第1節(jié) 固體和固體材料

核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)第二章固體、液體和氣體第1節(jié)固體和固體材料物理觀念(1)知道固體分為晶體和非晶體兩大類，知道它們物理性質(zhì)的區(qū)別。(2)知道晶體分為單晶體和多晶體，知道它們物理性質(zhì)的異同。(3)了解晶體的微觀結(jié)構(gòu)。(4)了解液晶、半導(dǎo)體材料、納米材料的性能和應(yīng)用?？茖W(xué)思維學(xué)會(huì)用晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)解釋單晶體外形的規(guī)則性和物理性質(zhì)的各向異性。科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)探究單晶體和多晶體導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能的區(qū)別。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任認(rèn)識(shí)固體材料在生產(chǎn)、生活和科技方面的應(yīng)用。續(xù)表一、晶體和非晶體1．固體分類(1)晶體：如_________、石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、蔗糖等。(2)非晶體：如_______、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等。金剛石玻璃2．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(méi)有規(guī)則的__________①?zèng)]有確定的熔點(diǎn)②沿各個(gè)方向的物理性質(zhì)表現(xiàn)為_(kāi)__________晶體單晶體有天然規(guī)則的_________①有確定的______②某些物理性質(zhì)表現(xiàn)為_(kāi)________多晶體沒(méi)有確定的__________①有確定的_______②沿各個(gè)方向的物理性質(zhì)表現(xiàn)為_(kāi)__________幾何形狀幾何形狀幾何形狀各向同性各向異性熔點(diǎn)各向同性熔點(diǎn)區(qū)別晶體和非晶體不能只看有沒(méi)有規(guī)則的幾何外形，而要看有沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)1．規(guī)則性：?jiǎn)尉w的原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則排列的，具有空間上的________。2．變化或轉(zhuǎn)化：在不同條件下，同種物質(zhì)的微粒按照不同規(guī)則在空間排列，可以生成不同的_____。例如，石墨和金剛石。有些晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為非晶體。例如，天然石英是晶體，熔化后再凝固成石英玻璃就是非晶體。周期性晶體三、液晶1．液晶構(gòu)成：液晶多由棒狀有機(jī)分子構(gòu)成，可以呈現(xiàn)介于晶體和______之間的狀態(tài)。2．物理性質(zhì)：(1)具有液體的________。(2)具有晶體的光學(xué)各向______。3．液晶的用途(1)應(yīng)用于電子手表、手機(jī)屏幕、平板電視等顯示設(shè)備中。(2)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：通過(guò)涂在皮膚表面的液晶，利用溫度不同，液晶顏色不同，從而顯示腫瘤位置。液體流動(dòng)性異性四、半導(dǎo)體材料納米材料1．半導(dǎo)體材料：________介于金屬和絕緣體之間的材料。在電子工業(yè)和信息技術(shù)方面廣泛應(yīng)用。2．納米材料(1)納米是長(zhǎng)度單位：1nm＝_______

m。(2)納米技術(shù)：在納米尺度(1nm～100nm)上制造材料和器件的技術(shù)。即重新排列原子而制造具有新分子結(jié)構(gòu)的技術(shù)。(3)納米材料有納米金屬、納米磁性材料、納米陶瓷、納米半導(dǎo)體薄膜、納米傳感材料、納米醫(yī)用材料等。(4)納米材料應(yīng)用領(lǐng)域：能源、工業(yè)、通信、航空航天、醫(yī)療、日常生活等。電阻率10－91.晶體具有各向異性，非晶體具有各向同性，是不是所有的晶體在任何性質(zhì)上都呈現(xiàn)各向異性？物理性質(zhì)表現(xiàn)出了各向異性，則此物質(zhì)一定是晶體嗎？提示：不是。只有部分晶體的某個(gè)性質(zhì)才表現(xiàn)出各向異性。比如：方解石晶體在光學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出各向異性，但在導(dǎo)熱性能或?qū)щ娦阅苌媳憩F(xiàn)為各向同性。物理性質(zhì)表現(xiàn)出了各向異性，則此物質(zhì)一定是晶體。2．用點(diǎn)表示固體內(nèi)部的物質(zhì)微粒，如圖甲是單晶體內(nèi)一個(gè)平面上微粒的排列情況，如圖乙是非晶體內(nèi)一個(gè)平面上微粒的排列情況。請(qǐng)你數(shù)一數(shù)圖甲中等長(zhǎng)線段AD、BE、CF上微粒的個(gè)數(shù)，判斷單晶體在不同方向上的微粒排列及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況相同嗎？想一想，是什么原因引起單晶體的不同方向上物理性質(zhì)的不同？提示：?jiǎn)尉w在不同方向上的微粒排列及物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況不相同，因此，在不同方向上物理性質(zhì)也不同。3．如圖所示的液晶既具有液體的特性，又具有晶體的特性，那么，液晶是液體和晶體的混合物嗎？提示：不是。4．新材料的應(yīng)用推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。判斷以下說(shuō)法正誤：(1)熱敏電阻、光敏電阻都是用半導(dǎo)體材料制成的。

