1.晶体和非晶体
2.半导体
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道什么是晶体和非晶体、单晶体和多晶体.(重点)
2.知道各向异性现象和各向同性现象.
3.掌握晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别.(重点)
4.学会用晶体的微观结构特点来解释晶体外形的规则性和物理性质的各向异性.(难点)
5.了解半导体材料.
知识点一| 晶体和非晶体
[先填空]
1.固体可以分为晶体和非晶体两类.石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是晶体,玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体.
2.各向异性与各向同性
(1)各向异性:晶体的一些物理性质与方向有关.
(2)各向同性:非晶体的各种物理性质,在各个方向上都是相同的.
3.晶体可分为单晶体和多晶体两类.
4.单晶体和多晶体
(1)单晶体:天然具有规则几何形状且各向异性的大晶体.
(2)多晶体:由许多晶粒构成的晶体.
[再判断]
1.单晶体和多晶体都有规则的几何外形. (×)
2.所有的晶体都具有各向异性. (×)
3.可以通过有无确定的熔点来区分晶体和非晶体. (√)
[后思考]
云母薄片和玻璃片上分别涂一层很薄的石蜡,然后用烧热的钢针去接触云母片及玻璃片的反面,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?
A B
【提示】 A呈圆形,玻璃为各向同性是非晶体.B呈椭圆形,云母片为各向异性是单晶体.
1.单晶体的特征
(1)具有天然的规则外形,这种规则的外形不是人工造成的.
(2)物理性质各向异性,这是单晶体区别于非晶体和多晶体最重要的特性,是判断单晶体最主要的依据.
(3)具有一定的熔点,单晶体在这一点上和多晶体没有区别.从宏观上区分晶体和非晶体的重要依据是看有无一定的熔点.
2.多晶体和非晶体
(1)多晶体虽无天然规则的几何形状,物理性质各向同性,但组成多晶体的晶粒都有规则的几何形状,每一个晶粒都具有单晶体的特征和物理性质,这是多晶体和非晶体在内部结构上的区别.
(2)多晶体与非晶体在宏观上的区别在于多晶体具有一定的熔点,非晶体则没有,例如很多同学认为玻璃应是多晶体,但实验证明玻璃没有一定的熔点,故应是非晶体.
3.正确理解单晶体的各向异性
(1)在物理性质上,单晶体具有各向异性,而非晶体则是各向同性的.
①单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质不同,也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性能时,测试结果不同.
②通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等.
(2)单晶体具有各向异性,并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性,举例如下:
①云母、石膏晶体在导热性上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快慢不同.
②方铅矿石晶体在导电性上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同.
③立方体形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同方向的弹性不同.
④方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同.
1.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,如果沿其各条直线方向的导电性不同,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
E.判断晶体和非晶体可以根据有没有确定的熔点
【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、E正确.
【答案】 CDE
2.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
E.可以根据各向异性或各向同性来鉴别单晶体和多晶体
【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,但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、E正确;晶体有确定的熔点,D正确.
【答案】 BDE
3.在图甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡,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,以下说法不正确的是( )
甲 乙 丙 丁
A.甲、乙为非晶体,丙是晶体
B.甲、乙为晶体,丙是非晶体
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
E.甲、丙有确定的熔点,乙无确定的熔点
【解析】 由图甲、乙、丙可知:甲、乙各向同性,丙各向异性;由图丁可知:甲、丙有固定熔点,乙无固定熔点,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D、E正确.
【答案】 ABC
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.
知识点二| 晶体的微观结构 固体性质的微观解释
[先填空]
1.晶体的点阵结构:如果用点来表示组成晶体的这些微粒,这些点在晶体内部的空间就会形成一个有规则的、周期排列的结构.
2.固体性质的微观解释
(1)构成固体的微粒排列非常紧密,微粒之间的引力很大,绝大多数粒子只在各自的平衡位置附近做小范围的无规则振动,所以固体具有固定的形状和体积.
(2)方法:在固体界面沿不同方向画出等长直线.
(3)微观解释
①单晶体在不同直线上微粒的个数不相等,说明沿不同方向微粒的排列及物质结构情况不同,在物理性质上表现为各向异性.
