配套K12高中物理第二章固体液体和气体第一讲晶体和非晶体第二讲晶体的微观结构第三讲固体.docx

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配套K12高中物理第二章固体液体和气体第一讲晶体和非晶体第二讲晶体的微观结构第三讲固体

第一讲　晶体和非晶体

第二讲　晶体的微观结构

第三讲　固体新材料

[目标定位]　1.知道晶体和非晶体外形和物理性质上的区别.2.知道晶体可分为单晶体和多晶体.3.了解晶体的微观结构.4.了解固体新材料在生活、生产、科学研究等方面的应用.

一、晶体和非晶体

1.固体可以分为晶体和非晶体两类.

晶体又可以分为单晶体与多晶体.

2.石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体.

3.单晶体有确定的几何形状，非晶体没有确定的几何形状.

4.晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点；晶体的某些物理性质表现为各向异性，非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，表现为各向同性；多晶体是各向同性的.

二、晶体的微观结构

1.晶体的微观结构假说的内容：

晶体内部的微粒是有规则地排列着的.

2.假说提出的依据：

晶体外形的规则性和物理性质的各向异性.

3.实验验证：

人们利用X射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后证实了晶体的内部粒子有规则排列的假说是正确的.

4.微观结构理论的内容：

（1）组成晶体的物质微粒（原子、分子或离子）按一定的规律在空间整齐排列.

（2）晶体内部各微粒之间存在着很强的相互作用力，微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动.

一、正确理解晶体与非晶体的区别

1.区别

分类

宏观外形

物理性质

非晶体

没有确定的形状

①没有固定的熔点；

②导电、导热、光学性质表现为各向同性

晶体

单晶体

有天然规则的形状

①有确定的熔点；

②导电、导热、光学性质表现为各向异性

多晶体

没有确定的形状

①有确定的熔点；

②导电、导热、光学性质表现为各向同性

2.区别晶体和非晶体关键看有无固定的熔点，单晶体与多晶体的区别关键看有无规则的几何外形及是否有各向、异性.

例1

　下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是（　　）

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.大粒盐磨成细盐，就变成了非晶体

D.所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点

答案　D

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；大粒盐磨成细盐，而细盐仍是形状规则的晶体，在放大镜下能清楚地观察到，故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.

针对训练　某一固体具有一定的熔点，那么它（　　）

A.一定是晶体B.一定是非晶体

C.是多晶体D.不一定是非晶体

答案　A

解析　无论是单晶体还是多晶体都有一定的熔点.

例2

　如图1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（　　）

图1

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

答案　B

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.

二、对晶体和非晶体的微观解释

1.对单晶体各向异性的解释

图2

如图2所示，这是在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况.从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同.直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少.正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同.

2.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，晶体开始熔解，熔解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.对多晶体特征的微观解释

晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性.它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性.多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有.

4.对非晶体特征的微观解释

在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长直线上，微粒的个数大致相等，也就是说，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.

6.对同素异构体的解释

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.

例3

　2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究.他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开，使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二维结构.如图3所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是（　　）

图3

A.石墨是晶体，石墨烯是非晶体

B.石墨是单质，石墨烯是化合物

C.石墨、石墨烯与金刚石都是晶体

D.他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的

答案　CD

解析　石墨、石墨烯、金刚石都为晶体且都为单质，A、B错误，C正确；两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨烯的，D正确.故正确的答案为C、D.

三、固体新材料

1.新材料的基本特征

（1）新材料有优异的性能和广阔的应用前景.

（2）新材料的发展与新工艺、新技术密切相关；

（3）新材料往往具有特殊性能，如超高强度、超高硬度、超塑性；

（4）新材料的研发和应用推动了人类文明和社会的进步.

2.新材料的未来

（1）新材料科学正向着研究各种复合材料（例如复合金属材料、复合陶瓷材料、复合高分子材料）、研究并开发纳米材料、开发同时具有感知外界环境或参数变化和驱动功能的机敏材料、研究开发生物医学材料等方向发展.

（2）新材料的制备工艺、检测仪器和计算机应用也是今后新材料科学技术发展的重要内容.

例4

　下列说法正确的是（　　）

A.新材料特殊的性能，它不仅包括特殊的物理性能，也包括一些特殊的化学性能

B.制作集成电路时，尽管对硅单晶片的完整性有很高的要求，但是可以允许单晶片内原子的规则排列出现微小的缺陷

C.纳米是长度单位，1nm＝10－10m

D.金属薄膜可以配合读写磁头设计的改进，增大磁记录的密度

答案　D

解析　新材料的特殊性能是指物理性能，A错；制作集成电路的硅单晶片是不允许硅单晶片内原子的规则排列出现微小的缺陷的，B错；1nm＝10－9m，C错；由于金属薄膜的晶粒尺寸小、晶粒各向异性大，晶粒间的相互交换作用弱，是可以配合读写磁头的改进增大磁记录的密度的，D正确.

晶体与非晶体

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

答案　CD

解析　判定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天然无规则的几何外形，单晶体具有各向异性和天然规则的几何外形.

