鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第2章 第1节 固体类型及微观结构学案word含解析

课标要求
1.通过实验，了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。
2.了解固体的微观结构。知道晶体和非晶体的特点。能列举生活中的晶体和非
晶体。
3.通过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。
4.了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的
影响。
5.知道半导体的特点，了解半导体技术在生产生活中的应用。
6.初步了解纳米材料的特性，关注纳米材料的研究和应用及其可能存在的问题。
7.观察液体的表面张力现象。了解表面张力产生的原因。知道毛细现象。
第1节　固体类型及微观结构
核心素养 物理观念 科学探究 科学思维
1.知道什么是晶体和非晶体、单晶体和多晶体。
2. 知道晶体和非晶体的特点及区分方法。
3.知道单晶体在某些物理性质上具有各向异性。
4.知道晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
5.知道晶体分子在空间排列上具有周期性。 通过实验来认识单晶体在物理性质上的各向异性。 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。
知识点一　晶体和非晶体
[观图助学]
北方的冬天，经常能够看到漫天飞雪的场景，异常壮观。上图为四种常见的雪花图样，它们虽然不尽相同，但它们在形状上有一个共同的特点，你发现了吗？
1.固体的分类
(1)分类：固体通常可以分为晶体和非晶体两大类。
(2)实例
①晶体：盐、糖、金、银、铜、铁、锡等。
②非晶体：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。
2.单晶体与多晶体
(1)晶体可分为单晶体和多晶体两类。
(2)单晶体
①结构特点：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物理性质：某些物理性质具有各向异性，有固定的熔点。
(3)多晶体
①结构特点：没有规则的几何形状，由大量细微的单晶体杂乱无章地排列在一起构成的晶体。
②物理性质：物理性质上各向同性，有固定的熔点。
3.晶体与非晶体的转化
晶体与非晶体在一定的条件下可以相互转化，如非晶体的玻璃经过加热冷却反复处理，可使其结构有序化，变为多晶体；传统的金属晶体经过急冷处理，可制得非晶态金属——金属玻璃。
[思考判断]
(1)单晶体具有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点。(×)
(2)晶体在物理性质上都具有各向异性的特性。(×)
(3)凡是具有天然规则的几何形状的物体必定是单晶体。(√)
雪花虽然在形状上不完全相同，但是它们都具有6个角。
三种单晶体的几何形状
冰的熔点是0 ℃。
知识点二　固体的微观结构
[观图助学]
上图为单晶体和非晶体分子在某一平面上的排列示意图，观察它们在不同方向上的排列情况，说出它们有什么不同。
1.微观结构
(1)单晶体：单晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况是不一样的，所以单晶体在物理性质上表现为各向异性。
(2)非晶体：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，所以非晶体在物理性质上表现为各向同性。
2.同素异形体
同种物质微粒在不同的条件下有可能生成不同的晶体，虽然构成这些晶体的物质微粒都相同，但是由于它们的排列形式不同，物理性质也不同。如金刚石、石墨都是由碳原子构成的晶体，但是它们的物理性质有很大差异。
3.晶体具有确定熔点的解释
晶体在熔化成液体的过程中，规则排列的分子之间的距离要增加，分子间的作用力表现为引力，外界提供的热量用来克服分子的引力做功，使分子势能增大，而分子平均动能不变，所以熔化过程中温度不变，吸收的热量只转化成分子势能。
[思考判断]
(1)单晶体的分子(原子、离子)排列是有规律的。(√)
(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。(×),
单晶体在不同方向上，相同长度上分子数不同。
食盐晶体中氯离子和钠离子分布的示意图
红磷与白磷是磷元素组成的两种不同的晶体。
晶体的熔化曲线
核心要点 　晶体和非晶体的性质
[问题探究]
在云母片和玻璃片上分别涂上一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母片及玻璃片的另一面，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？
答案　玻璃片上石蜡的熔化区呈圆形，说明玻璃片沿各个方向的导热性能相同。云母片上石蜡的熔化区呈椭圆形，说明云母片沿各个方向的导热性能不相同。
[探究归纳]
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。
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。
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。
[经典示例]
[例1] 在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触其背面一点，蜡熔化的范围如图(a)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(b)所示，则(　　)
A.甲、乙是非晶体，丙是晶体
B.甲、丙是晶体，乙是非晶体
C.甲、丙是非晶体，乙是晶体
D.甲是非晶体，乙是多晶体，丙是单晶体
解析　由题图(a)知，甲、乙的导热性呈各向同性，丙的导热性呈各向异性；由题图(b)知，甲、丙有确定的熔点，乙没有确定的熔点。所以甲、丙是晶体，乙是非晶体。
答案　B
规律总结　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。
[针对训练1] (多选)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.晶体在物理性质上一定是各向异性的
C.晶体熔化时具有一定的熔点
D.晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的
解析　固体的外形是否规则可用人工的方法进行处理，所以选项A错误；晶体分为单晶体和多晶体，而多晶体在物理性质上是各向同性的，选项B错误；晶体有固定熔点，所以选项C正确；理论和实验都证明非晶体是不稳定状态，在适当的条件下会变成晶体，因此选项D正确。
答案　CD
核心要点 　固体的微观结构
[要点归纳]
1.对单晶体各向异性的解释
图为在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况。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.因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同。
2.对同素异形体的解释
同种元素的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物质。例如，碳原子如果按图甲那样排列，就成为石墨，而按图乙那样排列，就成为金刚石。
[经典示例]
[例2] (多选)下列说法正确的是(　　)
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，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构
C.凡具有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
解析　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；具有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。
答案　ABD
