2018-2019版高中物理第3章原子世界探秘3.4光譜分析在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用學(xué)案滬科版選修3 .docx
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3.4 光譜分析在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解各種光譜及其特點(diǎn).2.知道光譜分析及其重要應(yīng)用. 一、光譜 [導(dǎo)學(xué)探究] 根據(jù)經(jīng)典的電磁理論,原子的光譜是怎樣的?而實(shí)際看到的原子的光譜是怎樣的? 答案 根據(jù)經(jīng)典電磁理論,原子可以輻射各種頻率的光,即原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的,而實(shí)際上看到的原子的光譜總是分立的線狀譜. [知識(shí)梳理] 1.定義: 用光柵或棱鏡把光按波長(zhǎng)展開,獲得光的波長(zhǎng)(頻率)成分和強(qiáng)度分布的記錄,即光譜. 按形成條件,將光譜分為發(fā)射光譜和吸收光譜. 2.發(fā)射光譜:物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜 (1)連續(xù)譜. 連續(xù)分布的包含有一切波長(zhǎng)的光組成的光譜. ①產(chǎn)生:熾熱的固體、液體和高壓氣體的光譜,如白熾燈絲、燭焰、熾熱鋼水等發(fā)出的光都是連續(xù)光譜. ②特點(diǎn):光譜是連在一起的光帶. (2)線狀譜. 由一些不連續(xù)的亮線組成的光譜. ①產(chǎn)生:由游離態(tài)的原子發(fā)射的,因此也叫原子光譜.稀薄氣體和金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是線狀譜. ②特點(diǎn):不同元素的原子產(chǎn)生的線狀譜是不同的,但同種元素的原子產(chǎn)生的線狀譜是相同的,這意味著,某種物質(zhì)的原子可用其線狀譜加以鑒別. (3)特征光譜 每種元素的原子都有各自的發(fā)射光譜,即由一系列不連續(xù)的具有特定波長(zhǎng)的譜線組成的光譜. 3.吸收光譜 物體發(fā)出的白光,通過(guò)溫度較低的物質(zhì)蒸氣時(shí),某些波長(zhǎng)的光被該物質(zhì)吸收后形成的光譜. (1)產(chǎn)生:物體發(fā)出的白光通過(guò)溫度較低的物質(zhì)蒸氣時(shí)產(chǎn)生的. (2)特點(diǎn):在連續(xù)譜的背景上有若干條暗線.同種元素的吸收光譜與線狀譜是一一對(duì)應(yīng)的. (3)太陽(yáng)光譜是吸收光譜 ①特點(diǎn):在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線. ②產(chǎn)生原因:陽(yáng)光中含有各種顏色的光,當(dāng)陽(yáng)光透過(guò)太陽(yáng)的高層大氣射向地球時(shí),太陽(yáng)高層大氣含有的元素會(huì)吸收它自己特征譜線的光,然后再向四面八方發(fā)射出去,到達(dá)地球上的這些譜線看起來(lái)就暗了,這就形成了連續(xù)譜明亮背景下的暗線. [即學(xué)即用] 判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)各種原子的發(fā)射光譜都是連續(xù)譜.( ) (2)不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的.( √ ) (3)連續(xù)譜一定是發(fā)射光譜( √ ) 二、光譜分析 [導(dǎo)學(xué)探究] 為什么用棱鏡可以把各種顏色的光展開?我們記錄光譜有什么樣的意義? 答案 不同顏色的光在棱鏡中的折射率不同,因此經(jīng)過(guò)棱鏡后的偏折程度也不同. 光譜分析的意義:①應(yīng)用光譜分析發(fā)現(xiàn)新元素,光譜分析對(duì)鑒別化學(xué)元素有著重大的意義,許多化學(xué)元素,如銫、銣、鉈、銦、鎵等,都是在實(shí)驗(yàn)室里通過(guò)光譜分析發(fā)現(xiàn)的.②天文學(xué)家將光譜分析應(yīng)用于恒星,證明了宇宙中物質(zhì)構(gòu)成的統(tǒng)一性.③光譜分析還為深入研究原子世界奠定了基礎(chǔ),近代原子物理學(xué)正是從原子光譜的研究中開始的. [知識(shí)梳理] 1.光譜分析 由于每種元素都有自己的特征光譜,可以根據(jù)光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定它們的化學(xué)組成,這種方法叫光譜分析. 2.優(yōu)點(diǎn):靈敏、迅速,某種元素在樣品中的含量只要有110-10g就能檢測(cè)出來(lái). 3.應(yīng)用 (1)鑒定產(chǎn)品的純度(如檢測(cè)半導(dǎo)體材料硅和鍺是不是達(dá)到高純度要求). (2)發(fā)現(xiàn)新元素(如元素銣和銫). (3)研究天體的物質(zhì)成分(如研究太陽(yáng)光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)大氣層中含有氫、氦、氮、碳、氧、鐵、鎂、鈣、鈉等元素). (4)鑒定食品的優(yōu)劣. (5)鑒定文物. [即學(xué)即用] 判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)光譜分析時(shí),既可以用線狀譜,也可以用連續(xù)譜.