部结构可能发生变化，则内能就可能发生变化，故B错金属材料虽然显示各向同性，并不意味着一定是非晶体，可能是多晶体，故C错硅酸盐晶体加热至液体，再缓慢冷却至室温就成为玻璃(非晶体)，故D对3下列现象能说明晶体与非晶体区别的是()A食盐粒是立方体，蜂蜡无规则外形B金刚石的密度大，石墨的密度小C冰融化时温度保持不变，松香熔化时温度可不断升高D石墨可导电，沥青不导电解析：选C.晶体有确定的熔点，非晶体则没有因而C项正确4一块密度和厚度都均匀分布的矩形被测样品，长AB是宽BC的两倍，如图所示若用多用电表沿两对称轴O1O1和O2O2测其电阻阻值均为R，则这块样品可能是()A单晶体B多晶体C非晶体 D金属解析：选A.通过测量知O1O1与O2O2长度不同而电阻R相同，说明该样品呈现各向异性，一定是单晶体5.如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T，从图中可以确定的是()A晶体和非晶体均存在固定的熔点T0B曲线M的bc段表示固液共存状态C曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态D曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态解析：选B.由图象可知曲线M表示晶体，bc段表示晶体熔化过程，处于固液共存状态，B对；N表示非晶体，没有固定的熔点，A错；由于非晶体没有一定的熔点而是逐步熔化，因此C、D错6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，丙为单晶体解析：选D.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D正确二、多项选择题7有一块长方体的铁块，下列说法正确的是()A这是一块单晶体，因为它有规则的几何外形B这是一块晶体，因为它有固定的熔点C这是一块多晶体，因为它是由许多小晶粒杂乱无章地排列而成的D这是一块非晶体，因为它表现为各向同性解析：选BC.事实上铁块的长方体形状是人为锻造而成的，金属铁本身无固定的形状，属于多晶体，有确定的熔点，A错误，B正确；对于多晶体，由于它是由许多小晶粒杂乱无章地排列组合而成的，故多晶体表现为各向同性，C正确，D错误8如图所示，甲、乙、丙三种固体物质质量相等，加热过程中，相同时间内吸收的热量相等，从其温度随时间变化的图象可以判断()A甲、丙是晶体，乙是非晶体B乙是晶体，甲、丙是非晶体C乙是非晶体，甲的熔点比丙低D乙是非晶体，甲的熔点比丙高解析：选AD.晶体在熔化过程中吸热，但是温度不发生变化，这是晶体的重要特征，由题图知甲、丙为晶体，故A正确，从熔点上看甲到T2时才熔化，故D正确9云母薄片和玻璃片分别涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母片及玻璃片的反面石蜡熔化，如图所示，那么()A熔化的石蜡呈圆形的是玻璃片B熔化的石蜡呈圆形的是云母片C实验说明玻璃片各向同性是非晶体D实验说明云母片各向同性是晶体解析：选AC.呈圆形的玻璃为各向同性是非晶体呈椭圆形的云母片为各向异性是单晶体，A、C正确10关于晶体和多晶体，下列说法正确的是()A多晶体和单晶体都有规则的几何外形B同种物质可以生成不同的晶体，它们的物理性质不同，但化学性质相同C具有各向同性的物体，可以断定它不是单晶体D具有特定熔点的物体，可以断定它是单晶体解析：选BC.多晶体是由许多单晶粒杂乱无章地组合而成的，其外形不规则，物质是晶体还是非晶体并不是绝对的，与它的微观结构有关，在一定条件下可以相互转化如天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的(即石英玻璃)就是非晶体组成物质的微粒能够按照不同的规则在空间分布，可以形成不同的晶体，如碳可以形成石墨和金刚石单晶体在物理性质上具有各向异性，而多晶体和非晶体具有各向同性单晶体和多晶体都具有一定的熔点三、非选择题11晶体和非晶体在物理性质上有什么异同？解析：晶体在外观上通常有规则的几何形状，有确定的熔点，有一些物理性质表现为各向异性；非晶体在外观上没有规则的形状，没有确定的熔点，物理性质表现为各向同性答案：见解析12石墨和金刚石都是由碳原子构成的晶体，它们的空间点阵不同，已知碳的摩尔质量M12.0 g/mol，石墨的密度为12.25 g/cm3，金刚石的密度23.52 g/cm3.试求石墨和金刚石中相邻原子间的平均距离各多大解析：金刚石与石墨原子间距都很小，我们可以认为原子是紧密排列的，相邻原子间的距离等于原子的直径(把原子视为球形)摩尔体积V一个原子体积V0把原子视为小球，其体积V0整理得d 代入数据得d1 2.571010 md2 2.211010 m.答案：2.571010 m2.211010 m11