資源簡介

2.4固體 學案
【學習目標】
核心素養目標
物理觀念：(1)知道什么是晶體和非晶體、單晶體和多晶體．
(2)掌握晶體和非晶體在外形上和物理性質上的區別．
(3)通過實驗，觀察液體的表面張力現象，了解表面張力產生的原因．
(4)理解液晶的微觀結構、特點和應用．
科學思維：(1)學會用晶體的微觀結構特點來解釋單晶體外形的規則性和物理性質的各向異性．
(2)理解浸潤和不浸潤現象的概念，會分析其產生的原因．
(3)學會用分子動理論解釋毛細現象.
【學習重難點】
重點
1.晶體與非晶體的區別。
2.單晶體與多晶體的區別。
3.晶體的微觀結構。
難點
用微觀結構理論解釋晶體的特性。
【預習新知】
晶體和非晶體
閱讀教材32頁回答以下問題：
問題1、觀察玻璃、蜂蠟、塑料、鹽粒、砂糖、石英等物質，比較它們的外形有何不同？說明了什么問題？
問題2、常見的晶體有哪些？常見的非晶體有有哪些？
問題3、將石蠟均勻涂抹在玻璃片和云母片上，用燒熱的鋼針接觸涂蠟的反面，觀察石蠟在玻璃片和云母片上熔化區域的形狀有何不同？說明了什么問題？
問題4、對蜂蠟和砂糖進行加熱，用溫度計測量二者熔化時溫度的變化有何不同？這說明了什么問題？
問題5、金屬物體沒有固定規則的幾何外形，但它們都有確定的熔點，那么金屬是晶體，還是非晶體？
問題6、根據以上回答，完成下表：
例題1、關于晶體和非晶體，下列說法中正確的是（ ）
A．單晶體具有各向異性
B．多晶體也具有各向異性
C．非晶體的各種物理性質，在各個方向上都是相同的
D．晶體的各種物理性質，在各個方向上都是不同的
例題2、下列說法中正確的是（ ）
A．常見的金屬材料都是多晶體
B．只有非晶體才顯示各向同性
C．凡是具有天然的規則幾何形狀的物體必定是單晶體
D．多晶體不顯示各向異性
針對訓練1、如圖所示是兩種不同物質的熔化曲線，根據曲線判斷下列說法正確的是（ ）
A．a是晶體
B．b是晶體
C．a是非晶體
D．b是非晶體
針對訓練2、下列物質 是晶體， 是非晶體？
A．鐵 B．橡膠 C．玻璃 D．食鹽 E．云母 F．塑料
晶體的微觀結構
問題1、晶體和非晶體在外形、物理性質等方面有顯著的不同，產生這些不同的根本原因是什么呢？晶體微觀結構的特點是怎樣的？
問題2、金剛石和石墨在硬度上差別很大，但它們都是由碳原子構成的，這說明什么問題？
問題3、天然水晶是晶體，而熔化以后再凝固的水晶則是非晶體，這說明了什么？
【教師指導】晶體和非晶體在微觀與宏觀上的區別與聯系？
分類 微觀結構 宏觀表現
外形 物理性質
晶體 單晶體 組成晶體的物質微粒(原子、分子、離子)在空間按一定規則排列——空間點陣 幾何形狀天然有規則 各向異性 有固定熔點
多晶體 由無數的晶體微粒(小晶粒)無規則排列組成 無天然規則的幾何外形 各向同性
非晶體 內部物質微粒是無規則排列的 沒有 固定熔點
例題3、下列敘述中錯誤的是（ ）
A．晶體的各向異性是由于它的微粒按空間點陣排列
B．單晶體具有規則的幾何外形是由于它的微粒按一定規律排列
C．非晶體有規則的幾何形狀和確定的熔點
D．石墨的硬度比金剛石差得多，是由于它的微粒沒有按空間點陣分布
針對訓練3、晶體具有各向異性的特點是由于（ ）
A．晶體在不同方向上物質微粒的排列情況不同
B．晶體在不同方向上物質微粒的排列情況相同
C．晶體內部結構的無規則性
D．晶體內部結構的有規則性
【重難探究】
一　晶體和非晶體
1.單晶體、多晶體及非晶體的區別與聯系
2.單晶體的特征
(1)具有天然的規則外形,這種規則的外形不是人工造成的。
(2)物理性質表現為各向異性,這是單晶體區別于非晶體和多晶體最重要的特性,是判斷單晶體最主要的依據。
①單晶體的各向異性是指單晶體在不同方向上的物理性質(包括彈性、硬度、導熱性能、導電性能、磁性等)不同,也就是沿不同方向去測試單晶體的物理性質時,測試結果不同。