( ) (2)利用光譜分析可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分.( √ ) 一、光譜 例1 關(guān)于光譜,下列說(shuō)法正確的是( ) A.一切光源發(fā)出的光譜都是連續(xù)譜 B.一切光源發(fā)出的光譜都是線狀譜 C.稀薄氣體發(fā)光形成的光譜是線狀譜 D.白光通過(guò)鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜 答案 C 解析 由于物質(zhì)發(fā)光的條件不同,得到的光譜不同,故A、B錯(cuò)誤;稀薄氣體發(fā)光形成的光譜為線狀譜,C正確;白光通過(guò)鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是吸收光譜,D錯(cuò)誤. 二、光譜分析 1.優(yōu)點(diǎn):靈敏度高,分析物質(zhì)的最低量達(dá)10-10g. 2.應(yīng)用:a.發(fā)現(xiàn)新元素;b.鑒別物體的物質(zhì)成分. 3.用于光譜分析的光譜:線狀譜和吸收光譜. 4.幾種光譜的比較 比較 光譜 產(chǎn)生條件 光譜形式及應(yīng)用 線狀譜 稀薄氣體發(fā)光形成的光譜 一些不連續(xù)的亮線組成,不同元素的明線光譜不同(又叫特征光譜),可用于光譜分析 連續(xù)譜 熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的光譜 連續(xù)分布,一切波長(zhǎng)的光都有 吸收光譜 熾熱的白光通過(guò)溫度較白光低的氣體后,再色散形成的光譜 用分光鏡觀察時(shí),見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征譜線相應(yīng)),可用于光譜分析 例2 (多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析的說(shuō)法中,正確的是( ) A.太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜都是線狀譜 B.煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜 C.進(jìn)行光譜分析時(shí),可以用線狀譜,不能用連續(xù)光譜 D.我們能通過(guò)光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分 答案 BC 解析 太陽(yáng)光譜中的暗線是太陽(yáng)發(fā)出的連續(xù)譜經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣層時(shí)產(chǎn)生的吸收光譜,正是太陽(yáng)發(fā)出的光譜被太陽(yáng)大氣層中存在的對(duì)應(yīng)元素吸收所致,白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;月球本身不會(huì)發(fā)光,靠反射太陽(yáng)光才能使我們看到它,所以不能通過(guò)光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;用于光譜分析只能是線狀譜或吸收光譜,連續(xù)譜是不能用來(lái)進(jìn)行光譜分析的,所以選項(xiàng)C正確;煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜,選項(xiàng)B正確. 1.(光譜的理解)(多選)關(guān)于光譜,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.熾熱的液體發(fā)射連續(xù)譜 B.線狀譜和吸收光譜都可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行光譜分析 C.太陽(yáng)光譜中的暗線,說(shuō)明太陽(yáng)中缺少與這些暗線相對(duì)應(yīng)的元素 D.發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜 答案 AB 解析 熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜,故A正確;線狀譜和吸收光譜都可以用來(lái)進(jìn)行光譜分析,B正確;太陽(yáng)光譜中的暗線說(shuō)明太陽(yáng)大氣中含有與這些暗線相對(duì)應(yīng)的元素,C錯(cuò)誤;發(fā)射光譜有連續(xù)譜和線狀譜,D錯(cuò)誤. 2.(光譜的理解)(多選)下列光譜中屬于原子光譜的是( ) A.太陽(yáng)光譜 B.放電管中稀薄汞蒸氣產(chǎn)生的光譜 C.白熾燈的光譜 D.酒精燈中燃燒的鈉蒸氣所產(chǎn)生的光譜 答案 BD 解析 放電管中稀薄汞蒸氣產(chǎn)生的光譜,燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜分別是由汞蒸氣、鈉蒸氣發(fā)光產(chǎn)生的,均是原子光譜,故選項(xiàng)B、D對(duì). 3.