人教版高中物理选修3-3 学案第九章 固体、液体和物态变化 第1节 Word版含解析

第1节　固体
1．知道晶体和非晶体的特点及区别，知道一些常见的晶体和非晶体。
2．知道单晶体和多晶体的区别，了解各向异性和各向同性。
3．了解晶体的微观结构，知道晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
一、晶体和非晶体
1．固体的分类
(1)晶体，如石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精等。
(2)非晶体，如玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。
2．晶体与非晶体的区别
二、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。如碳原子按不同规则排列，可以成为石墨，也可以成为金刚石。
3．固体微粒的热运动表现为在平衡位置附近做微小振动。
4．物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的，晶体和非晶体之间可以在一定条件下相互转化。
判一判
(1)晶体和非晶体都有固定的熔点。(　　)
(2)非晶体内分子的排列是无规则的。(　　)
(3)可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体。(　　)
(4)一块固体，若其各个方向的导热性相同，则这块固体一定是多晶体。(　　)
提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
课堂任务　晶体与非晶体的区别
关于晶体和非晶体的正确判断
1．根据几何形状判断某一固体是晶体还是非晶体时，要注意以下误区：误把多晶体认为非晶体，由于多晶体是由很多个单晶体粘合在一起所组成的晶体，从宏观形状上看，它没有天然规则的几何形状，所以我们很有可能把它误以为是非晶体，但它实际上是晶体。
利用熔点进行晶体和非晶体的判断时不能运用主观经验，例如对蔗糖进行判断时，人们往往会以为从未见过蔗糖的液态形式，不会存在液态形式，故而判断其没有确定熔点，为非晶体。所以，大家在进行晶体和非晶体的判断时要认真分析，不要盲目判断，以免判断错误。
2．单晶体有天然规则的几何外形，例如食盐的晶体是立方体形(如图甲)，明矾晶体是八面体形(如图乙)，石英晶体的中间是一个六棱柱，两端是六棱锥(如图丙)。
非晶体又称玻璃体，是不能形成结晶的固体。非晶体与晶体在微观结构上的本质区别在于：非晶体内部粒子排列不存在长程有序性。晶体有确定的熔点，而非晶体没有。
3．晶体和非晶体在外形上及物理性质上均有区别，但晶体和非晶体的区分又不是绝对的，这是因为某种物质是晶体还是非晶体并不是截然划分的，在一定的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(即水晶玻璃)就是非晶体。用超急冷方法使金属熔液凝固，金属材料会因为来不及结晶而形成非晶体。
例1　(多选)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
[规范解答]　因为外形是否规则可以用人工的方法处理，所以A错误；多晶体在物理性质上是各向同性的，B错误；实验证明非晶体和晶体在一定条件下可以相互转化，C正确；晶体与非晶体的区别表现在是否有确定的熔点，D正确。
[完美答案]　CD
判断晶体与非晶体、单晶体与多晶体的方法
区分晶体和非晶体的方法是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，仅从各向同性或几何形状不一定能判断某一固体是晶体还是非晶体。区分单晶体和多晶体的方法是看其是否具有各向异性或天然规则的几何形状，单晶体表现出各向异性，有天然规则的几何形状，而多晶体表现出各向同性，没有天然规则的几何形状。
　(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．显示各向异性的物体必定是晶体
B．不显示各向异性的物体必定是非晶体
C．具有确定熔点的物体必定是晶体
D．不具有确定熔点的物体必定是非晶体
答案　ACD
解析　非晶体和多晶体都显示各向同性，所以A正确，B错误。晶体不论是单晶体还是多晶体都具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，所以C、D都正确。
课堂任务　对晶体微观结构的认识
用晶体的微观结构理论解释晶体的特性
1．各向异性的微观理解
如图所示是一平面上晶体物质微粒的排列情况，从图中可以看出，在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同。线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少。正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体在不同方向上的物理性质不同。
2．对熔点的解释
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。
3. 有的物质有几种晶体，这是由于它们的物质微粒能够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的不同；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。
　多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成，每个小晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性的物理性质和天然规则的几何外形，由于晶粒在多晶体内杂乱无章地排列着，所以多晶体没有天然规则的几何形状，也不显示各向异性。
例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，因为构成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内部结构决定的
[规范解答]　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。
[完美答案]　C
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显著的各向异性——沿不同方向的折射率不同。
　(多选)晶体具有各向异性的特点是由于(　　)
A．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同
B．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同
C．晶体内部结构的无规则性
D．晶体内部结构的有规则性
答案　AD
解析　晶体的各向异性是由于晶体内部结构的有规则性，使不同的方向上物质微粒的排列情况不同。