高中物理第三章原子结构之谜3.3氢原子光谱教学案粤教版选修

1、第三节氢原子光谱 目标定位 1. 了解氢原子光谱的特点.2. 知道巴耳末公式及里德伯常量.3. 了解原子光谱及光谱分析的应用一、巴耳末系1氢光谱的获得在充有稀薄氢气的放电管两极间加上23 kV 的高压，使氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，通过分光镜观察氢原子的光谱2光谱的特点(1) 氢原子光谱在可见光区内有四条谱线，这些谱线是几条分立的亮线(2) 氢原子受激发只能发出几种特定频率的光3氢原子光谱的实验规律11氢原子在可见光区的四条谱线的波长可用一个简单的公式巴耳末公式表示： R( 221n2) ，n 3,4,5 ，6，式中的常数R称为里德伯常量二、氢原子光谱的其他线系自从发现巴耳末系后， 人

2、们又在紫外区、 红外区及近红外区发现了氢原子的其他线系，分别111，式中 m、是莱曼系、帕邢系、布喇开系、普丰德系，这些线系统一的公式为：22 R mn1n 均为正整数， 且 n>m，此式称为广义巴耳末公式，也可以表示为 T( m) T( n) ，式中 T( m)RR 2， T( n) 2称为光谱项mn三、原子光谱1原子光谱：某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱称为原子光谱2每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子，其原子光谱均不相同3通过对光谱的分析可鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题 1问题 2问题

3、 31 / 9一、氢原子光谱的实验规律1氢原子的光谱从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图1 所示图 12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3巴耳末公式(1) 巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：111 R( 22 n2) ，n3,4,5 该公式称为巴耳末公式(2) 公式中只能取 n3的整数，不能连续取值，波长是分立的值4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1 】1【例在氢原子光谱的紫外区的谱线系中有多条谱线，试利用莱曼系的公式 11 2,3,4，计算紫外

4、线的最长波和最短波的波长( 1.097 ×10 7m1) R 122 ，nnR答案1.21 ×10 7 m9.10 ×10 8 m解析根据莱曼系公式：111 R 12 n2，n2,3,4 可得 111R 12 n2当 n 2 时波长最长，其值为111m11337R 12 224R4×1.097 ×10 1.22 ×10 7 m.当 n时，波长最短，其值为2 / 9111 81 R1.097 ×10 7 m9.12×10m.R 12 0借题发挥在计算氢原子发出的某一线系的光的波长时，需首先明确为哪一线系，选用相应11

5、1的公式 R( a2 n2) ， n 的取值只能为整数且大于a.111针对训练1( 多选 ) 下列关于巴耳末公式 R 22n2 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 只能取不小于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，也适用于其他原子的光谱答案AC解析此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的4 条谱线中得到的， 只适用于氢原子光谱的分析， 且 n 只能取大于等于3 的整数， 则 不能取连续值， 故氢原子光谱是线状谱二、光谱及光谱分析1光谱分类(1) 发射光谱物体直接发出的光通过分光

6、后产生的光谱它分为连续谱和明线光谱( 线状谱) 连续谱由连续分布的一切波长的光组成的光谱炽热的固体、 液体和高压气体的发射光谱是连续谱，如灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续谱线状谱只含有一些不连续的亮线的光谱各种原子的发射光谱( 由稀薄气体发出) 都是线状谱每种原子都有自己的特征谱线，不同元素线状谱不同(2) 吸收光谱高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱 这种光谱的特点是在连续的背景上有若干条暗线这些暗线与特征谱线相对应2光谱分析(1) 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱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(2) 可

7、用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱3太阳光谱的特点(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) 产生原因：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【例 2】( 多选 ) 关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是()3 / 9A太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱B霓虹灯产生的是线状谱C进行光谱分析时，只能用明线光谱D同一元素吸收光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应的答案BD解析太阳光谱是吸收光谱，可进行光谱分析；白炽灯光产生的是连续谱；霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱为线状谱针对训练2利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确

8、定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法中正确的是()A利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分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的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮的化学组成答案B解析由于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；某种物质发光的 1 线状谱中的明线是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物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，与高温物体无关，C 错误；月亮反射到地面的光是太阳光谱，

9、D项错误光谱及光谱分析1 ( 多选 ) 关于太阳光谱，下列说法正确的是()A太阳光谱是吸收光谱B太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的C根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成D根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素答案AB解析太阳光谱是吸收光谱因为太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时， 会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱， 所以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观察到它的吸收光谱，要求它的温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度

10、很低，所以太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸收，故上述选项中正确的是 A、B.2对原子光谱，下列说法不正确的是()4 / 9A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 错误、 C 正确；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D 正确氢原子光谱的实验规律3( 多选 ) 巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式111，对此， ( 2 2) ， 3,4,5R

