2.4 固体(共56张PPT)

(共56张PPT)
第二章 气体、固体和液体
2.4 固体
人教版（2019）高中物理选择性必修第二册
CONTENTS
01
晶体和非晶体
02
单晶体和多晶体
03
目录
晶体的微观结构
04
典例分析
新课导入
观察食盐颗粒和松香的外形，它们的外形各有怎样的特征？
再用显微镜观察精盐和松香粉末的外形，两者有什么样的差别吗？
食盐颗粒总是呈现立方体形，松香颗粒没有规则的几何形状。
诱思导学
固体、液体、气体的性质是什么？
形状 流动性 体积 形状
固体 不流动 固定 固定
液体 流动 固定 随容器形状
改变而改变（不固定）
气体 流动 不固定 不固定
本节课我们就对固体进行探究
(1)
生活中常见的固体:
(2)
玻璃
蜂蜡
塑料
石英
白糖
食盐
诱思导学
上图是在日常生活中有两组常见的物质：
一组是玻璃、蜂蜡、硬塑料等；
另一组是盐粒、砂糖、石英.两类固体物质的外表各有什么特征？
一组没规则形状；另一组有规则形状.
01
晶体和非晶体
气体、固体和液体
常见的晶体
石英
云母
明矾
食盐
味精
硫酸铜
食盐
硫酸铜
明矾
雪花
白糖
石英
云母
钻石
由此可知：
（1）常见的晶体有:
石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精、雪花和金属等
（2）几种常见晶体的规则外形：
食盐晶体
呈立方体形
明矾晶体
呈八面体形
石英晶体
中间是一个六棱柱，两端呈六棱锥
雪花
是水蒸气在空气中凝华时形成的晶体，一般为六角形
的规则图案．
2．非晶体：没有规则的几何形状．
常见的非晶体有：
玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等．
松香
沥青
常见的非晶体
松香
玻璃
蜂蜡
沥青
橡胶
实 验
观察玻璃和云母片上石蜡熔化区域的形状
观察玻璃和云母片上石蜡熔化区域的形状
玻璃片
云母片
（圆形）
（椭圆形）
玻璃（非晶体）在各个方向上导热性能是相同的
云母（晶体）在各个方向上导热性能是不同的
说明：
把光分解为两束光而沿不同方向折射，形成双折射现象
晶体导光性的各向异性
o
e
双折射
（如方解石）
普通折射
（如玻璃等非晶体）
观察方解石晶体是各向异性
思考与讨论
常见的金属没有规则的形状，但具有确定的熔点。它们是晶体还是非晶体
从金属的显微图样中可以看到，它是由许多细小的晶粒组成的。每个晶粒都是一个小的单晶体。但是，由于这些小的单晶体的取向杂乱无章，所以金属没有确定的几何形状。
晶体和非晶体有哪些差异？
3．晶体和非晶体的差异
（1）外形上：
晶体有规则的几何形状；非晶体则没有规则的几何形状.
（2）物理性质上：
①云母导热性上表现出显著的各向异性
②而有些晶体在导电性上表现出显著的各向异性，如方铝矿
③有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性，如方解石．
晶体的物理性质与方向有关（这种特性叫各向异性）
晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点．
（3）熔点：
非晶体的物理性质在各个方向是相同的（这种特性叫各向同性）
非晶体具有各向同性.
晶体具有各向异性，但并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性．
(1)一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现:
例如水晶:天然水晶是晶体，熔化后再凝结的水晶（石英玻璃）就是非晶体，即一种物质是晶体还是非晶体并不是绝对的．
4．晶体和非晶体间的转化
(2)许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体．
(3)在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体．
天然水晶是晶体 石英玻璃是非晶体
熔化后再凝固
石英等晶体
漫长的地址年代
火山玻璃（火山喷发出来的熔岩，迅速冷却来不及结晶而形成的一种玻璃质结构岩石）
02
单晶体和多晶体
气体、固体和液体
1．单晶体：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．
例如：雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等．
2．多晶体：如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体叫做多晶体．其中的小晶体叫做晶粒．
　（1）多晶体没有规则的几何形状．
（2）多晶体
①不显示各向异性．（每一晶粒内部都是各向异性的）
②有确定的熔点．
固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体非晶体的标志．
固体
晶体：
非晶体：
多晶体
单晶体
有（天然）规则的几何形状
有确定的熔点
某些物理性质（导电、导热、光学性质）可表现为各向异性
无规则的几何形状
导电、导热、光学性质表现为各向同性
无（天然）规则的几何形状
无确定的熔点
导电、导热、光学性质表现为各向同性
总结
固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体和非晶体的标志．
温度
时间
固态
固液共存
液态
T0
硬
软
流动
具有规则几何形状的固体不一定是晶体．例如：有规则形状的蜡烛不是晶体，而是非晶体。
(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.
