第十八章第三節(jié)氫原子光譜

1、第三節(jié)氫原子光譜學習目標1.知道什么是光譜，能區(qū)別連續(xù)譜和線狀譜，知道光譜分析的應用2.知道氫原子光譜的實驗規(guī)律3.知道經(jīng)典電磁理論的困難在于無法解釋原子的穩(wěn)定性和光譜的分立特征一、光譜(閱讀教材 P54P55)1.定義：按照光的波長和強度分布展開排列的記錄，即光譜2.分類：有些光譜是一條條的亮線，這樣的亮線叫譜線，這樣的光譜叫線狀譜有的光譜不是一條條分立的譜線，而是連續(xù)在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜3.特征光譜：各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，說明原子只發(fā)射特定頻率的光不同原子發(fā)射的線狀譜的亮線位置不同， 說明不同原子發(fā)光頻率是不一樣的， 因此這些亮線稱為原子的特征譜線4.光譜分析：(1)

2、定義：利用原子的特征譜線來鑒別物質和確定物質的組成成分，這種方法叫做光譜分析(2)優(yōu)點：靈敏度高拓展延伸(解疑難)1不同元素的原子產(chǎn)生的線狀譜是不同的，同種元素的原子產(chǎn)生的線狀譜是相同的，說明每種原子只能發(fā)射與其本身特征相關的某些波長的光2同種元素的原子吸收光譜的暗線和線狀譜的亮線相對應1.(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)線狀譜和連續(xù)譜都可以用來鑒別物質()提示：(1)(2)(3)二、氫原子光譜的實驗規(guī)律和經(jīng)典理論的困難(閱讀教材 P55P56)1.許多情況下光是由原子內部電子的運動產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結構的重要途徑2.巴耳末公式：1

3、R1221n2(n3、4、5)3.巴耳末公式的意義： 以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜， 即輻射波長的分立特征4.核式結構模型的成就：正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了粒子散射實驗5.經(jīng)典理論的困難：經(jīng)典物理學既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立特征拓展延伸(解疑難)1科學家觀察了大量的其他原子的原子光譜，發(fā)現(xiàn)每種原子都有自己特定的光譜不同的原子，其原子光譜均不相同和氫原子一樣，其他原子的光譜線的波數(shù)也可以表示為兩個光譜項之差，所不同的是，它們的光譜項的形式要復雜一些2通過分析研究大量的原子光譜，可以得到一個共同的規(guī)律，那就是各種原子輻射的光波都是線狀光譜，波長具有分立性，只

4、能是不連續(xù)的分立值3經(jīng)典物理學無法解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜的分立特征，新的理論和假說出現(xiàn)勢在必行2.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？提示：根據(jù)經(jīng)典理論，原子可以輻射各種頻率的光，即原子的光譜應該總是連續(xù)的實際看到的原子的光譜是分立的線狀譜光譜和光譜分析1.光譜的分類2.太陽光譜(1)特點：在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線，是一種吸收光譜(2)對太陽光譜的解釋：陽光中含有各種顏色的光，但當陽光透過太陽的高層大氣射向地球時， 太陽高層大氣中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，到達地球的這些譜線看起來就暗了，這就形成了連續(xù)譜背

5、景下的暗線3.光譜分析(1)優(yōu)點：靈敏度高，分析物質的最低量達 1010g.(2)應用應用光譜分析發(fā)現(xiàn)新元素；鑒別物體的物質成分：研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)了太陽中存在鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素；應用光譜分析鑒定食品優(yōu)劣(自選例題，啟迪思維)1.關于光譜，下列說法正確的是()A熾熱的液體發(fā)射連續(xù)譜B發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜C線狀譜和吸收光譜都可以對物質成分進行分析D霓虹燈發(fā)光形成的光譜是線狀譜解析熾熱的液體發(fā)射的光譜為連續(xù)譜，所以選項 A 正確；發(fā)射光譜可以是連續(xù)譜也可以是線狀譜，所以選項 B 錯誤；線狀譜和吸收光譜都對應某種元素的光譜，都可以對物質成分進行分析，所以選項 C 正確；霓虹燈發(fā)光形成的光譜

