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粤教版 (2019)选择性必修 第三册第五节 晶体多媒体教学ppt课件
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这是一份粤教版 (2019)选择性必修 第三册第五节 晶体多媒体教学ppt课件，共60页。
必备知识·自主预习储备
知识点一 晶体与非晶体1．固体的分类：固体可以分成晶体和______两类．2．晶体可分为单晶体和______两类．3．熔点：____有固定的熔点，______没有固定的熔点．4．单晶体特点：(1)具有规则的几何形状．(2)具有各向____．(3)有____的熔点．
5．多晶体特点：(1)外形不确定．(2)具有各向____．(3)有____熔点．提醒 区分是否是晶体看有没有固定的熔点，区分是否是单晶体看是否具有各向异性．
知识点二 晶体的微观结构1．晶体的结构及结合类型(1)组成晶体的物质微粒有规则地在空间排成____，呈现周而复始的____结构，说明晶体的微观结构具有______．(2)晶体内部各微粒之间存在着很强的__________，微粒被约束在一定的____位置上．(3)热运动时，组成晶体的物质微粒只能在各自的________附近做微小振动．
2．固体特征的微观解释(1)方法：在固体界面沿不同方向画出____线段．(2)微观解释：①单晶体在不同线段上微粒的个数________，说明沿不同方向________及________情况不同，在物理性质上表现为________．②非晶体在不同直线上微粒的个数___________，说明沿不同方向________及________情况基本相同，在物理性质上表现为________．
(3)同一种物质在不同条件下形成不同的晶体，由于________不同，物理性质有很大差异．提醒 晶体熔化时吸收的热量全部用来破坏晶体微粒规则的排列，温度并不发生变化，因而有固定的熔点．
知识点三 液晶1．定义：由固态向液态转化的中间态____具有与____相似的性质，故称为液态晶体，简称____．2．分子特点：并不是所有物质都有液晶态，液晶的分子有些是长棒状，有些是碟状或____．3．性质：外界条件的微小变化，会引起液晶分子____的变化，从而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器的表面差异等，都可以改变液晶的____性质．
4．应用：(1)__________．(2)液晶在电子工业、航空、生物、医学等领域有广泛应用．提醒 液晶在力学性质上与液体相同，在光学、电学性质等方面又具有明显的各向异性．
知识点四 新材料1．半导体材料(1)导电能力：介于导体与______之间．(2)导电性能可控：在纯净的半导体中掺入某些微量元素作为杂质，其________将会发生显著变化．(3)应用：应用于电子元件、发电领域应用及热电材料．
2．纳米材料(1)定义：指在三维空间中至少有一维处于____尺度范围或由它们作为________构成的材料．(2)特性：纳米材料通常硬度、韧性、______等力学性能更好，熔点、磁性、导热和______降低，对光和物质具有更好的吸收和______，化学____大大增加．(3)应用：碳纳米管、纳米梯度材料、石墨烯等在新技术上的应用．
3．超材料(1)定义：具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构的________，是将人造________以特定方式排列形成的，具有特殊电磁特征的人造结构材料．(2)分类：包括____材料、光子晶体、超磁性材料等．(3)应用：广泛应用于工业、军事、生活等各个方面．提醒 纳米是长度单位，1 nm＝10-9 m，颗粒在1～100 nm的材料称为纳米材料．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)常见的金属材料都是单晶体．( )(2)凡是具有天然规则的几何形状的物体必定是单晶体．( )(3)单晶体的分子(原子、离子)排列是有规则的．( )(4)非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同．( )
2．如图所示，四块固体中，属于非晶体的是( )
A．明矾 B．石英 C．冰块 D．塑料管
D [明矾、石英、冰块为晶体，塑料为非晶体，故D符合题意．]
3．下列说法正确的是( )A．黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体B．同一种物质只能形成一种晶体C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的D．玻璃没有确定的熔点，也没有天然规则的几何形状
D [常见的金属都是多晶体，因而黄金也是多晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，故A错误；同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金刚石和石墨两种晶体，故B错误；单晶体只在某些物理性质上表现出各向异性，并不是所有物理性质都表现出各向异性，故C错误；玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D正确．]
关键能力·情境探究达成