(光譜分析)(多選)關(guān)于光譜和光譜分析,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜都是連續(xù)譜 B.霓虹燈產(chǎn)生的是線狀譜 C.進(jìn)行光譜分析時(shí),只能用線狀譜 D.同一元素吸收光譜的暗線與線狀譜的位置是一一對(duì)應(yīng)的 答案 BD 4.(光譜分析)太陽(yáng)光的光譜中有許多暗線,它們對(duì)應(yīng)著某些元素的特征譜線,產(chǎn)生這些暗線是由于( ) A.太陽(yáng)表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素 B.太陽(yáng)內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素 C.太陽(yáng)表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素 D.太陽(yáng)內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素 答案 C 解析 吸收光譜的暗線是連續(xù)譜中某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的.陽(yáng)光中含有各種顏色的光,當(dāng)陽(yáng)光透過(guò)太陽(yáng)的高層大氣射向地球時(shí),太陽(yáng)的高層大氣含有的元素 會(huì)吸收它自己特征譜線的光,然后再向四面八方發(fā)射出去.易錯(cuò)原因是不理解光譜的成因以及不同譜線的特點(diǎn). 一、選擇題 考點(diǎn)一 光譜的理解 1.白熾燈發(fā)光產(chǎn)生的光譜是( ) A.連續(xù)譜 B.明線光譜 C.原子光譜 D.吸收光譜 答案 A 解析 白熾燈發(fā)光是由于燈絲在熾熱狀態(tài)下發(fā)出的光,是連續(xù)譜. 2.對(duì)于光譜,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.大量原子發(fā)出的光譜是連續(xù)譜,少量原子發(fā)出的光譜是線狀譜 B.線狀譜由不連續(xù)的若干波長(zhǎng)的光所組成 C.太陽(yáng)光譜是連續(xù)譜 D.太陽(yáng)光譜是線狀譜 答案 B 3.關(guān)于原子光譜,下列說(shuō)法中不正確的是( ) A.原子光譜是不連續(xù)的 B.由于原子都是由原子核和電子組成的,所以各種原子的原子光譜是相同的 C.由于各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同,所以各種原子的原子光譜也不相同 D.分析物質(zhì)發(fā)光的光譜,可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素 答案 B 解析 原子光譜為線狀譜,A正確;各種原子都有自己的特征譜線,故B錯(cuò),C對(duì);根據(jù)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成,D正確. 4.下列關(guān)于光譜的說(shuō)法正確的是( ) A.熾熱固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形成連續(xù)譜 B.對(duì)月光作光譜分析可以確定月亮的化學(xué)組成 C.氣體發(fā)出的光只能產(chǎn)生線狀譜 D.甲物質(zhì)發(fā)出的光通過(guò)低溫的乙物質(zhì)蒸氣可得到甲物質(zhì)的吸收光譜 答案 A 5.在燃燒的酒精燈芯上放一些食鹽,然后用弧光燈發(fā)出的白光照射,就能得到( ) A.鈉的線狀譜 B.鈉的吸收光譜 C.鈉的連續(xù)譜 D.仍是白光連續(xù)譜 答案 B 解析 鈉被酒精燈加熱汽化,形成鈉蒸氣,弧光燈發(fā)出的白光通過(guò)鈉蒸氣,某些波長(zhǎng)的光被吸收形成鈉的吸收光譜,B項(xiàng)正確. 考點(diǎn)二 光譜分析 6.利用光譜分析的方法能夠鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分,關(guān)于光譜分析,下列說(shuō)法正確的是( ) A.利用高溫物體的連續(xù)譜就可鑒別其組成成分 B.利用物質(zhì)的線狀譜就可鑒別其組成成分 C.高溫物體發(fā)出的光通過(guò)物質(zhì)后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組成成分 D.同一種物質(zhì)的線狀譜與吸收光譜上的暗線由于光譜的不同,它們沒(méi)有關(guān)系 答案 B 7.如圖1甲所示的a、b、c、d為四種元素的特征譜線,圖乙是某礦物的線狀譜,通過(guò)光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為( ) 圖1 A.a(chǎn)元素 B.b元素 C.c元素 D.d元素 答案 B 解析 把礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進(jìn)行對(duì)照,b元素的譜線在該線狀譜中不存在,故選項(xiàng)B正確.與幾個(gè)元素的特征譜線不對(duì)應(yīng)的線說(shuō)明該礦物中還有其他元素. 8.