Урок 107 icon

Урок 107



Смотрите также:
«лицей №107»
О. А. Алексеева к п. н., доцент Н. Н...
Тезисы доклада....
Уроки с измененными способами организации...
Уроки с измененными способами организации...
Урок 107
Урок закрепления Урок-конкурс знаний, умений и навыков Урок творчества Урок-игра...
Урок рекомендации книги Урок-беседа и урок-диспут Урок обучения навыкам аннотирования и...
Урок-конкурс Комбинированный Урок Урок творчества Повторительно-обобщающий урок...
Урок-экскурсия "Музей оптических приборов"...
Протокол публичных слушаний по вопросам о предоставлении разрешений на условно разрешенный вид...
Об основных путях повышения эффективности использования трудового потенциала нашей страны...



скачать

Урок 107/ ІІ -6 Спектральный анализ.

11 класс

Обучающая цель: сформировать у учащихся представления о методах получения спектров различных типов, ввести классификацию типов спектров, выяснить физическую природу спектров различных типов, на основе представлений о квантовом характере излучения и поглощения вещества объяснить закономерности линейчатых спектров; ввести понятие спектрального анализа; сформировать учащихся представление о том, каким образом с помощью спектров определяют химический состав вещества; наличие и величину магнитного поля, скорость удаления или приближения источника излучения

Развивающая цель: продолжить ознакомление учащихся с методами познания природы, продолжить развитие исследовательских умений, умений анализировать и обобщать изученный материал, развитие умений работать с дополнительной и справочной литературой

Воспитательная цель: показать роль научных знаний в познании мира, познакомить учащихся с применением метода спектрального анализа в науке, технике, медицине; продолжить формирование диалектического мировоззрения учащихся, продолжить развитие коммуникативных умений через работу в микрогруппах

Основные знания и умения

Межпредметные связи




  1. Знать виды спектров и способы их получения.

  2. Знать устройство и принцип действия спектральных приборов.

  3. Знать понятие спектрального анализа и возможности его применения для научных исследований, в технологических процессах, медицине.

  4. Знать физические законы, лежащие в основе спектрального анализа

  5. Знать характеристики объектов излучения, определяемые по виду спектральных линий.




1. Астрономия, химия

Учебная литература

  1. Гончаренко Физика, 11 класс

  2. «Физика», учебник для 11 класса школ и классов с углубленным изучением физики. (Под ред. А.А, Пинского) § 76, М. «Просвещение», 1999

  3. Г.Д.Луппов «Опорные конспекты и тестовые задания по физике, 11 класс», М..»Просвещение», 1996

ППС «Физика, 10-11», библиотека электронных наглядностей





1.13.7 – Набор спектральных ламп (фото)





Дополнительная литература

1. Г.И.Рябов, П.И. Самойленко «Планирование учебного процесса по физике» М., «Высшая школа», 1991

  1. О.Ф.Кабардин, В.А.Орлов, Н.И.Шефер «Факультативный курс физики», 10 класс, М., «Просвещение», 1975




Цифровые образовательные ресурсы




^ Презентация «Спектральный анализ на службе человека»

Flash-анимация «Эффект Доплера»






Демонстрации


Оборудование

  1. Виды спектров

  2. Способы получения спектров

  3. Спектральные приборы

  4. Эффект Зеемана и эффект Доплера

  5. Спектры различных звезд



  1. Мультимедийный проектор, компьютер, презентация «Спектральный анализ на службе человека»

  2. Карточки с заданием для самостоятельной работы

  3. Тесты, подготовленные в тестовой оболочке




План занятия

Время

Метод обучения

Содержание работы

Наглядные пособия, ТСО


0,5 мин


5 мин


30 мин


5 мин


4 мин


0,5 мин




Беседа


Физический диктант


Лекция


Работа в парах

  • Организационный момент



1. Проверка домашнего задания

  • Требования к урокам физики, подготовке


2. Объявление темы урока, постановка целей по изучению нового материала, мотивация учащихся на изучение нового материала


3. Объяснение нового материала


    1. Приборы для получения и исследования спектров.

    2. Спектры испускания и поглощения, их виды, правило Кирхгофа о поглощательной и испускательной способности тел.

    3. Спектры Солнца и звезд, их связь с температурой. Фраунгоферовы линии.

    4. Спектральный анализ



4. Выполнение самостоятельной работы «Идентификация химического вещества по спектру звезды»


5. Первичное закрепление нового материала


  1. Инструктаж по выполнению домашнего задания



Слайды 2-3 презентации «Спектральный анализ на службе человека»


Презентация «Спектральный анализ на службе человека»

Flash-анимация «Эффект Доплера»




Домашнее задание

Примечания

Выучить § 79, дать объяснение появлению фраунгоферовых линий в спектре Солнца, рассчитать спектр звезды на идентификацию химических элементов, дополнить таблицу «Что узнал нового оспектрах»









п/п

Структурный элемент урока

Деятельность учителя

^ Деятельность учащихся

Критерии личностно-ориентированного подхода каждого этапа

ЦОР, используемые на каждом этапе урока

1

^ Организационный этап урока

Приветствие учителя

Учитель создает условия для достижения психологического комфорта учащихся на уроке, способствует быстрому вхождению класса в деловой ритм, создает условия для формирования у учащихся умений быстрой мобилизации и ответственного отношения к учебе

