(共33张PPT)
4.固体
第二章
2022
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
04
随堂练习
课标定位
素养阐释
1.知道什么是晶体以及晶体的性质。
2.掌握晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别。
通过晶体、非晶体、晶体结构的学习,形成物理观念。
自主预习 新知导学
一、晶体和非晶体
1.固体可以分为 晶体 和 非晶体 两类。食盐、蔗糖等是 晶体 ,玻璃、橡胶等是 非晶体 。
2.单晶体具有 确定 的几何形状,多晶体和非晶体没有 确定 的几何形状,晶体 有确定 的熔点,非晶体 没有确定的熔化温度 。
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,这叫作 各向同性 。由于多晶体是许多 单晶体 杂乱无章地组合而成的,所以多晶体是 各向同性 的。
4.多晶体和非晶体都没有规则的几何外形,由此判断它们内部物质微粒的排列是完全相同的,这种说法对吗
答案：这种说法是错误的。多晶体没有规则的几何外形是由于它是由许多杂乱无章的小单晶体组成的,尽管小单晶体之间的排列是杂乱无章的,但每一个小单晶体内部微粒的排列却是有序的;而非晶体内部微粒的排列是完全没有规律的,因此多晶体和非晶体内部微粒的排列是不一样的。
二、晶体的微观结构
1.在各种晶体中,原子(或分子、离子)都是按照一定的 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按照 不同规则 在空间分布,例如碳原子按不同结构可分为 石墨 和 金刚石 。
3.同一种物质也可能以 晶体 和 非晶体 两种不同的形态出现。有些非晶体在一定条件下也可以转化为 晶体 。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(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)同一种物质只能形成一种晶体。( )
(5)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体。( )
×
×
×
√
√
2.关于晶体的下列说法正确的是( )
A.凡是晶体,都有天然规则的几何形状
B.凡是晶体,物理性质都表现为各向异性
C.凡是具有一定的熔点的都是单晶体
D.冰是晶体
解析：多晶体没有天然规则的几何形状,A错;多晶体在物理性质上表现为各向同性,B错;单晶体和多晶体都有固定的熔点,冰有固定的熔点,冰是晶体,C错,D正确。
D
3.晶体熔化时内能、分子的平均动能和分子势能发生了怎样的变化
答案：晶体熔化时要吸收热量,因此内能增加。晶体熔化时温度不变,因此分子的平均动能不变。内能是所有分子动能和分子势能之和,晶体内分子的动能不变,内能却增加,因此分子的势能是增加的。
合作探究 释疑解惑
知识点一
晶体和非晶体
【问题引领】
1.说明两组固体:玻璃、蜂蜡、硬塑料和盐粒、砂糖、石英的外表有何不同
2.在云母片和玻璃片上分别涂上一层很薄的石蜡,然后用烧热的钢针去接触云母片及玻璃片的另一面,石蜡熔化,如图所示。那么你看到的现象及得出的结论是什么
提示：1.盐粒、砂糖、石英属晶体,有规则的几何外形;玻璃、蜂蜡、硬塑料属非晶体,没有规则的几何外形。
2.玻璃上熔化的石蜡呈圆形,云母片上熔化的石蜡呈椭圆形。这说明非晶体具有各向同性,晶体具有各向异性的特点。
【归纳提升】
1.判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法
(1)区分晶体与非晶体的方法:看其有无确定的熔点,晶体具有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点。仅从各向同性或者几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体。
(2)区分单晶体和多晶体的方法:看其是否具有各向异性,单晶体表现出各向异性,而多晶体表现出各向同性。
2.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。
【典型例题】
【例题1】 (多选)关于晶体和非晶体,下列说法正确的是( )
A.可以根据各向异性或各向同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,如果沿其各方向的导电性不同,则该球体一定是单晶体
D.一块晶体,若其各个方向的导热性相同,则这块晶体一定是多晶体
解析：判断固体是否为晶体的标准是看是否有固定的熔点,多晶体和非晶体都具有各向同性和无规则的外形,单晶体具有各向异性和规则的外形,C、D正确。
CD
误区警示 单晶体和多晶体的共同点是有确定的熔点,不同点是单晶体具有规则的几何形状,在物理性质上表现为各向异性;而多晶体和非晶体没有规则的几何形状,在物理性质上都表现为各向同性。
【变式训练1】 (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.只有单晶体才有天然规则的几何外形
C.晶体在物理性质上一定是各向异性的
D.晶体熔化时具有确定的熔点
解析：单晶体有规则的几何外形,多晶体与非晶体都没有规则的几何外形,如果固体有规则的几何外形但不是天然的,而是人为加工的,则其不一定是晶体,A错误,B正确。单晶体只在某些物理性质上表现为各向异性,并非所有的物理性质都表现为各向异性,多晶体在物理性质上表现为各向同性,C错误。晶体有确定的熔点,D正确。
BD
【问题引领】
知识点二
晶体的微观结构
1.单晶体具有规则的几何外形,物理性质方面表现为各向异性,而非晶体却没有规则的几何外形,并且物理性质方面表现为各向同性。产生这些不同的根本原因是什么呢
