人教版 (新课标)选修31 固体教学设计

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第7单元：固体和液体的性质一、教法建议抛砖引玉本章虽然是选学教材，但作为热学知识的两种状态还是应该知道的，那就从“知道的角度教给同学们吧，这对给学生一个完整的知识体系、扩大知识面是大有好处的。本章的知识可以多做一些相关的实验，让学生去观察，进而总结出规律的知识。有些实验甚至可以让学生自己去做，教师可以引导学生去观察、引导学生进一步去研究，发挥其创新的能力，总结出规律。 指点迷津从大盐粒就可以看出晶体是有规则的几何形状，而石蜡则没有固定几何形状，你怎么捏，它的形状就按你预想的形状变化。在做各向同性还是各向异性的实验时，同学们一定要自己做一下。玻璃片要选显微镜的盖片，玻璃片上和云母片上要涂上一层薄薄的蜡，烤熔了放凉即可。钢针要从背面加热，你可以清楚地看到晶体的各向异性的特性。在研究表面张力时，书上的几个实验都不难做，你可以做一下，并分析一下为什么刺右边时棉线被拉向左侧，刺左边时棉线被拉向右侧。若中间是个棉线圈，当你刺破线圈内的肥皂膜时，棉线圈被拉得圆圆的。从这个实验可以说明液体表面有收缩到最小的趋势。最后给你个作业题：你把缝衣针放在水面上而不下沉吗？用此来看液面的表面张力多大啊。浸润和不浸润对同学们来说也是非常熟悉的现象，将一滴水滴在玻璃上将出现什么现象？若滴在荷叶上又将如何？这就是浸润和不浸润，然后同学们可以讨论什么浸润什么？什么不浸润什么？最后再看看书。毛细现象也可通过实验来观察，取不同粗细的玻璃管插入水中和水银中，可看到毛细现象，毛细现象的产生原因可参见教材211页倒数第三段的分析。我们在初中已经研究过熔化和凝固，我们可以在初中知识的基础上，对熔化过程、熔点和熔化热作进一步研究。 二、学 海 导 航 思维基础知道固体分为晶体和非晶体，晶体又分为单晶体和多晶体例：在下列物质中，          是晶体；            是非晶体；其中            属于单晶体，而          属于多晶体。①塑料；②明矾；③松香；④玻璃；⑤CuSO4·10H2O；⑥冰糖；⑦糖果；⑧单晶硅；⑨铝块；⑩橡胶。分析：明矾是A1K（SO4）2·5H2O，而CuSO4·10H2O是硫酸铜的水合物，又称为绿矾（胆矾），冰糖、单晶硅；铝块是晶体、塑料、松香、玻璃、糖果、橡胶是非晶体。在晶体中明矾、胆矾、单晶硅是单晶。掌握晶体和非晶体的区别例：晶体和非晶体在外形上有差别，晶体都具有          而非晶体          ，另外它们在           的性质上也有所不同。分析：晶体是具有规则几何形状的物体，而非晶体则是没有规则几何形状的物体。晶体还具有各向异性的性质，有的晶体导热性各向不一样，有的晶体导电性各向不一样。总之晶体和非晶体的物理性质不同。能正确说明各向异性和各向同性的含义例：关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是：（1）       单晶体具有各向异性；（2）       多晶体具有各向同性；（3）       非晶体的各种物理性质，在各个方向上都是相同的；（4）       晶体的各种物理性质，在各个方向上都是不同的。分析：以上4条都是正确的，但是要注意具体到某种晶体了，它可能只是某种物理性质各向异性较明显。例云母片就是导热性明显，方解石则是透光性上明显，方铅矿则在导电性上明显。但笼统提晶体就说各种物理性质是各向异性。例：各向异性是用来描述：（1）       非晶体没有规则的几何形状；（2）       非晶体内部的物理性质与方向的关系；（3）       多晶体的内部结构；（4）       晶体内部的物理性质与方向的关系。分析：各向异性是说明由于晶体内部的物理性质与方向有关的特性的。能分析晶体和非晶体在性质上的不同例：判别物质是晶体还是非晶体，比较正确的方法是：（1）       从外形上来判断；（2）       从各向异性或各向同性上来判断；（3）       从导电性能来判断；（4）       从有无熔点来判断。分析：晶体的最大特征就是各向异性和有固定熔点。知道晶体内部微观结构的物理模型例：组成晶体的物质微粒是         ，依照一定的         在空间中排列成整齐的行列，这种有规则的排列称为          。答案：分子、原子或离子  规律  空间点阵分析：晶体分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体四类。知道某些物质具有多形性例：晶体的多形性，是因为有些物质能够生成几处          。如碳就有            、            等不同的形状。