3.4光譜分析在科學技術中的應用學習目標1.了解各種光譜及其特點.2.知道光譜分析及其重要應用一、光譜導學探究根據(jù)經(jīng)典的電磁理論，原子的光譜是怎樣的？而實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，即原子光譜應該是連續(xù)的，而實際上看到的原子的光譜總是分立的線狀譜知識梳理1定義：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：物體發(fā)光直接產生的光譜(1)連續(xù)譜連續(xù)分布的包含有一切波長的光組成的光譜產生：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)光譜特點：光譜是連在一起的光帶(2)線狀譜由一些不連續(xù)的亮線組成的光譜產生：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)射光譜是線狀譜特點：不同元素的原子產生的線狀譜是不同的，但同種元素的原子產生的線狀譜是相同的，這意味著，某種物質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)的具有特定波長的譜線組成的光譜3吸收光譜物體發(fā)出的白光，通過溫度較低的物質蒸氣時，某些波長的光被該物質吸收后形成的光譜(1)產生：物體發(fā)出的白光通過溫度較低的物質蒸氣時產生的(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特點：在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線產生原因：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，到達地球上的這些譜線看起來就暗了，這就形成了連續(xù)譜明亮背景下的暗線即學即用判斷下列說法的正誤(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、光譜分析導學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)過棱鏡后的偏折程度也不同光譜分析的意義：應用光譜分析發(fā)現(xiàn)新元素，光譜分析對鑒別化學元素有著重大的意義，許多化學元素，如銫、銣、鉈、銦、鎵等，都是在實驗室里通過光譜分析發(fā)現(xiàn)的天文學家將光譜分析應用于恒星，證明了宇宙中物質構成的統(tǒng)一性光譜分析還為深入研究原子世界奠定了基礎，近代原子物理學正是從原子光譜的研究中開始的知識梳理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)光譜來鑒別物質和確定它們的化學組成，這種方法叫光譜分析2優(yōu)點：靈敏、迅速，某種元素在樣品中的含量只要有11010g就能檢測出來3應用(1)鑒定產品的純度(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)鑒定文物即學即用判斷下列說法的正誤(1)光譜分析時，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和確定物質的組成成分()一、光譜例1關于光譜，下列說法正確的是()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白光通過鈉蒸氣產生的光譜是線狀譜答案C解析由于物質發(fā)光的條件不同，得到的光譜不同，故A、B錯誤；稀薄氣體發(fā)光形成的光譜為線狀譜，C正確；白光通過鈉蒸氣產生的光譜是吸收光譜，D錯誤二、光譜分析1優(yōu)點：靈敏度高，分析物質的最低量達1010g.2應用：a.發(fā)現(xiàn)新元素；b.鑒別物體的物質成分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生條件光譜形式及應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，一切波長的光都有吸收光譜熾熱的白光通過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，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征譜線相應)，可用于光譜分析例2(多選)下列關于光譜和光譜分析的說法中，正確的是()A太陽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生的光譜都是線狀譜C進行光譜分析時，可以用線狀譜，不能用連續(xù)光譜D我們能通過光譜分析鑒別月球的物質成分答案BC解析太陽光譜中的暗線是太陽發(fā)出的連續(xù)譜經(jīng)過太陽大氣層時產生的吸收光譜，正是太陽發(fā)出的光譜被太陽大氣層中存在的對應元素吸收所致，白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜，選項A錯誤；月球本身不會發(fā)光，靠反射太陽光才能使我們看到它，所以不能通過光譜分析鑒別月球的物質成分，選項D錯誤；用于光譜分析只能是線狀譜或吸收光譜，連續(xù)譜是不能用來進行光譜分析的，所以選項C正確；煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產生的光譜都是線狀譜，選項B正確1(光譜的理解)(多選)關于光譜，下列說法中正確的是()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物質進行光譜分析C太陽光譜中的暗線，說明太陽中缺少與這些暗線相對應的元素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進行光譜分析，B正確；太陽光譜中的暗線說明太陽大氣中含有與這些暗線相對應的元素，C錯誤