()(2)納米是長(zhǎng)度單位，比原子、分子的尺度更小。

()

√×新知學(xué)習(xí)(一)|晶體和非晶體的比較[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖所示，是我們生活中常見(jiàn)的固體。(1)說(shuō)明兩組固體：玻璃、蜂蠟、硬塑料和鹽粒、明礬、石英的外表有何不同？提示：鹽粒、明礬、石英屬晶體，有規(guī)則的幾何外形；玻璃、蜂蠟、硬塑料屬非晶體，沒(méi)有規(guī)則的幾何外形。(2)在日常生活中我們有時(shí)見(jiàn)到的鹽粒并非有規(guī)則的幾何形狀，這是為什么呢？提示：粘在一起的鹽塊是多晶體，不具有規(guī)則的幾何外形，單個(gè)的晶體顆粒是單晶體，具有規(guī)則的幾何外形。

[重點(diǎn)釋解]1．單晶體、多晶體及非晶體的比較(1)區(qū)別：固體可以分為晶體、非晶體兩大類，其中晶體又分為單晶體和多晶體，其異同點(diǎn)如下：(2)聯(lián)系：在一定條件下，晶體可以變?yōu)榉蔷w，非晶體也可以變?yōu)榫w。2．單晶體的各向異性(1)在物理性質(zhì)上，單晶體具有各向異性，而非晶體則是各向同性的。①單晶體的各向異性是指沿不同方向去測(cè)試單晶體的物理性質(zhì)時(shí)，測(cè)試結(jié)果不同。②通常所說(shuō)的物理性質(zhì)包括彈性、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、磁性等。(2)單晶體具有各向異性，并不是說(shuō)每一種單晶體都能在各種物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性，舉例如下：①云母、石膏晶體在導(dǎo)熱性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向傳熱的快慢不同。②方鉛礦石晶體在導(dǎo)電性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向電阻率不同。③立方體形的銅晶體在彈性上表現(xiàn)出顯著的各向異性——沿不同方向的彈性不同。

④方解石晶體在光的折射上表現(xiàn)出各向異性——沿不同方向的折射率不同。3．多晶體和非晶體(1)多晶體雖是無(wú)天然規(guī)則的幾何形狀，物理性質(zhì)具有各向同性，但組成多晶體的晶粒都有規(guī)則的幾何形狀，每一個(gè)晶粒都具有單晶體的特征和物理性質(zhì)，這是多晶體和非晶體在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。(2)多晶體與非晶體在宏觀上的區(qū)別在于多晶體具有一定的熔點(diǎn)，非晶體則沒(méi)有，例如很多同學(xué)認(rèn)為玻璃應(yīng)是多晶體，但實(shí)驗(yàn)證明玻璃沒(méi)有一定的熔點(diǎn)，故應(yīng)是非晶體。[典例體驗(yàn)][典例]下列敘述中錯(cuò)誤的是

