学年鲁科版物理选修33新素养同步讲义第2章 第1节 晶体和非晶体 Word版含答案.docx
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学年鲁科版物理选修33新素养同步讲义第2章 第1节 晶体和非晶体 Word版含答案.docx
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学年鲁科版物理选修33新素养同步讲义第2章第1节晶体和非晶体Word版含答案
第1节 晶体和非晶体
1.掌握晶体与非晶体的区别.(重点) 2.通过实验对比得出晶体与非晶体在物理性质方面的差别.(重点)
3.正确区分多晶体和非晶体.(难点)
一、固体及其分类
1.特性
(1)固体看得见、摸得着,容易察觉它的存在.
(2)固体有固定的外形,可根据需要进行加工处理.
2.分类:
固体通常可分为晶体和非晶体两大类.
二、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)定义:
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)结构特点:
大部分物质的单晶体都具有相同的基本形状,表面个数、各相应平面间的夹角恒定不变.
(3)宏观特性
①具有规则的几何形状.
②具有各向异性.
③有确定的熔点.
3.多晶体
(1)定义:
小晶粒杂乱无章地排列,没有规则的几何形状的晶体.
(2)宏观特性
①没有规则的几何形状.
②具有各向同性.
③有确定的熔点.
三、非晶体的宏观特征
非晶体的物理性质是各向同性,没有固定的熔点.
(1)所有晶体都具有天然、规则的几何外形.( )
(2)没有固定熔点的固体一定是非晶体.( )
(3)物理性质表现为各向同性的一定是非晶体.( )
(4)有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体.( )
提示:
(1)×
(2)√ (3)× (4)√
晶体和非晶体的正确判断
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,更不可能认为蔗糖会存在液态形式,故而判断其为非晶体.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.
例如食盐的晶体是立方体形(图甲),明矾晶体是八面体形(图乙),石英晶体的中间是一个六棱柱,两端是六棱锥(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,但非晶体粒子空间分布却有很强的局域关联,所以具有高度的短程有序性.
晶体有一定的熔点,而非晶体没有.
食盐、明矾、石英的形状虽然各不相同,但都有规则的几何外形,所以食盐、明矾、石英都是晶体.有些晶体可以具有多种不同的几何外形,例如雪花;非晶体则没有规则的几何外形.
(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
[思路点拨] 区分晶体与非晶体要根据晶体与非晶体的特征,有时仅利用有规则的几何外形是不能区分的,因为多晶体往往没有一定的几何外形,也不显示各向异性.
[解析] 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也正确.
[答案] CD
晶体与非晶体的区别主要表现在有无确定的熔点上,而不能仅靠是否有规则几何形状辨别.因为虽然单晶体有规则几何外形,但多晶体与非晶体一样都没有规则的几何外形.
1.下列各组物质中,全部是晶体的是( )
A.石英、雪花、沥青 B.食盐、橡胶、沥青
C.味精、食盐、石英D.雪花、玻璃、石英
解析:
选C.沥青、橡胶、玻璃是非晶体.
单晶体与多晶体
1.概念:
如果一个物体就是一个完整的晶体,这样的晶体叫做单晶体;如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶粒组成的,这样的物体就叫做多晶体.
2.区别:
由于多晶体是由许多单晶粒杂乱无章地组合而成的,所以多晶体没有确定的几何外形,而单晶体具有规则的几何外形;其次单晶粒表现为各向异性,而多晶体由于是由许多单晶粒杂乱无章地组合而成的,故多晶体表现为各向同性.
3.共同点
(1)都是晶体.
(2)都有确定的熔点.
如果一块具有规则形状的晶体,把它碾成小颗粒后,这些小颗粒仍然保持与原来整块晶体的形状相似的规则外形,这样的晶体叫单晶体.
关于晶体和非晶体,下列说法中正确的是( )
A.可以根据各向同性或各向异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,则该球一定是单晶体
D.一块晶体,若其各个方向的导热性相同,则一定是多晶体
[思路点拨] 物理性质为各向异性,则一定是单晶体;物理性质为各向同性,则可能是非晶体、多晶体,也可能是单晶体,因为单晶体的某些(个)物理性质为各向异性,而另外某些(个)物理性质却为各向同性.
[解析] 多晶体和非晶体都显示各向同性,只有单晶体显示各向异性,A、B均错,C对;单晶体具有各向异性的特性,仅是指某些物理性质,并不是所有的物理性质都是各向异性的,换言之,某一物理性质显示各向同性,并不意味着该物质一定不是单晶体,故D项错.
