第3節(jié)　光譜與氫原子光譜　

第3節(jié)光譜與氫原子光譜核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)了解連續(xù)光譜、線狀光譜和吸收光譜的概念。(2)知道氫原子光譜的實驗規(guī)律。(3)了解巴耳末公式及里德伯常量。科學(xué)思維通過氫原子光譜分析，推斷原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)探究探究氫原子光譜的實驗規(guī)律。一、不同的光譜1．光譜的定義：復(fù)色光通過棱鏡或光柵后，被色散開的單色光按______

(或____)大小依次排列的圖案，稱為光譜。2．分類(1)線狀光譜：由______________組成的光譜。(2)連續(xù)光譜：包含有各種色光且______分布的光譜。3．特征譜線：各種原子的發(fā)射光譜都是________)，且不同原子的亮線位置____，故這些亮線稱為原子的______譜線。波長頻率一條條的亮線連續(xù)線狀光譜不同特征4．光譜分析(1)定義：由于每種原子都有獨自的__________，可以利用它來鑒別物質(zhì)或確定物質(zhì)的化學(xué)_____，這種方法稱為光譜分析。(2)優(yōu)點：靈敏度高，樣本中一種元素的含量達到10－10g時就可以被檢測到。5．拓展一步吸收光譜：高溫物體發(fā)出的包含連續(xù)分布的各種波長的光通過其他物質(zhì)時，某些波長的光會被該物質(zhì)吸收，在連續(xù)光譜中相應(yīng)波長的位置上便出現(xiàn)了_____，這樣的光譜稱為吸收光譜。利用吸收光譜可以知道各種元素的存在。特征譜線組成暗線二、氫原子光譜1．氫原子光譜的特點(1)從紅外區(qū)到紫外區(qū)呈現(xiàn)多條具有__________的譜線；Hα～Hδ的這幾個波長數(shù)值成了_______的“印記”，不論是何種化合物的光譜，只要它里面含有__________的光譜線，就能斷定這種化合物里一定含有氫。(2)從長波到短波，Hα～Hδ兩相鄰光譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。確定波長氫原子這些波長1.09677581×107m－11.早在17世紀，牛頓就發(fā)現(xiàn)了白光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實驗中得到的彩色光帶叫作光譜，如圖所示。請對以下說法作出判斷。(1)白光通過三棱鏡后可得到連續(xù)譜。

()(2)不同的原子發(fā)出的線狀譜不相同。

()(3)同種原子發(fā)出的光譜中的亮線對應(yīng)的頻率不相同。

()(4)可以用連續(xù)譜進行光譜分析。

()√√√×2．仔細觀察，氫原子在可見光區(qū)域的光譜具有什么特點？氫原子光譜的譜線波長具有什么規(guī)律？提示：氫原子光譜在Hα～Hδ兩相鄰光譜線間的距離越來越小。氫原子光譜的譜線波長符合巴耳末公式。新知學(xué)習(xí)(一)|光譜和光譜分析[任務(wù)驅(qū)動]如圖所示為不同物體發(fā)出的不同光譜。(1)鎢絲白熾燈的光譜與其他三種光譜有什么區(qū)別？提示：鎢絲白熾燈的光譜為連續(xù)譜，其他三種光譜為線狀譜。(2)鐵電極弧光的光譜、氫光譜、鋇光譜的特征相同嗎？提示：不同。

[重點釋解]1．光譜的分類(1)發(fā)射光譜：物質(zhì)發(fā)光直接獲得的光譜，分為連續(xù)譜和線狀譜(或原子光譜)。(2)吸收光譜：連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜。2．三種光譜的比較光譜產(chǎn)生條件光譜形式應(yīng)用線狀譜稀薄氣體發(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)譜熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的連續(xù)分布，一切波長的光都有不能用于光譜分析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，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征譜線相對應(yīng))可用于光譜分析續(xù)表3.太陽光譜(1)太陽光譜的特點：在連續(xù)光譜的背景上出現(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(dāng)陽光透過太陽的高層大氣射向地球時，太陽高層大氣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，所以到達地球的這些譜線看起來就弱了，這就形成了明亮背景下的暗線。4．光譜分析(1)優(yōu)點：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達10－10g。(2)應(yīng)用：①應(yīng)用光譜分析發(fā)現(xiàn)新元素；②鑒別物體的物質(zhì)組成成分：研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)了太陽中存在鈉、鎂、鋅、鎳等金屬元素；③應(yīng)用光譜分析鑒定食品優(yōu)劣。[典例體驗][典例]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B．一切光源發(fā)出的光譜都是線狀光譜C．稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀光譜D．做光譜分析時，利用連續(xù)光譜和線狀光譜都可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的化學(xué)組成[解析]

