2017-2018學(xué)年高中物理第18章原子結(jié)構(gòu)3氫原子光譜學(xué)案新人教版選修

1、3氫原子光譜學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道什么是光譜，能說出連續(xù)譜和線狀譜的區(qū)別.2.能記住氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.3.能說出經(jīng)典物理學(xué)在解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜分立特性上的困難一、光譜和光譜分析知識(shí)梳理1定義：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)展開，獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄2分類(1)線狀譜：光譜是一條條的亮線(2)連續(xù)譜：光譜是連在一起的光帶3特征譜線：各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，說明原子只發(fā)出幾種特定頻率的光，不同原子的亮線位置不同，說明不同原子的發(fā)光頻率不一樣，光譜中的亮線稱為原子的特征譜線4應(yīng)用：利用原子的特征譜線，可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，這種方法稱為光譜分析，它的優(yōu)點(diǎn)

2、是靈敏度高，樣本中一種元素的含量達(dá)到1010 g時(shí)就可以被檢測(cè)到即學(xué)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)線狀譜和連續(xù)譜都可以用來鑒別物質(zhì)()二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律導(dǎo)學(xué)探究如圖1所示為氫原子的光譜圖11仔細(xì)觀察，氫原子光譜具有什么特點(diǎn)？答案從右至左，相鄰譜線間的距離越來越小2閱讀課本，指出氫原子光譜的譜線波長(zhǎng)具有什么規(guī)律？答案可見光區(qū)域的四條譜線的波長(zhǎng)滿足巴耳末公式：eq f(1,)R(eq f(1,22)eq f(1,n2)，n3,4,5，知識(shí)梳理1氫原子光譜的特點(diǎn)：在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越

3、來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性2巴耳末公式(1)巴耳末對(duì)氫原子光譜的譜線進(jìn)行研究得到了下面的公式：eq f(1,)R(eq f(1,22)eq f(1,n2)(n3,4,5，)，該公式稱為巴耳末公式式中R叫做里德伯常量，實(shí)驗(yàn)值為R1.10107 m1.(2)巴耳末公式說明氫原子光譜的波長(zhǎng)只能取分立值，不能取連續(xù)值巴耳末公式以簡(jiǎn)潔的形式反映了氫原子的線狀光譜，即輻射波長(zhǎng)的分立特征3其他譜線：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(guān)系式即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)光是由原子核內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，光譜研究是探索原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一條重要途徑()(2)稀薄氣體的

4、分子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下會(huì)電離，使氣體變成導(dǎo)體()(3)巴耳末公式中的n既可以取整數(shù)也可以取小數(shù)()三、經(jīng)典理論的困難導(dǎo)學(xué)探究盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)很好地解釋了粒子散射實(shí)驗(yàn)，核外的電子繞核高速旋轉(zhuǎn)，這個(gè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)典的電磁理論有什么矛盾？答案核外電子被庫侖力吸引電子以很大速度繞核運(yùn)動(dòng)(繞核運(yùn)動(dòng)的加速度不為零)電磁場(chǎng)周期性變化向外輻射電磁波(繞核運(yùn)動(dòng)的能量以電磁波的形式輻射出去)能量減少電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑減小電子做螺旋線運(yùn)動(dòng)，最后落入原子核中，但是實(shí)際上原子是穩(wěn)定的，并沒有原子核外的電子落入原子核內(nèi)所以，經(jīng)典的電磁理論不能解釋原子核外的電子的運(yùn)動(dòng)情況和原子的穩(wěn)定性知識(shí)梳理1核式結(jié)構(gòu)模型的成就：正確地指出了

5、原子核的存在，很好地解釋了粒子散射實(shí)驗(yàn)2經(jīng)典理論的困難：經(jīng)典物理學(xué)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.一、光譜和光譜分析1光譜的分類光譜eq blcrc (avs4alco1(發(fā)射光譜blcrc (avs4alco1(連續(xù)光譜,線狀光譜),吸收光譜)2幾種光譜的比較比較光譜產(chǎn)生條件光譜形式及應(yīng)用線狀光譜稀薄氣體發(fā)光形成的光譜一些不連續(xù)的明線組成，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)光譜熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的連續(xù)分布，一切波長(zhǎng)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，再色散形成的用分光鏡觀察時(shí)，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征