考点1 晶体和非晶体的比较
考点2 晶体的微观结构及物理性质
如图甲所示是日常生活中常见的几种晶体，图乙是生活中常见的几种非晶体，请在图片基础上思考以下问题：
(1)晶体与非晶体在外观上有什么不同？(2)没有规则几何外形的固体一定是非晶体吗？提示：(1)单晶体有规则的几何外形，多晶体和非晶体无规则的几何外形．(2)不是．由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体也没有规则的几何外形．
考点1 晶体和非晶体的比较1．单晶体、多晶体、非晶体的比较
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(1)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．(2)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．(3)立方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．(4)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．
【典例1】 在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针尖接触其上一点，蜡熔化的范围如下图所示；另外甲、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所示，则( )A．甲、乙是非晶体，丙是晶体B．甲、丙是非晶体，乙是晶体C．甲、丙是多晶体，乙是晶体D．甲是多晶体，乙是非晶体，丙是单晶体
[思路点拨] 由蜡熔化图判断导热性能，由温度—时间图线形状分析是晶体还是非晶体．
D [由题图甲、乙、丙知，甲、乙具有各向同性，丙具有各向异性；由温度—时间图线知，甲、丙有固定的熔点，乙没有固定的熔点，所以甲是多晶体，乙是非晶体，丙是单晶体．故D正确．]
区分晶体和非晶体、单晶体和多晶体的方法(1)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，仅从各向同性或几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体．(2)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．
[跟进训练]1．“嫦娥五号”探测器顺利完成月球采样任务并返回地球．探测器上装有用石英制成的传感器，其受压时表面会产生大小相等、符号相反的电荷“压电效应”．如图所示，石英晶体沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著．石英晶体( )A．没有确定的熔点B．具有各向同性的压电效应C．没有确定的几何形状D．是单晶体
D [石英是单晶体，有确定的熔点，有确定的几何形状，故A、C错误，D正确；石英受压时表面会产生大小相等、符号相反的电荷“压电效应”，沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著，故具有各向异性，故B错误．]
考点2 晶体的微观结构及物理性质1．微观结构理论的内容(1)组成晶体的微粒(分子、原子或离子)是依照一定的规律在空间中整齐地排列的．实验证实：人们用X射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后，证实了这种假说是正确的．(2)微粒的热运动特点表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．
2．晶体的微观结构特点(1)组成晶体的微粒(分子、原子或离子)，依照一定的规律在空间中整齐地排列的．(2)晶体中微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．(3)微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．晶体的微观结构决定其宏观物理性质，改变物质的微观结构从而改变物质的属性，如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石，有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．
3．用微观结构理论解释晶体的特性(1)对单晶体各向异性的解释．如图所示，这是在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同．线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同．
(2)对晶体具有一定熔点的解释．给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔解，熔解时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化．(3)对多晶体特征的微观解释．晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有．
