2020-2021学年高二物理人教版选修3-5学案：第十八章 第3节 氢原子光谱 Word版含解析

1、第3节氢原子光谱1知道什么是光谱，掌握连续谱和线状谱的区别，知道什么是光谱分析。2知道氢原子光谱的实验规律，会应用巴耳末公式进行简单计算。3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，即光谱。2分类：有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫谱线，这样的光谱叫线状谱。有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连续在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。3特征光谱：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射几种特定频率的光。不同原子发射的线状谱的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因

2、此这些亮线称为原子的特征光谱。4光谱分析：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫做光谱分析。二、氢原子光谱的实验规律1研究光谱的意义：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重要途径。2巴耳末公式：从氢气放电管可以得到氢原子光谱，在可见光区的氢光谱符合巴耳末公式，用波长的倒数写出的公式为r，n3,4,5，。式中的r为里德伯常量，实验值为r1.10×107 m1。可以看出，n只能取正整数，不能连续取值，波长也只能是分立的值。3其他线系：除了巴耳末线系，发现氢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公式。4巴耳末公式的

3、意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立性。三、经典理论的困难1卢瑟福核式学说的成就：卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了粒子散射实验。2困难：经典的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。判一判(1)少量原子发出的是线状谱，大量原子发出的是连续谱。()(2)连续光谱一定是大量不同元素共同发出的光谱。()(3)氢原子光谱有无数条分立谱线，其中有四条谱线在可见光范围内。()(4)巴耳末公式能全部表示氢原子光谱。()提示：(1)×(2)×(3)(4)×想一想(1)不同原子的光谱相同吗？提示：不同原子

4、的光谱不同，因而叫原子的特征谱。(2)原子的核式结构模型与经典电磁理论的矛盾给了我们什么启示？提示：这些矛盾的存在，不仅表明这一模型还不完善，而且还预示着原子世界需要一个不同于经典物理学的理论。课堂任务光谱和光谱分析1对光谱有关问题的理解(1)光谱的产生机理许多情况下，光是由原子内部电子的运动产生的。(2)连续谱、线状谱、光谱中的暗线连续谱其光谱是连在一起的光带。例如钨丝白炽灯的光谱。线状谱各种原子的发射光谱都是线状谱。不同元素的原子产生的线状谱是不同的，但同种元素原子产生的线状谱是相同的。光谱中的暗线实验表明，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的线状谱中的一条亮线相对应。即某种原子发

5、出的光与吸收的光的频率是特定的，因此吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线。例如：太阳光谱就是典型的吸收光谱。2光谱分析的应用(1)鉴别物质和确定物质的组成成分，研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素。(2)发现新元素光谱分析的灵敏度高，样本中一种元素的含量达到1010 g时就可以被检测到。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各种原子的发射光谱是线状谱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化学组成(1)光源发出的都是连续谱吗？提示：不是的。例如氢气放电管发射的氢原子光谱。(2)利用光谱分析鉴

6、别物质及确定物质成分时，利用的是什么光谱？提示：利用的是线状谱和吸收谱(暗线谱)。规范解答钨丝白炽灯的光谱是连续谱，从氢气放电管获得的氢原子光谱是线状谱，故a、b错误，c正确；在鉴别物质和确定物质的化学组成时是利用原子光谱即线状谱或吸收光谱(即暗线谱)进行分析，故d错误。完美答案c线状谱和连续谱的区别线状谱连续谱形状特征一条条分立的谱线连在一起的光带组成某些特定频率的谱线，不同的元素线状谱线不同一切波长的光都有应用可用于光谱分析不能用于光谱分析(多选)下列关于特征谱线的几种说法正确的是()a线状谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线b线状谱中的明线是特征谱线，吸收光谱中的暗线不是特征谱线c线

7、状谱中的明线不是特征谱线，吸收光谱中的暗线是特征谱线d同一元素的线状谱的明线与吸收光谱的暗线是相对应的答案ad解析线状谱中的明线与吸收光谱中的暗线均为特征谱线，并且实验表明各种元素吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的线状谱中的一条明线相对应。故a、d正确。课堂任务氢原子光谱的实验规律1氢原子光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱，氢原子的光谱是线状谱，在可见光区有四条谱线。2氢原子光谱的实验规律(1)巴耳末公式：r(n3,4,5，)式中r叫做里德伯常量，其测量值为r1.10×107 m1。(2)由巴耳末公式确定的一组谱线称为巴耳末系。除了巴耳末系，后来发现的氢原子光谱在红外和紫外光区的

8、其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。3经典理论的困难(1)经典物理学无法解释原子的稳定性按照经典物理学，核外电子受到原子核的库仑引力作用，不可能是静止的，它一定在原子核的库仑引力作用下，以一定的速度绕核转动。电子在做周期性运动，它产生的电磁场就在周期性变化，而周期性变化的电磁场会激发电磁波，即电子不断把自己绕核转动的能量以电磁波的形式辐射出去，因此电子绕核转动。这个系统是不稳定的，电子会失去能量，轨道半径逐渐变小，最后落在原子核上。但是事实不是这样，原子是个很稳定的系统。(2)经典物理学无法解释原子光谱的分立特征根据经典电磁理论，电子辐射的电磁波的频率就是它绕核转动的频率。电子越转能量越

9、小，它离原子核就越来越近，转得也就越来越快，这个变化是连续的，也就是说，我们应该看到原子辐射出各种频率(波长)的光，即原子的光谱应该总是连续的，而实际上我们看到的是分立的线状谱。这些矛盾说明经典理论可以很好地应用于宏观物体，但不能解释原子世界的现象。例2巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式r(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巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式d巴耳末公式准确反映了氢原子发光的所有情况，其波长的分立值并不是人为规定的(1)巴耳末公式是根据什么总结出来的？提示：巴耳末公式是根据已知的可

10、见光的谱线总结出来的。(2)氢原子的所有谱线都满足巴耳末公式吗？提示：在红外和紫外光区的部分谱线不满足巴耳末公式。规范解答巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一个线系波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，也不能描述其他原子发出的光，故b、d错误；巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，故a错误，c正确。完美答案c巴耳末公式的应用方法及注意问题(1)巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子。(2)公式中n只能取整数，不能连续取值，因此波长也只是分立的值。(3)公式是在对可见光区的四条谱线分析总结出的，巴耳末系中在紫外区的谱线也适用。(4)应用时熟记公式，当n取不同值时求出一一对应的波长。(多选)关于巴耳末公式r(n3,4,5，)的理解，正确的是()a此公式