②單晶體具有各向異性,并不是說每一種單晶體都能在各種物理性質上表現出各向異性,舉例如下:云母、石膏晶體在導熱性上表現出顯著的各向異性——沿不同方向傳熱的快慢不同;方鉛礦石晶體在導電性上表現出顯著的各向異性——沿不同方向電阻率不同;立方體形的銅晶體在彈性上表現出顯著的各向異性——沿不同方向的彈性不同;方解石晶體在光的折射上表現出各向異性——沿不同方向的折射率不同。
(3)具有一定的熔點,單晶體在這一點上和多晶體沒有區別,從宏觀上區分晶體和非晶體的重要依據是看有無一定的熔點。
3.多晶體和非晶體
(1)多晶體雖是無天然規則的幾何形狀,物理性質具有各向同性,但組成多晶體的晶粒都有規則的幾何形狀,每一個晶粒都具有單晶體的特征和物理性質,這是多晶體和非晶體在內部結構上的區別。
(2)多晶體與非晶體在宏觀上的區別在于多晶體具有一定的熔點,非晶體則沒有,例如很多同學認為玻璃應是多晶體,但實驗證明玻璃沒有一定的熔點,故應是非晶體。
4.晶體內部的微粒是按各自的規則排列著的,具有空間上的周期性。如圖所示是食鹽晶體。
5.同種元素的微粒能夠按照不同規則在空間分布形成不同的物質,例如,碳原子如果按圖甲那樣排列,就成為石墨,而按圖乙那樣排列,就成為金剛石。
【思考·討論】
(1)如圖是食鹽晶體中的氯離子和鈉離子分布的示意圖,氯離子和鈉離子是在圖示位置靜止不動嗎
提示:它們并不是像結構圖上所畫的那些點一樣靜止不動,它們時刻都在不停地振動,結構圖中所畫的那些點,是它們振動的平衡位置。
(2)同種物質不是晶體就是非晶體,這種說法對嗎
提示:這種說法不正確,同種物質以晶體和非晶體兩種不同的形態出現,也就是說,物質是晶體還是非晶體,并不是絕對的。例如,天然水晶是晶體,而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)就是非晶體,有些非晶體在一定條件下也可以轉化為晶體。
(3)怎樣區分晶體與非晶體、單晶體與多晶體
提示:區分晶體和非晶體的方法是看其有無確定的熔點,晶體具有確定的熔點,而非晶體沒有確定的熔點;區分單晶體和多晶體的方法是看其是否具有各向異性,單晶體表現出各向異性,而多晶體表現出各向同性。
【典例示范】
(多選)在圖甲、乙、丙三種固體薄片上涂蠟,由燒熱的針接觸其上一點,蠟熔化的范圍如圖甲、乙、丙所示,而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關系如圖丁所示,以下說法正確的是 (　　)
A.甲、乙為非晶體,丙是晶體
B.甲、乙為晶體,丙是非晶體
C.甲為多晶體,乙為非晶體,丙為單晶體
D.甲、丙有確定的熔點,乙無確定的熔點
【解題探究】
(1)甲和乙兩種固體受熱后蠟融化的范圍呈現圓形說明什么
提示:甲和乙兩種固體傳熱特性呈現各向同性,說明甲和乙一定不是單晶體。
(2)而從甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關系中可以確定什么信息
提示:甲、丙有確定的熔點,乙無確定的熔點。
【解析】選C、D。由題圖甲、乙、丙可知:甲、乙具有各向同性,丙具有各向異性;由題圖丁可知:甲、丙有固定熔點,乙無固定熔點,所以甲、丙為晶體,乙為非晶體,其中甲為多晶體,丙為單晶體,故C、D正確。
【誤區警示】晶體各向異性的原因
(1)單晶體物理性質的不同取決于其微觀結構,單晶體的物質微粒是按照一定的規則在空間中整齊地排列著,有規則的幾何外形,在物理性質上表現為各向異性。
(2)多晶體是由許許多多晶粒組成的,晶粒在多晶體里雜亂無章地排列著,無規則的幾何外形,多晶體在物理性質上表現為各向同性。
【素養訓練】
1.(多選)關于晶體和非晶體,下列說法正確的是 (　　)
A.可以根據各向異性或各向同性來鑒別晶體和非晶體
B.一塊均勻薄片,沿各個方向對它施加拉力,發現其強度一樣,則此薄片一定是非晶體
C.一個固體球,如果沿其各條直線方向的導電性不同,則該球體一定是單晶體
D.一塊晶體,若其各個方向的導熱性相同,則這塊晶體一定是多晶體
