高中物理粤教版5第三章原子结构之谜 第3章第3节氢原子光谱

第三节氢原子光谱学习目标知识脉络1.了解氢原子光谱的特点．(重点)2.知道巴耳末公式及里德伯常量．(重点)3.了解原子光谱及光谱分析的应用.氢原子光谱的巴耳末系及其他线系eq\o([先填空])1．巴耳末系(1)公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2))).(式中n＝3,4,5,6…，R＝×107m－1)(2)巴耳末系：符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系．2.其他线系：在紫外区、红外区、近红外区发现了氢原子的某地线系，分别是莱曼系(紫外区)、布喇开系(红外区)、普丰德系(红外区)、帕邢系(近红外区)．3．广义巴耳末公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,m2)－\f(1,n2)))式中m，n均为正整数且n>m.eq\o([再判断])1．在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2～3kV的高压，使氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，再通过分光镜观察光谱．(√)2．氢原子受激发只能发出几种特定频率的光，它的光谱是连续的亮线．(×)3．n大于6的符合巴耳末公式的光谱线大部分在紫外区．(√)eq\o([后思考])巴耳末公式反映了氢原子谱线的分立特征，这说明了什么？【提示】谱线的分立特征反映原子内部电子运动的量子化特征，对于研究更复杂的原子结构具有指导意义．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．巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式，该公式称为巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))n＝3、4、5、6…(1)公式中n只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分立的值．(2)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．巴耳末通过对氢光谱的研究，总结出巴耳末公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5…)，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分立性，其波长的分立值并不是人为规定的E．氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足巴耳末类似的公式【解析】由于巴耳末是利用当时已知的在可见光区的4条谱线做了分析总结出的巴耳末公式，并不是依据核式结构理论总结出来的，巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实际只有若干特定频率的光，C、D、E正确．【答案】CDE2．氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的谱线的波长为λ1，其次为λ2，求：(1)eq\f(λ1,λ2)的值等于多少？(2)其中最长波长的光子能量是多少？【解析】(1)由巴耳末公式可得：eq\f(1,λ1)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))eq\f(1,λ2)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,42)))，所以eq\f(λ1,λ2)＝eq\f(\f(1,4)－\f(1,16),\f(1,4)－\f(1,9))＝eq\f(27,20).(2)当n＝3时，对应的波长最长，代入巴耳末公式有：eq\f(1,λ1)＝×107×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))m－1，解得λ1≈×10－7m.光子能量为ε1＝hν＝heq\f(c,λ1)＝eq\f×10－34×3×108,×10－7)J＝×10－19J.【答案】(1)eq\f(27,20)(2)×10－19J巴耳末公式的两点提醒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．公式是在对可见光的四条谱线分析时总结出来的，在紫外光区的谱线也适用．原子光谱eq\o([先填空])1．原子光谱(1)某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称之为原子光谱．(2)科学家观察了大量的原子光谱，发现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，因而，原子光谱被称为原子的“指纹”．2．光谱分析及应用(1)光谱分析应用的两种光谱①明线光谱：它是稀薄气体发光直接产生的；②吸收光谱：它是当白光通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的．③实验表明：原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线光谱中的一条明线相对应．即原子只能释放出某种特定频率的光，也只能吸收某种特定频率的光，而且释放的光和吸收的光的频率是相同的．(2)光谱分析①通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素．②优点：灵敏度高．eq\o([再判断])1．原子光谱的谱线是一些分立的亮线，是不连续的．(√)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不相同，其亮线位置不同，即特征谱线不同．(√)eq\o([后思考])为什么用棱镜可以把各种颜色的光展开？【提示】不同颜色的光在棱镜中的折射率不同，因此经过棱镜后的偏折程度也不同．1．光谱的分类2．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，这就形成了连续谱背景下的暗线．3．光谱分析(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达10－10g.(2)应用：①应用光谱分析发现新元素；②鉴别物体的物质成分；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；③应用光谱分析鉴定食品优劣．3．对原子光谱，下列说法正确的是()A．原子光谱是不连续的B．原子光谱是连续的C．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D．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E．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素【解析】原子光谱为线状谱，A正确，B错误；各种原子都有自己的特征谱线，故C错误，D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，E正确．故选A、D、E.【答案】ADE4．关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是()A．太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱B．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，不能用连续谱D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成E．太阳光谱是吸收光谱【解析】太阳光谱是吸收光谱，而月亮反射太阳光，也是吸收光谱，煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱．由于月亮反射太阳光，其光谱无法确定月亮的化学组成．【答案】BCE5．太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于________．【解析】吸收光谱的暗线是连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的．