(

)A．晶體的各向異性是由于它的微粒是按各自的規(guī)則排列著的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)律排列C．非晶體的內(nèi)部微粒是無(wú)規(guī)則排列的D．石墨的硬度與金剛石差很多，是由于它的微粒沒(méi)有按空間點(diǎn)陣分布[解析]晶體內(nèi)部微粒排列的空間結(jié)構(gòu)決定著晶體的物理性質(zhì)不同；也正是由于它的微粒按一定規(guī)律排列，使單晶體具有規(guī)則的幾何形狀，選項(xiàng)A、B正確；非晶體的內(nèi)部微粒是無(wú)規(guī)則排列的，選項(xiàng)C正確；石墨與金剛石硬度相差甚遠(yuǎn)是由于它們內(nèi)部微粒的排列結(jié)構(gòu)不同，石墨的層狀結(jié)構(gòu)決定了它的質(zhì)地松軟，而金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了其中碳原子間的作用力很強(qiáng)，所以金剛石有很大的硬度，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。[答案]

D/方法技巧/判斷晶體與非晶體、單晶體與多晶體的方法(1)區(qū)分晶體與非晶體的方法：看其有無(wú)確定的熔點(diǎn)，晶體具有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn)，僅從各向同性或者幾何形狀不能判斷某一固體是晶體還是非晶體。(2)區(qū)分單晶體和多晶體的方法：看其是否具有各向異性，單晶體表現(xiàn)出各向異性，而多晶體表現(xiàn)出各向同性。

[針對(duì)訓(xùn)練]1．在圖甲、乙、丙三種固體薄片上涂蠟，由燒熱的針接觸其上一點(diǎn)，蠟熔化的范圍如圖甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三種固體在熔化過(guò)程中溫度隨加熱時(shí)間變化的關(guān)系如圖丁所示，以下說(shuō)法正確的是

(

)A．甲、乙為非晶體，丙是晶體B．甲、乙為晶體，

丙是非晶體C．甲、丙為非晶體，乙是晶體D．甲為多晶體，乙為非晶體，丙為單晶體解析：由圖甲、乙、丙可知：甲、乙各向同性，丙各向異性；由圖丁可知：甲、丙有固定熔點(diǎn)，乙無(wú)固定熔點(diǎn)，所以甲、丙為晶體，乙為非晶體，其中甲為多晶體，丙為單晶體，故D正確。答案：D

2．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

(

)A．將一塊晶體敲碎后，得到的小顆粒是非晶體B．固體可以分為晶體和非晶體兩類，有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì)C．由同種元素構(gòu)成的固體，可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D．在合適的條件下，某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w，某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w解析：將一塊晶體敲碎后，得到的小顆粒還是晶體，A錯(cuò)誤，符合題意；固體可以分為晶體和非晶體兩類，單晶體在不同方向上顯示各向異性，有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì)，故B正確，不符合題意；由同種元素構(gòu)成的固體，可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體，例如石墨和金剛石，故C正確，不符合題意；在合適的條件下，某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w，某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w，例如天然石英是晶體，熔化以后再凝固的石英玻璃卻是非晶體；把晶體硫加熱熔化，倒入冷水中，會(huì)變成柔軟的非晶體硫，再經(jīng)一段時(shí)間又會(huì)轉(zhuǎn)變成晶體硫，故D正確，不符合題意。答案：A