(多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析的說(shuō)法正確的是( ) A.連續(xù)譜就是由連續(xù)發(fā)光的物體產(chǎn)生的光譜,線狀譜是線狀光源產(chǎn)生的光譜 B.通過(guò)對(duì)連續(xù)譜的光譜分析,可鑒定物質(zhì)成分 C.連續(xù)譜包括一切波長(zhǎng)的光,線狀譜只包括某些特定波長(zhǎng)的光 D.通過(guò)對(duì)線狀譜的明線光譜分析或吸收光譜的暗線分析,可鑒定物質(zhì)成分 答案 CD 解析 連續(xù)譜是指光譜由連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)的光組成的,而不是指光源是連續(xù)的.連續(xù)譜是由熾熱固體、液體及高壓氣體發(fā)光產(chǎn)生的,同理線狀譜是指光譜是由一些不連續(xù)的亮線組成的,由稀薄氣體或金屬蒸氣所發(fā)出的光產(chǎn)生的,而不是指光源是線狀的,A錯(cuò),C對(duì);光譜分析是根據(jù)不同原子都有自己的特征譜線來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分的方法,連續(xù)譜含有一切波長(zhǎng)的光,不是原子的特征譜線,不能用來(lái)進(jìn)行光譜分析,而線狀譜和吸收光譜都是原子自身的特征譜線,所以可以用來(lái)進(jìn)行光譜分析,鑒定物質(zhì)成分,其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度很高,在發(fā)現(xiàn)和鑒定元素上有著重大的意義,B錯(cuò),D對(duì). 9.(多選)關(guān)于太陽(yáng)的光譜,下列說(shuō)法正確的是( ) A.太陽(yáng)光譜是吸收光譜 B.太陽(yáng)光譜中的暗線,是太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣層時(shí)某些特定頻率的光被吸收后而產(chǎn)生的 C.根據(jù)太陽(yáng)光譜中的暗線,可以分析太陽(yáng)的物質(zhì)組成 D.根據(jù)太陽(yáng)光譜中的暗線,可以分析地球大氣層中含有哪些元素 答案 AB 解析 太陽(yáng)是高溫物體,它發(fā)出的白光通過(guò)溫度較低的太陽(yáng)大氣層時(shí),某些特定頻率的光會(huì)被太陽(yáng)大氣層中的某些元素的原子吸收,從而使我們觀察到的太陽(yáng)光譜是吸收光譜,因此,選項(xiàng)A、B正確.分析太陽(yáng)的吸收光譜,可知太陽(yáng)大氣層的物質(zhì)組成,由于地球大氣層的溫度很低,太陽(yáng)光通過(guò)地球大氣層時(shí)不會(huì)被大氣層中的物質(zhì)原子吸收,故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤. 二、非選擇題 10.(光譜分析)處在激發(fā)態(tài)的氫原子向能量較低的能級(jí)躍遷時(shí)會(huì)發(fā)出一系列不同頻率的光,稱為氫光譜.氫光譜線的波長(zhǎng)λ可以用下面的巴耳末—里德伯公式表示=R,k、n分別表示氫原子躍遷后所處狀態(tài)的量子數(shù),k=1,2,3,….對(duì)每一個(gè)k,有n=k+1,k+2,k+3,…,R稱為里德伯常量,是一個(gè)已知量.對(duì)于k=1的一系列譜 線其波長(zhǎng)處在紫外光區(qū),稱為萊曼系;k=2的一系列譜線其波長(zhǎng)處在可見光區(qū),稱為巴耳末系.用氫原子發(fā)出的光照射某種金屬進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用巴耳末系波長(zhǎng)最短的光照射時(shí),遏止電壓的大小為U1,當(dāng)用萊曼系波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光照射時(shí),遏止電壓的大小為U2,已知電子電荷量的大小為e,真空中的光速為c,試求普朗克常量和該種金屬的逸出功. 答案 解析 設(shè)該種金屬的逸出功為W,光電效應(yīng)所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能為Ekm 由動(dòng)能定理知Ekm=eU 對(duì)于萊曼系,當(dāng)n=2時(shí)對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)最長(zhǎng), 設(shè)為λ1 由題中所給公式有=R=R 波長(zhǎng)為λ1的光對(duì)應(yīng)的頻率ν1==Rc 對(duì)于巴耳末系,當(dāng)n→∞時(shí)對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)最短,設(shè)為λ2, 則有=R=R 波長(zhǎng)λ2的光對(duì)應(yīng)的頻率ν2==Rc 根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W知Ekm1=hν1-W,Ekm2=hν2-W 又Ekm1=eU1,Ekm2=eU2 解得h=,W=.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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