2019年物理粤教选修3-3学案 第二章+第一节+晶体和非晶体+Word版含解析

第一节晶体和非晶体
1．矿物学上常常依据晶体的形状来鉴别矿石，是因为晶体都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．云母是一种常见的单晶体，云母薄片在不同方向上承受的外力大小不同，这说明它在不同方向的机械强度不同，另外它在不同方向上的导热性能也是不同的，这个特性被称为晶体的各向异性。
3．多晶体和非晶体在物理性质上都具有各向同性的性质，也都没有规则的几何形状，但多晶体和单晶体一样，也有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。
4．以下是几种常见的物质：铜、橡胶、玻璃、食盐、石英、沥青等，其中属于晶体的有铜、食盐、石英，属于非晶体的有橡胶、玻璃、沥青。
晶　体
1.固体的分类
固体通常可分为晶体和非晶体两大类。
(1)常见的晶体：糖、盐、味精、石英、云母、冰、雪花等，金、铜、铁等固态金属以及一些金属矿石也都是晶体。
(2)常见的非晶体有玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶。
2．晶体
晶体可分为单晶体和多晶体。
(1)单晶体：
①定义：具有规则的几何形状、各向异性、有确定的熔点三个宏观特性的固体物质。
②对物理性质各向异性的理解
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。晶体的各向异性是指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晶体的物理性能时测量结果不同。例如晶体在不同的方向还可以有不同的硬度、弹性、热膨胀性质、导电性能等。
(2)多晶体：
①定义：由许多无规则排列晶粒构成的晶体。
②对物理性质各向同性的理解
多晶体中的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，因为晶粒在多晶体中杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性。它在不同方向上的物理性质是相同的，即各向同性。
(1)单晶体具有各向异性，并不是说每一种单晶体在各种物理性质上都表现出各向异性，不同晶体在不同物理性质上表现出各向异性。
(2)单晶体和多晶体尽管在物理性质上分别表现出各向异性和各向同性，但都有确定的熔点。
1．[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　对于该金属而言，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。选项B、C正确。
非晶体和晶体的比较
1.单晶体和非晶体的区别与联系
(1)在外形上，晶体具有规则的几何外形，而非晶体则没有规则的几何外形。
食盐晶体、明矾晶体、石英晶体的形状虽然各不相同，但都有规则的几何形状，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形状，例如雪花可以有多种不同的几何形状，非晶体则没有规则的几何形状。
(2)在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体是各向同性的。
(3)晶体具有一定的熔点，而非晶体则没有一定的熔点。
2．多晶体与非晶体的相同点与区别
(1)相同点：多晶体与非晶体都没有规则的几何形状；在物理性质上都是各向同性的。
(2)区别：多晶体有一定的熔点，而非晶体没有熔点。
晶体和非晶体是相对的，晶体和非晶体并不是绝对的，它们在一定条件下可以相互转化。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。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。
2．[多选]在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，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，则(　　)
A．甲、乙为非晶体，丙是晶体
B．甲、丙为晶体，乙是非晶体
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BD　由图甲、乙、丙可知，甲、乙各向同性，丙各向异性。由图丁可知，甲、丙有确定熔点，乙无确定熔点，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B、D正确。
对晶体物理性质的认识
[例1]　如图所示的是一块密度、厚度均匀的矩形被测样品，长AB为宽CD的两倍，若用万用表沿两对称轴测其电阻均为R，这块样品可能是(　　)
A．金属　　　　　　　 B．多晶体
C．单晶体 D．非晶体
[解析]　由图知，电阻RAB的长度是RCD的2倍，横截面积是RCD的，对于同种材料的导体，用万用表测得RAB＝RCD，说明该材料沿AB方向导电性能比CD方向导电性能好，表现出各向异性，因而该样品是单晶体，因而应选C。
[答案]　C
借　题
发　挥
判断这类问题，要明确单晶体各向异性的物理性质有哪些，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。
晶体和非晶体的区别
[例2]　关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　)
A．所有的晶体都表现为各向异性
B．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体
C．大块塑料粉碎成形状相同的颗粒，每个颗粒即为一个单晶体
D．所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点
[解析]　只有单晶体才表现为各向异性，故A错；单晶体有规则的几何形状，而多晶体无规则的几何形状，金属属于多晶体，故B错；大块塑料是非晶体，粉碎成形状规则的颗粒，依然是非晶体，C错；晶体和非晶体的一个重要区别，就是晶体有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，故D对。
