2.4固体 学案(含解析)

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2.4固体 学案(含解析)

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2.4固体 学案
【学习目标】
核心素养目标
物理观念:(1)知道什么是晶体和非晶体、单晶体和多晶体.
(2)掌握晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别.
(3)通过实验,观察液体的表面张力现象,了解表面张力产生的原因.
(4)理解液晶的微观结构、特点和应用.
科学思维:(1)学会用晶体的微观结构特点来解释单晶体外形的规则性和物理性质的各向异性.
(2)理解浸润和不浸润现象的概念,会分析其产生的原因.
(3)学会用分子动理论解释毛细现象.
【学习重难点】
重点
1.晶体与非晶体的区别。
2.单晶体与多晶体的区别。
3.晶体的微观结构。
难点
用微观结构理论解释晶体的特性。
【预习新知】
晶体和非晶体
阅读教材32页回答以下问题:
问题1、观察玻璃、蜂蜡、塑料、盐粒、砂糖、石英等物质,比较它们的外形有何不同?说明了什么问题?
问题2、常见的晶体有哪些?常见的非晶体有有哪些?
问题3、将石蜡均匀涂抹在玻璃片和云母片上,用烧热的钢针接触涂蜡的反面,观察石蜡在玻璃片和云母片上熔化区域的形状有何不同?说明了什么问题?
问题4、对蜂蜡和砂糖进行加热,用温度计测量二者熔化时温度的变化有何不同?这说明了什么问题?
问题5、金属物体没有固定规则的几何外形,但它们都有确定的熔点,那么金属是晶体,还是非晶体?
问题6、根据以上回答,完成下表:
例题1、关于晶体和非晶体,下列说法中正确的是( )
A.单晶体具有各向异性
B.多晶体也具有各向异性
C.非晶体的各种物理性质,在各个方向上都是相同的
D.晶体的各种物理性质,在各个方向上都是不同的
例题2、下列说法中正确的是( )
A.常见的金属材料都是多晶体
B.只有非晶体才显示各向同性
C.凡是具有天然的规则几何形状的物体必定是单晶体
D.多晶体不显示各向异性
针对训练1、如图所示是两种不同物质的熔化曲线,根据曲线判断下列说法正确的是( )
A.a是晶体
B.b是晶体
C.a是非晶体
D.b是非晶体
针对训练2、下列物质 是晶体, 是非晶体?
A.铁 B.橡胶 C.玻璃 D.食盐 E.云母 F.塑料
晶体的微观结构
问题1、晶体和非晶体在外形、物理性质等方面有显著的不同,产生这些不同的根本原因是什么呢?晶体微观结构的特点是怎样的?
问题2、金刚石和石墨在硬度上差别很大,但它们都是由碳原子构成的,这说明什么问题?
问题3、天然水晶是晶体,而熔化以后再凝固的水晶则是非晶体,这说明了什么?
【教师指导】晶体和非晶体在微观与宏观上的区别与联系?