新知學(xué)習(xí)(二)|對(duì)晶體微觀結(jié)構(gòu)的理解[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]如圖是食鹽晶體中的氯離子和鈉離子分布的示意圖，氯離子和鈉離子是在圖示位置靜止不動(dòng)嗎？提示：它們并不是像結(jié)構(gòu)圖上所畫(huà)的那些點(diǎn)一樣靜止不動(dòng)，它們時(shí)刻都在不停地振動(dòng)，結(jié)構(gòu)圖中所畫(huà)的那些點(diǎn)，是它們振動(dòng)的平衡位置。[重點(diǎn)釋解]1．晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)組成晶體的物質(zhì)微粒(分子、原子或離子)，按照一定的規(guī)則在空間中整齊地排列。(2)晶體中物質(zhì)微粒的相互作用很強(qiáng)，微粒的熱運(yùn)動(dòng)不足以克服它們的相互作用而遠(yuǎn)離。(3)微粒的熱運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為在一定的平衡位置附近不停地做微小的振動(dòng)。2．晶體與非晶體區(qū)別的微觀解釋(1)各向異性：如圖所示，這是在一個(gè)平面上晶體物質(zhì)微粒的排列情況。從圖中可以看出，在沿不同方向所畫(huà)的等長(zhǎng)直線AB、AC、AD上物質(zhì)微粒的數(shù)目不同。直線AB上物質(zhì)微粒較多，直線AD上較少，直線AC上更少。正因?yàn)樵诓煌较蛏衔镔|(zhì)微粒的排列情況不同，才引起晶體在不同方向上物理性質(zhì)的不同。(2)熔點(diǎn)：晶體加熱到一定溫度時(shí)，一部分微粒有足夠的動(dòng)能克服微粒間的作用力，離開(kāi)平衡位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體開(kāi)始熔化，熔化時(shí)晶體吸收的熱量全部用來(lái)破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生變化。[典例體驗(yàn)][典例]

(多選)關(guān)于晶體和非晶體，正確的說(shuō)法是

(

)A．它們的微觀結(jié)構(gòu)不同B．單晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒有規(guī)則地排列，而非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒不規(guī)則地排列C．晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是靜止的，而非晶體內(nèi)部的物質(zhì)微粒是不停地運(yùn)動(dòng)著的D．在物質(zhì)內(nèi)部的各個(gè)平面上，微粒數(shù)相等的是晶體，微粒數(shù)不相等的是非晶體[解析]晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)是有規(guī)則的，而非晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)是無(wú)規(guī)則的，它們的微觀結(jié)構(gòu)不同，A、B正確；所有物質(zhì)微粒都是永不停息地運(yùn)動(dòng)著的，C錯(cuò)誤；物質(zhì)內(nèi)部各個(gè)平面上，微粒不相等的不一定是非晶體，還有可能是多晶體，D錯(cuò)誤。[答案]

AB/方法技巧/解釋固體宏觀特征的方法(1)物質(zhì)微粒的規(guī)則排列決定了固體有規(guī)則的幾何形狀、各向異性、有確定熔點(diǎn)等性質(zhì)。(2)物質(zhì)微粒的不規(guī)則排列決定了固體沒(méi)有規(guī)則的幾何形狀、各向同性、無(wú)確定熔點(diǎn)等性質(zhì)。

[針對(duì)訓(xùn)練]1．(多選)非晶體具有各向同性的特點(diǎn)是由于

(

)A．非晶體在不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況不同B．非晶體在不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況相同C．非晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無(wú)規(guī)則性D．非晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有規(guī)則性解析：非晶體具有各向同性的特點(diǎn)是由于非晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無(wú)規(guī)則性使不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況相同，故B、C正確。答案：BC

2．(多選)關(guān)于石墨與金剛石的區(qū)別，下列說(shuō)法中正確的是

(

)A．石墨和金剛石是由不同物質(zhì)生成的不同晶體B．石墨和金剛石是由同種物質(zhì)生成的不同微觀結(jié)構(gòu)的晶體C．金剛石中原子間作用力比石墨的大，金剛石有很大的硬度D．金剛石是單晶體，石墨是多晶體解析：石墨和金剛石的化學(xué)成分相同，即是同種物質(zhì)組成的不同晶體，即它們的微觀結(jié)構(gòu)不同，所以構(gòu)成不同的晶體，且都是單晶體，具有不同的物理性質(zhì)。故B、C正確，A、D錯(cuò)誤。答案：BC