答案：不同的结晶结构、金钢石、石墨能利用空间点阵的理论解释晶体特性产生的原因晶体外形的有规则和它在各向异性的特点都是由于晶体内部结构有规则的缘故，而非晶体内部的物质微粒的排列是不规则的，由于微粒的数目非常多，平均起来，各个方向的物理性质就相同了。例：组成物质的微粒的空间点阵，可用来解释：（1）       晶体有规则的几何形状，非晶体没有；（2）       晶体能溶于水，而非晶体不能；（3）       晶体的导电性较非晶体强；（4）       晶体的机械强度不如非晶体；（5）       单晶体的各向异性；（6）       非晶体的各种物理性质在各方向上都相同。答案：（1）、（5）、（6）。例：关于晶体和非晶体，正确的说法是：（1）       它们由不同的空间点阵构成的；（2）       晶体内部的物质微粒是有规则地排列的，而非晶体内部物质微粒排列是不规则的；（3）       晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着；（4）       在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，数是不等的是非晶体。分析：空间点阵是晶体的特殊结构，是晶体的一个特性。所以（1）是错误的。组成物体的微粒永远在作热运动，不管是晶体还是非晶体。所以（3）是错的。非晶体就提不到什么层面的问题，即使是晶体各个层面也不见得相等。所以（4）也是错的。能利用分子运动的观点，解释液体表面张力产生的原因例：液体表面张力产生的原因是：（1）       表面张力产生在液体表面层，它的方向跟液面垂直；（2）       表面张力产生在液体表面层，它的方向跟液面平行；（3）       表面张力产生在液体附着层，它的方向跟液面垂直；（4）       作用在任何一部分液面上的表面张力，总是跟这部分液面的分界线垂直。答案：（2）、（4）。能利用液体表面张力的知识解决实际问题例：在以下事例中，能用液体表面张力来解释的是：（1）       草叶上的露珠呈圆球形；（2）       油滴在水面上会形成一层油膜；（3）       用湿布不易擦去玻璃窗上的灰尘；（4）       油瓶外总是附有一层薄薄的油。分析：要抓住表面张力产生的原因，再结合实例的具体现象去分析。液体的表面层由于与空气接触，所以表面层里分子的分布比较稀疏、分子间呈引力作用，在这个力作用下，液体表面有收缩到最小的趋势，这个力就是表面张力，结合四个例子看，只有（2）中油膜不是收缩而是扩散，所以（2）不能用表面张力的理论来解释。10.知道液体的表面具有收缩的趋势例：如图7-1所示，布满了肥皂膜的金属框架上有一段质量不计的棉纱，现将金属框架下部分的肥皂膜刺存，则棉纱将如图中：
                                 图7-1 分析：要注意是有收缩成最小的趋势。∴（4）是正确的。11.知道浸润和不浸润的现象例：分别画出细玻璃管中水银柱和水柱上下表面的形状。分析：水对玻璃是浸润物体，而水银对玻璃不浸润、画的时候要注意虚线表示的是液面。

          图7-2                                      图7-3 12.能利用微观的观点解释浸润和不浸润的现象例：液体和固体接触时，附着层表面具有缩小的趋势是因为：（1）       附着层里液体分子比液体内部分子稀疏；（2）       附着层里液体分子相互作用表现为引力；（3）       附着层里液体分子相互作用表现为斥力；（4）       固体分子对附着层里液体分子的引力比液体分子之间的引力强分析：首先从题设中看出液体对固体来说是不浸润的，而后再对附着层液体分子的作用进行研究。在出现不浸润现象时，在附着层里出现了跟表面张力相似的收缩力，即引力。并且附着层里分子的分布，虽比起表面层要密一些，但比起液内还是要稀疏，所以附着层分子受引力比液内分子受引力要大些。因此，本题答案为（2）、（4）。例：若液体对某种固体是浸润的，当液体装在由这种固体物质做成的细管时，则：（1）       附着层分子密度大于液体内分子的密度；（2）       附着层分子的作用力表现为引力；（3）       管中的液面一定是凹弯月面的；（4）       液面跟固体接触的面积有扩大的趋势。分析：这首先是浸润现象，这时固体分子与液体分子间的引力相当强，造成附着层内分子的分布就比液体内部更密，这样就会使液体间出现了相互推力，使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势。 ∴ （1）、（3）、（4）正确。13.能知道各种毛细现象
