2017-2018學(xué)年高中物理 第二章 固體、液體和氣體 第一節(jié) 晶體的宏觀特征 第二節(jié) 晶體的微觀結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 固體新材料教學(xué)案 粵教版選修3-3

第一節(jié)　晶體和非晶體第二節(jié)　晶體的微觀結(jié)構(gòu)第三節(jié)　固體新材料[目標(biāo)定位] 1.能說出晶體和非晶體的特點(diǎn)及區(qū)分方法，能說出單晶體和多晶體的區(qū)別.2.了解晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)過程，知道晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn).3.了解材料科學(xué)技術(shù)的有關(guān)知識(shí)及應(yīng)用，體會(huì)它們的發(fā)展對(duì)人類生活、社會(huì)發(fā)展的影響．一、晶體和非晶體[導(dǎo)學(xué)探究]1．觀察玻璃、蜂蠟、塑料、食鹽、蔗糖、石英，比較它們的外形有何不同？答案　玻璃、蜂蠟、塑料沒有規(guī)則的幾何外形，食鹽、蔗糖、石英有規(guī)則的幾何外形．2.在云母簿片和玻璃片上分別涂上一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針去接觸云母薄片及玻璃片的另一面，石蠟熔化，如圖1所示，那么你看到的現(xiàn)象及得出的結(jié)論是什么？玻璃片　 云母片圖1答案　玻璃片上石蠟的熔化區(qū)呈圓形，說明玻璃片沿各個(gè)方向的導(dǎo)熱性能相同．云母薄片上石蠟的熔化區(qū)呈橢圓形，說明云母片沿各個(gè)方向的導(dǎo)熱性能不同．[知識(shí)梳理]　晶體與非晶體的區(qū)別　　　比較內(nèi)容固體分類宏觀外形物理性質(zhì)非晶體沒有(“有”或“沒有”)確定的幾何形狀①?zèng)]有固定熔點(diǎn)②導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)等性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性晶體單晶體有(“有”或“沒有”)天然規(guī)則的幾何形狀①有確定的熔點(diǎn)②導(dǎo)熱、導(dǎo)電、光學(xué)等性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性多晶體一個(gè)個(gè)小晶粒粘在一起，沒有(“有”或“沒有”)確定的幾何形狀①有確定的熔點(diǎn)②導(dǎo)熱、導(dǎo)電、光學(xué)等性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性[延伸思考]1．如何區(qū)分晶體和非晶體？如何區(qū)分單晶體和多晶體？答案　有確定熔點(diǎn)的是晶體，沒有確定熔點(diǎn)的是非晶體．單晶體和多晶體雖都有確定的熔點(diǎn)，但還有兩點(diǎn)不同：其一，單晶體有天然規(guī)則的形狀，多晶體沒有；其二，單晶體物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向異性，多晶體則表現(xiàn)為各向同性．2．金屬物體沒有固定、規(guī)則的幾何外形，但它們都有確定的熔點(diǎn)，那么金屬是晶體，還是非晶體？答案　金屬是多晶體，多晶體是由許多單晶體雜亂無章地組合而成的，沒有規(guī)則的幾何外形，在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為各向同性，但它們有確定的熔點(diǎn)．二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)[導(dǎo)學(xué)探究]1．晶體具有規(guī)則的外形，物理性質(zhì)方面表現(xiàn)為各向異性，而非晶體卻沒有規(guī)則的外形，并且物理性質(zhì)方面表現(xiàn)為各向同性．產(chǎn)生這些不同的根本原因是什么呢？答案　它們的微觀結(jié)構(gòu)不同．2．金剛石和石墨都是由碳原子構(gòu)成的，但它們?cè)谟捕壬喜顒e很大，這說明什么問題？答案　金剛石是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原子間的作用力強(qiáng)，所以金剛石的硬度大．石墨是層狀結(jié)構(gòu)，原子間的作用力弱，所以石墨的硬度?。@說明組成物質(zhì)的微粒按照不同的規(guī)則在空間分布，會(huì)形成不同的晶體．[知識(shí)梳理]1．