【解析】選C、D。判斷固體是否為晶體的標準是看其是否有固定的熔點,多晶體和非晶體都具有各向同性和無規則的外形,單晶體具有各向異性和規則的外形,C、D正確。
2.(多選)晶體不同于非晶體,它具有規則的幾何外形,在不同方向上物理性質不同,而且具有一定的熔點,下列哪些說法可以用來解釋晶體的上述特性 (　　)
A.組成晶體的物質微粒,在空間按一定的規律排成整齊的行列,構成特定的空間點陣
B.晶體在熔化時吸收的熱量,破壞空間點陣結構,增加分子勢能,同時分子平均動能增加
C.晶體在不同方向上物理性質不同,是由于不同方向上的物質微粒的性質不同
D.晶體在熔化時吸收熱量,全部用來瓦解晶體的空間點陣,轉化為分子間勢能;因此,晶體在熔化過程中保持一定的溫度不變;只有空間點陣完全被瓦解,晶體完全變為液體后,繼續加熱,溫度才會升高
【解析】選A、D。很多晶體都是由相同的物質微粒組成的,例如,金剛石和石墨都是由碳原子組成的,不同方向上物質微粒完全一樣,可見其各向異性不是因為不同方向上的粒子性質不同引起的,而是粒子的數目和粒子間距不相同造成的,則A正確,C錯誤;晶體在熔化時吸收熱量,全部用來瓦解晶體的空間點陣,轉化為分子間勢能,因此,晶體在熔化過程中保持一定的溫度不變,分子的平均動能不變,則B錯誤,D正確。
【補償訓練】
(多選)下列敘述中正確的是 (　　)
A.晶體的各向異性是由于它的微粒按空間點陣排列
B.單晶體具有規則的幾何形狀是由于它的微粒按一定規律排列
C.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體
D.石墨的硬度與金剛石相比差得多,是由于它的微粒沒有按空間點陣分布
【解析】選A、B。晶體內部微粒排列的空間結構不同決定著晶體的物理性質不同,也是晶體具有各向異性的原因,也正是由于微粒按一定規律排列,使單晶體具有規則的幾何形狀,則A、B正確。將一晶體敲碎后,得到的小顆粒仍是晶體,故選項C錯誤;石墨與金剛石的硬度相差很大是由于它們內部微粒的排列結構不同,石墨的層狀結構決定了它的質地柔軟,而金剛石的網狀結構決定了碳原子間的作用力很強,所以金剛石有很大的硬度,所以D項錯誤。
【鞏固訓練】
1.固體甲和乙在一定壓強下的熔化曲線如圖，縱軸表示溫度，橫軸表示時間，下列說法正確的是( )
A.固體甲一定是晶體，固體乙不一定是非晶體
B.甲一定有確定的幾何外形，乙一定沒有確定的幾何外形
C.在熱傳導方面甲一定表現出各向異性，乙一定表現出各向同性
D.甲和乙的化學成分可能相同
2.如圖所示，折線abcd是某種固體物質在一定壓強下的熔化過程特征圖，其中縱坐標表示熱力學溫度T，橫坐標表示時間t，則下列說法正確的是( )
A.ab段表示液態，bc段表示固液共存狀態，cd段表示固態
B.該固體物質一定是單晶體
C.a到b過程中，物質中每個分子的速率都增大
D.b到c過程中，物質分子的平均動能不變，分子勢能增大
3.下列說法正確的是( )
A.牛頓用實驗證明了牛頓第一定律
B.單晶體有固定的熔點，而多晶體沒有固定的熔點
C.盧瑟福通過α粒子散射實驗，發現了衰變現象
D.卡文迪許通過扭秤實驗測出了萬有引力常量
4.關于晶體和非晶體，下列說法中正確的是( )
A.具有各向同性的物體一定沒有確定的熔點
B.晶體和非晶體在適當條件下可相互轉化
C.常見的金屬在各個方向上的物理性質都相同，所以這些金屬都是非晶體
D.晶體熔化時，溫度不變，則內能也不變
5.石墨和金剛石( )
A.石墨是單晶體，金剛石是多晶體 B.石墨是多晶體，金剛石是單晶體
C.它們都是單晶體 D.它們都是多晶體
6.關于固體說法正確的是( )
A.窗戶上的玻璃有規則的幾何外形，因此玻璃是晶體
B.同種物質可能以晶體和非晶體兩種不同的形態出現
C.金屬沒有確定的幾何形狀，也不顯示各向異性，因此金屬是非晶體
D.用燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟的云母片背面，蜂蠟呈橢圓形，說明蜂蠟是晶體