11、 2nn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1114巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式 R( 22 n2) ， n3,4,5 在氢原子光谱可见光 (400nm<<700 nm) 区，最长波长与最短波长之比为()94A.B.5398C. 8D. 5答案D解析巴耳末系的前四条谱线在可见光区

12、，n 的取值分别为3、4、 5、 6. n 越小， 越大，369max8故 n3 时波长最大， max 5R； n 6 时对应的可见光波长最小，min 2R，故 min5， D正确(时间： 60 分钟)题组一光谱和光谱分析1白炽灯发光产生的光谱是()A连续光谱B明线光谱5 / 9C原子光谱D吸收光谱答案A解析白炽灯发光是由于灯丝在炽热状态下发出的光，是连续谱2关于线状谱，下列说法中正确的是()A每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同B每种原子处在不同的物质中的线状谱不同C每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同D两种不同的原子发光的线状谱可能相同答案C解析每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结

13、构决定的自己的特征谱线，不会因温度、物质不同而改变，选项C 正确3按经典的电磁理论，关于氢原子光谱的描述应该是()A线状谱B连续谱C吸收光谱D发射光谱答案A4对于光谱，下面的说法中正确的是()A大量原子发光的光谱是连续谱，少量原子发光的光谱是线状谱B线状谱是由不连续的若干波长的光所组成C太阳光谱是连续谱D太阳光谱是线状谱答案B解析原子光谱体现原子的特征，是线状谱， 同一种原子无论多少发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A 错； B 项是线状谱的特征，正确；太阳光在经过太阳大气层时某些光会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，故太阳光谱是吸收谱，故C、 D均错5太阳光谱中有许多暗线，它们对应着

14、某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于()A太阳表面大气层中缺少相应的元素B太阳内部缺少相应的元素C太阳表面大气层中存在着相应的元素D太阳内部存在着相应的元素答案C解析太阳光谱中的暗线是由于太阳发出的连续光谱通过太阳表面大气层时某些光被吸收造成的，因此，太阳光谱中的暗线是由于太阳表面大气层中存在着相应的元素，故C 正确，A、 B、 D 均错误6 ( 多选 ) 关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是()6 / 9A太阳光谱与白炽灯光谱都是线状谱B霓虹灯与煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是线状谱C做光谱分析时，可以用线状谱，也可以用吸收光谱D观察月亮光谱可以完全确定月球的化学成分答案BC解析太阳

15、光谱是吸收光谱，白炽灯光谱是连续谱，选项A 错误；月亮本身不发光，不能测定月球的成分，选项D 错误7各种原子的光谱都是_ ，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是_ 的因此这些亮线称为原子的_答案线状谱不一样特征谱线题组二氢原子光谱及巴耳末公式的应用8下列对氢原子光谱实验规律的认识中，正确的是()A因为氢原子核外只有一个电子，所以氢原子只能产生一种波长的光B氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线C氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线D氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关答案B解析氢原子光谱是线状谱，波长是一系列不连续的、分立的特征谱线，

16、并不是只含有一种波长的光，也不是亮度不连续的谱线，B 对， A、C错；氢原子光谱是氢原子的特征谱线，只要是氢原子发出的光的光谱就相同，与放电管的放电强弱无关，D 错9下列对于巴耳末公式的说法正确的是()A所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B巴耳末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长C巴耳末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光D巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长答案C解析巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子，A、 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

17、巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，B 错误、 C 正确10氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为()54A. 9B. 972C. 9D. 97 / 9答案A111解析由巴耳末公式 R( 22 n2) ，n 3,4,5 ，当 n时，有最小波长1，1 11 4R，当 n 3 时，有最大波长2，11152 R( 22 32) 36R， 15得 . 2911如图 1 甲所示的a、 b、 c、 d 为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为()图 1A a 元素B b 元素C c 元素D d 元素答案B解析由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b

18、元素的谱线在该线状谱中不存在，故 B 正确与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素12 1885 年瑞士的中学教师巴耳末发现，氢原子光谱中可见光部分的四条谱线的波长可归纳成一个简单的经验公式：1 (11n为大于 2 的整数，R为里德伯常量， 1913 年，2 2)，R2n丹麦物理学家玻尔受到巴耳末公式的启发，同时还吸取了普朗克的量子假说、爱因斯坦的光子假说和卢瑟福的原子核式结构模型，提出了自己的原理理论根据玻尔理论， 推导出了氢原子光谱谱线的波长公式：1 (1212)，与n都是正整数， 且> . 当取定一个数值时，R mnmn mm不同数值的n 得出的谱线属于同一个线系如：m 1， n2,3,4 组成的线系叫莱曼系；m 2， n3,4,5 组成的线系叫巴耳末系；m 3， n4,5