知识深化
判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法
03
晶体的微观结构
气体、固体和液体
晶体呈现出很多特殊的宏观性质（外形规则、有固定熔点、各向异性等）
猜一猜：晶体在微观结构上可能有什么特点？
探索客观世界的一般方法：由表及里、由现象到本质
1.晶体微观结构的特点
（1）组成晶体的物质微粒（分子或原子、离子）依照一定的规律在空间中整齐地排列，具有空间上的周期性。
食盐晶体结构
①晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释。
②单晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的．
③多晶体是单晶体杂乱无章地组合而成，单晶体的物理性质各向异性被抵消了，从整体来看物理性质变为各向同性。
（3）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：石墨和金刚石的微观结构：
石墨
金刚石
注意：模型图里的点只是微粒做震动的平衡位置。
（2）晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离。微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动。
2.用晶体的微观结构解释晶体的特征
（1）为什么晶体具有规则的几何外形？
由于晶体的物质微粒是按照一定的规则在空间中整齐地排列的，表现在外形上具有规则的几何形状，且不同类型的晶体结构，决定了各种晶体的不同外形。
（2）如何解释物理性质的各向异性呢？
在不同方向上物质微粒的排列情况不同，引起晶体的不同方向上物理性质的不同。
（3）晶体的熔点为什么固定？
晶体溶化时，吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化。
非晶体熔化时，先变软，然后变成粘滞性很大的液体，温度不断升高。
3、有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构。
石墨
石墨的密度小，金刚石的密度大；
石墨能导电 ，金刚石不能导电。
例如，碳原子如果按图甲那样排列就成为石墨，按图乙那样排列就成为金刚石．
金刚石
石墨质地松软，粉状润滑剂，制作铅笔心．
金刚石有很大的硬度，可以用来切割玻璃
体验：石墨的润滑作用
铅芯的主要成分是石墨，请利用手边的材料，设计实验体验石墨的润滑作用。
4、一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的
例如，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。
5、有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。
例如晶体硫熔化（温度超过300度）后倒入冷水会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又转化为晶体硫。
人造卫星的抛物面天线
碳族新材料
石墨烯
碳纳米管
富勒烯C60
富勒烯C60
12个正五边形
20个正六边形
你能根据微观结构判断这种材料可能的特点吗？
“轻而抗压”
碳族新材料
石墨烯
富勒烯
碳纳米管
碳原子组成的六角形蜂巢晶格的纳米材料，具有非常优异的光学、力学、电学特征
碳族新材料——石墨烯
硬
薄
透光性好
导热系数高
可弯曲
石墨烯晶体管
室温下石墨烯载流子迁移率高，受温度和掺杂影响小，超高频率
柔性显示屏
石墨烯良好的电导性、透光性及柔性，使它在透明导电方面极具优势。
柔性光伏电池板
石墨烯与硅结合的新型太阳能电池。
超轻型飞机材料
石墨烯的厚度是头发丝的20万分之一,强度是钢的200倍，是目前最轻最薄、最强的材料。
石墨烯功能涂料
石墨烯运用于涂料，可增强防腐、耐磨、散热等功能。广泛运用于船舶、车辆、桥梁、日常用具等。
石墨烯具有六边形的晶格结构单层厚度仅为0.335 nm。
04
典例分析
气体、固体和液体
『判一判』
(1)铁块没有规则的几何形状，所以是非晶体。 (　　)
(2)晶体具有确定的熔点。 (　　)
(3)具有各向同性的固体一定是非晶体。 (　　)
(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。 (　　)
(5)玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状。 (　　)
(6)晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的。 (　　)
(7)晶体一定有规则的几何形状。 (　　)
(8)有规则几何形状的固体一定是晶体。 (　　)
(9)常见的金属是多晶体。 (　　)
(10)常见的金属是晶体。 (　　)
×
√
×
√
√
×
×
×
√
√
【例题1】下列说法正确的是 (　　)
A.一个固体球，若沿各条直径方向上的导电性能不同，则该球为单晶体
B.一块固体，若是各个方向导热性能相同，则这个固体一定是非晶体
C.一块固体，若有确定的熔点，则该固体必定为晶体
D.黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体
只有单晶体才有各向异性,A项正确；多晶体和非晶体都具有各向同性，B项错误；只有晶体才有固定熔点，C项正确；黄金是晶体，切割后分子结构不变，仍然是晶体，D项错误。
解析：
AC
【例题2】晶体在熔解过程中所吸收的热量主要用于（ ）
A.破坏空间点阵结构，增加分子动能
B.破坏空间点阵结构，增加分子势能
C.破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能
D.破坏空间点阵结构，但不增加分子势能和分子动能
晶体有固定的熔点，熔解过程吸收的热量主要用于破坏空间点阵结构。因为温度不变，所以分子平均动能不变，吸收的热量用于增加分子势能，内能增加。
解析：
B
解析：
【例题3】一块厚度和密度都均匀分布的长方体被测样品，长AB是宽AD的两倍，如图3所示.如果用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1′和O2O2′方向测量，结果阻值均为R，则这块样品可能是( )
A.单晶体 B.多晶体
C.非晶体 D.普通金属
用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1′、O2O2′方向测量结果均相同，说明该样品沿O1O1′和O2O2′方向电阻率(即导电性能)不同，即物理性质表现为各向异性，A正确，B、C错误。如果是普通金属，可以分析出沿O1O1′方向电阻比较大，D错误.