②非晶体在不同直线上微粒的个数大致相等,说明沿不同方向微粒排列及物质结构情况基本相同,在物理性质上表现为各向同性.
(4)同一种物质在不同条件下形成不同的晶体,由于微观结构不同,物理性质有很大差异.
[再判断]
1.晶体的分子(原子、离子)排列是有规则的. (√)
2.非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同. (√)
3.同一种物质只能生成一种晶体. (×)
[后思考]
为什么多晶体表现为各向同性?
【提示】 多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成的.每个晶粒都是一个小单晶体,具有各向异性.但由于晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着,所以它在不同方向的物理性质是相同的,即各向同性.
1.对外形及物理性质表现各向异性还是各向同性的解释
单晶体
多晶体
非晶体
外形
规则
不规则
不规则
物理性质
各向异性
各向同性
各向同性
微观解释
单晶体内部物质微粒的排列有一定规律,因此宏观上有规则的几何外形.在不同方向上的微粒排列及物质结构情况不一样,在物理性质上表现为各向异性.
多晶体内部物质微粒的排列没有一定规律.因此宏观上没有规则的几何外形.在多晶体内部物质微粒的排列是杂乱无章的,从统计的观点来看,在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同,因此在物理性质上表现为各向同性.
非晶体内部物质微粒的排列没有一定规律,在宏观上没有规则的几何外形.在非晶体内部物质微粒的排列是杂乱无章的,从统计观点来看,在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同,因此在物理性质上表现为各向同性.
2.对同素异形体的解释
有的物质有几种晶体,是因为它们的物质微粒能形成不同的晶体结构.例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石,二者在物理性质上有很大差别.白磷和红磷的化学成分相同,但白磷具有立方体结构,而红磷具有与石墨一样的层状结构,二者在物理性质上也有很大差别.
3.对晶体具有一定熔点的解释
给晶体加热到一定温度时,一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力,离开平衡位置,使规则的排列被破坏.晶体开始熔化,熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列,温度不发生变化.
4.下列哪些属于晶体的结合类型( )
A.金属晶体 B.离子晶体 C.多晶体 D.原子晶体
E.单晶体
【解析】 晶体的结合类型有:离子晶体、原子晶体和金属晶体,故选A、B、D.
【答案】 ABD
5.下列叙述中正确的是( )
A.晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列
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的差很多,是由于它的微粒没有按空间点阵分布
E.非晶体没有规则几何形状,也没有确定的熔点
【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;也正是由于它的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,故A、B、E正确.
【答案】 ABE
6.关于晶体和非晶体,以下说法中正确的是( )
A.同种物质在不同的条件下可表现为晶体或非晶体
B.晶体内部物质微粒排列是有规则的,而非晶体内部物质微粒排列是不规则的
C.晶体内部的微粒是静止的,而非晶体内部的物质微粒在不停地运动着
D.在物质内部的各个层面上,微粒数相等的是晶体,微粒数不等的是非晶体
E.非晶体在不同直线上微粒的个数大致相等,所以在物理性质上表现为各向同性
【解析】 同种物质也可能以晶体或非晶体两种不同形式出现,所以A正确;晶体和非晶体在微观结构上的区别决定了它们在宏观性质上的不同,所以B正确;不管是晶体还是非晶体,组成物体的微粒永远在做热运动,所以C是错的;非晶体没有层面,也就谈不到什么层面的问题,即使是晶体各个层面的微粒数也不一定相等,所以D错、E正确.
【答案】 ABE
1.单晶体具有各向异性是因为沿不同方向微粒的排列及物质结构情况不同.
2.晶体具有确定的熔点是因为晶体具有规则的排列结构.
3.同种物质有几种不同的晶体是因为物质微粒排列的空间结构不同.
知识点三| 半导体
[先填空]
1.半导体:导电性能介于导体与绝缘体之间的物质.
2.电阻率:表示材料的导电性能;电阻率ρ由材料的自身性质决定,而与形状无关;ρ=R.
3.分类:N型半导体和P型半导体.
4.二极管:把N型半导体和P型半导体通过一定的技术手段结合在一起,形成PN结;二极管具有单向导电的特性.
