高中物理 第3章 原子世界探秘 3.4 光譜分析在科學技術中的應用導學案 滬科版選修35

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1、 學案4　光譜分析在科學技術中的應用 [學習目標定位] 1.了解各種光譜及其特點.2.知道光譜分析及其重要應用． 1．三棱鏡的分光原理 圖1 如圖1所示，白光通過三棱鏡后，由于棱鏡對不同色光的折射率不同，從而使白光分解成單色光，形成從紅到紫依次按順序排列的彩色光帶，這種復色光分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散． 2．各種色光按波長由大到小的排列順序是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，頻率和波長的關系是c＝λf. 3．光譜 (1)光譜：用光柵或棱鏡把光按波長展開，獲得光的波長(頻率)成分和強度分布的記錄，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

2、 ①物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜． ②分類： 連續(xù)譜：連續(xù)分布的包含有一切波長的光組成的光譜． 線狀譜：由一些不連續(xù)的亮線組成的光譜，又叫原子光譜． 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)的具有特定波長的譜線組成的光譜． (3)吸收光譜 ①概念：物體發(fā)出的白光，通過溫度較低的物質(zhì)蒸氣時，某些波長的光被該物質(zhì)吸收后形成的光譜． ②說明：各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的發(fā)射光譜中的一條亮線相對應． 4．光譜分析的應用 (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)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它們的化學組成，這種方法叫光譜分析． (2)優(yōu)點

3、：靈敏、迅速，某種元素在樣品中的含量只要有110－10_g就能檢測出來． (3)應用 ①鑒定產(chǎn)品的純度(如檢測半導體材料硅和鍺是不是達到高純度要求)． 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(如研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)了太陽大氣層中含有氫、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. 一、對光譜的認識 [要點提煉] 1．連續(xù)譜和線狀譜都屬于發(fā)射光譜 (1)連續(xù)譜 ①產(chǎn)生：熾熱的固體、液體和高壓氣體的光譜，如燈絲、燭焰、熾熱鋼水等發(fā)出的光都是連續(xù)光譜． ②特點：光譜是連在一起的光帶． (2)線狀譜 ①產(chǎn)生：由游離態(tài)的原子發(fā)射的

4、，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：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． 2．吸收光譜 (1)產(chǎn)生：物體發(fā)出的白光通過溫度較低的物質(zhì)蒸氣時產(chǎn)生的． (2)特點：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應的． 3．太陽光譜是吸收光譜 (1)特點：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：陽光中含有各種顏色的光，當陽光透過太陽的高層大氣射向地球時，太陽高層大氣含有的元素會吸收它自己特征譜線的光，然后再向四面八方發(fā)射出去，到達地球上

5、的這些譜線看起來就暗了，這就形成了連續(xù)譜背景下的暗線． 例1　下列光譜中哪些是線狀譜(　　) A．日光燈產(chǎn)生的光譜 B．白熾燈的光譜 C．酒精燈中燃燒的鈉蒸氣所產(chǎn)生的光譜 D．白光通過溫度較低的鈉蒸氣所產(chǎn)生的光譜 解析　日光燈是低壓水銀蒸氣導電發(fā)光，產(chǎn)生的是線狀譜，A項對；白熾燈是熾熱鎢絲發(fā)光，其光譜為連續(xù)譜，B項錯．白光通過溫度較低的鈉蒸氣應產(chǎn)生吸收光譜，而酒精燈中燃燒的鈉蒸氣所產(chǎn)生的光譜為線狀譜，所以C項對，D項錯． 答案　AC 例2　關于太陽光譜，下列說法正確的是(　　) A．太陽光譜是吸收光譜 B．太陽光譜中的暗線，是太陽光經(jīng)過太陽大氣層時某些特定頻率的光被吸收后而

6、產(chǎn)生的 C．根據(jù)太陽光譜中的暗線，可以分析太陽的物質(zhì)組成 D．根據(jù)太陽光譜中的暗線，可以分析地球大氣層中含有哪些元素 解析　太陽是一個高溫物體，它發(fā)出的白光通過溫度較低的太陽大氣層時，會被太陽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光譜是吸收光譜，所以分析太陽的吸收光譜，可知太陽大氣層的物質(zhì)組成，而某種物質(zhì)要觀察到它的吸收光譜，要求它的溫度不能太低，但也不能太高，否則會直接發(fā)光，由于地球大氣層的溫度很低，所以太陽光通過地球大氣層時不會被地球大氣層中的物質(zhì)原子吸收． 答案　AB 二、光譜分析 [要點提煉] 光譜分為發(fā)射光譜和吸收光譜．發(fā)射光譜的線狀譜和吸收光譜都是原子的

7、特征譜線，都可用于光譜分析． 例3　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，關于光譜分析下列說法正確的是(　　) 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，它們沒有關系 解析　由于高溫物體的光譜包括了各種頻率的光，與其組成成分無關，故A錯誤；某種物質(zhì)發(fā)光的線狀譜中的明線是與某種原子發(fā)出的某頻率的光有關，通過這些亮線與原子的特征譜線對照，即可確定物質(zhì)的組成成分，B正確；高溫物體發(fā)出的光通過物質(zhì)后某些頻率的