(4)对非晶体特征的微观解释．在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长线段上，微粒的数量大致相等，也就是说，非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，所以非晶体在物理性质上表现为各向同性．(5)同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同形态出现，晶体和非晶体可在一定条件下相互转化．
【典例2】 (多选)有关晶体的微观结构，下列说法中正确的有( )A．同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质B．同种元素的原子按不同结构排列有不同的物理性质C．同种元素形成晶体只能有一种排列规律D．同种元素形成晶体可能有不同的排列规律[思路点拨] (1)晶体的微观结构不同，其物理性质不同．(2)同种元素可有几种不同的排列结构．
BD [同种元素的原子可以按不同结构排列，形成不同的物质，不同物质的物理性质不同，如同是由碳元素组成的石墨和金刚石的物质密度、机械强度、导热性、导电性和光学性质等都有很大差别，所以B、D正确，A、C错误．]
(1)各种晶体都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性．(2)物体的宏观性质是由微观结构决定的，单晶体与非晶体的物理性质不同，是因为微观结构不同，单晶体各向异性也是由粒子排列的特点决定的．
[跟进训练]2．(多选)2010年的诺贝尔物理学奖授予安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究．他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开，使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯，是碳的二维结构．如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法正确的是( )A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体B．石墨是单质，石墨烯是化合物C．石墨、石墨烯与金刚石都是晶体D．他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的
CD [晶体、非晶体都是对固体而言的，晶体有固定熔点、规则结构，非晶体没有，石墨、石墨烯与金刚石都是晶体，石墨与金刚石、碳60、碳纳米管、石墨烯等都是碳元素的素的单质，它们互为同素异形体，他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的，故A、B错误，C、D正确．]
考点3 液晶1．液晶的主要性质(1)液晶具有单晶体的各向异性的特点．原因是在微观结构上，从某个方向看，液晶的分子排列比较整齐，有特殊的取向．(2)液晶具有液体的流动性．原因是从另一方向看液晶分子排列是杂乱的，因而液晶又具有液体的性质，具有一定的流动性．
(3)液晶分子的排列特点．液晶分子的排列特点是从某个方向上看，液晶分子的排列比较整齐；但是从另一个方向看，液晶分子的排列又是杂乱无章的．(4)液晶的物理性质．液晶的物理性质很容易受外界的影响(如电场、压力、光照、温度等)发生改变．
2．液晶的主要应用(1)利用向列型液晶的性质可以制成各种液晶显示器．(2)胆甾型液晶在温度改变时会改变颜色．随着温度的升高，色彩按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序变化，温度下降时又按相反顺序变色，而且灵敏度很高，在不到1 ℃的温差内就可以显出整个色谱．利用液晶的这种温度效应可以探测温度．
【典例3】 (多选)关于液晶的分子排列，下列说法正确的是( )A．液晶分子在特定方向排列整齐B．液晶分子的排列不稳定，外界条件的微小变动会引起液晶分子排列的变化C．液晶分子的排列整齐且稳定D．液晶的物理性质稳定[思路点拨] (1)液晶分子一般是长棒状、碟状或板状，在特定方向排列有序．(2)外界条件变化，分子排列会发生变化．
AB [液晶分子在特定方向上排列比较整齐，故A正确；液晶分子排列不稳定，外界条件的微小变动会引起液晶分子排列的变化，故B正确，C错误；液晶的物理性质不稳定，例如有一种液晶，在外加电压的影响下，会由透明状态变成浑浊状态，去掉电压，又恢复透明状态，故D错误．]
(1)液晶既有液体的流动性和连续性，表现不够稳定，又具有晶体的一些各向异性特点，是某些特殊的有机化合物．(2)液晶的物理性质很容易在外界的影响(如电场、压力、光照、温度等)下发生改变．
[跟进训练]3．(多选)关于液晶，下列说法中正确的有( )A．液晶是一种晶体B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性C．液晶的光学性质随温度的变化而变化D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
CD [液晶的微观结构介于晶体和液体之间，A错误；虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，B错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，C、D正确．]