5.三极管具有放大信号或开关电流的作用.
6.各种特殊性能的半导体器件
(1)光敏电阻:是利用半导体材料在光照条件下,其电阻率迅速下降的半导体器件.
(2)热敏电阻:是利用半导体材料在温度变化时,其电阻率迅速改变的半导体器件;电阻值随温度升高而减小的叫负温度系数热敏电阻,电阻值随温度升高而增大的叫正温度系数热敏电阻.
(3)发光二极管:是通电后能发光的半导体器件,简称LED.
[再判断]
1.在极低的温度下,纯净的半导体仍能很好地导电. (×)
2.在有光照射时,有的半导体可以导电. (√)
3.掺入一定杂质后,半导体的导电性能一定会变差. (×)
[后思考]
在高分子合成材料,新型无机非金属材料、复合材料、光电子材料及金属材料中,能用作半导体的材料的有哪些?
【提示】 新型无机非金属材料和光电子材料.
1.影响半导体导电性能的因素:温度、光照、掺入杂质.
2.半导体的单向导电性的微观机理(以硅为例)
(1)N型半导体:以自由电子参与导电的半导体掺入杂质后形成的半导体.
(2)P型半导体:以空穴参与导电的半导体掺入杂质后形成的半导体.
(3)PN结:P型半导体端为晶体二极管的正极,N型半导体端为晶体二极管的负极.
3.二极管的单向导电性
(1)二极管的符号是,接入电路时“+”与电源正极相连,表示加正向电压,此时二极管导通,正向电阻很小.
(2)二极管加反向电压时,电阻很大,但通常仍会有很小的电流,叫做漂移电流.
7.半导体就是导电性能介于导体和绝缘体之间的物质,以下关于其导电性能的说法中正确的是( )
A.半导体导电性能介于导体和绝缘体之间,性能稳定
B.在极低的温度下,纯净的半导体像绝缘体一样不导电
C.在较高温度时,半导体的导电性能会大大增强,甚至接近金属的导电性能
D.半导体中掺入杂质后,其导电性能会减弱
E.半导体中掺入杂质后,其导电性能会增强
【解析】 半导体的导电性能受温度、光照及掺入杂质的影响,故A错误,B、C正确;掺入杂质后半导体的导电性能会大大增强,故D错误,E正确.
【答案】 BCE
8.阅读下面的短文,回答下列问题.
导体容易导电,绝缘体不容易导电.有一些材料,导电能力介于导体和绝缘体之间,称作半导体,除了导电能力外,半导体有许多特殊的电学性能,使它获得了多方面的重要应用.
有的半导体,在受热后电阻迅速减小;反之,电阻随着温度的降低而迅速增大.利用这种半导体可以做成体积很小的热敏电阻.热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精度高.
(1)如果将热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变,只要热敏电阻所在区域的温度降低,电路中电流将变________(选填“大”或“小”).
(2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度.如果刻度盘正中的温度刻度值为20 ℃(如图甲所示),则25 ℃的刻度值应在20 ℃的________边(选填“左”或“右”).
(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度的变化,请用图乙中的器材(可增加元件)设计一个电路.
【解析】 温度升高,热敏电阻阻值变小,电流变大,指针右偏;很显然,热敏电阻与电流表应是相互影响,所以它们之间应串联.
【答案】 (1)小 (2)右 (3)如图所示
热敏电阻在温度变化时,其电阻能迅速改变,故可以用它来测量很小范围内的温度变化.
课件55张PPT。第三章 固体和液体1.晶体和非晶体
2.半导体
晶体和非晶体晶体非晶体晶体非晶体方向相同多晶体规则异晶粒××√晶体的微观结构 固体性质的微观解释有规则周期引力平衡位置无规则等长不相等微粒的排列物质结构各向异性大致相等微粒排列物质结构各向同性微观结构√√×半导体导体绝缘体导电性能自身性质形状单向导电光照下降温度减小增大发光 LED×√×点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(九)
(建议用时:45分钟)
[基础达标练]
1.某种物体表现出各向同性的物理性质,则可以判断这种物质( )
A.不一定是多晶体 B.不一定是单晶体
C.一定不是单晶体 D.一定是非晶体
E.不一定是非晶体
【解析】 因为非晶体和多晶体都表现出各向同性,故A、E正确,D错误;单晶体一定表现出各向异性,故B错误,C正确.
