高中物理 第2章 固体 第1节 晶体和非晶体知识导航素材 鲁科版选修3-3（通用）

高中物理 第2章 固体 第1节 晶体和非晶体知识导航素材 鲁科版选修3-3（通用）

第1节 晶体和非晶体 ‎ 思维激活 雪花的图案是多种多样的(如图‎2-1-1‎所示).‎ 图2-1-1‎ 请你观察这些雪花有没有共同点?‎ 生活中你还能找出哪些有这样规则几何外形的固体?‎ 提示：雪花的形状虽各不相同,但都是六角形的图案,像雪花一样具有几何外形的固体,还有像味精、食盐等.本节将把固体分为晶体和非晶体,并从微观角度提示它们的奥秘,研究它们的性质.‎ 自主整理 ‎1.固体及其分类 固体通常可以分为___________和___________两大类.常见的晶体有:___________、___________、___________、___________、___________、___________等,非晶体有：___________、___________、___________等.‎ ‎2．晶体的宏观特征 晶体可分为___________和___________两类.单晶体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.多晶体由于小晶粒杂乱无章地排布,没有规则的几何形状.‎ 单晶体和多晶体的物理性质也不相同,单晶体在各个方向上的力学、热学、电学、光学等物理性质___________,多晶体___________.‎ ‎3．非晶体的宏观特征 非晶体的物理性质是___________的,___________没有固定的熔点, ___________‎ 有固定的熔点.‎ 单晶体、多晶体或非晶体不是绝对的.它们在一定适当的条件下可以相互___________,例如把晶体硫加热熔化(温度不超过‎300摄氏度)后再倒进冷水中,会变成柔软的非晶体硫,再过一段时间又会转化为晶体硫.‎ 高手笔记 ‎1．晶体:石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精等 ‎(1)晶体(一般特指单晶体)具有规则的几何形状.‎ 几种常见晶体的规则外形:食盐的晶体呈立方体形;明矾的晶体呈八面体形;石英的晶体中间是一个六棱柱,两端呈六棱锥;冬天的雪花是水蒸气在空气中凝华时形成的晶体,一般为六角形的规则图案.‎ ‎(2)晶体有一定的熔点.‎ ‎(3)晶体的物理特性表现为各向异性,即晶体的导热性能、导电性能、光学性质均与方向有关,这种特性叫做各向异性.‎ 说明：晶体具有各向异性，并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性.云母导热性上表现出显著的各向异性,而有些晶体在导电性上表现出显著的各向异性,如方铅矿,有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性,如方解石.‎ ‎2．非晶体:玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等 ‎(1)非晶体没有规则的几何形状.‎ ‎(2)非晶体没有确定的熔点.‎ ‎(3)非晶体的物理特性表现为各向同性,即非晶体的导热性能、导电性能、光学性质均与方向无关,这种特性叫做各向同性.‎ ‎3．单晶体和多晶体:晶体可以分为单晶体和多晶体 ‎(1)一个物体就是一个完整的晶体,这样的晶体就叫做单晶体(如单晶硅、单晶锗).‎ ‎(2)整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的,这样的物体叫多晶体(如大块的食盐).‎ ‎(3)多晶体没有规则的几何形状,也不显示各向异性,单晶体和多晶体都有确定的熔点.‎ ‎(4)晶体熔解时有一定的熔点,非晶体则没有一定的熔点.‎ 说明：常见的金属金、银、铜、铁、铝、锡、铅等都是多晶体.‎ 名师解惑 ‎1．关于晶体和非晶体的正确判断 剖析：根据几何形状判断某一固定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‎2-1-2‎甲),明矾晶体是八面体形(图2-1-2乙),石英晶体的中间是一个六棱柱,两端是六棱锥(图2-1-2丙).晶体具有固定的熔点.‎ 图‎2-1-2‎ 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.‎ ‎2．正确理解晶体的各向异性 剖析：在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的.‎ 通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等.晶体的各向异性是指晶体在不同方向上物理性质不同,也就是沿不同方向去测试晶体的物理性能时测量结果不同.‎ 例如晶体在不同的方向还可以有不同的硬度、弹性、热膨胀性质、导电性能等.