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)某种物体表现出各向同性的物理性质，则可以判断这种物质( )A．不一定是多晶体 B．不一定是单晶体C．一定不是单晶体D．一定是非晶体
AC [因为非晶体和多晶体都表现出各向同性，故A正确，D错误；单晶体一定表现出各向异性，故B错误，C正确．]
2．(多选)下列有关晶体的结构叙述正确的是( )A．在晶体内部，组成晶体的物质微粒是无规则排列的B．晶体的微观结构具有周期性C．在晶体内部，组成晶体的物质微粒可以自由运动D．组成晶体的微粒只能做微小的振动
BD [在晶体的内部，组成晶体的物质微粒是规则排列的，A错误；晶体的微观结构具有周期性，且微粒间存在着很强的作用力，B正确；在晶体内部，组成晶体的物质微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动，而不能自由运动，C错误，D正确．]
3．如图所示为一透明的正方体物块，下列说法正确的是( )A．由于该物块有规则形状，所以它一定为晶体B．由于该物块透明，所以它一定为晶体C．若该物块为绝缘体，则它一定为非晶体D．若将该物块加热到某一温度才开始熔化，且熔化的过程中温度保持不变，则它一定为晶体
D [单晶体具有天然的有规则的几何形状，但这个正方体物块不一定是天然形成，所以不一定是晶体，故A错误；晶体并非都是透明的，所以该物块不一定是晶体，例如玻璃是透明的，但并非是晶体，故B错误；晶体并非都能导电，所以该绝缘物块不一定是非晶体，例如金刚石晶体，是单晶体，也是绝缘体，故C错误；晶体具有一定的熔化温度，非晶体没有一定的熔化温度，故D正确．]
4．(多选)如图a、b是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线，你认为在下列说法中正确的是( )A．a是一种晶体的熔化曲线B．a是一种非晶体的熔化曲线C．b是一种非晶体的熔化曲线D．a中有一段吸热但温度不变的过程
ACD [晶体在熔化过程中，不断吸热，但温度(熔点对应的温度)却保持不变，而非晶体没有确定的熔点，不断加热，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升，因此a对应的是晶体，b对应的是非晶体，故A、C、D正确．]
5．(多选)一块厚度和密度都均匀分布的长方体被测样品，长AB是宽AD的两倍，如图所示．如果用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1′和O2O2′方向测量，结果阻值均为R，则这块样品不可能是( )A．单晶体B．多晶体C．非晶体D．金属
BCD [用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1′和O2O2′方向测量结果均相同，说明该物体沿O1O1′和O2O2′方向电阻率(即导电性能)不同，即表现出各向异性的物理性质，所以可能是单晶体．如果是普通金属，可以分析出沿O1O1′方向电阻比较大．故不可能是B、C、D三种物品．]
回归本节知识，自我完成以下问题：1．如何区分晶体和非晶体？单晶体有哪些特点？提示：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点．单晶体具有规则的几何形状、各向异性、固定的熔点．2．晶体的微观结构特点有哪些？提示：微粒(分子、原子或离子)依照一定的规律在空间中整齐地排列；微粒间相互作用力很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用力而远离；微粒在一定的平衡位置附近不停地做微小振动．
3．什么是液晶？有哪些新材料？提示：由固态向液态转化的中间态液体具有与晶体相似的性质，故称为液态晶体，简称液晶．新材料有半导体材料、纳米材料、超材料等．
阅读材料·拓展物理视野
石墨烯实验研究背后的故事我们知道，物体是由原子、分子等微粒组成的，它们按一定规律组成一个个“小单元”，这些“小单元”结合在一起形成了肉眼可见的物体．用机械的方法把物体粉碎、研磨，可以得到很细的粉末，但实际上一粒这样的粉末仍比这里说的“小单元”大得多．当构成材料的“小单元”的某个维度达到纳米尺度时，它的性质就会发生很大的变化．石墨烯就是一个典型的例子．
安德烈对待研究工作一直颇具想象力和好奇心．例如，他在利用超导强磁铁发现水分子具有抗磁性后(水滴悬浮在磁场中)，便开始思考：生物体内绝大多数物质是水，而且生物体内的蛋白质也具有抗磁性，如果将生物体放入磁场内，会像水滴一样悬浮吗？于是，他把一只活体青蛙放入磁场，在精确的计算下，这只青蛙真的悬浮在了磁场中．安德烈将这个实验结果发表在了物理期刊上，并为他赢得了2000年的“搞笑诺贝尔物理学奖”．然而，他的想象力并未止步，也从未停止……
在2004年之前，人类对材料的研究已经进入纳米、甚至原子尺度，人们也对石墨烯的结构有了更清晰的认识，预言了单层石墨可能会有非常好的物理性质．但如何把石墨不断磨薄，薄到只有一个原子的厚度，然而，这个世界性难题还是让很多科学家们望而却步了，甚至有人质疑单层石墨是否能够独立存在．安德烈的想象力再一次“拯救”了这项研究，在助手们试图将石墨块磨成石墨烯而陷入“绝境”的时候，安德烈在偶然的机会下，观察到助手们用透明胶带去除石墨块表面的污渍．这时他天才的直觉引导他将粘过的胶带放到仪器下观察，发现远比助手们打磨好的样品薄了许多，有的甚至只有几十个原子那么厚．随即，他便利用透明胶带反复地粘黏，直到获得了单层的石墨——石墨烯．石墨烯独特的结构使它在力学、电学等方面具有很多奇特的物理性质．