組成晶體的微觀粒子(分子、原子或離子)，按照一定的規(guī)律在空間整齊地排列．2．微觀結(jié)構(gòu)不同，造成晶體與非晶體形狀和物理性質(zhì)的不同．3．組成晶體的微粒的相互作用很強(qiáng)，它們只能在一定的平衡位置附近不停地做微小振動(dòng)．[延伸思考]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？答案　有些晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化．三、固體新材料[導(dǎo)學(xué)探究]1．你對(duì)固體新材料有哪些了解？答案　(1)新材料有優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景．(2)新材料的發(fā)展與新工藝、新技術(shù)密切相關(guān)．(3)新材料往往具有特殊性能．如超高強(qiáng)度、超高硬度、超塑性．(4)新材料的研發(fā)及其應(yīng)用，推動(dòng)了人類文明和社會(huì)進(jìn)步．(5)硅是當(dāng)前用途最廣的半導(dǎo)體材料．2．固體新材料未來的發(fā)展方向如何？答案　(1)新材料科學(xué)正向著研究各種復(fù)合材料、研究并開發(fā)納米材料、開發(fā)同時(shí)具有感知外界環(huán)境或參數(shù)變化和驅(qū)動(dòng)功能的機(jī)敏材料、研究開發(fā)生物醫(yī)學(xué)材料等方向發(fā)展．(2)新材料的制備工藝、檢測(cè)儀器和計(jì)算機(jī)應(yīng)用也是今后新材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容.一、晶體和非晶體例1　下列關(guān)于晶體和非晶體的說法，正確的是(　　)A．所有的晶體都表現(xiàn)為各向異性B．晶體一定有規(guī)則的幾何形狀，形狀不規(guī)則的金屬一定是非晶體C．大鹽粒磨成細(xì)鹽，就變成了非晶體D．所有的晶體都有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有確定的熔點(diǎn)答案　D解析　只有單晶體才表現(xiàn)為各向異性，故A錯(cuò)；單晶體有規(guī)則的幾何形狀，而多晶體無規(guī)則的幾何形狀，金屬屬于多晶體，故B錯(cuò)；大鹽粒磨成細(xì)鹽，細(xì)鹽仍是形狀規(guī)則的晶體，在放大鏡下能清楚地觀察到，故C錯(cuò)；晶體和非晶體的一個(gè)重要區(qū)別就是晶體有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有確定的熔點(diǎn)，故D對(duì)．例2　在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上蠟，用燒熱的針接觸其上一點(diǎn)，蠟熔化的范圍如圖2(a)所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時(shí)間變化的關(guān)系如圖(b)所示，則(　　)圖2A．甲、乙是非晶體，丙是晶體B．甲、丙是晶體，乙是非晶體C．甲、丙是非晶體，乙是晶體D．甲是非晶體，乙是多晶體，丙是單晶體答案　B解析　由題圖(a)知，甲、乙的導(dǎo)熱性呈各向同性，丙的導(dǎo)熱性呈各向異性；由題圖(b)知，甲、丙有固定的熔點(diǎn)，乙沒有固定的熔點(diǎn)．所以甲是多晶體，乙是非晶體，丙是單晶體．二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)例3　下列說法不正確的是(　　)A．晶體具有天然規(guī)則的幾何形狀，是因?yàn)槲镔|(zhì)微粒是規(guī)則排列的B．有的物質(zhì)能夠生成種類不同的幾種晶體，因?yàn)樗鼈兊奈镔|(zhì)微粒能夠形成不同的空間結(jié)構(gòu)C．凡各向同性的物質(zhì)一定是非晶體D．晶體的各向異性是由晶體的微觀結(jié)構(gòu)決定的答案　C解析　晶體的外形、物理性質(zhì)都是由晶體的微觀結(jié)構(gòu)決定的，A、B、D正確；各向同性的物質(zhì)不一定是非晶體，多晶體也具有這樣的性質(zhì)，C錯(cuò)誤．針對(duì)訓(xùn)練　(多選)2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，以表彰他們?cè)谑┎牧戏矫娴淖吭窖芯浚麄兺ㄟ^透明膠帶對(duì)石墨進(jìn)行反復(fù)的粘貼與撕開使得石墨片的厚度逐漸減小，最終尋找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯，是碳的二維結(jié)構(gòu)．