【答案】 ACE
2.关于晶体和非晶体,下列说法正确的是( )
A.晶体可以变为非晶体,但非晶体不可以转变为晶体
B.晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化
C.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
D.具有各向同性的物体,可以断定它不是单晶体
E.具有确定熔点的物体,可以断定它一定是单晶体
【解析】 在一定条件下,晶体和非晶体可以相互转化,A错,B对.同种物质可以生成多种晶体.例如,金刚石和石墨,它们的化学性质相同,物理性质相差很大,C对.具有各向同性的物体可能是多晶体或非晶体,D对.单晶体和多晶体都具有确定的熔点,E错.
【答案】 BCD
3.某球形固体物质,其各向导热性能相同,则该物体( )
A.可能是非晶体
B.一定是多晶体
C.可能具有确定的熔点
D.一定是单晶体,因为它有规则的几何外形
E.可能是多晶体,因为它的物理性质是各向同性
【解析】 各向导热性能相同的物体可能是非晶体,也可能是多晶体,因此A选项正确、B错误错误;多晶体具有确定的熔点,因此C选项正确;物体外形是否规则不是判断它是否是单晶体的依据,应该说,单晶体具有规则的几何外形是“天生”的,而多晶体和非晶体也可以有规则的几何外形,当然,这只能是“后天”人为加工的,因此D选项错误;非晶体和多晶体的物理性质都是各向同性的,故E选项正确.
【答案】 ACE
4.如图所示,ADBC是一厚度均匀的由同一种微粒构成的圆形板.AB和CD是互相垂直的两条直径,把圆形板从图示位置转90°后电流表读数发生了变化(两种情况下都接触良好).关于圆形板,下列说法正确的是( )
A.圆形板是非晶体
B.圆形板是多晶体
C.圆形板是单晶体
D.圆形板在各个方向导电性不同
E.圆形板在各个方向导热性可能不同
【解析】 由题图知,两种情况下长度相同,横截面积相同,但两种情况下电流表的读数发生了变化,即电流表的读数不相同,说明了圆形板在各个方向上导电性不同,表现为各向异性,所以圆形板是单晶体,故C、D正确,A、B错误;题中没有条件说明导热性能,可能相同,也可能不同,E正确.
【答案】 CDE
5.如图所示,甲、乙、丙三种固体物质,质量相等,从其温度随时间变化的图像可以判断( )
甲 乙 丙
A.甲是晶体
B.乙是晶体
C.丙是晶体
D.甲的熔点比丙高
E.乙的熔点是t
【解析】 由图像可以看出,甲和丙有固定熔点,分别为t2和t1(熔化时不断吸热但温度保持不变),而乙没有固定熔点,先变软,后熔化,温度不断上升,故甲、丙两固体均为晶体,而固体乙为非晶体,t1<t2,故固体甲的熔点比丙高,故选项A、C、D正确.
【答案】 ACD
6.下列有关晶体的结构叙述正确的是( )
A.在晶体内部,组成晶体的物质微粒是无规则排列的
B.晶体的微观结构具有周期性
C.在晶体内部,组成晶体的物质微粒可以自由运动
D.组成晶体的微粒只能做微小的振动
E.晶体内部微粒间存在着很强的作用力
【解析】 在晶体的内部,组成晶体的物质微粒是有规则排列的,A错误;晶体的微观结构具有周期性,且微粒间存在着很强的作用力,B、E正确;在晶体内部,组成晶体的物质微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动,而不能自由运动,C错误、D正确.
【答案】 BDE
7.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
E.同种元素可能形成不同的晶体
【解析】 同种元素原子在不同情况下可能按不同的方式排列,并导致物理性质有明显的差异,故A、C错误,B、D、E正确.
【答案】 BDE
8.用沥青铺成的路面,冬天变硬,夏天变软,请问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.并比较晶体和非晶体在物理性质上有什么异同?