；發(fā)射光譜有連續(xù)譜和線狀譜，D錯誤2(光譜的理解)(多選)下列光譜中屬于原子光譜的是()A太陽光譜B放電管中稀薄汞蒸氣產生的光譜C白熾燈的光譜D酒精燈中燃燒的鈉蒸氣所產生的光譜答案BD解析放電管中稀薄汞蒸氣產生的光譜，燃燒的鈉蒸氣產生的光譜分別是由汞蒸氣、鈉蒸氣發(fā)光產生的，均是原子光譜，故選項B、D對3(光譜分析)(多選)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霓虹燈產生的是線狀譜C進行光譜分析時，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應的答案BD4(光譜分析)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吸收后產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一、選擇題考點一光譜的理解1白熾燈發(fā)光產生的光譜是()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B3關于原子光譜，下列說法中不正確的是()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構不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D分析物質發(fā)光的光譜，可以鑒別物質中含哪些元素答案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，C對；根據(jù)各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質組成，D正確4下列關于光譜的說法正確的是()A熾熱固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形成連續(xù)譜B對月光作光譜分析可以確定月亮的化學組成C氣體發(fā)出的光只能產生線狀譜D甲物質發(fā)出的光通過低溫的乙物質蒸氣可得到甲物質的吸收光譜答案A5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項正確考點二光譜分析6利用光譜分析的方法能夠鑒別物質和確定物質的組成成分，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，它們沒有關系答案B7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，通過光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為()圖1Aa元素Bb元素Cc元素Dd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行對照，b元素的譜線在該線狀譜中不存在，故選項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8(多選)下列關于光譜和光譜分析的說法正確的是()A連續(xù)譜就是由連續(xù)發(fā)光的物體產生的光譜，線狀譜是線狀光源產生的光譜B通過對連續(xù)譜的光譜分析，可鑒定物質成分C連續(xù)譜包括一切波長的光，線狀譜只包括某些特定波長的光D通過對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)出的光產生的，而不是指光源是線狀的，A錯，C對；光譜分析是根據(jù)不同原子都有自己的特征譜線來鑒別物質和確定物質的組成成分的方法，連續(xù)譜含有一切波長的光，不是原子的特征譜線，不能用來進行光譜分析，而線狀譜和吸收光譜都是原子自身的特征譜線，所以可以用來進行光譜分析，鑒定物質成分，其優(yōu)點是靈敏度很高，在發(fā)現(xiàn)和鑒定元素上有著重大的意義，B錯，D對9(多選)關于太陽的光譜，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產生的C根據(jù)太陽光譜中的暗線，可以分析太陽的物質組成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答案AB解析太陽是高溫物體，它發(fā)出的白光通過溫度較低的太陽大氣層時，某些特定頻率的光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，因此，選項A、B正確分析太陽的吸收光譜，可知太陽大氣層的物質組成，由于地球大氣層的溫度很低，太陽光通過地球大氣層時不會被大氣層中的物質原子吸收，故選項C、D錯誤二、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躍遷時會發(fā)出一系列不同頻率的光，稱為氫光譜氫光譜線的波長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)，k1,2,3，.對每一個k，有nk1，k2，k3，R稱為里德伯常量，是一個已知量對于k1的一系列譜線其波長處在紫外光區(qū)，稱為萊曼系；k2的一系列譜線其波長處在可見光區(qū)，稱為巴耳末系用氫原子發(fā)出的光照射某種金屬進行光電效應實驗，當用巴耳末系波長最短的光照射時，遏止電壓的大小為U1，當用萊曼系波長最長的光照射時，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該種金屬的逸出功為W，光電效應所產生的光電子最大初動能為Ekm由動能定理知EkmeU對于萊曼系，當n2時對應的光波長最長，設為1由題中所給公式有RR波長為1的光對應的頻率1Rc對于巴耳末系，當n時對應的光波長最短，設為2，則有RR波長2的光對應的頻率2Rc根據(jù)愛因斯坦的光電效應方程EkmhW知Ekm1h1W，Ekm2h2W又Ekm1eU1，Ekm2eU2解得h，W.