必备知识·自主预习储备
知识点一 晶体与非晶体1．固体的分类：固体可以分成晶体和______两类．2．晶体可分为单晶体和______两类．3．熔点：____有固定的熔点，______没有固定的熔点．4．单晶体特点：(1)具有规则的几何形状．(2)具有各向____．(3)有____的熔点．
5．多晶体特点：(1)外形不确定．(2)具有各向____．(3)有____熔点．提醒 区分是否是晶体看有没有固定的熔点，区分是否是单晶体看是否具有各向异性．
知识点二 晶体的微观结构1．晶体的结构及结合类型(1)组成晶体的物质微粒有规则地在空间排成____，呈现周而复始的____结构，说明晶体的微观结构具有______．(2)晶体内部各微粒之间存在着很强的__________，微粒被约束在一定的____位置上．(3)热运动时，组成晶体的物质微粒只能在各自的________附近做微小振动．
2．固体特征的微观解释(1)方法：在固体界面沿不同方向画出____线段．(2)微观解释：①单晶体在不同线段上微粒的个数________，说明沿不同方向________及________情况不同，在物理性质上表现为________．②非晶体在不同直线上微粒的个数___________，说明沿不同方向________及________情况基本相同，在物理性质上表现为________．
(3)同一种物质在不同条件下形成不同的晶体，由于________不同，物理性质有很大差异．提醒 晶体熔化时吸收的热量全部用来破坏晶体微粒规则的排列，温度并不发生变化，因而有固定的熔点．
知识点三 液晶1．定义：由固态向液态转化的中间态____具有与____相似的性质，故称为液态晶体，简称____．2．分子特点：并不是所有物质都有液晶态，液晶的分子有些是长棒状，有些是碟状或____．3．性质：外界条件的微小变化，会引起液晶分子____的变化，从而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器的表面差异等，都可以改变液晶的____性质．
4．应用：(1)__________．(2)液晶在电子工业、航空、生物、医学等领域有广泛应用．提醒 液晶在力学性质上与液体相同，在光学、电学性质等方面又具有明显的各向异性．
知识点四 新材料1．半导体材料(1)导电能力：介于导体与______之间．(2)导电性能可控：在纯净的半导体中掺入某些微量元素作为杂质，其________将会发生显著变化．(3)应用：应用于电子元件、发电领域应用及热电材料．
2．纳米材料(1)定义：指在三维空间中至少有一维处于____尺度范围或由它们作为________构成的材料．(2)特性：纳米材料通常硬度、韧性、______等力学性能更好，熔点、磁性、导热和______降低，对光和物质具有更好的吸收和______，化学____大大增加．(3)应用：碳纳米管、纳米梯度材料、石墨烯等在新技术上的应用．
3．超材料(1)定义：具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构的________，是将人造________以特定方式排列形成的，具有特殊电磁特征的人造结构材料．(2)分类：包括____材料、光子晶体、超磁性材料等．(3)应用：广泛应用于工业、军事、生活等各个方面．提醒 纳米是长度单位，1 nm＝10-9 m，颗粒在1～100 nm的材料称为纳米材料．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)常见的金属材料都是单晶体．( )(2)凡是具有天然规则的几何形状的物体必定是单晶体．( )(3)单晶体的分子(原子、离子)排列是有规则的．( )(4)非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同．( )
2．如图所示，四块固体中，属于非晶体的是( )
A．明矾 B．石英 C．冰块 D．塑料管
D [明矾、石英、冰块为晶体，塑料为非晶体，故D符合题意．]
3．下列说法正确的是( )A．黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体B．同一种物质只能形成一种晶体C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的D．玻璃没有确定的熔点，也没有天然规则的几何形状
D [常见的金属都是多晶体，因而黄金也是多晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，故A错误；同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金刚石和石墨两种晶体，故B错误；单晶体只在某些物理性质上表现出各向异性，并不是所有物理性质都表现出各向异性，故C错误；玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D正确．]
关键能力·情境探究达成
考点1 晶体和非晶体的比较
考点2 晶体的微观结构及物理性质
如图甲所示是日常生活中常见的几种晶体，图乙是生活中常见的几种非晶体，请在图片基础上思考以下问题：