[答案] C
2.(多选)一块金属整体表现为各向同性是因为( )
A.金属是单晶体
B.金属是多晶体
C.金属晶粒的排列是杂乱无章的
D.金属是非晶体
解析:
选BC.对该金属而言,它属于多晶体,其内部是由许多小晶粒杂乱无章地排列而成的,每个小晶粒的各向异性相互抵消,所以在各方向上的物理性质几乎相同,整体表现为各向同性.
正确理解单晶体的各向异性
1.在物理性质上,单晶体是各向异性的,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.
单晶体各向异性的物理性质都有哪些?
[思路点拨] 各向异性的表现不要仅局限于课本上的导热性,其实还有其他性质.
[解析] 单晶体各向异性的物理性质通常有:
(1)导热性:
即沿不同的方向对热的传导速度不同,有快有慢;
(2)导电性:
即沿不同方向电阻率不同,有大有小;
(3)导光性:
即沿不同方向对光的传播速率不同,有大有小;
(4)抗压性:
即沿不同方向抵抗外来压力的强度不同,有强有弱.
[答案] 见解析
[随堂检测]
1.因为单晶体有确定的几何形状,所以( )
A.玻璃砖是单晶体 B.细盐不是单晶体
C.云母片是单晶体D.新买的橡皮擦是单晶体
解析:
选C.玻璃砖、橡皮擦是非晶体,它们的形状是加工而成的,不是晶体的确定形状,而细盐、云母片均有确定的几何形状,属于晶体,故C正确.
2.(多选)关于多晶体与非晶体,下列说法正确的是( )
A.多晶体也属于非晶体
B.多晶体和非晶体一样,都没有固定的熔点
C.多晶体和非晶体一样,都没有规则的几何外形
D.多晶体有固定的熔点,非晶体则没有
解析:
选CD.多晶体和单晶体都是晶体,它们都有固定的熔点;非晶体没有固定的熔点,也没有规则的几何外形.单晶体有规则的几何外形,由于多晶体是由许多单晶体杂乱无章地排列组合在一起的,所以多晶体也没有规则的几何外形.
3.(多选)
如图所示,ACBD是一厚度均匀的由同一种微粒构成的圆板.AB和CD是互相垂直的两条直径,在圆板所处平面内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( )
A.圆板是非晶体
B.圆板是多晶体
C.圆板是单晶体
D.圆板在各个方向上导电性不同
解析:
选CD.单晶体显示各向异性,而多晶体和非晶体显示各向同性.
4.下列说法中正确的是( )
A.黄金可以切割加工成任意形状,所以是非晶体
B.同一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,也没有规则的几何形状
解析:
选D.所有的金属都是晶体,因而黄金也是晶体.只是因为黄金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.单晶体的物理性质各向异性是某些物理性质各向异性,有些物理性质各向同性,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.谈一下实验得到的图象的含义(如图所示).
解析:
从图象上看:
纵轴表示温度T,横轴表示时间t,曲线A表示某种晶体的熔化过程,曲线B表示某种非晶体的熔化过程.在一定的压强下对晶体加热,晶体未熔化时,它的温度逐渐升高(曲线A的ab段);到达温度T0时,晶体开始熔化,直到晶体全部熔化为液体,在这段时间里,固态与液态共存,虽然继续加热,但温度保持为T0不变(曲线A的bc段),温度T0就是晶体的熔点;待晶体全部熔化后,再继续加热,温度才会再度升高(曲线A的cd段).非晶体在熔化过程中随着温度的升高,它先是变软,然后逐渐由稠变稀,最终完全变为液体.曲线B表示非晶体在熔化过程中温度逐渐升高,整个过程不存在固定的熔点.
答案:
见解析
[课时作业]
一、单项选择题
1.一个外形规则的固体,表面形状为六面体,则关于它的说法,正确的有( )
A.一定是单晶体
B.一定是多晶体
C.一定是非晶体
D.可能是晶体,也可能是非晶体
解析:
选D.单个物体具有规则的几何形状并不能说明它就是晶体,它可能是单晶体、多晶体和非晶体,所以应选D.
2.关于晶体和非晶体,下列说法正确的是( )
A.具有各向同性的物体一定没有确定的熔点
B.晶体熔化时,温度不变,则内能也不变
C.通常的金属材料在各个方向上的物理性质都相同,所以这些金属都是非晶体
D.晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化
解析:
选D.多晶体显示各向同性,但具有确定的熔点,A错.晶体熔化时,其温度虽然不变,但其体积和内部结构可能发生变化,则内能就可能发生变化,故B错.金属材料虽然显示各向同性,并不意味着一定是非晶体,可能是多晶体,故C错.硅酸盐晶体加热至液体,再缓慢冷却至室温就成为玻璃(非晶体),故D对.