Учащиеся формируют умения внутренней самоорганизации, ответственное отношение к учебе, психологически настраиваются на урок, необходимый деловой и психологический контакт с учителем

Создание положительного эмоционального настроя учащихся на проведение урока




Проверка готовности учащихся к уроку




Организация внимания




2

Проверка домашнего задания

Учитель проверяет правильность, полноту и осознанное выполнение домашнего задания, выясняет причину невыполнения домашнего задания отдельными учащимися, выявляет пробелы в знаниях учащихся, способствует устранению пробелов в знаниях учащихся

Проверяют правильность выполнения домашнего задания, осознают взаимосвязь домашнего задания с результатами своего обучения, устраняют пробелы в своих знаниях

Формируется ответственное отношение к своей учебной деятельности, создание ситуации успеха у учащихся, правильно выполнивших домашнее задание




3

Этап всесторонней проверки знаний учащихся

Учитель проверяет различными методами объем и качество усвоенного материала, уровень сформированности общеучебных и социальных навыков учащихся

Учащиеся проверяют глубину и качество знаний по теме предыдущего урока, принимают активное участие во всевозможных формах работы по проверке знаний, выявляют пробелы в своих знаниях

Учащиеся, выявив проделы в своих знаниях, определяют уровень своих учебных достижений, степень подготовленности к восприятию нового материала




4

^ Этап подготовки учащихся к активному и осознанному усвоению нового материала

Сообщение темы изучения нового материала

Путем сообщения фактов из истории физики (диалог Кирхгофа с банкиром), подвести учащихся к теме урока

Учащиеся пытаются найти логические связи, определяя тему урока




Слайд 2-4

Формулирование с учащимися цели и задач изучения нового материала

Изучение спектрального анализа как метода, позволяет ввести алгоритм изучения нового материала

Учащиеся совместно с учителем формулируют алгоритм изучения метода спектрального анализа (физические явления или законы, лежащие в основе метода, способы регистрации, физические характеристики исследуемых объектов, приборы, применение метода)

Определяют план изучения нового материала, четко ставят перед собой цели изучения нового материала

Слайд 5

4

Показ практической значимости изучения нового материала, мотивация учащихся на его усвоение

Учитель сообщает учащимся о важности открытий, сделанных Кирхгофом, которые впоследствии привели к освобождению атомной энергии, расширили методы научного познания окружающей действительности

Учащиеся воспринимают новую для них информацию

Мотивация на изучение нового материала способствует активной познавательной деятельности на уроке







Постановка перед учащимися учебной проблемы

Учитель кратко рассказывает об опытных фактах, которые предшествовали открытию спектрального анализа

Учащиеся фиксируют основные даты, фамилии и вклад ученых для открытия спектрального анализа




Слайд 6

5

^ Этап изучения нового материала




Повторение знаний о явлении, лежащем в основе изучаемого метода

Актуализация знаний по астрономии (тема «Методы астрофизических исследований»)

Учитель в ходе беседы с учащимися, напоминает им о явлении дисперсии, и проявлениях этого явления (различные углы преломления для красных и фиолетовых лучей), способах получения сплошного спектра.



Учащиеся вспоминают учебный материал, изученный ими в курсе физики 8 класса, курса астрономии 11 класса




Слайд 7




Изучение п.3.1 Приборы для получения и исследования спектров

Учитель сообщает сведения об основных типах спектральных приборов, совместно с учащимися формулирует назначение спектральных приборов, активизирует память учащихся о спектральных приборах, с которыми учащиеся сталкивались раньше, подводит учащихся к мысли о том, что в основе действия любого современного спектрального прибора должна использоваться или призма, или дифракционная решетка

Учащиеся посредством анализа учебного материала, известного им ранее, определяют основные элементы любого спектрального прибора, назначение этих приборов, изучают принцип действия




Слайд 8, 9, 10




Изучение п.3.2. Спектры испускания и поглощения, их виды, правило Кирхгоффа о поглощательной и испускательной способности тел.


Учитель предлагает учащимся для ознакомления информацию о видах спектров и состоянии излучаемого вещества, которое дает эти спектры.

Сразу же после сообщения информации, происходит первичная проверка знаний учащихся на запоминание видов спектров, описание внешнего вида спектра, и состоянии излучаемого вещества

Учащиеся расширяют свои знания о состоянии, в котором должно находиться излучаемое вещество, которое дает линейчатые спектры поглощения и испускания, с помощью правила Кирхгофа объясняют совпадение местоположения спектральных линий в спектрах поглощения и излучения




Слайды 11-18




Изучение п.3.3 Спектры Солнца и звезд, Фраунгоферовы линии

Учитель предлагает учащимся на основе полученных сведений, дать объяснение фраунгоферовым линиям в спектре Солнца. Для формирования представлений о спектрах, как спектральных паспортах любого вещества, предлагается для рассмотрения спектры различных звезд

Учащиеся с помощью правила Кирхгофа объясняют совпадение местоположения спектральных линий в спектрах поглощения и излучения




Слайды 11, 12




Изучение п.3.4 Спектральный анализ

Учитель вводит понятие спектрального анализа, показывает учащимся как с помощью лабораторных спектров, проводится идентификация химического вещества, сообщает учащимся сведения о виде спектральных линий, информирует об эффектах Зеемана и Доплера, и их влиянии на вид спектральных линий