例：分别画出插入在水槽和水银槽中的细玻璃管中液柱的大概位置：                         图7-4 分析：水银对玻璃是不浸润的，而水对玻璃是浸润的。14.能利用分子间的作用解释毛细现象的成因例：液体在毛细管中，液面上升是由于液体         层分子的        力和        层分子间的          相互作用的结果。当与上升液柱          相等时，液柱就不再上升。答案：附着层、相斥、表面层、表面张力、重力。15.能理解晶体熔化时熔点的物理意义例：萘的熔点为80℃。80℃的液态萘分子与80℃的固态萘分子相比，具有：（1）       相等的平均功能和相等的势能；（2）       相等的平均功能和较多的势能；（3）       较多的平均功能和相等的势能；（4）       较少的平均功能和相等的势能；分析：萘的熔化过程是在80℃时温度保持一个相当长时间不变化，此时它吸收热只造成了萘的状态变化，这个温度就是熔点。温度不变化意味着萘分子的平均功能没有发生变化，因为温度是分子平均动能的标志。而由于在这一过程中萘由固态向液态转化，萘的分子间距离要加大。此时，萘晶体要从外界吸收热量来破坏晶体的点阵结构，所以吸热只是为了克服分子间的引力做功，只增加了分子的势能。因此，80℃的液态萘分子与同温固态萘分子相比，弄虚作假有相等的平均动能和较多的分子势能。 学法指要例1：下列叙述中哪点是正确的？（1）       液体表面张力随温度升高而增大；（2）       液体尽可能在收缩它的表面积；（3）       液体表面层的分子比液体内部的分子有更大的势能；（4）       液体表面层的分子分布要比液体内部分子分布来得紧密些。分析：这是有关液体表面分子相互作用的问题。液体的表面层由于和气体接触与内部情况不同，表面层分子的分布要比内部稀疏。这样分子间就表现为引力了，即表面张力，这样液体表面就有收缩到最小的趋势。随温度的升高，表面层分子距离更要增大，引力作用随之而减小，所以表面张力要减小。而在液内，分子间的引力基本等于斥力，当r≈r0时，分子势能最小。在表面层，r>r0，所以分子势能比液体内部的分子势能大。答案：B、C。例2：200g—10℃的冰投入到500g4℃的水中（冰的比热为2.1×103J/kg·℃，熔化热为3.36×105J/kg）平衡后，（1）       系统的温度；（a）       大于℃；（b）       小于0℃；（c）       等于0℃，有冰熔化；（d）       等于0℃，有水结冰；（e）       等于0℃，没有熔化和结冰。（2）       系统中冰的质量有（a）0g；（b）100g；（c）187.5g；（d）200g；（e）225g。分析：（1）一般这样的题都选0℃为参考点，先比较200g—10℃的冰变成0℃的冰需多少热？500g4℃的水为成0℃的水能放出多少热？二者进行比较，如果Q吸>Q热，则可进一步看能熔化多少冰，如果冰能全部熔化所需热量还不足水变成0℃放出的热，则再计算熔化成的水温度还能升到多高？若Q吸=Q热则冰升温到0℃，水降温到0℃后，既没有冰熔化，也没有水结成冰。若Q吸>Q热，说明水降成0℃后，有水结成了冰，这时就要看水凝固了多少冰，若水全部凝固放出的热还小于冰变成0℃冰所吸收的热，则需再计算水凝固成冰后，降了多少温度。解：（1）先计算200g—10℃的冰升温到0℃需吸收的热量：∵Q=CmΔt∴Q吸=2.1×103J/kg·℃×0.2kg×[0℃-（-10℃）]=4.2×103J再计算500g4℃的水降温到0℃，要放出的热量：Q放=4.2×103J/kg·℃×0.5×（4℃-0℃）=8.4×103J∵Q吸<Q放。∴有冰的熔化答案为C。（2）先计算剩余的热能熔化多少冰。∵·m∴·m则m=187.5g答案为C。思维体操例：如图7-5食盐（NaCl）的晶体是由钠离子和氯离子组成的。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着。已知食盐质量为58.5g/mol，食盐的密度是2.2g/cm3。阿伏加德罗常数为6.0×1023mol-1。在食盐晶体中两相距最近的钠离子的中心点距离的数值最接近于（就下面四个数据比）                                 图7-5（1）3.0×10-8cm；         （2）3.5×10-8cm；（3）4.0×10-8cm；         （4）5.0×10-8cm。分析：一个氯化钠分子体积为                     =从图中可看出，每个钠离子都由它相邻的8个小正立方体所共用，从图中可分析出每两个小正立方体只含有一个钠离子和一个氯离子，所以一个氯化钠分子的体积相当于图中两个正方方体的体积，设每个小正立方体的边长为a，则有：2a3=V0。