A
【例题4】晶体内部的分子有序排列为如图所示的空间点阵(图中的小黑点表示晶体分子)，图中AB、AC、AD为等长的三条线段.下列说法正确的是（ ）
A.A处的晶体分子可以沿三条线方向发生定向移动
B.三条线段上晶体分子的数目相同，表明晶体的物理性质是各向同性的
C.三条线段上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的
D.以上说法均不正确
解析：
晶体中的分子只在平衡位置附近振动，不会沿三条线方向发生定向移动，故A错误；三条线段上晶体分子的数目不同，表明晶体的物理性质是各向异性的，故B、D错误，C正确。
C
【例题】晶体在熔解过程中所吸收的热量主要用于A．破坏空间点阵结构，增加分子动能（ ）
B．破坏空间点阵结构，增加分子势能
C．破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能
D．破坏空间点阵结构，但不增加分子势能和分子动能
晶体有固定的熔点，熔解过程吸收的热量主要用于破坏空间点阵结构，因温度不变，所以分子平均动能不变，吸收的热量用于增加分子势能，内能增加.
B
对熔点的解释
给晶体加热到一定温度时，一部分微粒具有足够大的动能克服微粒间的相互作用，离开振动的平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔解，熔解时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列(从能量角度来看是增加了分子势能)，温度并不发生变化．
多晶体的微观结构及对其性质的解释
多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成的．平常见到的各种金属材料都是多晶体．把纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许许多多晶粒组成的．晶粒有大有小，最小的只有10－5 cm，最大的也不超过10－3 cm.每个晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性的物理性质和规则的几何形状，因为大量晶粒的杂乱无章地排列，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．
多晶体的微观结构及对其性质的解释
多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成的．平常见到的各种金属材料都是多晶体．把纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许许多多晶粒组成的．晶粒有大有小，最小的只有10－5 cm，最大的也不超过10－3 cm.每个晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性的物理性质和规则的几何形状，因为大量晶粒的杂乱无章地排列，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．
想一想：在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围分别如图 (a)、(b)、(c)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(d)所示。则由此可判断出甲为________，乙为________，丙为________。(填“单晶体”、“多晶体”或“非晶体”)
多晶体
非晶体
单晶体
解析：晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。单晶体的物理性质具有各向异性，多晶体的物理性质具有各向同性。
1．关于晶体和非晶体，下列说法中正确是（ ）
A．单晶体具有各向异性
B．多晶体也具有各向异性
C．非晶体的各种物理性质，在各个方向上都是相同的
D．晶体的各种物理性质，在各个方向上都是不同的
A
小试牛刀
2．下列固体中全是由晶体组成的是（ ）
A．石英、云母、明矾、食盐、雪花、铜
B．石英、玻璃、云母、铜
C．食盐、雪花、云母、硫酸铜、松香
D．蜂蜡、松香、橡胶、沥青
A
3.关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是(　　 )
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．非晶体在适当的条件下可能转化为晶体
D．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点
CD
小试牛刀
4.下列说法正确的是( )
A．一个固体球，若沿各条直径方向上的导电性能不同，则该球为单晶体
B．一块固体，若是各个方向导热性能相同，则这个固体一定是非晶体
C．一块固体，若有确定的熔点，则该固体必定为晶体
D．黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体
AC
5、关于石墨与金刚石的区别，下列说法正确的是（ ）
A.它们是由不同物质微粒组成的不同晶体
B.它们是由相同物质微粒组成的不同晶体
C.金刚石是晶体，石墨是非晶体
D.金刚石比石墨原子间作用力大，金刚石有很大的硬度
BD
小试牛刀
6、(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
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
小试牛刀