Учащиеся записывают новее для них сведения (влияние эффекта Зеемана и Доплера на вид спектральных линий и какие параметры излучаемого вещества можно определить по виду этих линий)

Выступают с сообщениями по теме: «Применение спектрального анализа»




Слайды 20-28




Самостоятельная работа «Идентификация вещества по спектрам звезд»

Учитель инструктирует учащихся о последовательности выполнения работы, правилах выполнения работы, помогает учащимся, испытывающих затруднения при выполнении самостоятельной работы

Работая в малых группах (по 2 человека) учащиеся осваивают неизвестный им до этих пор метод определения химического состава атмосферы звезд по их спектрам










Первичная проверка знаний учащихся по новой теме

Учитель предлагает учащимся тестовые задания, контролирует самостоятельность выполнения.

После выполнения задания, предлагает учащимся обменяться тетрадями, совместно с классом проверяет задания, комментируя (или предлагает прокомментировать) правильный ответ.

Отвечают на вопросы теста, после выполнения обмениваются тетрадями, проверяют правильность выполнения теста, восполняет пробелы в знаниях, Оценивают знания своих товарищей










Этап рефлексии

Учитель предлагает учащимся заполнить таблицу (что я знал в начале урока, что узнал нового)

Учащиеся заполняют таблицу

Учащиеся осознают, что новый изученный материала тесно переплетается с ранее известным. Создается целостная картина знаний по данной теме

Слайд 29




Этап информирования учащихся о домашнем задании















1. Организационный момент

2. Проверка домашнего задания

3. Этап подготовки учащихся к активному и осознанному усвоению нового материала

3.1. Сообщение темы изучения нового материала

Рассказать учащимся о диалоге, состоявшемся между Кирхгофом и каким-то банкиром непосредственно после открытия метода спектрального анализа.

Почти невероятная новость о том, что ученые могут определять состав Солнца и других звезд, быстро распространилась по всему свету. Конечно, одним из первых вопросов, поставленных меркантильно настроенными людьми, был вопрос о том, не обнаружили ученые золото на Солнце. Не видя никакой возможности получить золото, если оно даже и существует на Солнце, и не видя никаких практических применений подобных «бессмысленных исследований», один банкир сказал: «Какое мне дело до золота на Солнце, если я не могу добыть его оттуда». Вскоре после этого Кирхгоф получили из Англии золотую медаль и денежную премию за блестящие работы по изучению солнечного спектра. Показав премию банкиру, Кирхгоф сказал: «Посмотрите, а мне все-таки удалось, в конце концов, заполучить немного золота с Солнца». Можно себе представить, как был смущен это банкир, если бы он дожил до нашего времени и узнал, что открытие Кирхгофа было лишь частью той предварительной работы, которая привела к освобождению атомной энергии.1 Рассказ сопровождается показом слайдов 2-3. Учитель объявляет тему изучения нового материала.

3.2. Совместное формулирование целей и задач изучения нового материала

Учитель формулирует определение спектрального анализа.

Спектральный анализ – физический метод качественного и количественного определения атомного и молекулярного спектра состава вещества, основанный на исследовании его спектра

Если мы изучаем методы физического познания, то, что мы должны знать об этом методе? (учитель обращается с вопросом к учащимся). Учащиеся определяют алгоритм изучения спектрального анализа как метода, как физического метода.

Т.е. исходя из определения спектрального анализа, учащиеся должны получить на уроке информацию о физическом явлении или законе, лежащем в основе метода, как получают спектры для исследования, классификация этих спектров, автор (ы) метода, факты (явления, открытия), предшествовавшие открытию метода.

Беседа с учащимися сопровождается показом слайдов 3-4.

3.3. Показ практической значимости и мотивация учащихся на изучение нового материала

Кроме изложенного в п.1., учащимся можно сообщить, что открытие этого метода значительно расширило возможности познания природы, стали доступными исследования далеких небесных объектов, благодаря методу спектрального анализа можно определить незначительное содержание химического элемента в составе сложного вещества (масса этого химического элемента не превышает 10-10 г, и возможность применения этого метода в тех случаях, когда другими методами нельзя исследовать химический состав вещества.

3.4. Постановка перед учащимися учебной проблемы

Путем сообщения исторических фактов, показать необходимость работ Кирхгофа и Бунзена, которые стали основополагающими при открытии метода спектрального анализа. Сопровождается показом слайда 5.



Ниже приводится информация об опытах и открытиях, предшествовавших открытию спектрального анализа. На слайде № 5 эта информация обобщена. При необходимости, учитель может более глубоко раскрыть этот вопрос (времени для этого на уроке будет недостаточно)


Большой вклад в исследование дисперсии и создание ахроматических линз, начатое еще Доллондом, внес Йозеф Фраунгофер (1787—1826), в ком редкое искусство экспериментатора дополнялось незаурядными способностями теоретика. В своем предисловии к собранию сочинений Фраунгофера Э. Ломмель так подытоживал его вклад в практическую оптику: "Благодаря введению своих новых и усовершенствованных методов, механизмов и измерительных инструментов для вращения и полировки линз... ему удалось получить достаточно большие образцы флинтгласа и кронгласа без всяких прожилок. Особенно большое значение имел найденный им метод точного определения формы линз, который совершенно изменил направление развития практической оптики и довел ахроматический телескоп до такого совершенства, о котором раньше нельзя было и мечтать".

