2021高中物理 第三章 固體和液體 1 晶體和非晶體學(xué)案 教科版

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1、 2021 最新高中物理 第三章 固體和液體 1 晶體和非晶體學(xué)案 教 科版 2021 最新高中物理第三章固體和液體 1 晶體和非晶體學(xué)案教科版 1.結(jié)晶和非結(jié)晶 [學(xué)習目標]1.知道固體分為晶體和非晶體兩大類，知道晶體和非晶體在外形上和物理 性質(zhì)上的區(qū)別.2.知道晶體分為單晶體和多晶體.3.了解晶體的微觀結(jié)構(gòu)和固體性質(zhì)的微觀 解釋． 一、 晶態(tài)和非晶態(tài) 1．固體可以分為晶體和非晶體兩類．晶體又可以分為單晶體與多晶體． 2.鉆石、鹽、石英、云母、明礬、硫酸銅、味精和蔗糖是晶體，而玻璃、松香、瀝青、 橡膠和蜂蠟是無定形的。3.晶體和非晶的區(qū)別 分類宏

2、觀外形沒有(填“有”或“沒有”)天然規(guī)則的幾何形狀物理性質(zhì)①沒有(填 “有”或“沒有”)確定的熔點；②導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性(填“異性”或 “同性”)①有(填“有”或“沒有”)確定的熔點；②導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)等某些物理性質(zhì) 表現(xiàn)為各向異性 (填“異性”或“同性”)①有 (填“有”或“沒有”)確定的熔點；②導(dǎo)電、 導(dǎo)熱、光學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性(填“異性”或“同性”)非晶體單晶體晶體多晶體有(填 “有”或“沒有”)天然規(guī)則的幾何形狀沒有(填“有”或“沒有”)天然規(guī)則的幾何形狀 二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)和固體性質(zhì)的微觀解釋 1．晶體的微觀結(jié)構(gòu) 晶體中的顆粒呈規(guī)則、周期性排列，稱為晶格結(jié)構(gòu)，

3、影響晶體的許多特性。2.固體性 質(zhì)的微觀解釋 (1)構(gòu)成固體的微粒排列緊密，絕大多數(shù)粒子只能在各自平衡位置附近做小范圍的無 規(guī)則振動，所以固體具有固定的形狀和體積． （2） 同一物質(zhì)的顆粒由于排列結(jié)構(gòu)不同，可以形成不同的晶體結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出不 同的物理性質(zhì) 1．判斷下列說法的正誤． 一 (1)所有晶體都具有天然、規(guī)則的幾何外形．(×)(2)沒有固定熔點的固體一定是非晶 體．(√)(3)物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性的一定是非晶體．(×)(4)同一種物質(zhì)只能形成一種 晶體．(×) （5） 在一定條件下，一些非晶體可以轉(zhuǎn)變成晶體。(√) 2．某球形固體物質(zhì)

4、，其各向?qū)嵝阅懿幌嗤瑒t該物體一定是________．答案晶體 一、 晶態(tài)和非晶態(tài) [導(dǎo)學(xué)探究](1)如圖 1 甲所示是日常生活中常見的幾種晶體，圖乙是生活中常見的幾 種非晶體，請在圖片基礎(chǔ)上思考以下問題： 指甲 乙圖 1 ① 晶態(tài)和非晶態(tài)在外觀上有什么區(qū)別？② 沒有規(guī)則幾何形狀的固體必然是無定形的 嗎？ (2)在云母片和玻璃片上分別涂上一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針去接觸云母片 及玻璃片的另一面，石蠟熔化，如圖 2 所示，那么你看到的現(xiàn)象及得出的結(jié)論是什么？ 圖 2 答案(1)①單晶體有規(guī)則的幾何外形，多晶體和非晶體無規(guī)則的幾何外形． ②

5、不。因為多晶體是許多單晶的無序組合，所以多晶體沒有明確的幾何形狀 (2)玻璃片上石蠟的熔化區(qū)呈圓形，說明玻璃片沿各個方向的導(dǎo)熱性能相同．云母片 上石蠟的熔化區(qū)呈橢圓形，說明云母片沿各個方向的導(dǎo)熱性能不相同． 二 [知識深化] 1.晶體和非晶、單晶和多晶的判斷方法 (1)區(qū)分晶體與非晶體的方法：看其有無確定的熔點，晶體具有確定的熔點，而非晶 體沒有確定的熔點．僅從各向同性或者幾何形狀不能判斷某一固體是晶體還是非晶體． （2） 區(qū)分單晶和多晶的方法：看它是否具有各向異性。單晶呈現(xiàn)各向異性，而多晶 呈現(xiàn)各向同性。2.各向異性性能 在物理性質(zhì)上，單晶體具有各向

6、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(zhì)包括彈性、硬度、導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、光的折射性能等． 單晶的各向異性是指單晶的物理性質(zhì)在不同方向上是不同的，即在不同方向上測試單 晶的物理性質(zhì)時，測量結(jié)果是不同的 例 1 下列關(guān)于晶體和非晶體的說法，正確的是()a．所有的晶體都表現(xiàn)為各向異性 b、 晶體必須有規(guī)則的幾何形狀，而形狀不規(guī)則的金屬必須是非晶態(tài)的。C.大的鹽顆 粒被磨成細鹽，變成無定形 d．所有的晶體都有確定的熔點，而非晶體沒有確定的熔點答案 d 分析了只有單晶是各向異性的，所以 a 是錯誤的；單晶有規(guī)則的幾何形狀，而多晶體 有不規(guī)則的幾