7.下列物體中是晶體的是( )
A.食鹽 B.瀝青 C.橡膠 D.松香
8.關于晶體和非晶體，下列說法正確的是( )
A.常見的金屬為單晶體
B.顆粒的鹽磨成了細鹽，就變成非晶體
C.晶體具有各向異性，非晶體具有各向同性
D.在各種晶體中，原子（或者分子、離子）排列具有空間上的周期性
9.下列說法中正確的是( )
A.玻璃是晶體 B.食鹽是晶體 C.云母是非晶體 D.石英是非晶體
10.下列說法中正確的是( )
A.晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉化
B.產生毛細現象時，液體在毛細管中一定上升
C.可以通過增大壓強和降低溫度的方法使氣體液化
D.空氣的相對濕度越高感覺越干燥，相對濕度越低感覺越潮濕
參考答案
1.答案：D
解析：固體甲在ab段表示熔化的過程，溫度保持不變，因此一定是晶體；而固體乙在整個升溫的過程中，沒有固定的熔點，因此一定是非晶體，A錯誤；如果固體甲是多晶體，也沒有確定的幾何外形，B錯誤；如果甲是多晶體則不表現為各向異性，C錯誤；同種化學成分，有時可以形成晶體，有時也可以形成非晶體，D正確。
2.答案：D
解析：該圖像是晶體熔化的圖像，ab段表示固態，bc段表示固液共存狀態，cd段表示液態，選項A錯誤；該固體物質一定是晶體，即可能是單晶體，也可能是多晶體，選項B錯誤；a到b過程中，物質中分子平均速率變大，但不是每個分子的速率都增大，選項C錯誤；b到c過程中，溫度不變，則物質分子的平均動能不變，但是由于吸收熱量，所以分子勢能增大，選項D正確。
3.答案：D
解析：A.牛頓第一定律為理想實驗定律，牛頓總結了前人的經驗，包括伽利略的斜面實驗，指出了物體運動的原因，即牛頓第一定律，故A錯誤；
B.不管是單晶體還是多晶體都有固定的熔點，故B錯誤；
C.盧瑟福通過α粒子散射實驗，發現了核式結構模型，故C錯誤；
D.卡文迪許通過扭秤實驗測出了萬有引力常量，故D正確。
故選D。
4.答案：B
解析：A、晶體有固定的熔點，而非晶體沒有，而具有各向同性的物體，也可能是多晶體，它有一定的熔點，故A錯誤；B、晶體和非晶體在適當條件下可相互轉化，故B正確；C、通常的金屬材料在各個方向上的物理性質都相同，但其它方面的性質不同，故C錯誤；D、晶體熔化時，溫度不變，但內能在不斷變化，故D錯誤。故選B。
5.答案：C
解析：石墨和金剛石都為單晶體，C正確。
6.答案：B
解析：A、玻璃是非晶體，故A錯誤；
B、在一定條件下，晶體可以轉化為非晶體，非晶體也可以轉化為晶體，故B正確；
C、通常金屬在各個方向的物理性質都相同，但具有固定的熔點，為晶體，故C錯誤；
D、燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說明云母是晶體，故D錯誤.
故選：B。
7.答案：A
解析：常見的晶體有食鹽、金剛石、海波、冰和各種金屬等；常見的非晶體有石蠟、瀝青、橡膠、松香、玻璃、木頭等.所以只有A屬于晶體.故選A.
8.答案：D
解析：根據晶體的微觀結構可知在各種晶體中，原子（或者分子、離子）排列具有空間上的周期性，故D正確.
9.答案：B
解析：玻璃是非晶體；食鹽、云母和石英都是晶體；選項B正確，ACD錯誤；故選B.
10.答案：A
解析：本題考查對晶體、非晶體及熱力學常識的理解。晶體和非晶體的區別在于內部分子的排列，晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉化，故A正確；產生毛細現象時，液體在毛細管中可能上升，也可能下降，故B錯誤；使氣體液化的方法有降低溫度和壓縮體積，增大壓強不能使氣體液化，故C錯誤；空氣的相對濕度越高感覺越潮濕，相對濕度越低感覺越干燥，故D錯誤。

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