第1節(jié)　固體類型及微觀結(jié)構(gòu)　

第2章固體與液體第1節(jié)固體類型及微觀結(jié)構(gòu)核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)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)知道晶體可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)?？茖W(xué)思維用晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點來解釋單晶體外形的規(guī)則性和物理性質(zhì)的各向異性?？茖W(xué)探究實驗探究單晶體和多晶體導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能的區(qū)別。一、晶體和非晶體二、固體的微觀結(jié)構(gòu)1．規(guī)則性：________的原子(或分子、離子)都是按照一定的規(guī)則排列，具有空間上的周期性。2．變化或轉(zhuǎn)化：在不同條件下，同種物質(zhì)的微粒排列形式_____，可以生成不同的晶體，例如石墨和金剛石。有些晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，如非晶態(tài)的玻璃經(jīng)反復(fù)加熱冷卻變?yōu)槎嗑w，金屬晶體經(jīng)急冷處理制得非晶態(tài)金屬玻璃。1.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。單晶體不同2．用點表示固體內(nèi)部的物質(zhì)微粒，如圖甲是單晶體內(nèi)一個平面上微粒的排列情況，如圖乙是非晶體內(nèi)一個平面上微粒的排列情況。請你數(shù)一數(shù)圖甲中等長線段AD、BE、CF上微粒的個數(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：單晶體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。新知學(xué)習(xí)(一)|晶體和非晶體的比較[任務(wù)驅(qū)動]如圖所示，是我們生活中常見的固體。(1)說明兩組固體：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，沒有規(guī)則的幾何外形。(2)在日常生活中我們有時見到的鹽粒并非有規(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，單個的晶體顆粒是單晶體，具有規(guī)則的幾何外形。

[重點釋解]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試單晶體的物理性質(zhì)時，測試結(jié)果不同。②通常所說的物理性質(zhì)包括彈性、機械強度、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，非晶體則沒有，例如很多同學(xué)認(rèn)為玻璃應(yīng)是多晶體，但實驗證明玻璃沒有一定的熔點，故應(yīng)是非晶體。[典例體驗][典例]

(多選)如圖所示，ABCD是一厚度均勻的由同一種微粒構(gòu)成的圓形板。AB和CD是互相垂直的兩條直徑，把圓形板從圖示位置轉(zhuǎn)90°后電流表讀數(shù)發(fā)生了變化(兩種情況下都接觸良好)。關(guān)于圓形板，下列說法正確的是

(

)A．圓形板是非晶體B．圓形板是多晶體C．圓形板是單晶體D．圓形板在各個方向?qū)щ娦圆煌琜解析]由題圖知，兩種情況下長度相同，橫截面積相同，但兩種情況下電流表的讀數(shù)發(fā)生了變化，即電流表的讀數(shù)不相同，說明了圓形板在各個方向上導(dǎo)電性不同，表現(xiàn)為各向異性，所以圓形板是單晶體，故C、D正確，A、B錯誤。[答案]

CD/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：看其有無確定的熔點，晶體具有確定的熔點，而非晶體沒有確定的熔點，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。[針對訓(xùn)練]1．關(guān)于晶體和非晶體，下列說法中正確的是

(

)A．可以根據(jù)各向同性或各向異性來鑒別晶體和非晶體B．一塊均勻薄片，沿各個方向?qū)λ┘永?，發(fā)現(xiàn)其強度一樣，則此薄片一定是非晶體C．一個固體，如果沿其各方向的導(dǎo)電性不同，則該固體一定是晶體D．一塊晶體，若其各個方向的導(dǎo)熱性相同，則一定是多晶體解析：多晶體和非晶體都顯示各向同性，只有單晶體顯示各向異性，所以A錯誤，C正確。單晶體具有各向異性的特性，僅是指某些物理性質(zhì)，并不是所有的物理性質(zhì)都是各向異性的，換言之，某一物理性質(zhì)顯示各向同性，并不意味著該物質(zhì)一定不是單晶體，所以B、D錯誤。答案：C

2．下列說法中正確的是

(

)A．同一物質(zhì)不可能呈現(xiàn)晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)B．單晶體和多晶體都具有各向異性的物理性質(zhì)C．由同種元素構(gòu)成的固體，可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D．蠟燭是多晶體解析：同一物質(zhì)改變條件可以呈現(xiàn)晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)，故A錯誤；單晶體具有各向異性的物理性質(zhì)，多晶體具有各向同性的物理性質(zhì)，故B錯誤；同種元素構(gòu)成的固體可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶體，如金剛石和石墨，故C正確；蠟燭是非晶體，故D錯誤。答案：C

新知學(xué)習(xí)(二)|對晶體微觀結(jié)構(gòu)的理解[任務(wù)驅(qū)動]