如圖3所示為石墨、石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)，根據(jù)以上信息和已學(xué)知識(shí)判斷，下列說法中正確的是(　　)圖3A．石墨是晶體，石墨烯是非晶體B．石墨是單質(zhì)，石墨烯是化合物C．石墨、石墨烯與金剛石都是晶體D．他們是通過物理變化的方法獲得石墨烯的答案　CD解析　石墨、石墨烯、金剛石都為晶體且都為單質(zhì)，A、B錯(cuò)誤，C正確；兩位科學(xué)家是通過物理變化的方法獲得石墨烯的，D正確，故正確的答案為C、D.固體1．(晶體和非晶體)(多選)下列哪些現(xiàn)象能說明晶體與非晶體的區(qū)別(　　)A．食鹽是正方體，而蜂蠟無規(guī)則形狀B．石墨可導(dǎo)電，瀝青不能導(dǎo)電C．冰熔化時(shí)，溫度保持不變；松香受熱熔化時(shí)，溫度持續(xù)升高D．金剛石密度大，石墨密度小答案　AC解析　單晶體有規(guī)則的幾何外形，具有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有，據(jù)此知A、C正確．2．(晶體和非晶體)一塊厚度和密度都均勻分布的長方體被測(cè)樣品，長AB是寬AD的兩倍，如圖4所示．如果用多用電表的歐姆擋沿兩個(gè)對(duì)稱軸O1O1′和O2O2′方向測(cè)量，結(jié)果阻值均為R，則這塊樣品可能是(　　)圖4A．單晶體 B．多晶體C．非晶體 D．金屬答案　A解析　用多用電表的歐姆擋沿兩個(gè)對(duì)稱軸O1O1′、O2O2′方向測(cè)量結(jié)果均相同，說明該物體沿O1O1′和O2O2′方向電阻率(即導(dǎo)電性能)不同，即表現(xiàn)出各向異性的物理性質(zhì)，所以A正確．如果是普通金屬，可以分析出沿O1O1′方向電阻比較大．3．(晶體的微觀結(jié)構(gòu))(多選)晶體具有各向異性的特點(diǎn)是由于(　　)A．晶體在不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況不同B．晶體在不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況相同C．晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無規(guī)則性D．晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有規(guī)則性答案　AD解析　晶體的各向異性取決于晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有規(guī)則性，即不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況不同．故正確答案為A、D.4．(晶體的微觀結(jié)構(gòu))下列關(guān)于金剛石與石墨的說法正確的是(　　)A．它們是同一種物質(zhì)，只是內(nèi)部微粒的排列不同B．它們的物理性質(zhì)有很大的差異C．由于它們內(nèi)部微粒排列規(guī)則不同，所以金剛石為晶體，石墨是非晶體D．金剛石是單晶體，石墨是多晶體答案　B題組一　單晶體、多晶體和非晶體的區(qū)別1．(多選)關(guān)于晶體和非晶體，下列說法正確的是(　　)A．金剛石、食鹽、玻璃和水晶都是晶體B．晶體的分子(或原子、離子)排列是有規(guī)則的C．單晶體和多晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體沒有固定的熔點(diǎn)D．單晶體和多晶體的物理性質(zhì)是各向異性的，非晶體是各向同性的答案　BC解析　金剛石、食鹽、水晶是晶體，玻璃是非晶體，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；單晶體具有各向異性，多晶體具有各向同性，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；晶體分子的排列是有規(guī)則的，且有固定的熔點(diǎn)，非晶體沒有固定的熔點(diǎn)，選項(xiàng)B、C正確．2．判斷物質(zhì)是晶體還是非晶體，比較可靠的方法是(　　)A．根據(jù)外形判斷B．根據(jù)導(dǎo)電性能判斷C．根據(jù)各向異性或各向同性判斷D．根據(jù)有無確定的熔點(diǎn)來判斷答案　D3．(多選)如圖1所示是兩種不同物質(zhì)的熔化曲線，根據(jù)曲線判斷下列說法正確的是(　　)圖1A．甲是晶體 B．乙是晶體C．甲是非晶體 D．