6、是線狀譜，所以選項 D 正確答案ACD2.關于光譜，下列說法正確的是()A太陽光譜是連續(xù)光譜B稀薄的氫氣發(fā)光產(chǎn)生的光譜是線狀譜C煤氣燈上燃燒的鈉鹽汽化后的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜D白光通過鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜解析太陽光譜是太陽產(chǎn)生的白光，通過太陽周圍溫度較低的大氣時，某些波長的光被太陽大氣層中的某些元素吸收從而產(chǎn)生的吸收光譜，所以 A 不正確；稀薄的氫氣發(fā)光產(chǎn)生的是原子光譜，又叫明線光譜，所以 B 正確；鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是原子光譜，C 正確；白光通過鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是吸收光譜，所以 D 不正確，應選 B、C.答案BC3.關于光譜和光譜分析，下列說法正確的是()A發(fā)射光譜包括連續(xù)譜和線狀譜B

7、太陽光譜是連續(xù)譜，氫光譜是線狀譜C線狀譜和吸收光譜都可用作光譜分析D光譜分析幫助人們發(fā)現(xiàn)了許多新元素思路探究光譜分析應當使用什么光譜線？解析線狀譜和吸收光譜都是原子的特征光譜，都可用來進行光譜分析，太陽光譜是吸收光譜A、C、D 選項正確答案ACD名師點評(1)太陽光譜是吸收光譜，是陽光透過太陽的高層大氣層時而形成的，不是地球大氣造成的(2)某種原子線狀光譜中的亮線與其吸收光譜中的暗線是一一對應的，兩者均可用來作光譜分析氫原子光譜的實驗規(guī)律及應用1.氫原子的光譜從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜，如圖所示2.氫原子光譜的特點在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯

8、的規(guī)律性 巴耳末對放電的氫原子光譜的譜線進行研究得到了下面的公式， 該公式稱為巴耳末公式：1R1221n2(n3、4、5、6)(1)公式中 n 只能取大于等于 3 的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長也只會是分立的值.(2)除了巴耳末系，氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關系式(自選例題，啟迪思維)1.關于巴耳末公式，下列說法正確的是()A巴耳末依據(jù)核式結構理論總結出巴耳末公式B巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的連續(xù)性C巴耳末依據(jù)氫光譜的分析總結出巴耳末公式D巴耳末公式準確反映了氫原子發(fā)光的實際，其波長的分立值并不是人為規(guī)定的解析由于巴耳末是利用當時已知的、在可見光區(qū)的 4 條譜線

9、作了分析總結出的巴耳末公式，并不是依據(jù)核式結構理論總結出來的，巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的分立性，也就是氫原子實際只發(fā)出若干特定頻率的光，由此可知，選項 C、D 正確答案CD2.關于巴耳末公式1R1221n2的理解，正確的是()A此公式是巴耳末在研究氫光譜特征時發(fā)現(xiàn)的B公式中 n 可取任意值，故氫光譜是連續(xù)譜C公式中 n 只能取大于或等于 3 的整數(shù)值，故氫光譜是線狀譜D公式不但適用于氫光譜的分析，也適用于其他原子的光譜思路探究波長大小與 n 的取值大小有何關系？解析巴耳末公式是巴耳末在研究氫光譜特征時發(fā)現(xiàn)的，故 A 選項正確；公式中的 n只能取大于或等于 3 的整數(shù)值，故氫光譜是線狀譜，B

10、選項錯誤，C 選項正確；巴耳末公式只適用于氫光譜的分析，不適用于其他原子光譜的分析，D 選項錯誤答案AC3.氫原子光譜的巴耳末系中波長最長的譜線的波長為1，其次為2，求：(1)12的值等于多少？(2)其中最長波長的光子能量是多少？解析(1)由巴耳末公式可得：11R122132，12R122142，所以121411614192720.(2)當 n3 時，對應的波長最長，代入巴耳末公式有：111.10107122132m1，解得16.5107m.光子能量為1hhc16.63103431086.5107J3.061019J.答案(1)2720(2)3.061019J方法技巧(1)巧記氫原子光譜的規(guī)律

