Конспект урока по физике: "Излучение и поглощение света атомами."

Тема "Излучение и поглощение света атомами. Виды спектров, спектральный анализ"

Оборудование: компьютер, мультимедиа-проектор и экран, спектроскоп, лампа накаливания, набор по флюоресценции, УФ-лампа, высоковольтный преобразователь, набор спектральных трубок.

Тип урока: Урок-лекция

Цели урока:

образовательные: сформировать представление о том, как происходит излучение света, познакомить с различными видами источников света, объяснить природу линейчатого полосатого и сплошного спектров, суть спектрального анализа.

развивающие: развитие логического мышления (мыслительные операции: анализ, синтез, сравнение, классификация), формирование мировоззрения, развитие познавательной активности

воспитательные: развитие коммуникационных компетенций и умения работать в группах.

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, практический.

                                                     Ход урока

В начале урока учащимся предлагается решить задачу

(слайд №1)

Лампа дневного света не может вызвать ожога, поэтому рассказ кассира неправдоподобен.

Мы привыкли к тому, что свет излучают раскалённые тела. Хотя существует много холодных источников света. Сегодня на уроке мы узнаем, откуда берётся свет? Почему такая раскалённая лампа накаливания и не горячая лампа дневного света? Какие ещё бывают источники света? Как узнать химический состав Солнца и звёзд, находясь на Земле?

Тема урока: (слайд №2)

Изучать новую тему будем по плану: (слайд №3)

Вспомним постулаты Бора, изученные на прошлом уроке (учащиеся излагают суть постулатов). Подводим итог: (слайд №4)

Для того чтобы разобраться, как происходит излучение света атомом, рассмотрим строение самого простого атома - атома водорода.

(Изложение темы на фоне слайда №5; -щелчок мыши)

Атом водорода состоит из ядра и одного электрона, вращающегося вокруг ядра. Обычно электрон находится на первой орбите. Согласно постулатам Бора, орбит у электрона несколько. На нашем рисунке их четыре, на самом деле несколько больше. Электрону на каждой орбите соответствует определённая энергия. Минимальной энергией обладает электрон, находясь на первой орбите -13,6эВ, на второй энергия больше -3,42эВ, энергия электрона на третьей орбите -1,51эВ, на четвёртой -0,85эВ. 0эВ -такую энергию электрон атома водорода может приобрести, получив энергию13,6эВ. В этом случае электрон отрывается от ядра и становится свободным, превращая атом в положительно заряженный ион.

Если электрон находится на 1 орбите, такое состояние с минимальной энергией называется @ основным. Электрон в основном состоянии может находиться сколь угодно долго. Если электрон находится на любой другой орбите, то такое состояние называется возбуждённым. Электрон не может долго находиться в возбуждённом состоянии. Он возвращается в основное состояние и излучает квант. Энергия излучённого кванта равна разности энергий электрона на предыдущей и последующей орбитах.

Задача: Пусть электрон находится на четвёртой орбите. Какое максимальное количество квантов он может излучить, возвращаясь в основное состояние? Чему равна энергия каждого излучённого кванта? Какие ещё возможны варианты перехода в основное состояние?

Сделаем вывод. Что нужно сделать, чтобы атом мог излучать э-м волны?

В зависимости то того, за счёт какой энергии возбуждаются атомы, существуют различные источники света.

(слайд №6)

Источники света бывают горячими и холодными, холодное свечение называется люминесценцией.

Рассмотрим горячие источники света, их называют тепловые источники света. К таким источникам относятся лампа накаливания, Солнце, пламя.

Опыт №1. Проведём опыт: подключим лампу накаливания к источнику тока и будем увеличивать напряжение. Посмотрим, как при этом меняется цвет нити лампы (при низком напряжении - красный, при более высоком - жёлто-белый).

Чем выше температура тела, тем быстрее движутся атомы. При столкновении быстрых атомов (молекул) друг с другом часть их кинетической энергии превращается в энергию возбуждения атомов, которые затем излучают свет. Чем выше температура, тем больше энергия возбуждения, тем больше излучается квантов с более короткой длиной волны.

Лампа накаливания очень удобный, но малоэкономичный источник. Лишь примерно 12% всей энергии, выделяемой в лампе электрическим током, преобразуется в энергию света, поэтому они такие горячие.

Теперь рассмотрим холодные источники света.

Фотолюминесцентные:

Некоторые тела сами начинают светиться под действием падающего на него излучения. Это и есть фотолюминесценция.

Например, светящиеся краски, которыми покрывают многие елочные игрушки, излучают свет после их облучения.

Излучаемый при фотолюминесценции свет имеет, как правило, большую длину волны, чем свет, возбуждающий свечение. Давайте подумаем, почему?