6、譜線相對(duì)應(yīng))，可用于光譜分析3.太陽光譜(1)太陽光譜的特點(diǎn)：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(duì)太陽光譜的解釋：陽光中含有各種顏色的光，但當(dāng)陽光透過太陽的高層大氣射向地球時(shí)，太陽高層大氣中含有的元素會(huì)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(dá)地球的這些譜線看起來就暗了，這就形成了明亮背景下的暗線4光譜分析(1)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達(dá)1010 g.(2)應(yīng)用：a.發(fā)現(xiàn)新元素；b.鑒別物體的物質(zhì)成分(3)用于光譜分析的光譜：線狀光譜和吸收光譜例1(多選)下列關(guān)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

7、鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜C進(jìn)行光譜分析時(shí)，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(zhì)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(shí)產(chǎn)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(duì)應(yīng)元素吸收所致，白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；月球本身不會(huì)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(zhì)成分，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；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(jìn)行光譜分析的，所以選項(xiàng)C正確；煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜，選項(xiàng)B正確針對(duì)訓(xùn)練1關(guān)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

8、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(chǎn)生的光譜是線狀譜答案C解析由于物質(zhì)發(fā)光的條件不同，得到的光譜不同，故A、B錯(cuò)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(chǎn)生的光譜是吸收光譜，D錯(cuò)誤二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律例2(多選)巴耳末通過對(duì)氫原子光譜的研究總結(jié)出巴耳末公式eq f(1,)R(eq f(1,22)eq f(1,n2)，n3,4,5，對(duì)此，下列說法正確的是()A巴耳末依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)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)氫原子光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式D巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的分立性，其波長(zhǎng)的分立值并不

9、是人為規(guī)定的答案CD解析巴耳末公式是根據(jù)氫原子光譜總結(jié)出來的氫原子光譜的不連續(xù)性反映了氫原子發(fā)光的分立性，即輻射波長(zhǎng)的分立特征，選項(xiàng)C、D正確針對(duì)訓(xùn)練2氫原子光譜巴耳末系最小波長(zhǎng)與最大波長(zhǎng)之比為()A.eq f(5,9) B.eq f(4,9) C.eq f(7,9) D.eq f(2,9)答案A解析由巴耳末公式eq f(1,)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,n2)n3,4,5，當(dāng)n時(shí)，有最小波長(zhǎng)1，eq f(1,1)Req f(1,22)，當(dāng)n3時(shí)，有最大波長(zhǎng)2，eq f(1,2)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,32)，得e

10、q f(1,2)eq f(5,9).1(多選)關(guān)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(duì)物質(zhì)進(jìn)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(duì)應(yīng)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(jìn)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(duì)應(yīng)的元素，C錯(cuò)誤；發(fā)射光譜有連續(xù)譜和線狀譜，D錯(cuò)誤2(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(chǎn)生的光譜C白熾燈的光譜D酒精燈中燃燒的鈉蒸氣所產(chǎn)生的光譜答案BD解析放電管中稀薄汞蒸氣產(chǎn)生的

11、光譜，燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜分別是由汞蒸氣、鈉蒸氣發(fā)光產(chǎn)生的，均是原子光譜，故選項(xiàng)B、D對(duì)3(多選)下列關(guān)于巴耳末公式eq f(1,)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,n2)的理解，正確的是()A此公式是巴耳末在研究氫原子光譜特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的B公式中n可取任意值，故氫原子光譜是連續(xù)譜C公式中n只能取大于或等于3的整數(shù)值，故氫原子光譜是線狀譜D公式不僅適用于氫原子光譜的分析，還適用于其他原子光譜的分析答案AC解析巴耳末公式是巴耳末在研究氫光譜特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的，故A選項(xiàng)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選項(xiàng)錯(cuò)誤，C選項(xiàng)正確；巴耳末公式只適用于氫

12、光譜的分析，不適用于其他原子光譜的分析，D選項(xiàng)錯(cuò)誤4根據(jù)巴耳末公式，可求出氫原子光譜在可見光的范圍內(nèi)波長(zhǎng)最長(zhǎng)的2條譜線，其波長(zhǎng)分別為654.55109 m和484.85109 m，求所對(duì)應(yīng)的n值答案n13n24解析據(jù)巴耳末公式eq f(1,)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,n2)，n3,4,5，得eq f(1,654.55109)1.10107eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,noal(2,1)，eq f(1,484.85109)1.10107eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,noal(2,2)，解得

13、n13，n24.一、選擇題(16題為單選題，79題為多選題)1關(guān)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(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)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(cuò)，C對(duì)；根據(jù)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成由此知A、C、D說法正確，B說法錯(cuò)誤2下列關(guān)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(duì)月光作光譜分析可以確定月亮的化學(xué)組成C氣體發(fā)出的光只能產(chǎn)生線狀譜D

