Тульский выпуск № 2

Т.А.Левкова,
МОУ СОШ № 17, г. Узловая, Тульская обл.

Излучение и поглощение света. Спектры. Спектральный анализ

План-конспект урока объяснения нового материала. 11-й класс. Базовый профиль

Работа представлена З.Д.Мазур, методистом ИМЦ МО «Г. Узловая и Узловский район».

Цели урока: изучить процесс излучения и поглощения света атомами на основе теории строения атома Резерфорда–Бора; сформировать понятие о непрерывном, линейчатом, полосатом спектрах, а также спектра поглощения, научить объяснять природу спектра (на примере спектра атома водорода); познакомить с методом спектрального анализа, научить пользоваться спектроскопом прямого зрения; рассмотреть причинно-следственные связи между строением вещества, его состоянием и типом спектра, показать границы применимости научной теории.

Оборудование. Демонстрационное: аппарат проекционный, экран, призма прямого зрения, генератор высоковольтный «Спектр», трубки спектральные, диафильм «Волновые свойства света». Фильм «Излучение и поглощение света». Лабораторное: призма прямого зрения, источник света, светофильтры, призма с параллельными гранями, экран.

Ход урока

I. Повторение материала (15–20 мин)

Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда и планетарная модель атома. Проверка решения домашней задачи (кодоплёнка). Опрос у доски: 1) прокомментировать упр. 13(2), 13(1) (Учебник Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева. – М.: Просвещение, 2003.); 2) противоречия модели атома Резерфорда с представлениями классической физики; 3) разрешение противоречий. Постулаты Бора. Объявление оценок.

II. Изучение нового материала

Излучение света. Учитель объясняет механизм излучения света, проецируя на доску кодоплёнку «Диаграмма энергетических уровней» – серии Лаймана (УФ-излучение), Бальмера (видимое излучение), Пашена (ИК-излучение). Вводит закон сохранения энергии для акта излучения и поглощения света:  = E_k – E_n (E_k > E_n – излучение фотона, E_k<E_n – поглощение фотона). Объясняет, что при испускании света атом может переходить из любого состояния в основное сразу (E₄ – E₁ = ), а может – поэтапно:

Механизм перехода атома из одного состояния в другое не имеет наглядного образа, в этом особенность микромира:  Частота излучения атома зависит от разности энергетических уровней, но не зависит от частоты обращения электрона вокруг ядра (как требует классическая физика).

Задача (с использованием диаграммы уровней)

Найдите длину волны фотона, который испускает атом водорода при перехода с 3-го энергетического уровня на 2-й энергетический уровень.

Дано:

 = 1,92 эВ,
k = 3,
n = 2.
_________________

Решение

Задание по рядам. Найдите длину волны фотона, который испускает атом водорода при переходе с k-го энергетического уровня на 2-й. Сравните с табличными данными и определите цвет излучения. Изобразите их на диаграмме уровней.

1-й ряд: n = 2; k = 4;

2-й ряд: n = 2; k = 5;

3-й ряд: n = 2; k = 6.

(Ответы: ₃₂=6,5•10^–7 м – красный; ₄₂=4,9•10^–7 м – голубой; ₅₂=4,3•10^–7 м – синий; ₆₂  = 4,1•10^–7 м – фиолетовый.)

Согласуются ли наши расчёты по теории Бора с экспериментом? Изучение спектра водорода на с. 193 учебника Г.А.Мякишева и Б.Б.Буховцева (Физика-11. – М.: Просвещение, 1991). Как можно возбудить атом? Что происходит в атоме при возбуждении? Как долго может находиться атом в возбуждённом состоянии? Демонстрация: наблюдение линейчатого спектра атома водорода, нахождение этих линий в спектре и объяснение происхождения линейчатых спектров. Как образуется красная линия в спектре? голубая? синяя? фиолетовая? Сравните энергию квантов, соответствующих красной и зелёной линиям спектра. Как можно объяснить тот факт, что все линии спектра появляются одновременно? Почему интенсивность спектральных линий неодинакова? Останутся ли атомы на 2-м (возбуждённом) энергетическом уровне?

Объяснение происхождения серии Лаймана и Пашена по кадру диафильма «Волновые свойства света». Что мы сможем наблюдать, если газ будет находиться в молекулярном состоянии? Что мы будем наблюдать, если увеличивать давление газа?

Демонстрация непрерывного спектра от лампы накаливания и линейчатого спектра от УФ-источника.

Поглощение света. Работа с учебником по линиям поглощения с объяснением по диаграмме энергетических уровней – сначала для H2, затем для Na. Демонстрация спектров поглощения Na и раствора марганцовки. Объяснение: тёмные линии на фоне непрерывного спектра образуются потому, что газ в холодном состоянии поглощают фотоны определённой энергии, а затем атомы газа эти фотоны переизлучают, и действуют механизмы рассеяния энергии. В итоге наблюдателю попадает в глаз меньше фотонов, что проявляется в виде тёмных линий. Вывод: газ наиболее интенсивно поглощает свет тех волн, которые он испускает в нагретом состоянии (закон Кирхгофа).

Спектральный анализ – метод определения химического состояния вещества по его спектру. Доклад учащегося (7 мин). Просмотр фильма «Излучение и поглощение света атомом» (5 мин). Границы применимости теории Бора.

Домашнее задание: § 95 (II), § 96 (читать), § 83, § 84 упр. 13 (3)*, № 1235, 1236*. (*Задачи № 1140 (1235), 1141 (н) из задачника А.П.Рымкевича для 9–11-х кл. – М.: Дрофа, 1997.)

Лабораторная работа № 5 «Наблюдение сплошного и линейчатого спектров и спектров поглощения». В чём различие спектров при наблюдении под углами 60 и 45°? Какой свет полностью поглощается красным светофильтром? Какой – частично? Какой свет не поглощается вовсе?

Итог урока. Есть ли связь между частотой излучения и частотой обращения электрона? Может ли атом поглотить фотон с E > Eиониз? Сколько квантов может испустить атом водорода, если электрон находится на 3-м энергетическом уровне? В чём достоинства теории Бора? Для чего применяется спектральный анализ?

---

Тамара Алексеевна Левкова – выпускница Тульского ГПИ им. Л.Н.Толстого, учитель физики высшей квалификационной категории, педагогический стаж 32 года. Вместе с мужем воспитала двоих детей, сейчас помогает воспитывать внука. Увлекается кулинарией, любит работать на земле. Свои успехи Тамара Алексеевна видит в успехах учеников. Боль души – плохое матобеспечение школьного кабинета физики.