高中物理 第九章 物态和物态变化 1 固体教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）

高中物理 第九章 物态和物态变化 1 固体教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）

‎1 固体 ‎ 庖丁巧解牛 知识·巧学 一、晶体和非晶体 ‎1.区别 固体可以分为晶体和非晶体，它们的主要区别有 ‎（1）在外形上，晶体具有规则的几何形状，而非晶体则没有.‎ 食盐晶体、明矾晶体、石英晶体形状虽然各不相同，但都有规则的几何形状，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形状，例如雪花可以有多种不同的几何形状，非晶体则没有规则的几何形状.‎ ‎（2）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.‎ 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上可以有不同的硬度、弹性、热膨胀性质、导电性能等等.‎ 深化升华 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都表现出各向异性，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.‎ ‎（3）晶体具有一定的熔点，而非晶体则没有一定的熔点.‎ ‎2.晶体和非晶体可以转化 晶体和非晶体并不是绝对的，它们在一定适当的条件下可以相互转化，例如把晶体硫加热熔化（温度不超过‎300 ℃‎）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.‎ 二、单晶体和多晶体 单晶体是一个完整的晶体，多晶体是由很多单晶体杂乱无章地组合而成的.‎ 学法一得 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形状相似的规则外形，这样的晶体叫做单晶体.‎ 单晶体和多晶体的区别与联系 ‎1.区别：单晶体在物理性质上表现为各向异性，而多晶体在物理性质上表现为各向同性.‎ ‎2.单晶体和多晶体的联系 多晶体和单晶体都有一定的熔点.‎ 辨析比较 多晶体与非晶体的比较 多晶体与非晶体的相同点：①都没有规则的几何形状；②在物理性质上都是各向同性的.‎ 多晶体与非晶体的区别：多晶体有一定的熔点，而非晶体则没有一定的熔点.‎ 三、晶体的微观结构 ‎1.假说的根据：假说的提出是根据晶体外形的规则性和物理性质的各向异性.‎ ‎2.实验证实：人们用X射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后，证实了这种假说是正确的.‎ ‎3.晶体的微观结构的特点 ‎（1）组成晶体的物质微粒（分子或原子、离子），依照一定的规律在空间中整齐地排列.‎ ‎（2）晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离.‎ ‎（3）微粒的热运动表现为：在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动.‎ 深化升华 晶体表现为各向异性的微观解释：因为晶体在不同的方向上，物质微粒的数目不同，即在不同方向上物质微粒的排列情况不同，从而引起晶体的不同方向上物理性质的不同.‎ 晶体与非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.‎ 联想发散 晶体的各向异性是由晶体内部的结构所决定.‎ 晶体各向异性的微观解释 图‎9-1-2‎表示在一个平面上晶体物质微粒的排列情况，从图中可以看出，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，才引起晶体在不同方向上物理性质的不同.‎ 图‎9-1-2‎ ‎4.同种物质可有不同晶体形式 有些物质在不同条件下生成不同的晶体，那是因为组成它们的微粒能够按照不同的规则在空间分布.例如：金刚石和石墨都是由碳元素构成的，它们有不同的点阵结构.‎ 联想发散 同种物质的不同晶体形式就是化学中提到的同素异形体.‎ 典题·热题 知识点一 晶体与非晶体 例1 下列物质哪些是晶体，哪些是非晶体？‎ 铁、橡胶、玻璃、食盐、云母、塑料.‎ 解析：在了解晶体、非晶体性质基础上作出判断.属于晶体的有：铁、食盐、云母，属于非晶体的有：橡胶、玻璃、塑料.‎ 方法归纳 判断晶体与非晶体的依据是看它们有无确定的熔点，同时还要知道一些常见的晶体、非晶体，如所有的金属都是晶体，这一规律在判断时就很有用.‎ 例2 下列说法中，正确的是（ ）‎ A.只要是具有各向异性的物体必定是晶体 B.只要是不显示各向异性的物体必定是非晶体 C.只要是具有确定的熔点的物体必定是晶体 D.