[针对训练2] (多选)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.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，非晶体没有规则的几何形状，也没有确定的熔点，故A、B、D正确。
答案　ABD
1.(晶体和非晶体)(多选)下列哪些现象能说明晶体与非晶体的区别(　　)
A.盐粒是正方体，而蜂蜡无天然规则的形状
B.石墨可导电，沥青不能导电
C.冰熔化时，温度保持不变；松香受热熔化时，温度持续升高
D.金刚石密度大，石墨密度小
解析　区分晶体和非晶体是否有固定的熔点，有固定熔点是晶体，单晶体具有规则的几何外形，非晶体没有，A、C正确。
答案　AC
2.(晶体的微观结构)(多选)下列说法正确的是(　　)
A.将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体
B.固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
C.由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D.在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体
解析　组成晶体的微粒有规则的空间点阵结构，并不会因为颗粒的大小而改变，即使敲碎为小颗粒，仍旧是晶体，选项A错误；固体分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上光学性质不同，表现出各向异性，选项B正确；同种元素构成的固体可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体，如金刚石和石墨，选项C正确；晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体，反之亦然，选项D正确。
答案　BCD
3.(晶体和非晶体)(多选)如图所示，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。这种独特的感觉源于建筑外墙采用了一种叫作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，其特性是(　　)
A.具有各向同性 B.具有各向异性
C.具有确定的熔点 D.没有确定的熔点
解析　非晶体没有确定的熔点，在物理性质上表现为各向同性。
答案　AD
4.(对晶体的微观解释)(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
解析　若固体是晶体，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。
答案　AD
基础过关
1.下列说法中正确的是(　　)
A.玻璃是晶体 B.食盐是非晶体
C.云母是晶体 D.石英是非晶体
解析　玻璃是非晶体，食盐、云母、石英都是晶体，故选项C正确。
答案　C
2.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.无规则几何外形的不一定是非晶体
解析　单晶体有天然的几何形状而多晶体没有，所以选项A错误；金属是多晶体，多晶体的物理性质也是各向同性，所以选项B错误；化学成分相同的物质可生成多种晶体，例如，碳能生成石墨和金刚石，磷能生成白磷和红磷等，所以选项C错误；多晶体没有规则的几何外形，D正确。
答案　D
3.(多选)关于晶体和非晶体的几种说法中，正确的是(　　)
A.不具有规则形状的物体一定不是晶体
B.单晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫作各向异性
C.若物体表现为各向同性，它就一定是非晶体
D.晶体有一定的熔化温度，非晶体没有一定的熔化温度
解析　单晶体物理性质表现为各向异性，多晶体和非晶体物理性质都表现为各向同性，单晶体有规则的几何外形，多晶体和非晶体没有规则的外形。晶体与非晶体的区别在于有无确定的熔点。
答案　BD
4.(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
解析　晶体的各向异性取决于晶体内部结构的有规则性，即不同方向上物质微粒的排列情况不同。故正确答案为A、D。
答案　AD
5.如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程。图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T。从图中可以确定的是(　　)
A.晶体和非晶体均存在固定的熔点T0
B.曲线M的bc段表示固液共存状态
C.曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态
D.曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态
解析　只有晶体存在固定的熔点T0，曲线M的bc段表示固液共存状态，曲线M的ab段表示固态，曲线M的cd段表示液态，曲线N的ef段不表示固态，曲线N的fg段不表示液态，选项B正确，A、C、D错误。
答案　B
能力提升
6.(多选)关于晶体和非晶体，下列说法正确的是(　　)
A.金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体
B.晶体的分子(或原子、离子)排列是有规则的
C.单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
D.单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体的物理性质是各向同性的
解析　金刚石、食盐、水晶是晶体，玻璃是非晶体，选项A错误；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，选项D错误；晶体分子(或原子、离子)的排列是有规则的，且有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，选项B、C正确。
答案　BC
7.下列图像中，表示晶体凝固图像的是(　　)
解析　A图像为晶体的熔化图像；B图像为非晶体的熔化图像；晶体凝固过程中有一定的凝固点，而非晶体没有，故C图像为晶体的凝固图像；D图像为非晶体的凝固图像。选项C符合题意。
答案　C
8.(多选)如图所示，ACBD是一厚度均匀的由同一种材料构成的圆板。AB和CD是互相垂直的两条直径，把圆板从图示位置转过90°后电流表读数发生了变化(两种情况下都接触良好)。关于圆板，下列说法正确的是(　　)
A.圆板是非晶体
B.圆板是多晶体
C.圆板是单晶体
D.圆板沿各个方向导电性能不同
答案　CD
9.(多选)有关晶体的微观结构，下列说法中正确的有(　　)
A.同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质
B.同种元素的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
解析　同种元素的原子可以按不同结构排列，形成不同的物质，不同物质的物理性质不同，如同是由碳元素组成的石墨和金刚石的密度、机械强度、导热性能、导电性能和光学性质等都有很大差别，所以B、D正确，A、C错误。
答案　BD
10.利用扫描隧道显微镜(STM)可以得到物质表面原子排列的图像，从而可以研究物质的构成规律。如图所示的照片是一些晶体材料表面的STM图像，通过观察、比较，可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的，具有一定的结构特征。则构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点是：
(1)_____________________________________________________________；
(2)____________________________________________________________。
解析　从题图中可以看出，这几种材料的原子排列均有一定的规则，因此是晶体，具有晶体的特点。
答案　(1)在确定方向上原子有规律地排列，在不同方向上原子的排列规律一般不同　(2)原子排列具有一定的对称性