2.金刚石和石墨都是由碳原子构成的,但它们在硬度上差别很大,这说明什么问题
提示：1.它们的微观结构不同。
2.金刚石是网状结构,原子间的作用力强,所以金刚石的硬度大。石墨是层状结构,原子间的作用力弱,所以石墨的硬度小。这说明组成物质的微粒按照不同的规则在空间分布会形成不同的晶体。
【归纳提升】
1.晶体内部的微粒是按各自的规则排列着的,具有空间上的周期性。
2.同种元素的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物质。例如,碳原子不同的排列,就成为石墨或金刚石。
3.原子(或者分子、离子)运动特点
(1)原子(或者分子、离子)并不是像结构图上所画的那些点一样静止不动,它们时刻都在不停地振动,结构图中所画的那些点,是它们振动的平衡位置。
(2)同种物质也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,并不是绝对的。
画龙点睛 天然水晶是晶体,而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)就是非晶体。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。
【典型例题】
【例题2】 (多选)晶体不同于非晶体,它具有规则的几何外形,在不同方向上物理性质不同,而且具有一定的熔点,下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性( )
A.组成晶体的物质微粒,在空间按一定的规律排成整齐的行列,构成特定的空间结构
B.晶体在不同方向上物理性质不同,是因为不同方向上微粒数目不同,微粒间距不同
C.晶体在不同方向上物理性质不同,是由于不同方向上的物质微粒的性质不同
D.晶体在熔化时吸收热量,全部用来瓦解晶体的空间结构,转化为分子间势能,因此,晶体在熔化过程中保持一定的温度不变;只有空间结构完全被瓦解,晶体完全变为液体后,继续加热,温度才会升高
ABD
解析：很多晶体都是由相同的物质微粒组成的,例如,金刚石和石墨都是由碳原子组成的,不同方向上物质微粒完全一样,可见其各向异性不是因为不同方向上的粒子性质不同引起的,而是粒子的数目和粒子间距不相同造成的。
科学思维 晶体各向异性的原因
(1)单晶体物理性质的不同取决于其微观结构,单晶体的物质微粒按照一定的规则在空间中整齐地排列着,有规则的几何外形,在物理性质上表现为各向异性。
(2)多晶体是由许许多多晶粒组成的,晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着,无规则的几何外形,多晶体在物理性质上表现为各向同性。
【变式训练2】 (多选)有关晶体的微观结构,下列说法正确的有( )
A.同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质
B.同种元素的原子按不同结构排列有不同的物理性质
C.同种元素形成晶体只能有一种排列规律
D.同种元素形成晶体可能有不同的排列规律
解析：同种元素的原子可以按不同结构排列,形成不同的物质,不同物质的物理性质不同,如同是由碳元素组成的石墨和金刚石的物质密度、机械强度、导热性、导电性和光学性质等都有很大差别,所以B、D正确,A、C错误。
BD
课堂小结
随堂练习
1.(判断晶体与非晶体)下列说法正确的是( )
A.玻璃是晶体
B.食盐是非晶体
C.云母是晶体
D.石英是非晶体
解析：玻璃是非晶体,食盐、云母、石英都是晶体,故选项C正确。
C
2.(熔化曲线的应用)(多选)下图是两种不同物质的熔化曲线,根据曲线判断下列说法正确的是( )
A.甲是晶体 B.乙是晶 C.甲是非晶体 D.乙是非晶体
解析：晶体在熔化过程中不断吸热,但温度(熔点对应的温度)却保持不变,而非晶体没有确定的熔点,因此题图甲对应的是晶体,题图乙对应的是非晶体。
AD
3.(同分异构体)石墨和金刚石性质有很大差异,是由于( )
A.石墨是各向异性的,而金刚石是各向同性的
B.它们的化学成分不同
C.它们都是各向同性的
D.组成它们的物质微粒按不同的规则排列
解析：物质的性质由物质微粒的微观结构决定,故D选项正确。
D
4.(固体的基本性质)(多选)对下列几种固体物质的认识,正确的有( )
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.天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
D.石墨和金刚石的物理性质不同,是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
解析：若物体是晶体,则熔化过程中,温度保持不变,A项正确。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是晶体各向异性的表现,说明云母片是晶体,B项错误。天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列规则,C项错误。由于石墨和金刚石的物质微粒排列结构不同,导致了它们的物理性质不同,D项正确。
AD
本 课 结 束4.固体
课后训练 巩固提升
基础巩固
1.关于晶体和非晶体,下列说法正确的是( )
A.有规则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.非晶体不可能转化为晶体
D.晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点
答案：D