3.下列现象能说明晶体与非晶体区别的是( )
A.食盐粒是立方体,蜂蜡无规则外形
B.金刚石的密度大,石墨的密度小
C.冰融化时温度保持不变,松香熔化时温度可不断升高
D.石墨可导电,沥青不导电
解析:
选C.晶体有确定的熔点,非晶体则没有.因而C项正确.
4.
一块密度和厚度都均匀分布的矩形被测样品,长AB是宽BC的两倍,如图所示.若用多用电表沿两对称轴O1O1′和O2O2′测其电阻阻值均为R,则这块样品可能是( )
A.单晶体 B.多晶体
C.非晶体D.金属
解析:
选A.通过测量知O1O1′与O2O2′长度不同而电阻R相同,说明该样品呈现各向异性,一定是单晶体.
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:
选B.由图象可知曲线M表示晶体,bc段表示晶体熔化过程,处于固液共存状态,B对;N表示非晶体,没有固定的熔点,A错;由于非晶体没有一定的熔点而是逐步熔化,因此C、D错.
6.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,以下说法正确的是( )
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
解析:
选D.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正确.
二、多项选择题
7.有一块长方体的铁块,下列说法正确的是( )
A.这是一块单晶体,因为它有规则的几何外形
B.这是一块晶体,因为它有固定的熔点
C.这是一块多晶体,因为它是由许多小晶粒杂乱无章地排列而成的
D.这是一块非晶体,因为它表现为各向同性
解析:
选BC.事实上铁块的长方体形状是人为锻造而成的,金属铁本身无固定的形状,属于多晶体,有确定的熔点,A错误,B正确;对于多晶体,由于它是由许多小晶粒杂乱无章地排列组合而成的,故多晶体表现为各向同性,C正确,D错误.
8.如图所示,甲、乙、丙三种固体物质质量相等,加热过程中,相同时间内吸收的热量相等,从其温度随时间变化的图象可以判断( )
A.甲、丙是晶体,乙是非晶体
B.乙是晶体,甲、丙是非晶体
C.乙是非晶体,甲的熔点比丙低
D.乙是非晶体,甲的熔点比丙高
解析:
选AD.晶体在熔化过程中吸热,但是温度不发生变化,这是晶体的重要特征,由题图知甲、丙为晶体,故A正确,从熔点上看甲到T2时才熔化,故D正确.
9.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片及玻璃片的反面.石蜡熔化,如图所示,那么( )
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.实验说明玻璃片各向同性是非晶体
D.实验说明云母片各向同性是晶体
解析:
选AC.呈圆形的玻璃为各向同性是非晶体.呈椭圆形的云母片为各向异性是单晶体,A、C正确.
10.关于晶体和多晶体,下列说法正确的是( )
A.多晶体和单晶体都有规则的几何外形
B.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
C.具有各向同性的物体,可以断定它不是单晶体
D.具有特定熔点的物体,可以断定它是单晶体
解析:
选BC.多晶体是由许多单晶粒杂乱无章地组合而成的,其外形不规则,物质是晶体还是非晶体并不是绝对的,与它的微观结构有关,在一定条件下可以相互转化.如天然水晶是晶体,而熔化以后再凝固的(即石英玻璃)就是非晶体.组成物质的微粒能够按照不同的规则在空间分布,可以形成不同的晶体,如碳可以形成石墨和金刚石.单晶体在物理性质上具有各向异性,而多晶体和非晶体具有各向同性.单晶体和多晶体都具有一定的熔点.
三、非选择题
11.晶体和非晶体在物理性质上有什么异同?
解析:
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,物理性质表现为各向同性.
答案:
见解析
12.石墨和金刚石都是由碳原子构成的晶体,它们的空间点阵不同,已知碳的摩尔质量M=12.0g/mol,石墨的密度为ρ1=2.25g/cm3,金刚石的密度ρ2=3.52g/cm3.试求石墨和金刚石中相邻原子间的平均距离各多大.
解析:
金刚石与石墨原子间距都很小,我们可以认为原子是紧密排列的,相邻原子间的距离等于原子的直径(把原子视为球形).摩尔体积V=
一个原子体积V0=
把原子视为小球,其体积V0=
π
整理得d=
代入数据得d1=
≈2.57×10-10m
d2=
≈2.21×10-10m.
答案:
2.57×10-10m 2.21×10-10m
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