[答案]　D
借　题　
发　挥
　　晶体与非晶体最本质的区别是晶体有确定的熔点而非晶体无确定的熔点，由于多晶体和非晶体都是具有各向同性，没有规则外形的特点，仅从各向同性或几何形状不能断定某一固体是晶体还是非晶体。
1．[多选]关于晶体的下列说法中正确的是(　　)
A．凡是晶体，都有规则的几何形状
B．凡是晶体，物理性质都表现为各向异性
C．凡是晶体都有一定的熔点
D．冰是晶体
解析：选CD　多晶体没有规则的形状，物理性质也表现为各向同性。晶体无论是单晶体还是多晶体都有一定的熔点。
2．[多选]某球形的固体物质，其各向导热性能相同，则该物体(　　)
A．一定是非晶体
B．可能具有确定的熔点
C．一定是单晶体，因为它有规则的几何外形
D．一定不是单晶体，因为它具有各向同性的物理性质
解析：选BD　导热性能各向同性的物体可能是非晶体，还可能是多晶体，A错误；多晶体具有固定的熔点，B正确；物体外形是否规则，不是判断是不是单晶体的依据，应该说，单晶体有天然的规则的外形，但多晶体或非晶体经人为加工后也可具有规则的外形，C错误；单晶体具有各向异性的物理性质，D正确。
3．下列说法正确的是(　　)
A．黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体
B．同一种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，只是因为多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。单晶体的有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正确。
4．有一固体，外形呈规则的六面体，则它(　　)
A．一定是晶体　　　　　 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　固体有规则外形，如果是天然的，则它一定是单晶体，如果是人为造成的，则它也可能是非晶体，D对。
5．[多选]如果某个固体显示出各向同性，那么下述结论中哪个是正确的(　　)
A．它一定不是单晶体 B．它一定是多晶体
C．它一定是非晶体 D．它不一定是非晶体
解析：选AD　晶体中的单晶体显示出各向异性，故A正确；多晶体与非晶体都表现出各向同性。故B，C错误，D正确。
6．下列有关多晶体的说法中，正确的是(　　)
A．多晶体是各向异性的
B．多晶体与非晶体属同一类固体
C．多晶体中的晶粒具有各向异性
D．多晶体中的晶粒具有各向同性
解析：选C　多晶体和非晶体的物理性质均是各向同性，多晶体和非晶体的构造又有所区别，非晶体内物质微粒的排列是杂乱无章的，而多晶体是由许多小晶粒构成的，虽然这些小晶粒杂乱无章地排列，但每个小晶粒内的物质微粒都按一定规则排列，每一个小晶粒都是各向异性的，C正确。
7．关于晶体和非晶体，下列说法错误的是(　　)
A．晶体可以变为非晶体，反之，非晶体可以转变为晶体，只要满足一些特定条件
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．具有各向异性的物体，可以断定它是单晶体
D．具有特定熔点的物体，可以断定它是单晶体
解析：选D　物质是晶体还是非晶体并不是绝对的，在一定条件下可以相互转化。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。
8．把某薄片一面涂上一层石蜡，然后用烧热的钢针接触它的反面，熔化了的石蜡呈椭圆形，那么，这薄片是(　　)
A．非晶体 B．多晶体
C．单晶体 D．无法判定
解析：选C　熔化了的石蜡呈椭圆形，说明该薄片的导热性能具有各向异性，故该薄片一定是单晶体。
9．关于晶体和非晶体的下列说法中，正确的是(　　)
A．凡是晶体，都具有天然的几何外形
B．金属整体表现为各向同性，故金属是非晶体
C．化学成分相同的物质，只能生成同一晶体
D．晶体的各向异性是由于组成晶体的微粒呈现有序排列的结果
解析：选D　单晶体有天然的几何形状而多晶体没有，所以选项A不正确；金属是多晶体，多晶体的物理性质表现为各向同性，所以选项B不对；化学成分相同的物质，若能形成几种空间点阵结构，就能生成几种晶体，例如碳能生成晶体石墨和金刚石，磷能生成白磷、红磷等，所以选项C不对；晶体分子的有序排列，使得晶体沿不同方向的分子数不同，其物理性质表现出各向异性，所以选项D正确。
10．[多选]国家游泳中心——水立方，像一个透明的水蓝色的“冰块”，透过它，游泳池中心内部设施尽收眼底。这种独特的感觉就源于建筑外墙采用了一种叫做ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚物)的膜材料。这种膜材料属于非晶体，那么它具有的特性是(　　)
A．在物理性质上具有各向同性
B．在物理性质上具有各向异性
C．具有一定的熔点
D．没有一定的熔点
解析：选AD　非晶体没有一定的熔点，在物理性质上表现为各向同性，选项A、D正确。
11．[多选]如图所示是两种不同物质的熔化图像，根据图像判断下列说法正确的是(　　)
A．a是晶体 B．b是晶体
C．a是非晶体 D．b是非晶体
解析：选AD　晶体在熔化过程中，不断吸热，但温度却保持不变(熔点对应的温度)，而非晶体没有确定的熔点，不断加热，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升，因此a对应的是晶体，b对应的是非晶体。
12．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，如果沿其各条直径方向的导电性不同，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：选C　根据各向异性和各向同性只能确定是否为单晶体，无法用来鉴别晶体和非晶体，A错；薄片在力学性质上表现为各向同性，也无法确定薄片是多晶体还是非晶体，B错；固体球在导电性质上表现为各向异性，则一定是单晶体，C正确；某一物质的物理性质显示各向同性，并不意味着该物质一定是多晶体。
13．用沥青铺成的路，在冬天变硬，夏天变软，沥青是晶体材料还是非晶体材料？列举生活中的晶体和非晶体例子。
答案：沥青冬天变硬，夏天变软，说明它没有一定的熔点，所以沥青是非晶体，食盐、味精、冰糖为晶体，蜡烛、玻璃为非晶体。