11、解決氫原子光譜的有關問題時， 可由廣義的公式1R1k21n2著手進行分析， 當 k1，2，3，4，時分別對應萊曼系、巴耳末系、帕邢系、布喇開系而 n 可取從 k1 開始的一系列正整數(shù)(2)氫原子光譜的幾種線系的表示公式萊曼系1R1121n2，n2，3，4(在紫外區(qū))巴耳末系1R1221n2，n3，4，5(在可見光區(qū))帕邢系1R1321n2，n4，5，6(在紅外區(qū))布喇開系1R1421n2，n5，6，7(在近紅外區(qū))掃一掃進入 91 導學網(wǎng)()氫原子光譜思想方法利用光譜鑒別物質成分解決光譜的有關問題， 首先要理解不同譜線的特征 線狀譜和吸收光譜中的譜線都對應著特定的頻率的光，所以都能用來進行光譜

12、分析1連續(xù)譜和線狀譜都是物體直接發(fā)光產(chǎn)生的光譜，同屬發(fā)射光譜連續(xù)譜由熾熱的固體、液體和高壓氣體直接發(fā)光形成，光譜為一條光帶，含有各種頻率的光線狀譜是由稀薄氣體或金屬蒸氣產(chǎn)生，光譜是一些不連續(xù)的亮線，僅含有一些特定頻率的光線狀譜中每條光譜線對應著一種頻率， 不同元素的原子產(chǎn)生的線狀譜不同， 因而可以用線狀譜來確定物質的成分2太陽光譜是吸收光譜吸收光譜是由高溫物體發(fā)出的白光通過低溫物質，某些波長的光被吸收后產(chǎn)生的光譜， 光譜是在連續(xù)譜的背景下有若干暗線， 而這些暗線與線狀譜的亮線一一對應，因而吸收光譜中的暗線也是該元素原子的特征譜線范例關于太陽光譜，下列說法正確的是()A太陽光譜是吸收光譜B太陽光

13、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(chǎn)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，而某種物質要觀測到它的吸收光譜，要求它的溫度不能太低，也不能太高，否則會直接發(fā)光，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地球大氣層中的物質原子吸收， 故選項 C、D 錯誤答案AB下列說法中正

14、確的是()A進行光譜分析，可以用線狀譜，也可以用吸收光譜B光譜分析的優(yōu)點是非常靈敏而迅速C使一種物質發(fā)出的白光通過另一種物質的低溫蒸氣，取得吸收光譜，就可以對前者的化學組成進行分析D攝下月球的光譜，可以分析出月球是由哪些元素組成的解析：選 AB.由于每種元素都有自己的特征譜線，因此，可以根據(jù)光譜來鑒別物質和確定它的化學組成 所以光譜分析可以用線狀譜或者吸收光譜 月球的光譜是太陽的反射光譜，故不能分析月球是由哪些元素組成的隨堂達標1下列說法正確的是()A發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜B線狀譜和暗線譜都可以對物質成分進行分析C霓虹燈發(fā)光形成的光譜是連續(xù)譜D巴耳末公式只適用于氫原子發(fā)光答案：BD2(2015南

15、通高二檢測)白熾燈發(fā)光產(chǎn)生的光譜是()A連續(xù)光譜B明線光譜C原子光譜D吸收光譜解析：選 A.白熾燈發(fā)光屬于熾熱的固體發(fā)光，所以發(fā)出的是連續(xù)光譜3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，它們沒有關系解析：選 B.由于高溫物體的光譜包括了各種頻率的光，與其組成成分無關，故 A 錯誤；某種物質發(fā)光的線狀譜中的亮線與某種原子發(fā)出的某頻率的光有關， 通過這些亮線與原

16、子的特征譜對照，即可確定物質的組成成分，B 正確；高溫物體發(fā)出的光通過物質后某些頻率的光被吸收而形成暗線，這些暗線與所經(jīng)物質有關，C 錯誤；某種物質發(fā)出某種頻率的光，當光通過這種物質時它也會吸收這種頻率的光， 因此線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線相對應，D 錯誤4 (選做題)(2015常州高二檢測)氫原子光譜巴耳末系最小波長與最大波長之比為()A.59B.49C.79D.29解析：選 A.由巴耳末公式1R1221n2，n3，4，5，當 n時，最小波長11R122當 n3 時，最大波長12R122132由得1259.課時作業(yè)一、選擇題1下列說法中正確的是()A熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形