分类 微观结构 宏观表现
外形 物理性质
晶体 单晶体 组成晶体的物质微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列——空间点阵 几何形状天然有规则 各向异性 有固定熔点
多晶体 由无数的晶体微粒(小晶粒)无规则排列组成 无天然规则的几何外形 各向同性
非晶体 内部物质微粒是无规则排列的 没有 固定熔点
例题3、下列叙述中错误的是( )
A.晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列
B.单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排列
C.非晶体有规则的几何形状和确定的熔点
D.石墨的硬度比金刚石差得多,是由于它的微粒没有按空间点阵分布
针对训练3、晶体具有各向异性的特点是由于( )
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
【重难探究】
一 晶体和非晶体
1.单晶体、多晶体及非晶体的区别与联系
2.单晶体的特征
(1)具有天然的规则外形,这种规则的外形不是人工造成的。
(2)物理性质表现为各向异性,这是单晶体区别于非晶体和多晶体最重要的特性,是判断单晶体最主要的依据。
①单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质(包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等)不同,也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性质时,测试结果不同。
②单晶体具有各向异性,并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性,举例如下: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;方铅矿石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;立方体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。
(3)具有一定的熔点,单晶体在这一点上和多晶体没有区别,从宏观上区分晶体和非晶体的重要依据是看有无一定的熔点。
3.多晶体和非晶体
(1)多晶体虽是无天然规则的几何形状,物理性质具有各向同性,但组成多晶体的晶粒都有规则的几何形状,每一个晶粒都具有单晶体的特征和物理性质,这是多晶体和非晶体在内部结构上的区别。
(2)多晶体与非晶体在宏观上的区别在于多晶体具有一定的熔点,非晶体则没有,例如很多同学认为玻璃应是多晶体,但实验证明玻璃没有一定的熔点,故应是非晶体。
4.晶体内部的微粒是按各自的规则排列着的,具有空间上的周期性。如图所示是食盐晶体。
5.同种元素的微粒能够按照不同规则在空间分布形成不同的物质,例如,碳原子如果按图甲那样排列,就成为石墨,而按图乙那样排列,就成为金刚石。
【思考·讨论】
(1)如图是食盐晶体中的氯离子和钠离子分布的示意图,氯离子和钠离子是在图示位置静止不动吗
提示:它们并不是像结构图上所画的那些点一样静止不动,它们时刻都在不停地振动,结构图中所画的那些点,是它们振动的平衡位置。
(2)同种物质不是晶体就是非晶体,这种说法对吗
提示:这种说法不正确,同种物质以晶体和非晶体两种不同的形态出现,也就是说,物质是晶体还是非晶体,并不是绝对的。例如,天然水晶是晶体,而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)就是非晶体,有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。
(3)怎样区分晶体与非晶体、单晶体与多晶体
提示:区分晶体和非晶体的方法是看其有无确定的熔点,晶体具有确定的熔点,而非晶体没有确定的熔点;区分单晶体和多晶体的方法是看其是否具有各向异性,单晶体表现出各向异性,而多晶体表现出各向同性。
【典例示范】
(多选)在图甲、乙、丙三种固体薄片上涂蜡,由烧热的针接触其上一点,蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示,而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示,以下说法正确的是 (  )
A.甲、乙为非晶体,丙是晶体
B.甲、乙为晶体,丙是非晶体
C.甲为多晶体,乙为非晶体,丙为单晶体
D.甲、丙有确定的熔点,乙无确定的熔点
【解题探究】
(1)甲和乙两种固体受热后蜡融化的范围呈现圆形说明什么