只要是不具有确定的熔点的物体必定是非晶体 解析：多晶体和非晶体都具有各向同性，只有单晶体具有各向异性，故B错，A对.晶体一定有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，故C、D均正确.‎ 答案：ACD 知识点二 晶体的微观结构 例3 晶体具有各向异性是由于（ ）‎ A.晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同 B.晶体在不同方向上物质微粒的排列情况相同 C.晶体内部结构的无规则性 D.晶体内部结构的有规则性 解析：组成晶体的物质微粒是有规则排列的，由于在不同方向上物质微粒的排列情况不同，造成晶体在不同方向上的物理性质不同，选项A、D正确.‎ 答案：AD 巧妙变式 如果将条件转换如：内部结构具有规则性的固定一定是晶体，这样的论断也是正确的.‎ 例4 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 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.‎ 答案：C 知识点三 关于晶体结构性与其他知识综合 例5 如图‎9-1-3‎是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线下列说法正确的是（ ）‎ 图‎9-1-3‎ A.a是晶体 B.b是晶体 C.a是非晶体 D.b是非晶体 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 例6 如图‎9-1-4‎所示为食盐晶体结构示意图，食盐的晶体是由钠离子（图中○）和氯离子（图中●）组成的，这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上，都是等距离地交错排列的.已知食盐的摩尔质量是‎58.5 g/mol,食盐的密度是‎2.2 g/cm3，阿伏加德罗常数为6.0×1023 mol-1，试估算食盐晶体中两个最近的钠离子中心间的距离.‎ 图‎9-1-4‎ 解析：1 mol食盐中有NA个氯离子和NA个钠离子，离子总数为2NA，因而摩尔体积V与摩尔质量M与物质密度ρ的关系为：V=，所以一个离子所占的体积为：V0==‎ 由图可知V0就是图中每四个离子所夹的正立方体的体积，此正方体的边长 d==‎ 而最近的两个钠离子中间的距离 r=2d=2×‎ ‎=1.41× m ‎=4×10‎-10 m.‎ 方法归纳 食盐晶体是由氯离子与钠离子构成的，每一个离子都占据一个立方体空间，该立方体的边长就是两个最近的钠离子（也是氯离子）中心间的距离——建立起物理模型.是解决此类问题的关键.‎ 例7 试用晶体的微观结构解释晶体为什么具有确定的熔点.‎ 解析：改变晶体的温度时，组成晶体的微粒热运动加剧，当热运动达到足以破坏其排列的规律性时，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间的强大作用力做功；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，温度将由熔点继续升高.‎ 巧妙变式 多晶体为什么没有确定的熔点？‎ 由于多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶粒组成的，所以小晶体在各个不同方向的排列情况相同，物理性质也相同.由于多晶体熔化时，吸收的热量要用来破坏小晶粒的空间排列的规律性，所以也有确定的熔点.‎ 问题·探究 交流讨论探究 问题 关于晶体和非晶体导热特性的实验说明：剥取一薄层云母片，用清洁的布将云母片擦拭干净，在它的一面涂一层薄而均匀的石蜡，拿一个直径1—‎2 cm的金属球（可取用固体膨胀演示器上的铜球），放在酒精灯上加热1—2 min，然后将云母片没有涂蜡的那一面放在已加热的小球上，即可观察石蜡熔化情况.为了使实验现象显著，应怎样改进？‎ 探究过程：‎ 高强：石蜡涂层必须薄而均匀.‎ 张坤：实验时，加热的物体也可以用钢针，但用金属球产生的熔蜡面较大.‎ 洪雨：实验时把烧热的金属球放在没有涂蜡的一面，效果会更好，因为此时石蜡的熔化显然是云母片导热的结果，如果实验时把金属球放在涂蜡的一面，因石蜡本身也会导热，就会影响实验的效果.‎ 探究结论：涂层薄，用金属球代替钢针；金属球放在没有涂蜡的一面.‎ 实验论证探究 问题 请设计一个实验判断食盐是晶体还是非晶体？‎ 探究过程：实验原理：利用晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点.‎ 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.‎ 时间（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.‎