2.4 固体（教案） 高二物理人教版（2019）选择性必修第三册

第二章 气体、固体和液体
第4节 固体
教学设计
问题与目标
1.知道晶体和非晶体的主要区别。
2.知道单晶体、多晶体和非晶体的区别。
3.了解晶体的微观结构假说。
4.了解晶体的应用。
重点与难点
重点
1.晶体与非晶体的区别。
2.单晶体与多晶体的区别。
3.晶体的微观结构。
难点
用微观结构理论解释晶体的特性。
教学准备
教师要求
多媒体课件
学生要求
课前复习分子热运动、熔化和凝固、晶体和非晶体等相关知识
教学过程
一、导入新课
分子在不停地做无规则运动，它们之间又存在相互作用力。分子力的作用使分子聚集在一起，分子的无规则运动又使它们分散开来。这两种作用相反的因素决定了分子的三种不同的聚集状态，即固态、液态和气态。物理学又把固态和液态统称为凝聚态。凝聚态物理学是当前物理学发展最迅速的分支学科之一。
固体和液体有一个共同的特点：它们的分子间的距离跟分子本身的大小具有相同的数量级，因而分子间有较强的相互作用，这使得固体和液体都不易压缩，在微观结构上不像气体那样无序。
那么，固体、液体、气体的性质是什么呢
状态 流动性 体积 形状
固体 不流动 固定 固定
液体 流动 固定 不固定
气体 流动 不固定 不固定
本节课，我们就对固体进行一下探究。
二、新课教学
1.晶体和非晶体
(1)晶体：
①晶体的特点：具有确定的熔点，具有规则的几何形状。
②常见的晶体有石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等。
③几种常见晶体的规则外形：
食盐晶体：呈立方体形(图甲）。
明矾晶体：呈八面体形(图乙)。
石英晶体：中间是一个六棱柱，两端呈六棱锥(图丙)。
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：
①非晶体的特点：没有确定的熔化温度，没有规则的几何形状。
②常见的非晶体有玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。
(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熔点：晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度。
③在其他物理性质上：晶体的物理性质与方向有关(这种特性叫作各向异性)，非晶体的物理性质在各个方向是相同的(这种特性叫作各向同性)。
注意：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。例如，云母在导热性上表现出显著的各向异性：方倡矿品体在导电性上表现出显著的各向异性；方解石显体在光的折射上表现出显著的各向异性等。
(4）晶体和非晶体间的转化：
①一种物质可能以品体和非品体两种不同的形态出现。
例如，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。
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。
2.单晶体和多晶体
(1)单晶体：
①如果整个物体由一颗晶粒组成，这样的物体叫作单晶体。
②常见的单晶体有雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等。
(2)多晶体：
①如果整个物体由许多杂乱无章地排列着的小晶粒组成，这样的物体叫作多晶体。
②常见的金属就是多晶体。
(3)多晶体的特性：
①没有规则的几何形状。
②在物理性质上表现各向同性(同非晶体)，但每一晶粒内部表现各向异性的。
③有确定的熔点。
(4)多晶体和非晶体的比较：
①相同点：没有规则的几何形状；一些物理性质都表现为各向同性。
②不同点：多晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度。
注意：固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体和非晶体的标志。
3.晶体的微观结构
(1)各种晶体内部的微粒是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。
(2)组成同一物质的微粒，如果按照不同规则在空间分布，可以生成不同的晶体。
例如，碳原子按不同规则排列，可以成为石墨(图甲)，也可以成为金刚石(图乙)。
(3)固体微粒的热运动表现为在平衡位置附近做微小振动。
①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。所以，食盐晶体呈立方体形，明矾晶体呈八面体等。
②在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体不同方向上的物理性质的不同。所以，才有晶体的各向异性。
(4)用晶体的微观结构解释晶体的特征。
4.固体材料在生活、生产、科学、研究等方面的应用
三、课堂小结
本节课所学的知识有：
1.固体可分为晶体和非晶体两大类。
2.晶体和非晶体在外形、物理性质上的差别。
3.晶体可分为单晶体和多晶体，通常说的晶体及性质是指单晶体，多晶体的性质与非晶体类似。
4.固体材料在生活、生产、科学、研究等方面的应用。
四、作业设计
完成课本第35页练习题
课堂练习
1.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )
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能不同，则该球一定是单晶体
D.一块晶体，若其各个方向的导热性能相同，则一定是多晶体
2.关于下列四幅图中所涉及晶体微观结构及其解释的论述中，不正确的是( )
A.甲图中，晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质
B.乙图为金刚石中碳原子形成的一种紧密结构，相互之间作用力很强，所以金刚石十分坚硬，可制造玻璃刀和钻头
C.丙图为食盐晶体的点阵结构，晶体的许多特性都与点阵结构有关
D.图丁为液晶分子的排列示意图，液晶分子的排列会因温度、压力等外界条件的微小变动而发生变化，由此引起液晶光学性质的改变
3.有关晶体的排列结构，下列说法正确的有( )
A.同种元素原子按不同结构排列有相同的物理性质
B.同种元素原子按相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
4.下列关于固体的说法中,正确的是( )
A.晶体熔化时,温度不变,但内能变化
B.单晶体一定是单质,有确定的几何形状,有确定的熔点
C.多晶体没有确定的几何形状,也没有确定的熔点
D.晶体都是各向异性的,而非晶体都是各向同性的
答案以及解析
1.答案：C
解析：表现出各向同性的可以是多晶体，也可以是非晶体，并且单晶体的某些物理性质也表现各向同性，故不能根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体，故A错误；沿各个方向对一块均匀薄片施加拉力，发现其强度一样，力学性质表现出各向同性，并不能判断出其他物理性质是否也具有各向同性，则薄片可能是非晶体，也可能是多晶体，还可能是单晶体，故B错误；一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，即具有各向异性，则该球体一定是单晶体，故C正确；单晶体具有各向异性的特征，仅指某些物理性质，并不是所有的物理性质都是各向异性的，故当晶体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错误.
2.答案：B
解析：图甲中晶体中沿不同的方向上微粒排列的情况不同，故晶体在不同的方向上会表现出不同的物理性质，A正确；图乙为石墨的微观结构，B错误；晶体的许多特性都与点阵结构有关，C正确；温度、压力、电磁作用等可以改变液晶的光学性质，D正确.B符合题意.
3.答案：D
解析：同种元素原子排列结构不同导致物理性质不同，如石墨和金刚石的密度、机械强度、导热性、导电性、光学性质等都有很大的区别，故D正确.
4.答案：A
解析：晶体熔化时,其温度虽然不变,但其内部结构可能发生变化,其吸收的热量转化为分子势能,内能增大,故A正确;单晶体不一定是单质,例如食盐晶体,故B错误;多晶体没有确定的几何形状,但有确定的熔点,故C错误;单晶体各向异性,但多晶体不显示各向异性,故D错误。
板书设计
第4节 固体
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