提示:甲和乙两种固体传热特性呈现各向同性,说明甲和乙一定不是单晶体。
(2)而从甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系中可以确定什么信息
提示:甲、丙有确定的熔点,乙无确定的熔点。
【解析】选C、D。由题图甲、乙、丙可知:甲、乙具有各向同性,丙具有各向异性;由题图丁可知:甲、丙有固定熔点,乙无固定熔点,所以甲、丙为晶体,乙为非晶体,其中甲为多晶体,丙为单晶体,故C、D正确。
【误区警示】晶体各向异性的原因
(1)单晶体物理性质的不同取决于其微观结构,单晶体的物质微粒是按照一定的规则在空间中整齐地排列着,有规则的几何外形,在物理性质上表现为各向异性。
(2)多晶体是由许许多多晶粒组成的,晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着,无规则的几何外形,多晶体在物理性质上表现为各向同性。
【素养训练】
1.(多选)关于晶体和非晶体,下列说法正确的是 (  )
A.可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体
B.一块均匀薄片,沿各个方向对它施加拉力,发现其强度一样,则此薄片一定是非晶体
C.一个固体球,如果沿其各条直线方向的导电性不同,则该球体一定是单晶体
D.一块晶体,若其各个方向的导热性相同,则这块晶体一定是多晶体
【解析】选C、D。判断固体是否为晶体的标准是看其是否有固定的熔点,多晶体和非晶体都具有各向同性和无规则的外形,单晶体具有各向异性和规则的外形,C、D正确。
2.(多选)晶体不同于非晶体,它具有规则的几何外形,在不同方向上物理性质不同,而且具有一定的熔点,下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性 (  )
A.组成晶体的物质微粒,在空间按一定的规律排成整齐的行列,构成特定的空间点阵
B.晶体在熔化时吸收的热量,破坏空间点阵结构,增加分子势能,同时分子平均动能增加
C.晶体在不同方向上物理性质不同,是由于不同方向上的物质微粒的性质不同
D.晶体在熔化时吸收热量,全部用来瓦解晶体的空间点阵,转化为分子间势能;因此,晶体在熔化过程中保持一定的温度不变;只有空间点阵完全被瓦解,晶体完全变为液体后,继续加热,温度才会升高
【解析】选A、D。很多晶体都是由相同的物质微粒组成的,例如,金刚石和石墨都是由碳原子组成的,不同方向上物质微粒完全一样,可见其各向异性不是因为不同方向上的粒子性质不同引起的,而是粒子的数目和粒子间距不相同造成的,则A正确,C错误;晶体在熔化时吸收热量,全部用来瓦解晶体的空间点阵,转化为分子间势能,因此,晶体在熔化过程中保持一定的温度不变,分子的平均动能不变,则B错误,D正确。
【补偿训练】
(多选)下列叙述中正确的是 (  )
A.晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列
B.单晶体具有规则的几何形状是由于它的微粒按一定规律排列
C.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体
D.石墨的硬度与金刚石相比差得多,是由于它的微粒没有按空间点阵分布
【解析】选A、B。晶体内部微粒排列的空间结构不同决定着晶体的物理性质不同,也是晶体具有各向异性的原因,也正是由于微粒按一定规律排列,使单晶体具有规则的几何形状,则A、B正确。将一晶体敲碎后,得到的小颗粒仍是晶体,故选项C错误;石墨与金刚石的硬度相差很大是由于它们内部微粒的排列结构不同,石墨的层状结构决定了它的质地柔软,而金刚石的网状结构决定了碳原子间的作用力很强,所以金刚石有很大的硬度,所以D项错误。
【巩固训练】
1.固体甲和乙在一定压强下的熔化曲线如图,纵轴表示温度,横轴表示时间,下列说法正确的是( )
A.固体甲一定是晶体,固体乙不一定是非晶体
B.甲一定有确定的几何外形,乙一定没有确定的几何外形
C.在热传导方面甲一定表现出各向异性,乙一定表现出各向同性
D.甲和乙的化学成分可能相同
2.如图所示,折线abcd是某种固体物质在一定压强下的熔化过程特征图,其中纵坐标表示热力学温度T,横坐标表示时间t,则下列说法正确的是( )
A.ab段表示液态,bc段表示固液共存状态,cd段表示固态
B.该固体物质一定是单晶体
C.a到b过程中,物质中每个分子的速率都增大
D.b到c过程中,物质分子的平均动能不变,分子势能增大
3.下列说法正确的是( )
A.牛顿用实验证明了牛顿第一定律
B.单晶体有固定的熔点,而多晶体没有固定的熔点
C.卢瑟福通过α粒子散射实验,发现了衰变现象
D.卡文迪许通过扭秤实验测出了万有引力常量