(1)晶体与非晶体在外观上有什么不同？(2)没有规则几何外形的固体一定是非晶体吗？提示：(1)单晶体有规则的几何外形，多晶体和非晶体无规则的几何外形．(2)不是．由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体也没有规则的几何外形．
考点1 晶体和非晶体的比较1．单晶体、多晶体、非晶体的比较
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(1)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．(2)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．(3)立方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．(4)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．
【典例1】 在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针尖接触其上一点，蜡熔化的范围如下图所示；另外甲、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所示，则( )A．甲、乙是非晶体，丙是晶体B．甲、丙是非晶体，乙是晶体C．甲、丙是多晶体，乙是晶体D．甲是多晶体，乙是非晶体，丙是单晶体
[思路点拨] 由蜡熔化图判断导热性能，由温度—时间图线形状分析是晶体还是非晶体．
D [由题图甲、乙、丙知，甲、乙具有各向同性，丙具有各向异性；由温度—时间图线知，甲、丙有固定的熔点，乙没有固定的熔点，所以甲是多晶体，乙是非晶体，丙是单晶体．故D正确．]
区分晶体和非晶体、单晶体和多晶体的方法(1)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，仅从各向同性或几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体．(2)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．
[跟进训练]1．“嫦娥五号”探测器顺利完成月球采样任务并返回地球．探测器上装有用石英制成的传感器，其受压时表面会产生大小相等、符号相反的电荷“压电效应”．如图所示，石英晶体沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著．石英晶体( )A．没有确定的熔点B．具有各向同性的压电效应C．没有确定的几何形状D．是单晶体
D [石英是单晶体，有确定的熔点，有确定的几何形状，故A、C错误，D正确；石英受压时表面会产生大小相等、符号相反的电荷“压电效应”，沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著，故具有各向异性，故B错误．]
考点2 晶体的微观结构及物理性质1．微观结构理论的内容(1)组成晶体的微粒(分子、原子或离子)是依照一定的规律在空间中整齐地排列的．实验证实：人们用X射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后，证实了这种假说是正确的．(2)微粒的热运动特点表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．
2．晶体的微观结构特点(1)组成晶体的微粒(分子、原子或离子)，依照一定的规律在空间中整齐地排列的．(2)晶体中微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．(3)微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．晶体的微观结构决定其宏观物理性质，改变物质的微观结构从而改变物质的属性，如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石，有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．
3．用微观结构理论解释晶体的特性(1)对单晶体各向异性的解释．如图所示，这是在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长线段AB、AC、AD上物质微粒的数目不同．线段AB上物质微粒较多，线段AD上较少，线段AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同．
(2)对晶体具有一定熔点的解释．给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔解，熔解时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化．(3)对多晶体特征的微观解释．晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有．
(4)对非晶体特征的微观解释．在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长线段上，微粒的数量大致相等，也就是说，非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，所以非晶体在物理性质上表现为各向同性．(5)同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同形态出现，晶体和非晶体可在一定条件下相互转化．