Чтобы произвести точные измерения дисперсии света в призмах, Фраунгофер в качестве источника света использовал свечу или лампу. При этом он обнаружил в спектре яркую желтую линию, известную теперь как желтая линия натрия. Вскоре установили, что эта линия находится всегда в одном и том же месте спектра, так что ее очень удобно использовать для точного измерения показателей преломления. После этого, говорит Фраунгофер в своей первой работе 1815 г.,"...я решил выяснить, можно ли видеть подобную светящуюся линию в солнечном спектре. И я с помощью телескопа обнаружил не одну линию, а чрезвычайно большое количество вертикальных линий, резких и слабых, которые, однако, оказались темнее остальной части спектра, а некоторые из них казались почти совершенно черными".

Линии в солнечном спектре были обнаружены еще в 1802 г. Уолластоном, наблюдавшим непосредственно через призму щель в камере-обскуре, сильно освещенную солнечными лучами. Уолластон заметил семь таких линий, из которых пять особенно отчетливых, и, приняв их за линии, разделяющие цвета спектра, больше о них не думал.

Фраунгофер открыл сотни таких линий и внимательно их исследовал. Наиболее резко выраженные линии он обозначил большими и малыми буквами латинского алфавита (А, В,..,Z, а, b,...) и зафиксировал их постоянное положение в спектре, ясно понимая их значение для измерения показателей преломления. Он установил, что линия D солнечного спектра находится в том же положении, что и яркая линия натрия в спектре лампы. Его спектроскоп состоял из коллиматора, призмы и зрительной трубы, т. е. по существу из тех же элементов, что и современные спектроскопы. Фраунгофер направил спектроскоп на Венеру и обнаружил, что свет этой планеты содержит те же темные линии, что и солнечный спектр. Исследование спектра электрических искр позволило обнаружить большое число ярких линий.

Заслугой Фраунгофера является введение решеток для исследования спектров. Решетки применялись еще более 100 лет назад Клодом Дешалем (1621 —1678), повторившим опыты Гримальди с полированными металлическими пластинами, на которые Дешаль нанес серию близко расположенных параллельных полос. Если тонкий пучок света направить в темной камера на такую пластинку, то он образует спектр на белом экране. Такой же результат был получен и со штрихованной стеклянной пластинкой. Фраунгофер изготовлял решетки из тончайших близко расположенных параллельных нитей или же наносил на стеклянной пластинке параллельные штрихи алмазом. Изготовление решетки требует большого искусства, потому что для получения спектра необходимо, по крайней мере, 40 линий на миллиметре поверхности. Фраунгоферу удалось изготовить решетки, содержащие свыше 300 линий на миллиметре. Этот результат был далеко превзойден в 1883 г. американским физиком Генри Роулендом (1848—1901), изготовившим решетки с 800 штрихами на миллиметре; в настоящее время изготовляют решетки, содержащие даже 1700 штрихов на миллиметре.

Решетки были предметом теоретического исследования Оттавиано Фабрицио Моссотти (1791—1863), крупнейшего представителя математической физики в Италии в первой половине XIX века. Моссотти указал на удобство применения решеток для легкого и точного определения длин волн. Именно для этого, как известно, они применяются сейчас наряду с получением чистого спектра, называемого также нормальным, в котором фиолетовый цвет менее отклонен, чем красный, в противоположность спектру, создаваемому призмой.

Опыты Фраунгофера по исследованию спектров испускания были продолжены в Англии Брюстером, Джоном Гершелем и Фоксом Тальботом (1800—1877). В 1834 г. после многочисленных опытов с пламенем спирта, в котором были растворены различные соли, Тальбот пришел к такому выводу: «Когда в спектре пламени появляются какие-нибудь определенные линии, они характеризуют металл, содержащийся в пламени".

А в следующем году Чарльз Уитстон (1802—1875), исследуя спектр электрической искры, пришел к заключению, что линии спектра зависят лишь от материала электродов и не зависят от газа, в котором проскакивает искра. В 1855 г. Андерс Ангстрем (1814—1874) показал, однако, что, понижая давление газа, можно исключить влияние электродов и получить чистый спектр газа. Удачное содружество конструктора физических приборов Генриха Гейслера (1814—1879) и немецкого физика и математика Юлиуса Плюккера (1801—1868) привело к почти одновременному появлению (1855 г.) трубок Гейслера и трубок Плюккера, весьма удобных для изучения спектра газов.

Несколькими годами раньше Уильям Аллен Миллер (1817—1870), продолжая опыты, начатые Гершелем, исследовал спектр солнечных лучей после их прохождения через различные газы (пары йода, брома и др.) и наблюдал в спектре темные линии, откуда заключил (1845 г.), что наблюдаемые линии — это линии поглощения и соответствуют они только окрашенным, а не бесцветным парам. Этот вывод противоречил утверждению французского астронома Пьера Жансена (1824—1907), известного своими астрофизическими исследованиями, который нашел линии поглощения и в опытах с водяным паром. По поводу интерпретации этих линий развернулась долгая дискуссия, закончившаяся, в конце концов, признанием того, что это действительно линии поглощения.