乙是非晶體答案　AD解析　晶體在熔化過程中，不斷吸熱，但溫度卻保持不變(熔點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度)，而非晶體沒有確定的熔點(diǎn)，不斷加熱，非晶體先變軟，然后熔化，溫度卻不斷上升，因此甲對(duì)應(yīng)的是晶體，乙對(duì)應(yīng)的是非晶體．4．(多選)云母薄片和玻璃片分別涂一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針去接觸云母薄片及玻璃片的反面，石蠟熔化，如圖2所示，那么(　　)圖2A．熔化的石蠟呈圓形的是玻璃片B．熔化的石蠟呈圓形的是云母片C．實(shí)驗(yàn)說明玻璃片有各向同性，可能是非晶體D．實(shí)驗(yàn)說明云母有各向同性，是晶體答案　AC5．(多選)關(guān)于一塊長方體的銅條，下列說法正確的是(　　)A．它是一塊晶體，因?yàn)樗幸?guī)則的幾何外形B．它是一塊晶體，因?yàn)樗写_定的熔點(diǎn)C．它是一塊多晶體，因?yàn)樗怯稍S多晶粒雜亂無章排列而成的D．它是一塊非晶體，因?yàn)樗奈锢硇再|(zhì)表現(xiàn)為各向同性答案　BC解析　金屬銅條是多晶體，有固定的熔點(diǎn)，它內(nèi)部的晶體顆粒的排列是雜亂無章的．6．(多選)北京奧運(yùn)會(huì)的國家游泳中心——水立方，像一個(gè)透明的水藍(lán)色的“冰塊”，透過它其內(nèi)部設(shè)施盡收眼底，這種獨(dú)特的感覺就源于建筑外墻采用了一種叫做ETFE(四氟乙烯和乙烯的共聚物)的膜材料，這種膜材料屬于非晶體，那么它具有的特性是(　　)A．在物理性質(zhì)上具有各向同性B．在物理性質(zhì)上具有各向異性C．具有固定的熔點(diǎn)D．沒有固定的熔點(diǎn)答案　AD解析　因?yàn)檫@種材料屬于非晶體，因此在物理性質(zhì)上具有各向同性，沒有固定的熔點(diǎn)，選項(xiàng)A、D正確．題組二　對(duì)晶體的微觀結(jié)構(gòu)的理解7．(多選)下列說法中正確的是(　　)A．化學(xué)成分相同的物質(zhì)只能生成同一種晶體B．因?yàn)槭⑹蔷w，所以由石英制成的玻璃也是晶體C．普通玻璃是非晶體D．一塊鐵的物理性質(zhì)雖然呈各向同性的，但它是晶體答案　CD解析　化學(xué)成分相同的物質(zhì)可以生成多種不同的晶體，如石墨和金剛石，故A錯(cuò)誤；石英制成的玻璃是非晶體不是晶體，故B錯(cuò)誤，C正確；鐵為多晶體，物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性，故D正確．8．(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(diǎn)陣結(jié)構(gòu)排列B．單晶體具有規(guī)則的幾何外形是由于它的微粒按一定規(guī)則排列C．非晶體有規(guī)則的幾何形狀和確定的熔點(diǎn)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(diǎn)陣分布答案　AB9．下列關(guān)于晶體空間點(diǎn)陣的說法，不正確的是(　　)A．構(gòu)成晶體空間點(diǎn)陣的物質(zhì)微粒，可以是分子，也可以是原子或離子B．晶體的物質(zhì)微粒之所以能構(gòu)成空間點(diǎn)陣，是由于晶體中物質(zhì)微粒之間相互作用很強(qiáng)，所有物質(zhì)微粒都被牢牢地束縛在空間點(diǎn)陣的結(jié)點(diǎn)上不動(dòng)C．所謂空間點(diǎn)陣與空間點(diǎn)陣的結(jié)點(diǎn)，都是抽象的概念；結(jié)點(diǎn)是指組成晶體的物質(zhì)微粒做永不停息的微小振動(dòng)的平衡位置；物質(zhì)微粒在結(jié)點(diǎn)附近的微小振動(dòng)，就是熱運(yùn)動(dòng)D．相同的物質(zhì)微粒，可以構(gòu)成不同的空間點(diǎn)陣，也就是同一種物質(zhì)能夠生成不同的晶體，從而能夠具有不同的物理性質(zhì)答案　B解析　組成晶體的物質(zhì)微?？梢允欠肿?、原子或離子．這些物質(zhì)微粒也就是分子動(dòng)理論中所說的分子．顯然，組成晶體的物質(zhì)微粒處在永不停息的無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)之中，物質(zhì)微粒之間還存在相互作用，晶體的物質(zhì)微粒之所以能構(gòu)成空間點(diǎn)陣，是由于晶體中物質(zhì)微粒之間的相互作用很強(qiáng)，物質(zhì)微粒的熱運(yùn)動(dòng)不足以克服這種相互作用而彼此遠(yuǎn)離，所以選項(xiàng)B的說法錯(cuò)誤，故答案為B.8。