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