Впервые связь между линиями поглощения и линиями испускания была явно показана в 1849 г. Фуко, который наблюдал в спектре электрической дуги между угольными электродами многочисленные яркие линии, среди которых особенно выделялась линия D натрия. Но, пропустив сквозь дугу интенсивный пучок солнечного излучения и наблюдая его спектр, он заметил, что линия D стала темной. Отсюда он заключил, что дуга, испускающая линию D, поглощает ее, когда излучение исходит из другого источника. Это интересное наблюдение не было, однако, развито.

Истинными основателями спектрального анализа были немецкие ученые Густав Кирхгоф (1824—1887) и Роберт Бунзен (1811—1899). Многочисленные претензии других авторов на приоритет, выдвинутые вскоре после того, как выяснилась важность этого открытия, следует считать необоснованными.

4. Этап изучения нового материала



План изучения нового материала


  1. Приборы для получения и исследования спектров.

2. Спектры испускания и поглощения, их виды, правило Кирхгоффа о поглощательной и

испускательной способности тел.

3. Спектры Солнца и звезд, их связь с температурой. Фраунгоферовы линии.

4. Спектральный анализ


Предложить учащимся заполнить первый столбец таблицы


Что я знаю о спектрах

Что я узнал нового








В основе спектрального анализа лежит явление дисперсии

^ Дисперсия – зависимость показателя преломления вещества от длины волны.


Открыто явление в 1666 году Исааком Ньютоном, который, обратив внимание на радужную окраску изображений звезд в телескопе, поставил опыт, в результате которого открыл дисперсию света и создал новый прибор – спектроскоп. Ньютон направил пучок света на призму, а потом для получения более насыщенной полосы заменил круглое отверстие щелевым. Благодаря дисперсии белый свет разлагается в спектр при прохождении через стеклянную призму. Поэтому такой спектр называют дисперсионным. (Сопровождается показом слайда № 7).Обратить внимание учащихся на углы отклонения красного и фиолетового лучей.




В процессе беседы с учащимися подвести их к выводу о том, что в основе действия любого спектрального прибора необходимо использования или призмы, или дифракционной решетки,


Ввести понятие спектральных приборов и дать их классификацию. (Слайд № 8) Последовательно предъявляя информацию, размещенную на слайде, учитель рассказывает о спектроскопах, спектрографах, монохроматорах, их принципиальном отличии друг от друга и основном назначении: спектральные приборы позволяют разлагать исследуемое излучение в спектр, фиксировать положение участков или спектральных линий, измерять интенсивность того или иного участка спектра. (Слайд № 9).

Обязательно необходимо рассмотреть устройство и принцип действия спектрального прибора (слайд № 10).

Учитель просит прокомментировать, каким образом устроен спектральный прибор и принцип его действия кого-нибудь из учащихся.





Последовательно предлагаются для ознакомления слайды № 11, 12. На слайде № 11 приведен спектр Солнца, на котором четко прослеживаются темные линии, получившие название «фраунгоферовы линии». Заслуга открытия этих линий принадлежит Йозефу Фраунгоферу. На слайде есть гиперссылка на биографию ученого. Заслуга Кирхгофа состояла в том, что он смог дать объяснение появлению фраунгоферовых линий в спектре Солнца. После изучения видов спектров и способов их получения, можно предложить учащимся дать объяснение появлению фраунгоферовых линий.




На слайде № 13 приведены виды спектров, последовательно активизируя гиперссылки, можно узнать более подробную информацию о видах спектров испускания и поглощения. Кнопка, расположенная в правом нижнем углу позволит перейти к проверке знаний по видам спектров.





Как пример, приведен слайд № 14, на котором размещена информация о виде непрерывного спектра, а также о том, какие вещества и в каком состоянии дают непрерывный (сплошной) спектр. Переход к предыдущему слайду осуществляется с помощью управляющей кнопки, расположенной в правом нижнем углу.


Учитель активизирует внимание учащихся на виде каждого из типов спектров, учащиеся записывают информацию о том, какие вещества и в каком состоянии они находятся, дают тот или иной вид спектра.

После предъявления данной информации (слайды № 13-17), учащимся предлагается возможность проверить свои знания по данной части учебного материала.





Предлагается слайд № 18. Учащиеся отвечают на вопрос:

- Какие виды спектров испускания они знают.

(информация на слайде воспроизводится пошагово, после правильных ответов учащихся). Ниже расположенный слайд отражают всю информацию о спектрах испускания, выученную учащимися на уроке.

Учащиеся должны последовательно дать характеристики сплошного спектра линейчатого, полосатого (внешний вид, способы получения). По мере ответов на поставленные вопросы, учитель воспроизводит информацию на слайде.


Ниже расположенные изображения отображают информацию, размещенную на слайде № 19




Анализируя представленные рисунки, учащиеся делают вывод о способах получения спектров различных типов.

Предложить учащимся дать ответ на вопрос, как происходит образование фраунгоферовых линий.




Слайд № 20. На слайде приведены фотографии спектров различных звезд. Обратить внимание учащихся на различные виды спектров.





С помощью слайда № 21 можно объяснить учащимся, каким образом идентифицируется наличие данного химического элемента в составе сложного вещества.