Если направить на сосуд с флюоресцеитом (органический краситель) ультрафиолетовые лучи, то эта жидкость начинает светиться. светом большей длины волны, чем у ультрафиолетовых лучей. (Г.С.)

Опыт №2. Убедимся в этом на опыте, облучая флуоресцентные жидкости УФ - лучами.

Опыт №3. Вначале урока я положила монету на люминесцентный экран и выставила установку на Солнце. На светящемся зелёном экране видно тёмное пятно.

@ Следующий вид холодного свечения - электролюминесценция.

Опыт №3: Возьмём газоразрядную трубку с неоном и подключим её к источнику высокого напряжения. Трубка засветилась розовым светом. Трубка с водородом светится сиреневым светом.

При разряде в газах электрическое поле сообщает электронам большую кинетическую энергию.

Быстрые электроны испытывают соударения с атомами. Часть кинетической энергии электронов идет на возбуждение атомов.

Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн. Благодаря этому разряд в газе сопровождается свечением. Это и есть электролюминесценция. Некоторые природные явления имеют эту же природу.(Г.С.) Давайте попытаемся объяснить, как возникают эти явления?

Лампы дневного света, экраны плазменных телевизоров, рекламные трубки имеют ту же природу свечения.

Хемилюминесценция.

При некоторых химических реакциях, идущих с выделением энергии, часть этой энергии непосредственно расходуется на излучение света. Источник света остается холодным (он имеет температуру окружающей среды). Это явление называется хемилюминесценцией. Свойством светиться обладают некоторые живые организмы. КПД химических реакций в них, может достигать 98 %.(Г.С.)

Катодолюминесценция.

Свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой их электронами, называют катодолюминесценцией.

Благодаря катодолюминесценции светятся экраны ЭЛТ телевизоров.

А теперь, попробуйте самостоятельно определить природу свечения в этих, неправдоподобных на первый взгляд, историях. (Класс делится на 6 групп, каждая группа получает своё задание)

(слайд №7)

Каждая группа даёт своё объяснение возникновения свечения в прочитанной истории.

А теперь, давайте вспомним, как связана энергия кванта с длиной волны?

Мы продолжим работу в группах, каждой группе предлагается определить длину волны кванта э-м-излучения, возникающего при переходе электрона в атоме водорода на более низкую орбиту. По длине волны нужно будет определить, к какому виду э-м излучений относится излучённый квант. Если квант оптического диапазона, то выясните его цвет. Через несколько минут каждая группа сообщает полученные результаты, ответы заносятся в таблицу (строки 2,3) и по длине волны определяют место излучённого кванта на шкале э-м-излучений.

(слайд №8)

Изучив возможные варианты перехода электрона в атоме водорода на более низкие энергетические уровни, приходим к выводу: в оптическом диапазоне атом водорода может излучать только 4 линии: красную, зелёную, синюю и фиолетовую.

У каждого химического элемента, свой набор возможных орбит, следовательно, каждый элемент излучает свой, строго определённый набор линий, который называется линейчатым спектром.

(слайд №9)

Увидеть такой спектр можно с помощью специального прибора-спектроскопа.

(слайд №10, 11)

На фоне слайда рассказывается устройство спектроскопа и демонстрируется принцип получения линейчатого спектра неона, и других газов.

По линейчатым спектрам можно определить химический состав сложных веществ. Такой метод определения химического состава вещества по его спектру называется спектральным анализом. Для того, чтобы лучше разобраться, как проводится спектральный анализ, решим следующую задачу:(слайд №12)

После того, как излагается метод обнаружения вещества в смеси, проверяем, какой из элементов содержится в 4 спектре. (Если каждой спектральной линии элемента найдётся соответствующая линия в спектре смеси, то появляется слово - содержится, если не совпадает хоть одна линия, слово - не содержится).

Линейчатые спектры излучают отдельные атомы. Вспомним, как выглядит линейчатый спектр атома водорода, находящегося в газообразном атомарном состоянии.

(слайд №13)

Если атомы водорода соединяются в молекулу, то электронные оболочки атомов перекрываются и у каждого атома появляется больше энергетических уровней, излучается больше линий, некоторые линии сливаются в целые полосы и спектр становится полосатым. (Появляется ещё один линейчатый спектр, его линии расширяются и спектр становится полосатым).

Если газ сжать до большого давления или перевести в жидкое (твёрдое) состояние, то каждый атом будет взаимодействовать с большим числом атомов, излучаемых линий станет намного больше, линии сольются в одну радужную полосу, такой спектр будет сплошным. (Появляется ещё один полосатый спектр, его линии расширяются и спектр становится сплошным.)

После знакомства со спектрами поглощения, (слайд №14)

учащимся предлагается провести спектральный анализ. (задание №2)(слайд №15)