3.4光谱分析在科学技术中的应用 学案（2020年沪科版高中物理选修3-5）

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1、34 光谱分析在科学技术中的应用光谱分析在科学技术中的应用 学习目标 1.了解各种光谱及其特点.2.知道光谱分析及其重要应用 一、光谱 导学探究 根据经典的电磁理论，原子的光谱是怎样的？而实际看到的原子的光谱是怎样 的？ 答案 根据经典电磁理论，原子可以辐射各种频率的光，即原子光谱应该是连续的，而实际 上看到的原子的光谱总是分立的线状谱 知识梳理 1定义： 用光栅或棱镜把光按波长展开，获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱 按形成条件，将光谱分为发射光谱和吸收光谱 2发射光谱： 物体发光直接产生的光谱 (1)连续谱 连续分布的包含有一切波长的光组成的光谱 产生：炽热的固体、液体和高压

2、气体的光谱，如白炽灯丝、烛焰、炽热的钢水等发出的光 都是连续光谱 特点：光谱是连在一起的光带 (2)线状谱 由一些不连续的亮线组成的光谱 产生：由游离态的原子发射的，因此也叫原子光谱稀薄气体和金属的蒸气的发射光谱是 线状谱 特点： 不同元素的原子产生的线状谱是不同的， 但同种元素的原子产生的线状谱是相同的， 这意味着，某种物质的原子可用其线状谱加以鉴别 (3)特征光谱 每种元素的原子都有各自的发射光谱， 即由一系列不连续的具有特定波长的谱线组成的光谱 3吸收光谱 物体发出的白光，通过温度较低的物质蒸气时，某些波长的光被该物质吸收后形成的光谱 (1)产生：物体发出的白光通过温度较低的物质蒸气时产

3、生的 (2)特点：在连续谱的背景上有若干条暗线同种元素的吸收光谱与线状谱是一一对应的 (3)太阳光谱是吸收光谱 特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线 产生原因：阳光中含有各种颜色的光，当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层 大气含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球上的这 些谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱明亮背景下的暗线 即学即用 判断下列说法的正误 (1)各种原子的发射光谱都是连续谱( ) (2)不同原子的发光频率是不一样的( ) (3)连续谱一定是发射光谱( ) 二、光谱分析 导学探究 为什么用棱镜可以把各种颜色的光展开？我们记录光谱有什么样

4、的意义？ 答案 不同颜色的光在棱镜中的折射率不同，因此经过棱镜后的偏折程度也不同 光谱分析的意义：应用光谱分析发现新元素，光谱分析对鉴别化学元素有着重大的意义， 许多化学元素，如铯、铷、铊、铟、镓等，都是在实验室里通过光谱分析发现的天文学 家将光谱分析应用于恒星，证明了宇宙中物质构成的统一性光谱分析还为深入研究原子 世界奠定了基础，近代原子物理学正是从原子光谱的研究中开始的 知识梳理 1光谱分析 由于每种元素都有自己的特征光谱，可以根据光谱来鉴别物质和确定它们的化学组成，这种 方法叫光谱分析 2优点：灵敏、迅速，某种元素在样品中的含量只要有 110 10_g 就能检测出来 3应用 (1)鉴定产

5、品的纯度(如检测半导体材料硅和锗是不是达到高纯度要求) (2)发现新元素(如元素铷和铯) (3)研究天体的物质成分(如研究太阳光谱时发现了太阳大气层中含有氢、氦、 氮、碳、 氧、铁、 镁、硅、钙、钠等元素) (4)鉴定食品的优劣 (5)鉴定文物 即学即用 判断下列说法的正误 (1)光谱分析时，既可以利用线状谱，也可以利用连续谱( ) (2)利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分( ) 一、光谱 例 1 关于光谱，下列说法正确的是( ) A一切光源发出的光谱都是连续谱 B一切光源发出的光谱都是线状谱 C稀薄气体发光形成的光谱是线状谱 D白光通过钠蒸气产生的光谱是发射光谱 答案 C 解析 由