Слайд № 22

Сравните между собой спектры излучения и поглощения. В чем вы видите сходство? В чем отличие?


(месторасположение эмиссионных линий и линий поглощения на спектрах 2 и 6, 3 и 7, 4 и 8 – одинаково, только на спектре излучения – это яркие эмиссионные линии, на спектре поглощения – черные линии на непрерывном спектре). Объясняется этот факт законом Кирхгофа о поглощательной и испускательной способности вещества). Каждая линия в спектре образуется при переходе электрона с одной орбиты на другую. Так как электрон поглощает энергию квантами, то возможны только переходы соответствующие энергетическим уровням в атоме. Спектр испускания образуется при переходе электрона с внешних орбит на внутренние, (номера орбит определяются запасом энергии), спектр поглощения – при переходе электрона с внутренней орбиты на внешнюю)


Для закрепления этого факта предложить учащимся решить задачу


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

Дано: Решение

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






После решения задачи, рассматривается вопрос о виде спектральных линий




Каким образом вид спектральных линий связан с тем или иным эффектом и какие характеристики излучаемого объекта можно определить, становится ясно из слайда № 23





Слайд № 24

Анализ информации, размещенной на слайде, позволяет сделать выводы о том, что линии в спектре небесного объекта смещаются в красную сторону спектра, если источник излучения удаляется от наблюдателя, и в фиолетовую область спектра – если приближается к наблюдателю.

При достаточном количестве времени на уроке, можно продемонстрировать эффект Доплера с помощью flash-анимации. Данный ЦОР расположен на сайте, адрес которого http://somit.ru/index_demo.htm_

Для воспроизведения необходим проигрыватель flash-анимаций, колонки.





Незадолго до этого, в 1842 г., австрийский физик Кристиан Доплер (1803-1853) теоретически доказал, что частота звуковых и световых колебаний, воспринимаемых наблюдателем, зависит от скорости приближения или удаления их источника. Высота тона гудка локомотива, например, резко меняется (в сторону понижения), когда приближающийся поезд проезжает мимо нас и начинает удаляться. Flash-анимация эффекта Доплера. (с учащимися необходимо разобрать, что происходит со звуком при приближении источника звука к наблюдателю и т.д.

Опыт Доплера. Неподвижный наблюдатель отмечает фальшивые ноты движущегося оркестра. В 1842 году австрийский физик и астроном Христиан Доплер установил, что длина волны λ, принятая наблюдателем, связана с длиной волны источника излучения соотношением: где V– проекция скорости источника на луч зрения. Открытый им закон получил название закона Доплера.


Продольный эффект Доплера. По оси абсцисс отложена скорость источника, по оси ординат – наблюдаемая длина волны. Смещение линий в спектре звезды относительно спектра сравнения в красную сторону говорит о том, что звезда удаляется от нас, смещение в фиолетовую сторону спектра – что звезда приближается к нам. Вследствие обращения Земли вокруг Солнца со скоростью V = 30 км/с, линии в спектрах звезд, удаляющихся от Земли, смещены в красную сторону на Δλ/λ = V/c = 10–4. Для линии λ = 500 нм смещение составит 0,05 нм (0,5 Å). Для звезд, приближающихся к Земле, линии будут смещены на такую же величину в фиолетовую сторону.


Ниже приводится информация об использовании эффекта Доплера в астрономии.


Хёггинс впервые изучил спектр новой звезды, а именно новой Северной Короны, вспыхнувшей в 1866 г., и обнаружил существование вокруг звезды расширяющейся газовой оболочки. Одним из первых он использовал для определения скоростей звёзд по лучу зрения принцип Доплера - Физо (его часто называют эффектом Доплера).
Незадолго до этого, в 1842 г., австрийский физик Кристиан Доплер (1803-1853) теоретически доказал, что частота звуковых и световых колебаний, воспринимаемых наблюдателем, зависит от скорости приближения или удаления их источника. Высота тона гудка локомотива, например, резко меняется (в сторону понижения), когда приближающийся поезд проезжает мимо нас и начинает удаляться.

Выдающийся французский физик Арман Ипполит Луи Физо (1819- 1896) в 1848 г. проверил это явление для лучей света в лаборатории. Он же предложил использовать его для определения скоростей звёзд по лучу зрения, так называемых лучевых скоростей, - по смещению спектральных линий к фиолетовому концу спектра (в случае приближения источника) или к красному (в случае его удаления). В 1868 г. Хёггинс таким способом измерил лучевую скорость Сириуса. Оказалось, что он приближается к Земле со скоростью примерно 8 км/с.

Последовательное применение принципа Доплера - Физо в астрономии привело к ряду замечательных открытий. В 1889 г. директор Гарвардской обсерватории (США) Эдуард Чарлз Пикеринг (1846-1919) обнаружил раздвоение линий в спектре Ми-цара - всем известной звезды 2-й звёздной величины в хвосте Большой Медведицы. Линии с определённым периодом то сдвигались, то раздвигались. Пикеринг понял, что это скорее всего тесная двойная система: её звёзды настолько близки друг к другу, что их нельзя различить ни в один телескоп. Однако спектральный анализ позволяет это сделать. Поскольку скорости обеих звёзд пары направлены в разные стороны, их можно определить, используя принцип Доплера - Физо (а также, конечно, и период обращения звёзд в системе).