解析：因为外形是否规则可以用人工的方法处理,所以选项A错误。多晶体在物理性质上是各向同性的,选项B错误。实验证明非晶体在适当的条件下可以转化为晶体,选项C错误。晶体与非晶体的区别表现在是否有确定的熔点,选项D正确。
2.下列说法错误的是( )
A.晶体具有天然规则的几何形状,是因为物质微粒是规则排列的
B.有的物质能够生成种类不同的几种晶体,因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构
C.凡各向同性的物质一定是非晶体
D.晶体的各向异性是由晶体的内部结构决定的
答案：C
解析：晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的,A、B、D正确。各向同性的物质不一定是非晶体,多晶体也具有这样的性质,C错误。
3.(多选)下列说法正确的是( )
A.只要是具有各向异性的固体就必定是晶体
B.只要是不显示各向异性的固体就必定是非晶体
C.只要是具有确定的熔点的固体就必定是晶体
D.只要是不具有确定的熔点的固体就必定是非晶体
答案：ACD
解析：多晶体和非晶体都表现出各向同性,只有单晶体表现出各向异性,故B错误,A正确。晶体一定有确定的熔点,而非晶体无确定的熔点,故C、D正确。
4.(多选)下列说法正确的是( )
A.常见的金属材料是多晶体
B.只有非晶体才显示各向同性
C.有确定熔点的是单晶体和多晶体,没有确定熔点的是非晶体
D.晶体在物理性质上一定是各向异性的
答案：AC
解析：固体分晶体和非晶体。晶体又分单晶体和多晶体,常见的金属材料是多晶体,A正确;非晶体和多晶体显示各向同性,单晶体显示各向异性,B、D错误。有确定熔点的是单晶体和多晶体,没有确定熔点的是非晶体,C正确。
5.(多选)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固定的熔点
B.晶体熔化时,温度不变,但内能变化
C.晶体和非晶体在适当条件下可以相互转化
D.由同一种化学成分形成的物质只能以一种晶体结构的形式存在
答案：BC
解析：多晶体显示各向同性,但具有固定的熔点,A错。晶体熔化时,其温度虽然不变,但其内部结构可能发生变化,则内能就可能发生变化,故B对。晶体和非晶体在适当条件下可以相互转化,故C对。同一种元素形成的物质能生成不同的晶体,D错。
6.利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图像,从而可以研究物质的构成规律。如图所示的照片是一些晶体材料表面的STM图像,通过观察、比较,可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的,具有一定的结构特征。则构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点是:
(1) ;
(2) 。
答案：(1)在确定方向上原子有规律地排列,在不同方向上原子的排列规律一般不同 (2)原子排列具有一定的对称性
解析：从题图中可以看出,这几种材料的原子排列均有一定的规则,因此是晶体,具有晶体的特点。
能力提升
1.(多选)下列说法正确的是( )
A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体
B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同的方向上有不同的光学性质
C.由同种元素组成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变
答案：BC
解析：将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是晶体,A错。根据晶体的物理性质可判断选项B、C正确。晶体在熔化过程中,吸收热量内能增大,D错误。
2.如图所示,ACBD是一块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,把圆板从图示位置转90°后电流表示数发生了变化(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.不知有无固定熔点,无法判定是晶体还是非晶体
答案：C
解析：电流表示数发生变化,说明圆板沿AB和CD两个方向的导电性能不同,即各向异性,所以圆板是单晶体,故选项A、B、D错误,选项C正确。
3.(多选)下列叙述错误的是( )
A.晶体的各向异性是由它的微粒规则排列造成的
B.单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排列
C.非晶体有规则的几何形状和确定的熔点
D.石墨的硬度比金刚石差很多,是由于它的微粒不是规则排列
答案：CD
解析：晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶体的物理性质是否相同;也正是由于微粒按一定规律排列,使单晶体具有规则的几何形状。石墨与金刚石的硬度相差甚远是由于它们内部微粒的排列结构不同,石墨的层状结构决定了它的质地柔软,而金刚石的网状结构决定了其中碳原子间的作用力很强,所以金刚石有很大的硬度。
4.如图所示,试说明晶体从开始加热到全部熔化为液体的过程中能的转化情况(分熔化前、熔化时、熔化后三个阶段说明)。
答案：(1)熔化前,晶体从外界吸收能量,主要用来增加组成点阵结构的微粒的平均动能,使物体的温度升高,其体积一般也有所增大,也有小部分能量用来增加微粒的势能。
(2)熔化时,当温度升高到熔点,点阵结构中的一部分微粒已有足够的动能,能够克服其他微粒的束缚离开平衡位置,破坏点阵结构,开始熔化。继续加热,微粒所吸收的热量不再用来增加其平均动能,而完全消耗在破坏点阵结构上,即用来增加势能。
(3)熔化后,液体吸收的能量主要转变为分子动能,只要继续加热,温度就会升高。