不同光源發(fā)出的光譜有連續(xù)光譜，也有線狀光譜，故A、B錯誤；稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀光譜，C正確；只有應(yīng)用線狀光譜才可以進行光譜分析，D錯誤。[答案]

C/方法技巧/對光譜分析的三點提醒(1)光譜分析只能用線狀譜。(2)光譜分析的方法是用白光照射被鑒定物質(zhì)的低壓蒸氣。(3)吸收光譜是由高溫物體發(fā)出的白光通過低溫物質(zhì)，某些波長的光被吸收后產(chǎn)生的光譜。光譜在連續(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(yīng)，因而吸收光譜中的暗線也是該元素原子的特征譜線。

[針對訓(xùn)練]1．(多選)關(guān)于光譜和光譜分析，下列說法正確的是

(

)A．太陽光譜和白熾燈光譜都是線狀譜B．霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜C．進行光譜分析時，可以利用線狀譜，不能利用連續(xù)譜D．觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學(xué)組成解析：太陽光譜是吸收光譜，白熾燈光譜是連續(xù)光譜，故A項錯誤；熾熱氣體發(fā)出的光是線狀光譜，則霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀光譜，故B項正確；光譜分析是用元素的特征譜線與光譜對比來分析物體的化學(xué)成分，進行光譜分析時，可以利用線狀譜但不能利用連續(xù)譜，故C項正確；月光是被反射的太陽光，月球沒有大氣層，故觀察月亮光譜，不能確定月亮的化學(xué)組成，故D項錯誤。答案：BC

2．下列說法正確的是

(

)A．線狀光譜中的亮線和吸收光譜中的暗線都是特征譜線B．各種原子的線狀光譜中的亮線和它吸收光譜中的暗線必定一一對應(yīng)C．氣體發(fā)出的光只能產(chǎn)生線狀光譜D．甲物質(zhì)發(fā)出的白光通過乙物質(zhì)的蒸氣形成了甲物質(zhì)的吸收光譜解析：吸收光譜中的暗線和線狀光譜中的亮線相對應(yīng)，都是特征譜線，但通常吸收光譜中的暗線要比線狀光譜中的亮線少，所以A正確，B錯誤；氣體發(fā)光，若為高壓氣體則產(chǎn)生連續(xù)光譜，若為稀薄氣體則產(chǎn)生線狀光譜，所以C錯誤；甲物質(zhì)發(fā)出的白光通過乙物質(zhì)的蒸氣形成了乙物質(zhì)的吸收光譜，所以D錯誤。答案：A

新知學(xué)習(xí)(二)|氫原子光譜的規(guī)律和應(yīng)用[任務(wù)驅(qū)動]如圖所示為氫原子的光譜。(1)仔細觀察，氫原子光譜具有什么特點？提示：氫原子光譜從左向右譜線間的距離越來越大。(2)氫原子光譜的譜線波長具有什么規(guī)律？提示：氫原子光譜的譜線波長符合巴耳末公式。

[典例體驗][典例]下列對氫原子光譜實驗規(guī)律的認識中，正確的是

(

)A．因為氫原子核外只有一個電子，所以氫原子只能產(chǎn)生一種波長的光B．氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列波長不連續(xù)的譜線C．氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列亮度不連續(xù)的譜線D．氫原子產(chǎn)生的光的波長大小與氫氣放電管放電強弱有關(guān)[解析]

氫原子發(fā)射的光的波長取決于光子的能量E，所以發(fā)射的光子的能量是不連續(xù)的，故氫原子只能產(chǎn)生特定波長的光，即氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列不連續(xù)的譜線，故A、D錯誤，B正確。光譜是不連續(xù)的，與亮度無關(guān)，故C錯誤。[答案]

B[針對訓(xùn)練]1．對于巴耳末公式，下列說法正確的是

(

)A．所有氫原子光譜的波長都與巴耳末公式相對應(yīng)B．巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中的可見光部分的光波長C．巴耳末公式確定了氫原子發(fā)光中的一個線系的波長，其中既有可見光，又有紫外光D．巴耳末公式確定了各種原子發(fā)光中的光的波長解析：巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中一個線系的波長，不能描述氫原子發(fā)出的各種波長，也不能描述其他原子發(fā)光中的光的波長，A、D錯誤；巴耳末公式是由當(dāng)時已知的可見光中的部分譜線總結(jié)出來的，但它適用于整個巴耳末線系，該線系包括可見光和紫外光，B錯誤，C正確。答案：C

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——光譜的認識1．(選自人教版新教材課后練習(xí))什么是線狀光譜，什么是連續(xù)光譜？原子的發(fā)射光譜是怎樣的光譜？不同原子的發(fā)射光譜是否有可能相同？提示：線狀光譜是一條條的亮線，連續(xù)光譜是連在一起的光帶；原子的