В 1900 г. пулковский астроном Аристарх Аполлонович Белопольский (1854-1934) использовал этот принцип для определения скоростей и периодов вращения планет. Если поставить щель спектрографа вдоль экватора планеты, спектральные линии получат наклон (один край планеты к нам приближается, а другой - удаляется). Приложив этот метод к кольцам Сатурна, Белопольский доказал, что участки кольца обращаются вокруг планеты по законам Кеплера, а значит, состоят из множества отдельных, не связанных между собой мелких частиц, как это предполагали, исходя из теоретических соображений, Джеймс Клерк Максвелл (1831- 1879) и Софья Васильевна Ковалевская (1850-1891).

Одновременно с Белопольским такой же результат получили американский астроном Джеймс Эдуард Кйлер (1857-1900) и французский астроном Анри Деландр (1853-1948).

Примерно за год до этих исследований Белопольский обнаружил периодическое изменение лучевых скоростей у цефеид. Тогда же московский физик Николай Алексеевич Умов (1846-1915) высказал опередившую своё время мысль, что в данном случае учёные имеют дело не с двойной системой, как тогда полагали, а с пульсацией звезды.





Слайд № 25

Анализируя схему расщепления спектральных линий, объясняют учащимся эффект Зеемана.


Эффект Зеемана.

Даже когда излучающий газ не имеет относительного движения, спектральные линии, излучаемые отдельными атомами, будут смещаться относительно лабораторного значения из-за беспорядочного теплового движения. Для общей массы газа это будет выражаться в уширении спектральных линий. При этом квадрат доплеровской ширины спектральной линии пропорционален температуре: T ~ (Δl)2. Поэтому особенно сильно линии уширяются в спектрах горячих звезд. Таким образом, по ширине спектральной линии можно судить о температуре излучающего газа. Линии могут уширяться не только за счет эффекта Доплера. Не менее важной причиной является столкновение атомов. В 1896 году нидерландским физиком Зееманом был открыт эффект расщепления линий спектра в сильном магнитном поле. С помощью этого эффекта теперь стало возможно «измерять» космические магнитные поля. Похожий эффект (он называется эффектом Штарка) наблюдается в электрическом поле. Он проявляется, когда в звезде кратковременно возникает сильное электрическое поле. Близко расположенные спектральные линии могут сливаться. Получившаяся линия называется блендой.


Экспериментальным работам Кирхгофа и Бунзена, проведенным с 1859 по 1862 г., весьма способствовало появление скромного приспособления — "горелки Бунзена", описанной Бунзеном и англичанином Генри Роско (1833—1915) в 1857 г. в связи с началом их фотохимических исследований. Новая горелка давала высокотемпературное несветящееся пламя, что позволяло переводить в парообразное состояние различные химические вещества и наблюдать их спектры, не осложненные собственными линиями пламени (во многих случаях эти линии приводили к ошибочным выводам в предшествующих экспериментах). В 1859 г. Кирхгоф и Бунзен опубликовали свою первую экспериментальную работу, а в следующем году Кирхгоф пришел к выводу, подтвержденному также и термодинамическими соображениями, что все газы поглощают в точности те же длины волн, которые они способны излучать. Этот закон называют сейчас законом "инверсии спектра" или законом Кирхгофа. Чуть дальше мы встретимся с применением этого закона в проблеме излучения абсолютно черного тела.

Кирхгоф и Бунзен, кроме того, на основании своих и чужих экспериментов достаточно уверенно установили справедливость идеи Тальбота, что каждая светлая линия в спектре излучения характерна для излучающего ее элемента. Вооруженные этими двумя закономерностями, они приступили к спектральному анализу земных источников излучения, что привело их в 1861 г. к открытию рубидия и цезия — двух металлов, названных ими так по характерным для них красной и голубой линиям спектра, позволившим их открыть. В том же году Крукс открыл таллий, в 1865 г. Райх и Рихлер открыли индий, и т. д.

После того как Кирхгоф применил спектральный анализ к свету земных источников, он объяснил остававшиеся до того непонятными линии Фраунгофера как линии поглощения солнечной атмосферы (а также земной, влияние которой легко, однако, отличить), что явилось важной вехой в истории физики, особенно астрофизики. В 1888 г. Гельмгольц писал, что это открытие вызвало восхищение всех людей и возбудило их фантазию в большей мере, чем какое-либо другое открытие, потому что оно позволило заглянуть в миры, представлявшиеся нам совершенно недоступными.

Как известно, ученые действительно "заглянули" в эти миры, сопоставив линии поглощения в спектрах света, приходящего от звезд, с яркими линиями излучения элементов, известных на Земле, с тем, чтобы установить, из каких элементов состоит атмосфера звезд. Такое сопоставление позволило уже Кирхгофу утверждать, что в солнечной атмосфере присутствуют натрий, железо, магний, медь, цинк, бор, никель. Общий вывод, к которому привели многочисленные последующие наблюдения, заключается в том, что элементы, существующие на Земле, распространены повсюду. Иными словами, вся Вселенная построена из одних и тех же материалов.