【典例2】 (多选)有关晶体的微观结构，下列说法中正确的有( )A．同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质B．同种元素的原子按不同结构排列有不同的物理性质C．同种元素形成晶体只能有一种排列规律D．同种元素形成晶体可能有不同的排列规律[思路点拨] (1)晶体的微观结构不同，其物理性质不同．(2)同种元素可有几种不同的排列结构．
BD [同种元素的原子可以按不同结构排列，形成不同的物质，不同物质的物理性质不同，如同是由碳元素组成的石墨和金刚石的物质密度、机械强度、导热性、导电性和光学性质等都有很大差别，所以B、D正确，A、C错误．]
(1)各种晶体都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性．(2)物体的宏观性质是由微观结构决定的，单晶体与非晶体的物理性质不同，是因为微观结构不同，单晶体各向异性也是由粒子排列的特点决定的．
[跟进训练]2．(多选)2010年的诺贝尔物理学奖授予安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究．他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开，使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯，是碳的二维结构．如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法正确的是( )A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体B．石墨是单质，石墨烯是化合物C．石墨、石墨烯与金刚石都是晶体D．他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的
CD [晶体、非晶体都是对固体而言的，晶体有固定熔点、规则结构，非晶体没有，石墨、石墨烯与金刚石都是晶体，石墨与金刚石、碳60、碳纳米管、石墨烯等都是碳元素的素的单质，它们互为同素异形体，他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的，故A、B错误，C、D正确．]
考点3 液晶1．液晶的主要性质(1)液晶具有单晶体的各向异性的特点．原因是在微观结构上，从某个方向看，液晶的分子排列比较整齐，有特殊的取向．(2)液晶具有液体的流动性．原因是从另一方向看液晶分子排列是杂乱的，因而液晶又具有液体的性质，具有一定的流动性．
(3)液晶分子的排列特点．液晶分子的排列特点是从某个方向上看，液晶分子的排列比较整齐；但是从另一个方向看，液晶分子的排列又是杂乱无章的．(4)液晶的物理性质．液晶的物理性质很容易受外界的影响(如电场、压力、光照、温度等)发生改变．
2．液晶的主要应用(1)利用向列型液晶的性质可以制成各种液晶显示器．(2)胆甾型液晶在温度改变时会改变颜色．随着温度的升高，色彩按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序变化，温度下降时又按相反顺序变色，而且灵敏度很高，在不到1 ℃的温差内就可以显出整个色谱．利用液晶的这种温度效应可以探测温度．
【典例3】 (多选)关于液晶的分子排列，下列说法正确的是( )A．液晶分子在特定方向排列整齐B．液晶分子的排列不稳定，外界条件的微小变动会引起液晶分子排列的变化C．液晶分子的排列整齐且稳定D．液晶的物理性质稳定[思路点拨] (1)液晶分子一般是长棒状、碟状或板状，在特定方向排列有序．(2)外界条件变化，分子排列会发生变化．
AB [液晶分子在特定方向上排列比较整齐，故A正确；液晶分子排列不稳定，外界条件的微小变动会引起液晶分子排列的变化，故B正确，C错误；液晶的物理性质不稳定，例如有一种液晶，在外加电压的影响下，会由透明状态变成浑浊状态，去掉电压，又恢复透明状态，故D错误．]
(1)液晶既有液体的流动性和连续性，表现不够稳定，又具有晶体的一些各向异性特点，是某些特殊的有机化合物．(2)液晶的物理性质很容易在外界的影响(如电场、压力、光照、温度等)下发生改变．
[跟进训练]3．(多选)关于液晶，下列说法中正确的有( )A．液晶是一种晶体B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性C．液晶的光学性质随温度的变化而变化D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
CD [液晶的微观结构介于晶体和液体之间，A错误；虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，B错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，C、D正确．]
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)某种物体表现出各向同性的物理性质，则可以判断这种物质( )A．不一定是多晶体 B．不一定是单晶体C．一定不是单晶体D．一定是非晶体