6、于物质发光的条件不同，得到的光谱不同，故 A、B 错误；稀薄气体发光形成的光 谱为线状谱，C 正确；白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱，D 错误 二、光谱分析 1优点：灵敏度高，分析物质的最低量达 10 10 g. 2应用：a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分 3用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱 4几种光谱的比较 比较 光谱 产生条件 光谱形式及应用 线状谱 稀薄气体发光形成的光谱 一些不连续的亮线组成，不同元素 的明线光谱不同(又叫特征光谱)， 可 用于光谱分析 连续谱 炽热的固体、 液体和高压气体 发光形成的光谱 连续分布，一切波长的光都有 吸收光谱 炽热物体发出的白光通过温 度较低

7、的气体后， 再色散形成 的光谱 用分光镜观察时，见到连续光谱背 景上出现一些暗线(与特征谱线相 对应)，可用于光谱分析 例 2 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是( ) A太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱 B煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱 C进行光谱分析时，可以用线状谱，不能用连续光谱 D我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分 答案 BC 解析 太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱，正是太阳 发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致， 白炽灯发出的是连续谱， 选项 A 错误； 月球本身不会发光，靠反射太阳光才能使我们看到它，所以

8、不能通过光谱分析鉴别月球的物 质成分，选项 D 错误；用于光谱分析只能是线状谱或吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱 分析的，所以选项 C 正确；煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱，选 项 B 正确 针对训练 利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列 说法正确的是( ) A利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分 B利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分 C高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分 D同一种物质的线状谱上的亮线与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系 答案 B 解析 高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其

9、组成成分无关，故 A 错误；某种物质发射 的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关， 通过这些亮线与原子的特征谱线对照， 即可确定物质的组成成分，B 正确；高温物体发出的光通过某物质后某些频率的光被吸收而 形成暗线，这些暗线由所经过的物质决定，C 错误；某种物质发出某种频率的光，当光通过 这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此同一物质线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相 对应，D 错误 1(光谱的理解)(多选)关于光谱，下列说法中正确的是( ) A炽热的液体发射连续谱 B线状谱和吸收光谱都可以对物质进行光谱分析 C太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素 D发射光谱一定是连续

10、谱 答案 AB 解析 炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱，故 A 正确；线状谱和吸收光谱 都可以用来进行光谱分析，B 正确；太阳光谱中的暗线说明太阳大气中含有与这些暗线相对 应的元素，C 错误；发射光谱有连续谱和线状谱，D 错误 2(光谱的理解)(多选)下列光谱中属于原子光谱的是( ) A太阳光谱 B放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱 C白炽灯的光谱 D酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱 答案 BD 解析 放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱，燃烧的钠蒸气产生的光谱分别是由汞蒸气、钠蒸气 发光产生的，均是原子光谱，故选项 B、D 对 3(光谱和光谱分析)(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中正确的

11、是( ) A光谱包括发射光谱、连续谱、线状谱、原子光谱、吸收光谱五种光谱 B往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的明线光谱 C利用太阳光谱可以分析太阳的化学组成 D各种原子的发射光谱都是线状谱 答案 BD 解析 光谱包括发射光谱和吸收光谱两种，其中发射光谱分为连续谱和线状谱，线状谱和吸 收光谱都能体现不同原子的特征，称为原子光谱，各种原子的发射光谱都是线状谱，选项 A 错误，D 正确；往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的线状谱，选项 B 正确； 太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后 而产生的， 说明太阳大气层中存在与这些暗线相对应的元素， 但是不能分析太阳的化学组成， 故 C 错误 4(光谱分析)太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线 是由于( ) A太阳表面大气层中缺少相应的元素 B太阳内部缺少相应的元素 C太阳表面大气层中存在着相应的元素 D太阳内部存在着相应的元素 答案 C 解析 吸收光谱的暗线是连续谱中某些波长的光被物质吸收后产生的阳光中含有各种颜色 的光，当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳的高层大气含有的元素会吸收它自己特 征谱线的光，然后再向四面八方发射出去