设在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心点距离为d，则d=∴     =62.5×10-24（cm）3可用备选答案的四个数值，计算其立方值，d3，看哪个最接近62.5×10-24,就可以了。由计算可知C最接近。 三、智 能 显 示 心中有数                             单晶体    1.固体      晶体                             多晶体                非晶体2.固体特性类别天然几何外形物理性质的方向性固定的熔点特 点原    因特 点原因特 点原因单晶体有物体微粒排列有规则各向异性物体微粒排列有规则有需破坏点阵结构多晶体无内部结构无规则各向同性内部结构无规则有需破坏点阵结构非晶体无物质微粒排列无规则各向同性物体微粒排列无规则无无点阵结构需破坏 3.空间点阵：组成晶体的物质微粒是有规则的、周期性的。这些物质微粒所在的点称为结点，结点的总称为空间点阵。4.液体的表面性质（1）       表面张力；（2）       在表面张力作用下液体表面有收缩到最小的趋势。5.浸润和不浸润：是讲液体表面的分子与接触的固本分子作用的情况。（1）       浸润：液体表面的分子与接触的固体的分子相互吸引，使液体有附着在固体表面上的现象。（2）       不浸润：与浸润相反。6.毛细现象：浸润液体在细管内升高的现象和不浸润液体在细管内降低的现象。7.熔化和凝固：物体从固态变成液态的过程叫熔化，反之则叫凝固。 动脑动手如果物体具有各向同性的性质，则它可能是：（1）       非晶体；（2）晶体；（3）单晶体；（4）多晶体。有一固体，外形呈规则的六面体，则它：（1）       一定是晶体；（2）一定是多晶体；（3）一定是非晶体；（4）可能是晶体，也可能是非晶体。所谓“晶体的多形性”，反映的是：（1）       同一种物持能够生成几种不同的晶体；（2）       不同物质晶体的形状各不相同；（3）       晶体在各方向上的物理性质是不同的；（4）       晶体内部物质微粒间的相互作用较强；（5）       晶体在一定条件下可转化成非晶体。比较金刚石和石墨的结果是：（1）       它们是同一种物质，只是内部微粒的空间点阵不同。（2）       它们的物理性质有很大的差异；（3）       由于它们空间点阵不同，所以金刚石为晶体，石墨是非晶体。（4）       金刚石是单晶体，石墨是多晶体。毛细现象包括：（1）       浸润液体在细管内液面会升高；（2）       浸润液体在细管内液面会降低；（3）       不浸润液体在细管内液面会升高；（4）       不浸润液体在细管内液面会降低。液体表面有收缩到最小面积趋势的原因是：（1）       由于液体的流动性；（2）       由于液体表面张力的作用；（3）       由于液体表面层分子的斥力大于引力；（4）       由于液体表面层分子的引力大于斥力。下列现象，哪些是因液体的表面张力所造成所：（1）       使用洗洁粗易清除餐具上的油渍；（2）       融化的蜡烛从燃烧的蜡烛上流下来，冷却后呈球形。（3）       熔融的玻璃中制成各种玻璃器皿；（4）       树叶能飘浮在水面上。将一枚硬币轻轻地平放在水面上，可以不下沉，此时与硬币重力相平衡的力是：（1）       水的浮力；（2）       水的表面张力；（3）       水的浮力和表面张力的合力；（4）       水的浮力和空气的浮力的合力。下列现象中，哪些现象是由于液体的表面张力而引起的？（1）       液体与固体、气体不同，它在不同容器内，尽管形状不同，但体积相同；（2）       两滴水银相接触，立即会合并成一滴；（3）       新的棉织品水洗后都要收缩；（4）       小昆虫能在水面上自由走动。创新思维设冰的比热为2×103J/(kg℃),水的比热为4×103J/(kg℃)，冰的熔化热迷4×105J/kg，那么把30℃的水0.2kg和-20℃的冰0.2kg混合，则最终温度为：（1）       t=0；(2)-20<t<0；（3）t=(30-20)/2；（4）0<t<30℃在上题中，混合物最后含冰多少kg？（1）0.04kg；（2）0.2kg；（3）0.16kg；（4）0.4kg。参考答案动脑动手1.（1）、（2）。2.（4）。3.（1）。4.（1）、（2）。5.（1）、（4）。6.（2）、（4）。7.（2）、（4）。8.（3）。9.（2）、（3）、（4）。创新思维1.（1）。2.（3）。