2017-2018學年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 氫原子光譜教學案 新人教版選修3-5

1、第3節(jié) 氫原子光譜1光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(或頻率)和強度分布的記錄。2線狀譜：光譜是一條條的亮線。3連讀譜：光譜為連在一起的光帶。4各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，不同原子的亮線位置不同，這些亮線稱為原子的特征譜線。5巴耳末公式：Rn3,4,5，一、光譜1定義用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。2分類(1)線狀譜：由一條條的亮線組成的光譜。(2)連續(xù)譜：由連在一起的光帶組成的光譜。3特征譜線各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，且不同原子的亮線位置不同，故這些亮線稱為原子的特征譜線。4光譜分析由于每種原子都有自己

2、的特征譜線，可以利用它來鑒別物質(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)點是靈敏度高，樣本中一種元素的含量達到1010_g時就可以被檢測到。二、氫原子光譜的實驗規(guī)律1許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運動產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。2巴耳末公式：R。(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。三、經(jīng)典理論的困難1核式結(jié)構(gòu)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。2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。1自主思考判一判(1)各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，并

3、且只能發(fā)出幾個特定的頻率。()(2)可以利用光譜分析來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分。()(3)光是由原子核內(nèi)部的電子運動產(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。()(4)稀薄氣體的分子在強電場的作用下會變成導體并發(fā)光。()(5)巴耳末公式中的n既可以取整數(shù)也可以取小數(shù)。()2合作探究議一議利用白熾燈的光譜，能否檢測出燈絲的成分？提示：不能，白熾燈的光譜是連續(xù)譜，不是原子的特征譜線，因而無法檢測出燈絲的成分。對光譜和光譜分析的理解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)光譜和線狀光譜(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太

4、陽光譜(1)太陽光譜的特點：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)譜背景下的暗線。3光譜分析(1)優(yōu)點：靈敏度高，分析物質(zhì)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(zhì)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。典例(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

5、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C進行光譜分析時，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)成分審題指導(1)光譜分析應當使用線狀譜或吸收光譜，不能使用連續(xù)光譜。(2)月球反射光的光譜反映的是發(fā)光物太陽的物質(zhì)組成。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應元素吸收所致，白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜，選項A錯誤；月球本身不會發(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D錯誤；光譜分析只能是線狀譜和吸收光譜，連續(xù)譜是不能用來進行光譜分析的，所以選項C正確；煤氣燈

6、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B正確。答案BC三種光譜的比較：產(chǎn)生條件光譜形式應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)可用于光譜分析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做光譜分析時，利用連續(xù)譜和線狀譜都可以鑒別物

7、質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分解析：選C物體發(fā)光的發(fā)射光譜分為連續(xù)譜和線狀譜，A、B錯；做光譜分析可使用吸收光譜也可以使用線狀譜，D錯。2月亮的光通過分光鏡所得到的光譜是()A連續(xù)光譜B吸收光譜C明線光譜 D原子光譜解析：選B月亮是反射太陽光，而太陽光譜為吸收光譜，所以選項B 正確。3太陽光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(nèi)部缺少相應的元素C太陽表面大氣層中存在著相應的元素D太陽內(nèi)部存在著相應的元素解析：選C吸收光譜的暗線是連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的。太陽光的吸收光譜應是太陽內(nèi)部發(fā)出的強光經(jīng)較低溫度的太陽大氣層

8、時某些波長的光被太陽大氣層的元素原子吸收而產(chǎn)生的。氫原子光譜的規(guī)律及應用1氫原子光譜的特點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)巴耳末對氫原子光譜的譜線進行研究得到了下面的公式：R(n3,4,5)，該公式稱為巴耳末公式。(2)公式中只能取n 3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長是分立的值。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。典例巴耳末通過對氫光譜的研究總結(jié)出巴耳末公式R(n3,4,5)，對此，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)

9、光的連續(xù)性C巴耳末依據(jù)氫光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式D巴耳末公式準確反映了氫原子發(fā)光的分立性，其波長的分立值并不是人為規(guī)定的解析巴耳末公式是依據(jù)對氫光譜的分析得出的，而不是依據(jù)核式結(jié)構(gòu)總結(jié)出的，A 錯、C 對；巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中的一個線系波長，不能描述氫原子發(fā)出的各種光的波長，此公式反映出氫原子發(fā)光是不連續(xù)的，B、D錯。答案C(1)巴耳末公式反映氫原子發(fā)光的規(guī)律特征，不能描述其他原子。(2)公式中n只能取整數(shù)，不能連續(xù)取值，因此波長也只是分立的值。(3)公式是在對可見光區(qū)的四條譜線分析總結(jié)出來的，在紫外區(qū)的譜線也適用。1巴耳末公式簡潔顯示了氫原子光譜的()A分立特征B連續(xù)特征C既連續(xù)