4.关于晶体和非晶体,下列说法中正确的是( )
A.具有各向同性的物体一定没有确定的熔点
B.晶体和非晶体在适当条件下可相互转化
C.常见的金属在各个方向上的物理性质都相同,所以这些金属都是非晶体
D.晶体熔化时,温度不变,则内能也不变
5.石墨和金刚石( )
A.石墨是单晶体,金刚石是多晶体 B.石墨是多晶体,金刚石是单晶体
C.它们都是单晶体 D.它们都是多晶体
6.关于固体说法正确的是( )
A.窗户上的玻璃有规则的几何外形,因此玻璃是晶体
B.同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现
C.金属没有确定的几何形状,也不显示各向异性,因此金属是非晶体
D.用烧热的针尖接触涂有蜂蜡的云母片背面,蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体
7.下列物体中是晶体的是( )
A.食盐 B.沥青 C.橡胶 D.松香
8.关于晶体和非晶体,下列说法正确的是( )
A.常见的金属为单晶体
B.颗粒的盐磨成了细盐,就变成非晶体
C.晶体具有各向异性,非晶体具有各向同性
D.在各种晶体中,原子(或者分子、离子)排列具有空间上的周期性
9.下列说法中正确的是( )
A.玻璃是晶体 B.食盐是晶体 C.云母是非晶体 D.石英是非晶体
10.下列说法中正确的是( )
A.晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化
B.产生毛细现象时,液体在毛细管中一定上升
C.可以通过增大压强和降低温度的方法使气体液化
D.空气的相对湿度越高感觉越干燥,相对湿度越低感觉越潮湿
参考答案
1.答案:D
解析:固体甲在ab段表示熔化的过程,温度保持不变,因此一定是晶体;而固体乙在整个升温的过程中,没有固定的熔点,因此一定是非晶体,A错误;如果固体甲是多晶体,也没有确定的几何外形,B错误;如果甲是多晶体则不表现为各向异性,C错误;同种化学成分,有时可以形成晶体,有时也可以形成非晶体,D正确。
2.答案:D
解析:该图像是晶体熔化的图像,ab段表示固态,bc段表示固液共存状态,cd段表示液态,选项A错误;该固体物质一定是晶体,即可能是单晶体,也可能是多晶体,选项B错误;a到b过程中,物质中分子平均速率变大,但不是每个分子的速率都增大,选项C错误;b到c过程中,温度不变,则物质分子的平均动能不变,但是由于吸收热量,所以分子势能增大,选项D正确。
3.答案:D
解析:A.牛顿第一定律为理想实验定律,牛顿总结了前人的经验,包括伽利略的斜面实验,指出了物体运动的原因,即牛顿第一定律,故A错误;
B.不管是单晶体还是多晶体都有固定的熔点,故B错误;
C.卢瑟福通过α粒子散射实验,发现了核式结构模型,故C错误;
D.卡文迪许通过扭秤实验测出了万有引力常量,故D正确。
故选D。
4.答案:B
解析:A、晶体有固定的熔点,而非晶体没有,而具有各向同性的物体,也可能是多晶体,它有一定的熔点,故A错误;B、晶体和非晶体在适当条件下可相互转化,故B正确;C、通常的金属材料在各个方向上的物理性质都相同,但其它方面的性质不同,故C错误;D、晶体熔化时,温度不变,但内能在不断变化,故D错误。故选B。
5.答案:C
解析:石墨和金刚石都为单晶体,C正确。
6.答案:B
解析:A、玻璃是非晶体,故A错误;
B、在一定条件下,晶体可以转化为非晶体,非晶体也可以转化为晶体,故B正确;
C、通常金属在各个方向的物理性质都相同,但具有固定的熔点,为晶体,故C错误;
D、烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明云母是晶体,故D错误.
故选:B。
7.答案:A
解析:常见的晶体有食盐、金刚石、海波、冰和各种金属等;常见的非晶体有石蜡、沥青、橡胶、松香、玻璃、木头等.所以只有A属于晶体.故选A.
8.答案:D
解析:根据晶体的微观结构可知在各种晶体中,原子(或者分子、离子)排列具有空间上的周期性,故D正确.
9.答案:B
解析:玻璃是非晶体;食盐、云母和石英都是晶体;选项B正确,ACD错误;故选B.
10.答案:A
解析:本题考查对晶体、非晶体及热力学常识的理解。晶体和非晶体的区别在于内部分子的排列,晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化,故A正确;产生毛细现象时,液体在毛细管中可能上升,也可能下降,故B错误;使气体液化的方法有降低温度和压缩体积,增大压强不能使气体液化,故C错误;空气的相对湿度越高感觉越潮湿,相对湿度越低感觉越干燥,故D错误。

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