8、光被吸收而形成暗線，這些暗線與所經(jīng)物質(zhì)有關，C錯誤；某種物質(zhì)發(fā)出某種頻率的光，當光通過這種物質(zhì)時它也會吸收這種頻率的光，因此線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線相對應．D錯誤． 答案　B 針對訓練　關于光譜分析，下列說法錯誤的是(　　) A．光譜分析的依據(jù)是每種元素都有其特征譜線 B．光譜分析不能用連續(xù)譜 C．光譜分析既可以用線狀譜，也可以用吸收光譜 D．分析月亮的光譜可得知月球的化學組成 答案　D 解析　光譜分析常用反映原子特性的光譜，既可以用線狀譜，也可以用吸收光譜，但不能用連續(xù)譜，故A、B、C項正確；月亮反射太陽光，因此，分析月亮的光譜并不能鑒定月球的化學組成，所以D不正確．

9、 1．關于光譜，下列說法正確的是(　　) A．熾熱的液體發(fā)射連續(xù)譜 B．發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜 C．線狀譜和吸收光譜都可以對物質(zhì)成分進行分析 D．霓虹燈發(fā)光形成的光譜是線狀譜 答案　ACD 解析　熾熱的液體發(fā)射的光譜為連續(xù)譜，所以選項A正確．發(fā)射光譜可以是連續(xù)譜也可以是線狀譜，所以選項B錯誤．線狀譜和吸收光譜都對應某種元素的光譜，都可以對物質(zhì)成分進行分析，所以選項C正確．霓虹燈發(fā)光形成的光譜是線狀譜，所以選項D正確． 2．對原子光譜，下列說法正確的是(　　) 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．各種原子的

10、原子結(jié)構不同，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　ACD 解析　原子光譜為線狀譜，選項A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故選項B錯誤，選項C正確；根據(jù)各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質(zhì)的組成，選項D正確． 3．關于光譜和光譜分析，下列說法中正確的是(　　) A．太陽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．進行光譜分析時，只能用明線光譜 D．同一元素吸收光譜的暗線與線狀譜的位置是一一對應的 答案　BD 解析　太陽光譜是吸收光譜，可進行光譜分析；白熾燈光產(chǎn)生的是連續(xù)譜；霓虹燈管內(nèi)充有稀薄氣體，產(chǎn)生的光

11、譜為線狀譜． 4．太陽光的光譜中有許多暗線，它們對應著某些元素的特征譜線，產(chǎn)生這些暗線是由于(　　) A．太陽表面大氣層中缺少相應的元素 B．太陽內(nèi)部缺少相應的元素 C．太陽表面大氣層中存在著相應的元素 D．太陽內(nèi)部存在著相應的元素 答案　C 解析　吸收光譜的暗線是連續(xù)譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的．陽光中含有各種顏色的光，當陽光透過太陽的高層大氣射向地球時，太陽的高層大氣含有的元素會吸收它自己特征譜線的光，然后再向四面八方發(fā)射出去．易錯原因是不理解光譜的成因以及不同譜線的特點. [基礎題] 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

12、．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．對于光譜，下列說法中正確的是(　　) 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．線狀譜是由不連續(xù)的若干波長的光所組成 C．太陽光譜是連續(xù)譜 D．太陽光譜是線狀譜 答案　B 解析　原子光譜體現(xiàn)原子的特征，是線狀譜，同一種原子無論多少發(fā)光特征都相同，即形成的線狀譜都一樣，故A錯誤；B項是線狀譜的特征，正確；太陽光周圍的元素的低溫蒸氣吸收了相應頻率的光，故太陽光譜是吸收譜，故C、D錯誤． 3．按經(jīng)典的電磁理論，關于氫原子光譜的描述應該是(　　) A．亮

13、線光譜 B．連續(xù)光譜 C．吸收光譜 D．發(fā)射光譜 答案　B 4．關于光譜和光譜分析，下列說法正確的是(　　) A．做光譜分析時只能用發(fā)射光譜，不能用吸收光譜 B．做光譜分析時只能用吸收光譜，不能用發(fā)射光譜 C．做光譜分析時既可以用發(fā)射光譜，也可以用吸收光譜 D．同一種物質(zhì)的線狀譜和吸收光譜上的暗線由于光譜的不同，它們沒有關系 答案　C 5．關于光譜的下列說法中，正確的是(　　) A．連續(xù)譜和明線光譜都是發(fā)射光譜 B．明線光譜的明線叫做原子的特征譜線 C．固體、液體和氣體的發(fā)射光譜都是連續(xù)譜，只有金屬蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜 D．在吸收光譜中，低溫氣體原子吸收的光恰

14、好就是這種氣體原子在高溫時發(fā)出的光 答案　ABD 6．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)出的白光通過鈉蒸氣，某些波長的光被吸收形成鈉的吸收光譜，B項正確． [能力題] 7．有關氫原子光譜的說法正確的是(　　) A．氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜 B．氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光 C．氫原子光譜說明氫原子能級是分立的 D．氫原子光譜的頻率與氫原子能級的能量差無關 答案　BC 解析　氫原子的發(fā)射光

15、譜是線狀譜，故選項A錯誤；氫原子光譜說明：氫原子只能發(fā)出特定頻率的光，氫原子能級是分立的，故選項B、C正確；由玻爾理論知氫原子發(fā)射出的光子的能量由前、后兩個能級的能量差決定，即hv＝Em－En，故選項D錯誤． 8．如圖1甲所示的abcd為四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜，通過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　由礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進行對照，b元素的譜線在該線狀譜中不存在，故B正確．與幾個元素的特征譜線不對應的線說明該礦物中還有其他元素． 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375