AC [因为非晶体和多晶体都表现出各向同性，故A正确，D错误；单晶体一定表现出各向异性，故B错误，C正确．]
2．(多选)下列有关晶体的结构叙述正确的是( )A．在晶体内部，组成晶体的物质微粒是无规则排列的B．晶体的微观结构具有周期性C．在晶体内部，组成晶体的物质微粒可以自由运动D．组成晶体的微粒只能做微小的振动
BD [在晶体的内部，组成晶体的物质微粒是规则排列的，A错误；晶体的微观结构具有周期性，且微粒间存在着很强的作用力，B正确；在晶体内部，组成晶体的物质微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动，而不能自由运动，C错误，D正确．]
3．如图所示为一透明的正方体物块，下列说法正确的是( )A．由于该物块有规则形状，所以它一定为晶体B．由于该物块透明，所以它一定为晶体C．若该物块为绝缘体，则它一定为非晶体D．若将该物块加热到某一温度才开始熔化，且熔化的过程中温度保持不变，则它一定为晶体
D [单晶体具有天然的有规则的几何形状，但这个正方体物块不一定是天然形成，所以不一定是晶体，故A错误；晶体并非都是透明的，所以该物块不一定是晶体，例如玻璃是透明的，但并非是晶体，故B错误；晶体并非都能导电，所以该绝缘物块不一定是非晶体，例如金刚石晶体，是单晶体，也是绝缘体，故C错误；晶体具有一定的熔化温度，非晶体没有一定的熔化温度，故D正确．]
4．(多选)如图a、b是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线，你认为在下列说法中正确的是( )A．a是一种晶体的熔化曲线B．a是一种非晶体的熔化曲线C．b是一种非晶体的熔化曲线D．a中有一段吸热但温度不变的过程
ACD [晶体在熔化过程中，不断吸热，但温度(熔点对应的温度)却保持不变，而非晶体没有确定的熔点，不断加热，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升，因此a对应的是晶体，b对应的是非晶体，故A、C、D正确．]
5．(多选)一块厚度和密度都均匀分布的长方体被测样品，长AB是宽AD的两倍，如图所示．如果用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1′和O2O2′方向测量，结果阻值均为R，则这块样品不可能是( )A．单晶体B．多晶体C．非晶体D．金属
BCD [用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1′和O2O2′方向测量结果均相同，说明该物体沿O1O1′和O2O2′方向电阻率(即导电性能)不同，即表现出各向异性的物理性质，所以可能是单晶体．如果是普通金属，可以分析出沿O1O1′方向电阻比较大．故不可能是B、C、D三种物品．]
回归本节知识，自我完成以下问题：1．如何区分晶体和非晶体？单晶体有哪些特点？提示：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点．单晶体具有规则的几何形状、各向异性、固定的熔点．2．晶体的微观结构特点有哪些？提示：微粒(分子、原子或离子)依照一定的规律在空间中整齐地排列；微粒间相互作用力很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用力而远离；微粒在一定的平衡位置附近不停地做微小振动．
3．什么是液晶？有哪些新材料？提示：由固态向液态转化的中间态液体具有与晶体相似的性质，故称为液态晶体，简称液晶．新材料有半导体材料、纳米材料、超材料等．
阅读材料·拓展物理视野
石墨烯实验研究背后的故事我们知道，物体是由原子、分子等微粒组成的，它们按一定规律组成一个个“小单元”，这些“小单元”结合在一起形成了肉眼可见的物体．用机械的方法把物体粉碎、研磨，可以得到很细的粉末，但实际上一粒这样的粉末仍比这里说的“小单元”大得多．当构成材料的“小单元”的某个维度达到纳米尺度时，它的性质就会发生很大的变化．石墨烯就是一个典型的例子．
安德烈对待研究工作一直颇具想象力和好奇心．例如，他在利用超导强磁铁发现水分子具有抗磁性后(水滴悬浮在磁场中)，便开始思考：生物体内绝大多数物质是水，而且生物体内的蛋白质也具有抗磁性，如果将生物体放入磁场内，会像水滴一样悬浮吗？于是，他把一只活体青蛙放入磁场，在精确的计算下，这只青蛙真的悬浮在了磁场中．安德烈将这个实验结果发表在了物理期刊上，并为他赢得了2000年的“搞笑诺贝尔物理学奖”．然而，他的想象力并未止步，也从未停止……
在2004年之前，人类对材料的研究已经进入纳米、甚至原子尺度，人们也对石墨烯的结构有了更清晰的认识，预言了单层石墨可能会有非常好的物理性质．但如何把石墨不断磨薄，薄到只有一个原子的厚度，然而，这个世界性难题还是让很多科学家们望而却步了，甚至有人质疑单层石墨是否能够独立存在．安德烈的想象力再一次“拯救”了这项研究，在助手们试图将石墨块磨成石墨烯而陷入“绝境”的时候，安德烈在偶然的机会下，观察到助手们用透明胶带去除石墨块表面的污渍．这时他天才的直觉引导他将粘过的胶带放到仪器下观察，发现远比助手们打磨好的样品薄了许多，有的甚至只有几十个原子那么厚．随即，他便利用透明胶带反复地粘黏，直到获得了单层的石墨——石墨烯．石墨烯独特的结构使它在力学、电学等方面具有很多奇特的物理性质．
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