1、3 氢原子光谱氢原子光谱 学科素养与目标要求 物理观念：1.知道什么是光谱，掌握连续谱和线状谱的区别.2.记住氢原子光谱的实验规律.3. 知道什么是光谱分析 科学思维：应用巴耳末公式进行简单计算 科学态度：知道经典物理学在解释原子的稳定性和原子光谱分立特性上的困难 一、光谱 1定义：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的 记录 2分类 (1)线状谱：光谱是一条条的亮线 (2)连续谱：光谱是连在一起的光带 3特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光，不同原 子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不一样，光谱中的亮线称为原子的特征
2、谱线 4应用：利用原子的特征谱线，可以鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分 析，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到 10 10 g 时就可以被检测到 二、氢原子光谱的实验规律 1 许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的， 因此光谱研究是探索原子结构的一条重要 途径 2氢原子光谱的实验规律满足 巴耳末公式：1 R( 1 22 1 n2)(n3,4,5) 式中 R 为里德伯常量，R1.10107 m 1，n 取整数 3巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征 三、经典理论的困难 1核式结构模型的成就：正确地指出了原子核的存在，很好地解释了
3、粒子散射实验 2 经典理论的困难： 经典物理学既无法解释原子的稳定性， 又无法解释原子光谱的分立特征 判断下列说法的正误 (1)各种原子的发射光谱都是连续谱( ) (2)各种原子的发射光谱都是线状谱，并且只能发出几种特定频率的光( ) (3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质( ) (4)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分( ) (5)巴耳末公式中的 n 既可以取整数也可以取小数( ) 一、光谱和光谱分析 如图所示为不同物体发出的不同光谱 (1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别？ (2)铁电极弧光灯的光谱、分子状态的氢光谱、钡光谱的特征相同吗？ 答案 (1)钨丝白炽灯的光谱是
4、连续的，中间没有暗线或亮线，而其他三种光谱是由一些不连 续的亮线组成的 (2)这三种光谱中亮线的位置是不同的，即特征不同 1光谱的分类 光谱 发射光谱 连续谱 线状谱 吸收光谱 2几种光谱的比较 比较 光谱 产生条件 光谱形式及应用 发射 光谱 线状谱 稀薄气体发光形成的光谱 由一些不连续的明线组成， 不同元素的明线 光谱不同(又叫特征光谱)，可用于光谱分析 连续谱 炽热的固体、液体和高压 气体发光形成的 连续分布，一切波长的光都有 吸收光谱 炽热物体发出的白光通过 温度较低的气体后，再色 散形成的 用分光镜观察时， 见到连续光谱背景上出现 一些暗线(与特征谱线相对应)，可用于光谱 分析 3.
5、太阳光谱 (1)太阳光谱的特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱 (2)对太阳光谱的解释： 阳光中含有各种颜色的光， 但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时， 太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达 地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了明亮背景下的暗线 4光谱分析 (1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达 10 10 g. (2)应用：a.发现新元素；b.鉴别物质的组成成分 (3)用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱 例 1 关于光谱，下列说法正确的是( ) A一切光源发出的光谱都是连续谱 B一切光源发出的光谱都是线状谱 C稀薄气
6、体发出的光谱是线状谱 D做光谱分析时，利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的组成成分 答案 C 解析 物体发光的发射光谱分为连续谱和线状谱，A、B 错；做光谱分析可使用吸收光谱也 可以使用线状谱，D 错 稀薄气体发出的光谱是线状谱，此光谱是一些不连续的亮线，仅含有一些特定频率的光线 状谱中不同的谱线对应不同的频率，不同元素的原子产生的线状谱不同，因而可以用线状谱 来确定物质的成分 例 2 利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法 正确的是( ) A利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分 B利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分 C高温物体发出的光通过某物质后
7、的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分 D同一种物质的线状谱上的亮线与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系 答案 B 解析 高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故 A 错误；某种物质发射 的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关， 通过这些亮线与原子的特征谱线对照， 即可确定物质的组成成分，B 正确；高温物体发出的光通过某物质后某些频率的光被吸收而 形成暗线，这些暗线由所经过的物质决定，C 错误；某种物质发出某种频率的光，当光通过 这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此同一物质线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相 对应，D 错误 二、氢原子光谱的实验规律及应用 如