После Кирхгофа и Бунзена физики в результате огромной экспериментальной работы установили спектры всех известных элементов, измерив длины волн линий и их относительные интенсивности. Картина, которую представляет собой спектр какого-либо элемента, скажем железа или неона, по своему богатству, сложности, разнообразию, интенсивности, цветовой игре не менее величественна, нежели звездное небо. Как и звезды, линии кажутся распределенными беспорядочно. И так же как астрономы каталогизируют тысячи звезд, давая каждой из них описание, необходимое, чтобы ее отличить и характеризовать, так и спектроскописты каталогизируют линии, характеризуя каждую длиной волны, интенсивностью и экспериментальными условиями, при которых она наблюдается. Применение спектрального анализа практически ограничивается сложностью и разнообразием спектров, которые еще более возросли после того, как в конце прошлого столетия было впервые обнаружено, что многие спектральные линии в сильных спектроскопах расщепляются на большое число расположенных рядом отдельных линий, образующих в своей совокупности "тонкую структуру" спектра.

По вопросу применения спектрального анализа для нужд человека учащиеся выступают с сообщениями. Задача учителя на этом этапе скоординировать сообщения учащихся таким образом, чтобы все направления применения спектрального анализа были охвачены. (Применение спектрального анализа в астрономии было рассмотрено выше).

5. Самостоятельная работа (работа в группах)

Учащиеся получают инструкции по выполнению самостоятельной работы «Определение химического элемента по спектральной линии в спектре звезды».

В карточке указан алгоритм выполнения данного задания. Работа выполняется в течение 2-3 минут


^ ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА


Используя спектр звезды, определи химические элементы, образующие линии вычисленных длин волн.




Качественный химический состав Солнца или какой-нибудь звезды можно определить с помощью дифракционного спектра. Для этого:

1. Необходимо найти дисперсию данной спектрограммы,

s – измеренное расстояние между этими линиями

λ – длина волны отождествленных линий спектрограммы

2. Вычислить длину произвольной волны на данной спектрограмме по формуле: λх = λ0 ± ηsх, где sх – измеренное расстояние между отождествленной и исследуемой линиями (λ, λх) спектрограммы, знак «+» отвечает линии, расположенной от λ0 в сторону красной, а знак «-» в сторону фиолетовой части спектра;

3. С помощью таблицы спектральных линий определяют химический элемент, образующий линию вычисленной длины волны.

Задание 1.

Вариант 1 (Вариант 2)

Используя рис. 1 (рис.2) определи химические элементы звезды ξ Персея (солнечной атмосферы), которые образуют условно обозначенные линии спектра λх1, λх2, λх3.

Таблица спектральных линий оптического интервала длин волн

Длина линий, нм

704,68

697,33

687,02

676,78

666,14

660,91

658,28

646,26

634,17

630,38

627,81

624,36

616,22

603,07

Химический элемент

Nb

Cs

O

Ni

Ni

Fe

H

Ca

Ba

Ti

O

Al

Ca

Mo

Длина линий, нм

598,36

589,59

589,00

587,56

571,11

563,17

559,32

553,71

547,69

538,34

532,42

535,34

534,51

534,10

Химический элемент

Bh

Ne

Al

He

Mg

Sn

Al

Al

Ni

Fe

Fe

V

Mn

Ta

Длина линий, нм

532,45

530,23

530,32

528,17

527,32

526,96

518,36

517,27

517,16

516,90

516,75

516,73

503,53

496,23

Химический элемент

Mo

Mo

Ni

Fe

Fe

Mg

Mg

Ca

Fe

Fe

Mg

Ni

Sr

Длина линий, нм

495,70

489,15

486,12

484,21

483,31

471,44

470,30

468,58

466,80

466,68

460,73

447,17

445,59

438,36

Химический элемент

Fe

Fe

H

Al

Sr

Ni

Mg

He

Fe

Al

Sr

He

Ca

Fe

Длина линий, нм

435,19

434,05

432,58

430,79

430,77

430,54

427,91

423,59

422,67

422,11

421,55

420,94

415,80

414,38

Химический элемент

Mg

H

Fe

Fe

Ca

Sr

Cu

Fe

Cs

Fe

Sr

Cr

C

He

Длина линий, нм

413,21

412,15

412,08

410,17

408,36

407,77

407,27

406,35

405,75

404,88

404,58

397,01

396,85

396,47

Химический элемент

Fe

Bi

Be

B

Mo

Sr

Fe

Mn

Mg

Ca

Fe

B

Cs

He

Длина линий, нм

396,15

394,46

393,37

392,29

393,43

391,33

390,29

389,79

389,91

388,87

388,63

388,44

387,58

386,55

Химический элемент

Al

Al

Ca

Fe

Ti

Ni

Cr

Fe

H

He

Fe

Fe

Ca

Os

Используемая литература

  1. А.Т. Глазунов «Методика преподавания физики в средней школе, М, «Просвещение» 1989 г.

  2. http://somit.ru/index_demo.htm

  3. В.В. Воронцов-Вельяминов «Задачи по астрономии», М, «Просвещение», 1997 г.

  4. С.У Гончаренко «Физика, 11», Киев, «Освіта», 2006


1 Л.Эллиот, У. Уилкокс ФИЗИКА, изд-во «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, М. 1975, стр. 653




Скачать 351,4 Kb.
оставить комментарий
Дата17.10.2011
Размер351,4 Kb.
ТипУрок, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх