2017-2018学年高中物理 第3章 原子世界探秘 3.4 光谱分析在科学技术中的应用学案 沪科版选修3-5

1、3.4光谱分析在科学技术中的应用学习目的 1.了解各种光谱及其特点.2.了解频谱分析及其重要应用一、光谱导学研究根据古典的电磁理论，原子的光谱是怎样的呢？实际上能看到的原子的光谱是怎样的呢？答案是：根据古典电磁理论，原子可以发射不同频率的光，即，原子光谱应该是连续的，而实际上所看到的原子的光谱总是不同的线性光谱。整理知识1 .定义：用光栅或棱镜项目将光按波长扩展，得到光波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱.根据形成条件，将光谱分为发射色光谱和吸收谱2 .发光色光谱：物体发光直接产生的光谱(1)连续光谱包含连续分布的所有波长的光组成的光谱发生：热固体、液体和高压瓦斯气体的光谱，如钨丝灯、蜡烛

2、火焰、热钢水等发出的光都是连续光谱特征：光谱是相连的光带(2)线性光谱由几条不连续的亮线所组成的光谱也能称作原子光谱发生：由于是从游离态的原子中释放出来的，所以也被称为原子光谱。 稀瓦斯气体和金属蒸汽的发射色光谱是线性光谱特征：不同元素体原子产生的线性光谱不同，但同一元素体原子产生的线性光谱相同，这意味着某些物质的原子可以用其线性光谱进行鉴别(3)特征光谱每个元素体原子具有各自的发射色光谱，即由具有一系列不连续的特定波长的光谱构成的光谱3 .吸收谱物体发出的白色光是通过温度低的物质蒸汽时，某波长的光被该物质吸收而形成的光谱(1)发生：来自物体的白色光通过温度低的物质蒸汽时发生(2)特征：连续光

3、谱背景有几道暗线.同种元素体的吸收谱与线状光谱一一对应(3)太阳光谱是吸收谱特征：连续光谱背景出现不连续的暗线产生原因：日光包含各种颜色的光，当日光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳的高层大气所包含的元素体吸收其特征性的发射谱线光，然后向四面八方放出，到达地球上的这些个的发射谱线看起来暗，这成为连续光谱明亮的背景下的暗线判断下一种说法的正误(1)各原子的发射色光谱均为连续光谱(2)发光频率因原子而异(3)连续光谱一定是发色光谱()二、频谱分析“导学探究”为什么用棱镜项目可以展开各种颜色的光呢？ 记录光谱有什么意义？答案不同颜色的光在棱镜项目中的折光率不同，因此通过棱镜项目后的偏转程度也不同.频

4、谱分析的意义：应用频谱分析发现新元素，频谱分析对化学元素体的鉴别有重要意义，许多化学元素体，如铯、注音字铟、铊、铟、镓等是在实验室通过频谱分析发现的整理知识1 .频谱分析每个元素体都有自己的特征光谱，可以基于光谱来进行鉴别确定其他物质及其化学组成的方法称为频谱分析2 .优点：灵敏、快速，只要某元素体在样品中的含量为110-10_g即可检测出3 .应用程序(1)鉴定产品纯度(例如，检查半导体材料的硅和锗是否满足高纯度的要求)。(2)发现新的元素体(如注音字镭和铯)(3)研究天体的物质成分(如研究太阳光谱，发现太阳大气层含有氢、氦原子、氮、碳、氧、铁元素、镁、钙元素、纳金属钍等元素体)。(4)鉴定

5、食品的优劣(五)鉴定文物判断下一种说法的正误(1)在频谱分析中，可以使用线性光谱，也可以使用连续光谱(2)可以根据频谱分析鉴别物质，确定物质的构成成分一、光谱关于光谱，以下说法正确的是()a .所有光源发出的光谱都是连续光谱b .所有光源发射的光谱都是线性光谱c .稀瓦斯气体发射的光谱是线性光谱d .白光由纳金属钍蒸汽产生的光谱是线性光谱答案c解析由于物质发光的条件不同，得到的光谱不同，因此a、b错误的稀薄瓦斯气体的发光产生的光谱是线状光谱，c是正确的白色光由纳金属钍蒸气产生的光谱是吸收谱，是d错误二、频谱分析1 .优点：灵敏度高，分析物质最低量可达10-10 g。2 .应用： a .发现新要

6、素b .鉴别物体的物质成分3 .用于频谱分析的光谱：线性光谱和吸收谱4 .几个光谱的比较比较光谱学生成条件光谱形式与应用线状光谱学稀瓦斯气体发光的光谱几种不连续的明线组成，因元素体不同，明线光谱不同(也称为特征光谱)，可用于频谱分析连续光谱学热固体、液体、高压瓦斯气体发光形成的连续分布，有所有波长的光吸收光谱学热白色光通过温度比白色光低的瓦斯气体后，再分散形成当用摄谱仪进行观察时，在连续光谱的背景上出现若干暗线(对应于特征发射谱线)，能够用于频谱分析例2 (复数回答)以下关于光谱和频谱分析的说法中，正确的是()a .太阳光谱和白光灯光谱都是线性光谱b .在煤气灯火焰中燃烧的纳金属钍蒸气和霓虹灯

7、产生的光谱都是线状光谱c .在进行频谱分析时，可以使用线状光谱，不能使用连续光谱d .可以用频谱分析识别月球的物质成分答案BC解析太阳光谱中暗线是太阳发生的连续光谱通过太阳大气层时产生的吸收谱，太阳发生的光谱被存在于太阳大气层中的对应元素体吸收，白光灯发生的原因在于连续光谱月自身不发光，能够通过反射太阳光看到， 由于频谱分析无法识别月球的物质成分，在选择项d错误的频谱分析中使用的只有线状光谱或吸收谱，而连续光谱不能用于频谱分析，因此选择项c在正确的煤气灯火焰中燃烧的纳米金属钍蒸汽或霓虹灯产生的光谱都是线状光谱关于光谱，以下说法中正确的是()a .热液体排放连续光谱b .线性光谱和吸收谱都可以频

8、谱分析物质c .太阳光谱的暗线表示太阳缺少与这些个的暗线对应的元素体d .发射色光谱一定是连续光谱的答案AB分析热固体、液体、高压瓦斯气体的产生色光谱是连续光谱，因此a正确的线状光谱和吸收谱能够一起用于频谱分析，b正确的太阳光谱中的暗线在太阳大气中包含与这些个的暗线对应的元素，而c表示错误的发光光谱中包含连续光谱和线状2.(复数回答)以下光谱中属于原子光谱的是()a .太阳光谱b .放电管中稀汞蒸汽的光谱c .白光灯的光谱d .在酒精灯燃烧的纳金属钍蒸汽的光谱答案BD分析放电管中稀薄水银蒸气的光谱，燃烧的纳金属钍蒸气的光谱分别是水银蒸气、纳金属钍蒸气发光的光谱，都是原子光谱，所以选择项b、d是

9、对的.(多重选择)关于光谱和频谱分析，以下说法中正确的是()a .太阳光谱和白光灯谱都是连续光谱b .氖的产生是线性光谱c .进行频谱分析时，只能使用线性光谱d .同一元素体的吸收谱的暗线和线状光谱的位置一对一地对应答案BD4 .太阳光的光谱中有很多暗线，它们与某个元素体的特征发射谱线相对应，产生这些个的暗线的是()a .对应太阳表面大气层的元素体不足b .对应太阳内部的元素体不足c .太阳表面的大气层中存在相应的元素体d .太阳内部存在对应的元素体答案c解析吸收谱的暗线是通过物质吸收连续光谱中的某一波长的光而产生的。 日光中含有多种颜色的光，透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的