8、图所示为氢原子的光谱 (1)仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？ (2)阅读课本，指出氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？ 答案 (1)从右至左，相邻谱线间的距离越来越小 (2)可见光区域的四条谱线的波长满足巴耳末公式：1 R( 1 22 1 n2)，n3,4,5， 1氢原子光谱的特点：在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来 越小，表现出明显的规律性 2巴耳末公式 (1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到公式：1 R( 1 22 1 n2)(n3,4,5，)，该公式称为 巴耳末公式式中 R 叫做里德伯常量，实验值为 R1.10107 m 1. (2)巴耳末公式说明氢原子光谱
9、的波长只能取分立值，不能取连续值巴耳末公式以简洁的形 式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征 3其他谱线：除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末 公式类似的关系式 例 3 (多选)下列关于巴耳末公式1 R( 1 22 1 n2)的理解，正确的是( ) A此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的 B公式中 n 可取任意值，故氢原子光谱是连续谱 C公式中 n 只能取大于或等于 3 的整数值，故氢原子光谱是线状谱 D公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子光谱的分析 答案 AC 解析 此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的，只适用于
10、氢原子 光谱的分析，A 对，D 错；公式中 n 只能取大于或等于 3 的整数， 不能连续取值，故氢原 子光谱是线状谱，B 错，C 对 例 4 已知氢原子光谱中巴耳末系第一条谱线 H的波长为 656.47 nm，普朗克常量 h 6.6310 34 J s，真空中的光速 c3108 m s1. (1)试推算里德伯常量的值； (2)利用巴耳末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量 答案 (1)1.097107 m 1 (2)4.10210 7 m(或 410.2 nm) 4.851019 J 解析 (1)巴耳末系中第一条谱线对应 n3 1 1R 1 22 1 32 R36 511.09710 7
11、 m1. (2)巴耳末系中第四条谱线对应 n6， 则：1 4R 1 22 1 62 解得 4 9 2R 9 21.097107 m4.10210 7 m410.2 nm Eh4h c 44.8510 19 J. 1(原子光谱的理解)对原子光谱，下列说法中不正确的是( ) A原子光谱是不连续的 B由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的 C由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同 D分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素 答案 B 解析 原子光谱为线状谱，A 正确；各种原子都有自己的特征谱线，故 B 错，C 对；根据各 种原子的特征谱线进行光谱分析
12、可鉴别物质组成，D 对 2(光谱和光谱分析)(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中正确的是( ) A光谱包括发射光谱、连续谱、线状谱、原子光谱、吸收光谱五种光谱 B往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的线状谱 C利用太阳光谱可以分析太阳的化学组成 D各种原子的发射光谱都是线状谱 答案 BD 解析 光谱包括发射光谱和吸收光谱两种，其中发射光谱分为连续谱和线状谱，线状谱和吸 收光谱都能体现不同原子的特征，称为原子光谱，各种原子的发射光谱都是线状谱，选项 A 错误，D 正确；往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的线状谱，选项 B 正确； 太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，是太阳光经过太
13、阳大气层时某些特定频率的光被吸收后 而产生的， 说明太阳大气层中存在与这些暗线相对应的元素， 但是不能分析太阳的化学组成， 故 C 错误 3(氢原子光谱的实验规律)(多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式1 R( 1 22 1 n2)，n3,4,5，对此，下列说法正确的是( ) A巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式 B巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性 C巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式 D巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的 答案 CD 解析 巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光 的分立性，即辐射波长的分立特征，选项 C、D 正确 4(经典电磁理论与氢原子光谱的关系)(多选)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系， 下列说法正确的是( ) A经典电磁理论很容易解释原子的稳定性 B根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核 上 C根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的 D氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论 答案 BC 解析 根据经典电磁理论：电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子 核上，原子不应该是稳定的，并且发射的光谱应该是连续的氢原子光谱并没有完全否定经 典电磁理论，而是引入了新的概念故正确答案为 B、C.