7、何形狀。普通金屬屬于多晶體，所以 B 是錯誤的；大的鹽顆粒被磨成細鹽， 細鹽仍然是規(guī)則形狀的晶體，所以 C 是錯誤的；晶體和非晶體的一個重要區(qū)別是，晶體有 一個確定的熔點，但非晶體沒有確定的熔點，所以 D 是正確的 例 2 在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟，用燒熱的針接觸其背面一點，蠟熔化的范 圍如圖 3(a)所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關(guān)系如圖(b) 所示，則() 圖 3 a．甲、乙是非晶體，丙是晶體 b．甲、丙是晶體，乙是非晶體 c．甲、丙是非晶體， 乙是晶體 三 d．甲是非晶體，乙是多晶體，丙是單晶體答案 b 從圖（a）可

8、知，a 和 B 的導(dǎo)熱系數(shù)是各向同性的，C 的導(dǎo)熱系數(shù)是各向異性的；根據(jù) 圖（b），a 和 C 有固定的熔點，而 b 沒有固定的熔點。因此，a 和 C 是晶體，B 是無定形 的 判斷晶體與非晶體的關(guān)鍵是看有無確定的熔點. 單晶和多晶之間的差異取決于是否有規(guī)則的幾何形狀，以及它是否各向異性 2、晶體 微觀結(jié)構(gòu)和固體性質(zhì)的微觀解釋 [導(dǎo)學(xué)探究](1)單晶體具有規(guī)則的幾何外形，物理性質(zhì)方面表現(xiàn)為各向異性，而非晶 體卻沒有規(guī)則的幾何外形，并且物理性質(zhì)方面表現(xiàn)為各向同性．產(chǎn)生這些不同的根本原因 是什么呢？ （2） 金剛石和石墨都是由碳原子構(gòu)成的，但它們的硬度差別很大。這是什么意思

9、？ （3） 為什么固體有一定的體積和形狀？為什么晶體表現(xiàn)出各向異性？答（1）它們的微 觀結(jié)構(gòu)不同 (2)金剛石是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原子間的作用力很強，所以金剛石的硬度大．石墨是層狀結(jié) 構(gòu)，原子間的作用力較弱，所以石墨的硬度?。@說明組成物質(zhì)的微粒按照不同的規(guī)則在 空間分布會形成不同的晶體． （3） 構(gòu)成固體（晶體或非晶）的粒子排列非常緊密，粒子之間的吸引力非常大。大 多數(shù)粒子只在其平衡位置附近的小范圍內(nèi)不規(guī)則振動，因此固體具有固定的形狀和體積。 顆粒在晶體不同方向上的排列是不同的，因此晶體在不同方向上會表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)， 即各向異性。[知識的深化] 1．單晶體、多晶體及非

10、晶體的異同分類微觀結(jié)構(gòu)組成晶體的物質(zhì)微粒單晶體晶體(原 子、分子、離子)在空間按一定規(guī)則排列――空間點陣多晶體由無數(shù)的晶體微粒(小晶粒) 無規(guī)則排列組成無天然、規(guī)則的幾何外形各向同性幾何形狀天然、有規(guī)則某些物理性質(zhì)各 向異性有確定的熔點宏觀表現(xiàn)外形物理性質(zhì)非晶體 內(nèi)部材料顆粒排列不規(guī)則，沒有明確的熔點 4 2.對晶體的微觀解釋 （1） 單晶各向異性的解釋圖 4 顯示了單晶材料顆粒在平面上的排列。沿不同方向繪 制的等長線 AB、AC 和 ad 上的材料顆粒數(shù)量不同。AB 線上的物質(zhì)顆粒較多，AD 線上的物 質(zhì)顆粒較少，AC 線上的物質(zhì)顆粒較少。由于物質(zhì)顆粒在不同方向的排列不同，

11、不同方向單 晶的物理性質(zhì)也不同 圖 4 （2） 晶體熔點確定的解釋 給晶體加熱到一定溫度時，一部分微粒有足夠的動能克服微粒間的作用力，離開平衡 位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體開始熔化，熔化時晶體吸收的熱量全部用來破壞規(guī)則的 排列，溫度不發(fā)生變化． 3.有些物質(zhì)有幾種晶體，因為它們的物質(zhì)顆?？梢孕纬刹煌木w結(jié)構(gòu)。例如，按照 不同結(jié)構(gòu)排列的碳原子可以形成石墨和金剛石，這兩種材料的物理性質(zhì)截然不同 特別提醒多晶體是由許多雜亂無章地排列著的小晶體(晶粒)組成，每個小晶粒都是一 個小單晶體，具有各向異性的物理性質(zhì)和規(guī)則的幾何外形，由于晶粒在多晶體內(nèi)雜亂無章 地排列著，所以

12、多晶體沒有規(guī)則的幾何形狀，也不顯示各向異性．例 3(多選)下列說法正 確的是() a、 晶體具有自然規(guī)則的幾何形狀，因為材料顆粒排列規(guī)則 b．有的物質(zhì)能夠生成種類不同的幾種晶體，因為它們的物質(zhì)微粒能夠形成不同的空 間結(jié)構(gòu) c．凡具有各向同性的物質(zhì)一定是非晶體 d．晶體的各向異性是由晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)決 定的答案 abd 分析晶體的形狀和物理性質(zhì)由晶體的微觀結(jié)構(gòu)決定，a、B 和 D 是正確的；各向同性材 料不一定是無定形的，多晶體也有這樣的性質(zhì)，C 例 4(多選)2021 年諾貝爾物理學(xué)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研究．他們通過透明膠帶對石墨進行反復(fù)的粘貼與撕開使得石 墨片的厚度逐漸減小，最終尋找到了厚度只有 0.34nm 的石墨烯，是碳的二維結(jié)構(gòu)．如圖 5 所示為石墨、石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)，根據(jù)以上信息和已學(xué)知識判斷，下列說法中正確的是() 五