【解析】 沥青冬天变硬,夏天变软,说明它没有固定的熔点,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.晶体在外观上通常有规则的几何形状,有确定的熔点,有一些物理性质表现为各向异性;非晶体在外观上没有规则的形状,没有确定的熔点,一些物理性质表现为各向同性.
【答案】 见解析
[能力提升练]
9.一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,如图所示.如果用多用电表的欧姆档沿两个对称轴O1O1′和O2O2′方向测量,结果阻值均为R,则这块样品不可能是( )
A.单晶体 B.多晶体
C.非晶体 D.金属
E.方铅矿石
【解析】 用多用电表的欧姆档沿两个对称轴O1O1′,O2O2′方向测量结果均相同,说明该物体沿O1O1′和O2O2′方向电阻率(即导电性能)不同,即表现出各向异性的物理性质,所以可能是单晶体,方铅矿石是单晶体.如果是普通金属,可以分析出沿O1O1′方向电阻比较大.故不可能的是B、C、D三种样品.
【答案】 BCD
10.关于石墨和金刚石的区别,下面说法正确的是( )
A.石墨和金刚石都是由同种物质微粒组成但空间结构不同的晶体
B.金刚石晶体结构紧密,所以质地坚硬,石墨晶体是层状结构,所以质地松软
C.石墨和金刚石是不同物质的微粒组成的不同的晶体
D.石墨导电,金刚石不导电是由于组成它们的化学元素不同
E.金刚石和石墨具有相同的化学性质
【解析】 石墨和金刚石都是由碳原子按照不同的排列规律构成的不同晶体,A对、C错;金刚石中的碳原子距离相等,有很强的相互作用,因此它结构紧密、质地坚硬,而石墨中的碳原子间距离不相等,形成层状结构,其原子间距离很大,作用力较弱,因此质地松软B对;石墨和金刚石都是由碳原子组成的,故它们的化学性质相同,D错、E对.
【答案】 ABE
11.有一块物质薄片,某人为了检验它是不是晶体,做了一个实验.他以薄片的正中央O为坐标原点,建立xOy平面直角坐标系,在两个坐标轴上分别取两点x1和y1,使x1和y1到O点的距离相等.在x1和y1上分别固定一个测温元件,再把一个针状热源放在O点,发现x1和y1点的温度都在缓慢升高.
甲同学说:若两点温度的高低没有差异,则该物质薄片一定是非晶体.
乙同学说:若两点温度的高低有差异,则该物质薄片一定是晶体.
请对两位同学的说法作出评价.
(1)甲同学的说法是________(选填“对”或“错”)的;理由是______________________________________________________
______________________________________________________.
(2)乙同学的说法是________(选填“对”或“错”)的;理由是______________________________________________________
______________________________________________________.
【解析】 单晶体中,物质微粒的排列顺序及物质结构在不同方向上是不一样的,因此单晶体表现出各向异性.而非晶体中,物质微粒排列顺序及物质结构在不同方向是一样的,因此非晶体表现出各向同性.对于多晶体,由于其中小晶粒是杂乱无章地排列的,因此也表现出各向同性.由此可知,表现出各向同性的不一定是非晶体,而表现出各向异性的一定是晶体.
【答案】 (1)错 因为有些晶体在导热性上也有可能是各向同性的(或两个特定方向上的同性并不能说明各个方向上都同性)
(2)对 因为只有晶体才具有各向异性
12.如图所示为食盐晶体结构示意图,食盐晶体是由钠离子(图中?)和氯离子(图中●)组成的,这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上,都是等距离地交错排列的.已知食盐的摩尔质量是58.5 g/mol,食盐的密度是2.2 g/cm3,阿伏伽德罗常数为6.0×1023 mol-1,试估算食盐晶体中两个最近的钠离子中心间的距离.
【解析】 1 mol食盐中有NA个氯离子和NA个钠离子,离子总数为2NA,因为摩尔体积V与摩尔质量M和物质密度ρ的关系为V=,
所以一个离子所占的体积为
V0==
由题图可知V0就是图中每四个离子所夹的正方体的体积,此正方体的边长
d==
而最近的两个钠离子中心间的距离
r=d=
=1.41× m
≈4×10-10 m.
【答案】 4×10-10 m