‎ 需要注意的是,晶体具有各向异性,并不是说每一种晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性,例如云母、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;方铅矿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;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;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.‎ 讲练互动 ‎【例1】 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能相互转化的 解析：因为外形是否规则可以用人工的方法处理,所以选项A是错误的.因为晶体可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,所以选项B也是错误的.因为晶体在物理性质上的重要特征之一是具有一定的熔点,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 黑色陷阱 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.‎ 变式训练 ‎1．关于晶体和非晶体的说法,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 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.‎ 答案：D ‎【例2】 单晶体各向异性的物理性质都有哪些?‎ 解答：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.‎ 绿色通道 并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性.有些晶体在导热性能上表现出明显的各向异性,如云母等;有些晶体在导电性能上表现出明显的各向异性,如方铅矿等;有些晶体在抗压性能上表现出明显的各向异性,如立方体的铜晶体;有些晶体在导光性能上表现明显的各向异性,透过方解石看到书上的字有重影就是这个道理.‎ 变式训练 ‎2．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 解析：导热性能各向同性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.物体的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.因为单晶体区别于多晶体和非晶体在于其物理性质上的各向异性，因此，D选项正确.故选B.‎ 答案：B ‎【例3】图‎2-1-3‎a、b是两种不同物质的熔化曲线,根据曲线,你认为在下列说法中,正确的是（ ）‎ 图‎2-1-3‎ A.a是一种晶体的熔化曲线 B.b是一种晶体的熔化曲线 C.a是一种非晶体的熔化曲线 D.b是一种非晶体的熔化曲线 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,不断加热,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.‎ 答案：AD 绿色通道 晶体的温度升高时,组成晶体的微粒运动加剧,当热运动达到足以破坏其空间排列的规律性时,晶体开始熔化,要破坏微粒空间排列的规律性就需要克服微粒的强大作用力做功,因为在晶体尚未全部熔化之前,吸收的热量全部用来破坏其空间排列的规律性,所以晶体熔化时有确定的熔点,虽然在熔化过程中不断地吸收热量,但温度并不升高,如果晶体全部熔化后仍吸收热量,温度将由熔点温度继续升高.‎ 变式训练 ‎3．用沥青铺成的路面,冬天变硬,夏天变软,请问沥青是晶体材料还是非晶体材料?列举生活中的晶体和非晶体例子.‎ 解答：沥青冬天变硬,夏天变软,说明它没有一定的熔点,所以沥青是非晶体.食盐、味精、冰糖为晶体,蜡烛、玻璃为非晶体.‎ 体验探究 ‎【问题】 请设计一个实验判断食盐是晶体还是非晶体.‎ 导思：我们应该利用晶体具有一定的熔点,而非晶体没有固定的熔点这一特性进行判断.从这点出发来设计实验可以得到左侧的实验步骤,在这个实验中还应该注意,由于固体熔点较高,从而采用了隔绝加热的办法,防止其在空气中氧化,变成其他物质而达不到实验的目的,再者就是在温度较高的情况下要缩短温度计读数的时间间隔,便于找到熔点,因为熔化过程是一个时间很短的过程.‎ 探究：实验器材:密封加热装置,加热器,抽气机,温度计,食盐.‎ 实验过程:(1)将食盐加入加热装置;‎ ‎(2)用抽气机将加热装置抽成真空;‎ ‎(3)对加热装置加热,注意温度计的变化情况并记录数据.‎ 温度（min）‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎5.5‎ ‎6.0‎ ‎6.25‎ ‎6.5‎ ‎7‎ 温度(℃)‎ ‎27‎ ‎100‎ ‎200‎ ‎340‎ ‎500‎ ‎700‎ ‎800‎ ‎829‎ ‎830‎ ‎830‎ ‎ 探究结论:通过实验数据分析可以看出:当加热进行到6—6.25 min时,食盐的温度接近‎829 ℃‎,继续加热时,温度基本不再升高.所以食盐有一定的熔点,故食盐是晶体.‎