10、元素体吸收其特征光谱的光，向四面八方发射特征。选择题(17题为单选题，810题为多选题)1 .钨丝灯发射的光谱是()a .连续光谱b .明线光谱c .原子光谱和吸收谱答案a解析白光灯的发光的是丝状体在热的状态下发出的光，是连续光谱关于光谱，以下说法正确的是()a .大量原子发出的光谱是连续光谱，少量原子发出的光谱是线状光谱b .线性光谱由几个不连续波长的光组成c .太阳光谱是连续光谱d .太阳光谱是线性光谱答案b关于原子光谱，以下说法不正确的是()a .原子光谱是不连续的b .由于原子是由原子核和电子构成的，所以每个原子的原子光谱是相同的c .由于各原子的原子结构不同，各原子的原子光谱也不同d

11、 .能够分析物质发光的光谱，识别物质中含有哪些元素体答案b解析原子光谱是线状光谱，a是正确的，因为每个原子都有自己的特征发射谱线，所以b是错误的。 c是正确的。根据各种原子的特征发射谱线进行频谱分析可以鉴别物质组成。由此可知a、c、d说是正确的，b说是错误的。4 .以下关于光谱的说法正确的是()a .来自热固体、液体、高压瓦斯气体的光形成连续光谱b .通过频谱分析月光可以确定月亮的化学组成c .瓦斯气体发出的光只产生线性光谱d .来自甲物质的光可以通过低温的乙物质蒸汽得到甲物质的吸收谱答案a5 .将食盐放入燃烧着的酒精灯的芯中，用弧光灯照射白色光则可获得()a .纳金属钍的线性光谱b .纳金属

12、钍的吸收谱c .纳金属钍的连续光谱d .仍是白光的连续光谱答案b解析纳金属钍被酒精灯加热气化，形成纳金属钍蒸气，来自弧灯的白色光通过纳金属钍蒸气，吸收某波长的光形成纳金属钍的吸收谱，b项是正确的6 .用频谱分析的方法鉴别物质，可以确定物质的构成成分，关于频谱分析，以下说法正确是()a .可以利用高温物体的连续光谱来鉴定其构成成分b .可以利用物质的线性光谱来鉴定其构成成分c .来自高温物体的光通过物质后光谱上的暗线反映了高温物体的构成成分d .同一物质的线性光谱与吸收谱上的暗线因光谱无关答案b7 .图1甲所示的a、b、c、d是4种元素体的特征发射谱线，图b是某矿物的线状光谱，根据频谱分析可以确

13、定缺少该矿物的元素体是()图1甲级元素体乙级元素体C.c元素体D.d元素体答案b解析将矿物的线状光谱与几个元素体的特征光谱对照，由于b元素体的光谱不存在于该线状光谱，选择项b正确，与几个元素体的特征光谱不对应的线说明该矿物有其他的元素体关于光谱和频谱分析，以下说法中正确的是()a .发射色光谱包括连续光谱和线性光谱b .太阳光谱为连续光谱，氢光谱为线性光谱c .只能在频谱分析中使用线性光谱d .频谱分析有助于发现许多新元素答案AD解析光谱分为发色光谱和吸收谱，发色光谱分为连续光谱和线状光谱，a是正确的太阳光谱是吸收谱，b是错误的线状光谱和吸收谱都可以作为频谱分析使用，c错误光谱可以分析正确分析物质中含有的元素体，可以帮助人们发现新的要素，d是正确的9 .为了获得纳金属钍元素体的特征发射谱线，以下方法是正确的()a .使固体纳米金属钍在空气中燃烧b .将固体纳米金属钍高温加热至稀薄的纳米金属钍蒸汽c .使来自热固体的白色光通过低温纳金属钍蒸汽d .使来自高温固体的白色光通过高温纳金属钍蒸汽答案BC解析来自热固体的光形成连续光谱，燃烧固体纳米金属钍也得不到特征发射谱线，a错误的稀薄瓦斯气体的发光产生线状光谱，b正确的强白色光通过低温纳米金属钍蒸汽时，某波长的光吸