2.下列固体中全部属于晶体的是（　　）

A.石英、云母、明矾、食盐、雪花、铜

B.石英、玻璃、云母、铜

C.食盐、雪花、云母、硫酸铜、松香

D.蜂蜡、松香、橡胶、沥青

答案　A

晶体和非晶体的微观解释

3.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　）

A.它们由不同的空间点阵构成

B.晶体内部的物质微粒是有规则地排列的，非晶体内部的物质微粒在不停地运动着

C.晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的

D.在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体

答案　B

解析　空间点阵是晶体的一个特殊结构，是晶体的一个特性，所以A是错误的；不管是晶体还是非晶体，组成物质的微粒永远在做热运动，所以C是错误的；非晶体提不到什么层面的问题，即使是晶体，各个层面的微粒数也不见得相等，所以D也是错误的.故正确答案为B.

4.某球形固体物质，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

答案　B

解析　导热性能各向相同的物体可能是非晶体，也可能是多晶体，因此，A选项不正确；多晶体具有确定的熔点，因此B选项正确；物体外形是否规则不是判断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C选项错误；单晶体也不一定各个物理特性都有各向异性，故D错.

（时间：

60分钟）

题组一　晶体和非晶体

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

答案　C

解析　玻璃是非晶体，食盐、云母、石英都是晶体，故选项C正确.

2.云母薄片和玻璃片分别涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母薄片及玻璃片的反面，石蜡熔化，如图1所示，那么（　　）

图1

A.熔化的石蜡呈圆形的是玻璃片

B.熔化的石蜡呈圆形的是云母片

C.实验说明玻璃片有各向同性，可能是非晶体

D.实验说明云母有各向同性，是晶体

答案　AC

解析　单晶体在导热这一物理性质上具有各向异性，而非晶体则是各向同性.

3.下列哪些现象能说明晶体与非晶体的区别（　　）

A.食盐是正方体，而蜂蜡无规则形状

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

答案　AC

解析　晶体有天然规则的几何外形，具有一定的熔点，而非晶体则没有，故A、C正确.

4.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，也没有天然规则的几何形状

答案　D

解析　常见的金属都是多晶体，因而黄金也是多晶体，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；同一种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；单晶体只在某些物理性质上表现出各向异性，并不是所有物理性质都表现出各向异性，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对.

5.如图2a、b所示是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线判断下列说法正确的是（　　）

图2

A.a是晶体B.b是晶体

C.a是非晶体D.b是非晶体

答案　AD

解析　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，加热过程，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.

6.如图3所示，ABCD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（　　）

图3

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

题组二　晶体和非晶体的微观结构

7.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　）

A.人造晶体在现代技术中应用广泛，但没有固定的熔点

B.晶体内部的物质微粒按一定规则排列且不停振动，非晶体内部的物质微粒在不停地运动着

C.晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒却在不停地运动着

D.晶体管的制造材料是晶体

答案　BD

解析　有确定熔点是晶体的属性，A错误；组成物质的微粒永远在做热运动，不管是晶体还是非晶体，B正确，C错误；晶体管是由晶体材料制成的，D正确.

8.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

答案　BD

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物质密度、机械强度、导热性、导电性和光学性质等都有很大差别，所以B、D正确，A、C错误.

9.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

答案　C

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；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.

10.下列关于探索晶体结构的几个结论中正确的是（　　）

A.1912年，德国物理学家劳埃用X射线来探测固体内部的原子排列，才证实了晶体内部的物质微粒的确是按一定的规律整齐地排列起来的

B.组成晶体的物质微粒，没有一定的规则在空间杂乱无章地排列着，并且晶体的微观结构没有周期性特点

C.晶体内部各微粒之间还存在着很强的相互作用力，这些作用力就像可以伸缩的弹簧一样，将微粒约束在一定的平衡位置上

D.热运动时，晶体内部的微粒可以像气体分子那样在任意空间里做剧烈运动

答案　AC

解析　劳埃在1912年用X射线证实了晶体内部结构的规律性.而晶体内部微粒都只能在各自的平衡位置附近振动，是因为微粒间存在着相互作用力的结果.

题组三　固体新材料

11.纳米晶体材料在现代科技和国防中具有重要的应用.下列关于晶体的说法正确的是（　　）

A.晶体内的微观粒子在永不停息地做无规则热运动

B.晶体内的微观粒子间的相互作用很强，使各粒子紧紧地靠在一起

C.晶体的微观粒子在不同方向上排列情况不同

D.晶体的微观粒子在空间排列上没有顺序，无法预测

答案　C

解析　

12.下列说法中不正确的是（　　）

A.不锈钢具有很强的耐腐蚀性，广泛应用于制造餐具、外科手术器械及化工设备

B.有机高分子材料是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素的有机化合物构成的材料

C.复合材料则是由几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料

D.玻璃钢不是复合材料

答案　D

解析　玻璃钢、碳纤维和陶瓷复合材料都是新型的复合材料，D错.

13.利用扫描隧道显微镜（STM）可以得到物质表面原子排列的图象，从而可以研究物质的构成规律.如图4所示的照片是一些晶体材料表面的STM图象，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：

图4

（1）

；

（2）

.

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

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，因此是晶体物质，具有晶体的特点.