教學(xué)設(shè)計(jì)完整版：光譜分析在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用

光譜分析在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】1．了解分光鏡的構(gòu)造和原理。2．知道發(fā)射光譜，吸收光譜、光譜分析等概念。3．明確光譜產(chǎn)生的機(jī)理及光譜分析的特點(diǎn)?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】光譜的種類及產(chǎn)生的條件；各種光譜的區(qū)分?！窘虒W(xué)方法】老師新授課，問答設(shè)計(jì)，例題精講分析，探究性學(xué)習(xí)?！窘虒W(xué)過程】一、基本知識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(fù)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(lán)、靛、紫，頻率和波長的關(guān)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(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(shí)，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(yīng)。4．光譜分析的應(yīng)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(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1×10－10_g就能檢測出來。(3)應(yīng)用①鑒定產(chǎn)品的純度(如檢測半導(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(如研究太陽光譜時(shí)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。二、學(xué)習(xí)探究（一）對光譜的認(rèn)識【要點(diǎn)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(diǎn)：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，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。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(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應(yīng)的。3．太陽光譜是吸收光譜(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：陽光中含有各種顏色的光，當(dāng)陽光透過太陽的高層大氣射向地球時(shí)，太陽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(dǎo)電發(fā)光，產(chǎn)生的是線狀譜，A項(xiàng)對；白熾燈是熾熱鎢絲發(fā)光，其光譜為連續(xù)譜，B項(xiàng)錯(cuò)。白光通過溫度較低的鈉蒸氣應(yīng)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(xiàng)對，D項(xiàng)錯(cuò)。答案AC例2關(guān)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(shí)某些特定頻率的光被吸收后而產(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(gè)高溫物體，它發(fā)出的白光通過溫度較低的太陽大氣層時(shí)，會(huì)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(huì)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(shí)不會(huì)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(diǎn)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(guān)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(guān)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(guān)，故A錯(cuò)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(guān)，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)后某些頻率的光被吸收而形成暗線，這些暗線與所經(jīng)物質(zhì)有關(guān)，C錯(cuò)誤；某種物質(zhì)發(fā)出某種頻率的光，當(dāng)光通過這種物質(zhì)時(shí)它也會(huì)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(yīng)。D錯(cuò)誤。答案B針對訓(xùn)練關(guān)于光譜分析，下列說法錯(cuò)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(xué)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(xiàng)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(xué)組成，所以D不正確。三、課堂小結(jié)四、課堂檢測1．關(guān)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(jìn)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(xiàng)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(xiàng)B錯(cuò)誤。線狀譜和吸收光譜都對應(yīng)某種元素的光譜，都可以對物質(zhì)成分進(jìn)行分析，所以選項(xiàng)C正確。霓虹燈發(fā)光形成的光譜是線狀譜，所以選項(xiàng)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ACD解析原子光譜為線狀譜，選項(xiàng)A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；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)的組成，選項(xiàng)D正確。3．關(guān)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(jìn)行光譜分析時(shí)，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(yīng)的答案BD解析太陽光譜是吸收光譜，可進(jìn)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)生的光譜為線狀譜。4．太陽光的光譜中有許多暗線，它們對應(yīng)著某些元素的特征譜線，產(chǎn)生這些暗線是由于()A．太陽表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素B．太陽內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素