10、又分立 D既不連續(xù)又不分立解析：選A巴耳末公式中的n只能取整數(shù)，得到的波長是一些分立的值。2(多選)關(guān)于巴耳末公式R()(n3,4,5)的理解，正確的是()A此公式只適用于氫原子發(fā)光B公式中的n可以是任意數(shù)，故氫原子發(fā)光的波長是任意的C公式中的n是大于等于3的正整數(shù)，所以氫原子光譜不是連續(xù)的D該公式包含了氫原子的所有光譜線解析：選AC巴耳末公式是分析氫原子的譜線得到的一個公式，它只反映氫原子譜線的一個線系，故A 對D 錯；公式中的n只能取不小于3的正整數(shù)，B 錯C 對。3氫原子光譜的巴耳末系中波長最長的光波的光子能量為1，其次為2，則為()A. B.C. D.解析：選A由R得，當n3時，波長最

11、長，R，當n4時，波長次之，R，解得，由h得，選項A 正確。1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)光是由于燈絲在熾熱狀態(tài)下發(fā)出光，是連續(xù)光譜。A 正確，B、C、D 錯誤。2(多選)有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是()A氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B氫原子的發(fā)射光譜是線狀譜C氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光D氫原子光譜線的頻率都相同解析：選BC氫原子的發(fā)射光譜是線狀譜，說明氫原子只能發(fā)出特定頻率的光，但所有譜線的頻率各不相同，A、D錯誤，B、C正確，故本題選B、C。3關(guān)于線狀譜，下列說法中正確的是()A每種原子處在不同溫度下發(fā)光的線狀譜不同B每種原

12、子處在不同的物質(zhì)中的線狀譜不同C每種原子在任何條件下發(fā)光的線狀譜都相同D兩種不同的原子發(fā)光的線狀譜可能相同解析：選C每種原子都有自己的結(jié)構(gòu)，只能發(fā)出由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的自己的特征譜線，不會因溫度、物質(zhì)不同而改變，C正確。4.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元素解析：選B把礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進行對照，b元素的譜線在該線狀譜中不存在，故選項B 正確，與幾個元素的特征譜線不對應的線說明該礦物中還有其他元素。5(多選)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(

13、)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氫原子光譜徹底否定了經(jīng)典電磁理論解析：選BC根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞原子核轉(zhuǎn)動時，電子會不斷釋放能量最后被吸附到原子核上，原子不應該是穩(wěn)定的，并且發(fā)射的光譜應該是連續(xù)的。氫原子光譜并沒有完全否定經(jīng)典電磁理論，是要引入新的觀念了。故正確答案為B、C。6氫原子光譜巴耳末系最小波長與最大波長之比為()A.B.C. D.解析：選A由巴耳末公式R()，n3,4,5當n時，最小波長R，當n3時，最大波長R，得。7氫原子光譜除了巴耳末系外，還有萊曼系

14、、帕邢系等，其中帕邢系的公式為R，n4,5,6，R1.10107 m1。若已知帕邢系的氫原子光譜在紅外線區(qū)域，試求：(1)n6時，對應的波長；(2)帕邢系形成的譜線在真空中的波速為多少？n6時，傳播頻率為多大？解析：(1)由帕邢系公式R，當n6時，1.09106 m。(2)帕邢系形成的譜線在紅外區(qū)域，而紅外線屬于電磁波，在真空中以光速傳播，故波速為光速c3108 m/s，由v，得 Hz2.751014Hz。答案：(1)1.09106 m(2)3108 m/s2.751014Hz8處在激發(fā)態(tài)的氫原子向能量較低的狀態(tài)躍遷時會發(fā)出一系列不同頻率的光，稱為氫光譜。氫光譜線的波長可以用下面的巴耳末里德伯公式來表示R，n、k分別表示氫原子輻射前后所處狀態(tài)的量子數(shù)。k1,2,3，對于每一個k，有nk1，k2，k3，R稱為里德伯常量，是一個已知量。對于k1的一系列譜線其波長處在紫外線區(qū)，稱為賴曼系；k2的一系列譜線其波長處在可見光區(qū)，稱為巴耳末系。用氫原子發(fā)出的光照射某種金屬進行光電效應實驗，當用賴曼系波長最長的光照射時，遏止電壓的大小為U1，當用巴耳末系波長最短的光照射時，遏止電壓的大小為U2。已知電子