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嗎？提示：它們并不是像結(jié)構(gòu)圖上所畫的那些點一樣靜止不動，它們時刻都在不停地振動，結(jié)構(gòu)圖中所畫的那些點，是它們振動的平衡位置。

[重點釋解]1．晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點(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，微粒的熱運動不足以克服它們的相互作用而遠(yuǎn)離。(3)微粒的熱運動表現(xiàn)為在一定的平衡位置附近不停地做微小的振動。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，在沿不同方向所畫的等長直線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。正因為在不同方向上物質(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：晶體加熱到一定溫度時，一部分微粒有足夠的動能克服微粒間的作用力，離開平衡位置，使規(guī)則的排列被破壞，晶體開始熔化，熔化時晶體吸收的熱量全部用來破壞規(guī)則的排列，溫度不發(fā)生變化。[典例體驗][典例]

(多選)關(guān)于晶體和非晶體，正確的說法是

(

)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)微粒是不停地運動著的D．在物質(zhì)內(nèi)部的各個平面上，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)是無規(guī)則的，選項A、B正確；物質(zhì)微粒都是永不停息地運動著的，選項C錯誤；從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)看，選項D錯誤。[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、有確定熔點等性質(zhì)。(2)物質(zhì)微粒的不規(guī)則排列決定了固體沒有規(guī)則的幾何形狀、各向同性、無確定熔點等性質(zhì)。

[針對訓(xùn)練]1．(多選)非晶體具有各向同性的特點是由于

(

)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是由于非晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無規(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錯誤。答案：BC

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

科學(xué)思維——判斷晶體、非晶體1．(選自人教版新教材課后練習(xí))某人為了檢驗一塊薄片物質(zhì)是否為晶體，做了一個實驗。他以薄片的正中央O為坐標(biāo)原點，建立Oxy平面直角坐標(biāo)系，在兩個坐標(biāo)軸上分別取兩點x1和y1，使x1和y1到O點的距離相等。在x1和y1上分別固定一個測溫元件，再把一個針狀熱源放在O點，發(fā)現(xiàn)x1點和y1點的溫度在緩慢升高，但兩點溫度的高低沒有差異。于是得出結(jié)論：這塊薄片是非晶體。請說明：以上結(jié)論科學(xué)嗎？為什么？提示：這個結(jié)論不科學(xué)。通過題中實驗可確定薄片在導(dǎo)熱性上表現(xiàn)出各向同性，但可能在其他物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性。只從這一點不能確定薄片不是單晶體，也不能確定薄片是晶體或者非晶體。

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驗探究)取一張云母薄片，在上面涂一層很薄的石蠟，然后用燒熱的鋼針去接觸云母片。觀察接觸點周圍的石蠟熔化后所成的形狀。再在玻璃片上做同樣的實驗，觀察石蠟熔化后所成的形狀。比較觀察的結(jié)果(如圖)。你能得出什么結(jié)論？提示：云母片在導(dǎo)熱這一物理性質(zhì)上具有各向異性，而玻璃片則具有各向同性。二、新題目精選——品立意深處所蘊含的核心價值1．(多選)2010年諾貝爾物理學(xué)獎授予安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，以表彰他們在石墨烯材料方面的卓越研究。他們通過透明膠帶對石墨進(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0.34nm的石墨烯，是碳的二維結(jié)構(gòu)。如圖所示為石墨、石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)，根據(jù)以上信息和已學(xué)知識判斷，下列說法中正確的是

(

)A．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解析：石墨、石墨烯、金剛石都是晶體，且都是單質(zhì)，A、B錯誤，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。答案：CD

2.“嫦娥五號”探測器上裝有用石英制成的傳感器，其受壓時表面會產(chǎn)生大小相等、符號相反的電荷——“壓電效應(yīng)”。如圖所示，石英晶體沿垂直于x軸晶面上的壓電效應(yīng)最顯著。石英晶體

(

)A．沒有確定的熔點B．具有各向同性的壓電效應(yīng)C．沒有確定的幾何形狀D．是單晶體解析：石英是單晶體，有確定的熔點，有確定的幾何形狀，故A、C錯誤，D正確；石英受壓時表面會產(chǎn)生大小相等、符號相反的電荷“壓電效應(yīng)”，沿垂直于x軸晶面上的壓電效應(yīng)最顯著，故具有各向異性，故B錯誤。答案：D

解析：測試發(fā)現(xiàn)，材料甲沿ab、cd兩個方向的電阻相等，材料乙沿ef方向的電阻大于沿gh方向的電阻，說明了甲具有各向同性，而乙具有各向異性，而單晶體的物理性質(zhì)是各向異性，所以乙一定是單晶體，而多晶體不顯示各向異性，材料甲可能是多晶體，也可能是非晶體，故只有選項C正確。答案：C

4．如圖所示是對某種合金連續(xù)不斷地加熱過程中，溫度隨時間變化的曲線，據(jù)圖回答：(1)這種合