17、成連續(xù)光譜B各種原子的明線光譜中的明線和它吸收光譜中的暗線必定一一對應C氣體發(fā)出的光只能產(chǎn)生明線光譜D甲物體發(fā)出的白光通過乙物質的蒸氣形成了甲物質的吸收光譜解析：選 A.據(jù)連續(xù)光譜的產(chǎn)生知 A 正確；由于吸收光譜中的暗線和明線光譜中的明線相對應，但通常吸收光譜中看到的暗線要比明線光譜中的明線少，所以 B 不對；氣體發(fā)光，若為高壓氣體則產(chǎn)生吸收光譜，若為稀薄氣體則產(chǎn)生明線光譜，所以 C 不對；甲物體發(fā)出的白光通過乙物質的蒸氣形成了乙物質的吸收光譜，所以 D 不對，應選 A.2.(多選)下列物質中產(chǎn)生線狀譜的是()A熾熱的鋼水B發(fā)光的日光燈管C點燃的蠟燭D極光解析：選 BD.選項 A、C 產(chǎn)生的都

18、是連續(xù)譜，B 產(chǎn)生稀薄水銀蒸氣的特征譜線，D 是宇宙射線激發(fā)的稀薄氣體發(fā)光，能產(chǎn)生線狀譜，故 B、D 選項正確3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)出的光譜是線狀譜D作光譜分析時，利用連續(xù)譜和線狀譜都可以鑒別物質和確定物質的化學組成解析：選 C.不同光源發(fā)出的光譜有連續(xù)譜，也有線狀譜，故 A、B 錯誤稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜，C 正確只有利用線狀譜才可以進行光譜分析，D 錯誤4太陽的光譜中有許多暗線，它們對應著某些元素的特征譜線產(chǎn)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

19、著相應的元素D太陽內部存在著相應的元素解析：選 C.太陽光譜中的暗線是由于太陽內部發(fā)出的強光經(jīng)過溫度較低的太陽大氣層時產(chǎn)生的，表明太陽大氣層中含有與這些特征譜線相應的元素5(多選)(2015杭州高二檢測)對原子光譜，下列說法正確的是()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解析：選 ACD.原子光譜為線狀譜；各種原子都有自己的特征譜線；據(jù)各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質組成由此知 A、C、D 說法正確，B 說法錯誤6(多選)(2015

20、南京高二檢測)如圖甲所示是 a、b、c、d 四種元素的線狀譜，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以了解該礦物中缺乏的是()Aa 元素Bb 元素Cc 元素Dd 元素解析：選 BD.將 a、b、c、d 四種元素的線狀譜與乙圖對照，可知礦物中缺少 b、d 元素，故選 BD.7(多選)關于經(jīng)典電磁理論與原子的核式結構之間的關系，下列說法正確的是()A經(jīng)典電磁理論很容易解釋原子的穩(wěn)定性B根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞原子核轉動時，電子會不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上C根據(jù)經(jīng)典電磁理論，原子光譜應該是連續(xù)的D原子的核式結構模型徹底否定了經(jīng)典電磁理論解析：選 BC.根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞核運動產(chǎn)生變化的電

21、磁場，向外輻射電磁波，電子轉動能量減少，軌道半徑不斷減小，運動頻率不斷改變，因此大量原子發(fā)光的光譜應該是連續(xù)譜，最終電子落到原子核上，所以 A 錯誤，B、C 正確；經(jīng)典電磁理論不能解釋原子世界的現(xiàn)象，但可以很好地應用于宏觀物體，所以 D 錯誤8下列關于特征譜線的幾種說法，正確的有()明線光譜中的明線和吸收光譜中的暗線都是特征譜線明線光譜中的明線是特征譜線， 吸收光譜中的暗線不是特征譜線明線光譜中的明線不是特征譜線， 吸收光譜中的暗線是特征譜線同一元素的明線光譜的明線與吸收光譜的暗線是相對應的ABCD解析：選 C.明線光譜中的明線與吸收光譜中的暗線均為特征譜線并且實驗表明各種元素的吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的