14、甲物質(zhì)發(fā)出的光通過低溫的乙物質(zhì)蒸氣可得到甲物質(zhì)的吸收光譜答案A3太陽光譜中有許多暗線，它們對(duì)應(yīng)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(yīng)的元素B太陽內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素C太陽表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素D太陽內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素答案C解析太陽光譜中的暗線是由于太陽發(fā)出的連續(xù)譜通過太陽表面大氣層時(shí)某些光被吸收造成的，因此，太陽光譜中的暗線是由于太陽表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素，故C正確，A、B、D均錯(cuò)誤4利用光譜分析的方法能夠鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，關(guān)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(zhì)的線狀譜就可鑒別其組成成分C高溫

15、物體發(fā)出的光通過物質(zhì)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(zhì)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(guān)系答案B解析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(guān)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；某種物質(zhì)發(fā)光的線狀譜中的明線是與某種原子發(fā)出的某頻率的光有關(guān)，通過這些亮線與原子的特征譜線對(duì)照，即可確定物質(zhì)的組成成分，B項(xiàng)正確；高溫物體發(fā)出的光通過物質(zhì)后某些頻率的光被吸收而形成暗線，這些暗線由所經(jīng)過的物質(zhì)決定，C項(xiàng)錯(cuò)誤；某種物質(zhì)發(fā)出某種頻率的光，當(dāng)光通過這種物質(zhì)時(shí)它也會(huì)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(duì)應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤5氫原子光譜的巴耳末系中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光波的光子能量為E

16、1，其次為E2，則eq f(E1,E2)為()A.eq f(20,27) B.eq f(27,20)C.eq f(2,3) D.eq f(3,2)答案A解析由eq f(1,)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,n2)得：當(dāng)n3時(shí)，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，eq f(1,1)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,32)，當(dāng)n4時(shí)，波長(zhǎng)次之，eq f(1,2)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,42)，解得：eq f(1,2)eq f(27,20)，由Eheq f(c,)得：eq f(E1,E2)eq f(2,1)eq f(2

17、0,27).6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(jìn)行對(duì)照，b元素的譜線在該線狀譜中不存在，故選項(xiàng)B正確，與幾個(gè)元素的特征譜線不對(duì)應(yīng)的線說明該礦物中還有其他元素7關(guān)于光譜和光譜分析，下列說法中正確的是()A發(fā)射光譜包括連續(xù)譜和線狀譜B太陽光譜是連續(xù)譜，氫光譜是線狀譜C只有線狀譜可用作光譜分析D光譜分析幫助人們發(fā)現(xiàn)了許多新元素答案AD解析光譜分為發(fā)射光譜和吸收光譜，發(fā)射光譜分為連續(xù)譜和線狀譜，A正確；太陽光譜是吸收光譜，B錯(cuò)誤；線狀譜和吸

18、收光譜都可用作光譜分析，C錯(cuò)誤；光譜分析可以精確分析物質(zhì)中所含元素，并能幫助人們發(fā)現(xiàn)新元素，D正確8要得到鈉元素的特征譜線，下列做法正確的是()A使固體鈉在空氣中燃燒B將固體鈉高溫加熱成稀薄鈉蒸氣C使熾熱固體發(fā)出的白光通過低溫鈉蒸氣D使熾熱固體發(fā)出的白光通過高溫鈉蒸氣答案BC解析熾熱固體發(fā)出的是連續(xù)譜，燃燒固體鈉不能得到特征譜線，A錯(cuò)誤；稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生線狀譜，B正確；強(qiáng)烈的白光通過低溫鈉蒸氣時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被吸收產(chǎn)生鈉的吸收光譜，C正確，D錯(cuò)誤9關(guān)于經(jīng)典電磁理論與氫原子光譜之間的關(guān)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(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電子會(huì)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(yīng)該是連續(xù)的D氫原子光譜徹底否定了經(jīng)典電磁理論答案BC解析根據(jù)經(jīng)典電磁理論：電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電子會(huì)不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上，原子不應(yīng)該是穩(wěn)定的，并且發(fā)射的光譜應(yīng)該是連續(xù)的氫原子光譜并沒有完全否定經(jīng)典電磁理論，而是引入了新的概念故正確答案為B、C.二、非選擇題10氫原子光譜除了巴耳末系外，還有賴曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式為eq f(1,)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,32)f(1,n2)，n4、5、6，R1.10107