新知學(xué)習(xí)(三)|液晶的特點(diǎn)及應(yīng)用[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]隨著人們對(duì)物質(zhì)狀態(tài)認(rèn)識(shí)的深入，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)除了通常呈現(xiàn)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)外，還存在著一些其他的狀態(tài)，如等離子態(tài)、液晶態(tài)、超導(dǎo)態(tài)、中子態(tài)等。其中的液晶態(tài)具有的一些獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，被人們不斷地認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。液晶可以作為顯示元件，這利用了液晶的什么性質(zhì)？提示：液晶可用作顯示元件是利用了其光學(xué)性質(zhì)的各向異性。液晶受外加電壓的影響，會(huì)由透明狀態(tài)變成混濁狀態(tài)而不再透明，去掉電壓，又恢復(fù)透明，當(dāng)輸入電信號(hào)，加上適當(dāng)電壓，透明的液晶變得混濁，從而顯示出設(shè)定的文字或圖像。[重點(diǎn)釋解]1．特點(diǎn)(1)液晶具有液體的流動(dòng)性。(2)液晶具有晶體的光學(xué)各向異性。(3)液晶的物理性質(zhì)很容易在外界條件(如電場(chǎng)、壓力、光照、溫度)的影響下發(fā)生改變。(4)從某個(gè)方向上看，液晶分子的排列比較整齊；但是從另一個(gè)方向看，液晶分子的排列是雜亂無(wú)章的。(5)并不是所有物質(zhì)都有液晶態(tài)。通常棒狀分子、碟狀分子和平板狀分子的物質(zhì)容易具有液晶態(tài)。2．應(yīng)用液晶可以作為顯示元件，在生物醫(yī)學(xué)、電子工業(yè)、航空工業(yè)中都有重要作用。筆記本電腦、液晶電視、可視電話……液晶一步步地深入我們的生活，在顯示器中扮演主要角色。[針對(duì)訓(xùn)練]1．

(多選)關(guān)于液晶分子的排列，下列說(shuō)法正確的是(

)A．液晶分子在特定方向排列整齊B．液晶分子的排列不穩(wěn)定，外界條件的微小變動(dòng)都會(huì)引起液晶分子排列的變化C．液晶分子的排列整齊而穩(wěn)定D．液晶的物理性質(zhì)穩(wěn)定解析：液晶既具有液體的流動(dòng)性又在一定程度上具有晶體分子的規(guī)則排列的性質(zhì)，具有光學(xué)各向異性，故在特定方向上排列整齊，故A正確；液晶的分子排列是不穩(wěn)定的，外界的微小擾動(dòng)就能引起液晶分子排列的變化，其物理性質(zhì)并不穩(wěn)定，故B正確，C、D錯(cuò)誤。答案：AB

2．下列關(guān)于液晶的說(shuō)法中正確的是

(

)A．液晶在電壓作用下的光學(xué)性質(zhì)不會(huì)改變B．液晶的狀態(tài)不會(huì)受溫度的影響C．液晶和液體沒(méi)有區(qū)別D．在顯示器方面的應(yīng)用是液晶的主要應(yīng)用方向解析：溫度、壓力、電磁作用等可以改變液晶的光學(xué)性質(zhì)，故A錯(cuò)誤；液晶的狀態(tài)受溫度的影響，故B錯(cuò)誤；液晶具有液體和晶體的性質(zhì)，與一般的液體并不相同，故C錯(cuò)誤；液晶由于受電壓等因素的影響可以改變其光學(xué)性質(zhì)，所以目前在顯示器方面的應(yīng)用是液晶的主要應(yīng)用方向，故D正確。答案：D

一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——晶體熔化過(guò)程中能量去向分析1．(選自魯科版新教材課后練習(xí))晶體在熔化過(guò)程中吸收的熱量主要用于(

)A．增加分子動(dòng)能B．增加分子勢(shì)能C．增加分子勢(shì)能和分子動(dòng)能D．不增加分子勢(shì)能和分子動(dòng)能解析：晶體有確定的熔點(diǎn)，熔化過(guò)程中溫度不變，分子平均動(dòng)能不變，吸收的熱量主要用于破壞空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，增加分子勢(shì)能，故選項(xiàng)B正確，A、C、D均錯(cuò)誤。

答案：B

科學(xué)探究——探究晶體和非晶體的物理特性2．(選自滬科版新教材實(shí)驗(yàn)探究)取一張?jiān)颇副∑谏厦嫱恳粚雍鼙〉氖?，然?/p>