2020年高中物理第十八章原子结构第3节氢原子光谱学案新人教版选修35

第3节氢原子光谱1.知道光谱、连续谱和线状谱等观点．2.知道氢原子光谱的实验规律．3．了解经典物理的困难在于没法解说原子的稳固性和光谱分立的特征．一、光谱1．定义：依照光的波长和强度散布睁开摆列的记录，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．有的光谱不是一条条分立的谱线，而是连续在一同的光带，这样的光谱叫做连续谱．3．特色光谱：各样原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射特定频次的光．不同原子发射的线状谱的亮线地点不同，说明不同原子发光频次是不同样的，所以这些亮线称为原子的特色谱线．4．光谱剖析定义：利用原子的特色谱线来鉴识物质和确立物质的构成成分，这类方法叫做光谱剖析．优点：敏捷度高．二、氢原子光谱的实验规律1．很多状况下光是由原子内部电子的运动产生的，所以光谱研究是研究原子构造的重要门路．1112．巴耳末公式：λ＝R22－n2(n＝3、4、5)．3．巴耳末公式的意义：以简短的形式反应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．核式构造模型的成就：正确地指出了原子核的存在，很好地解说了α粒子散射实验．2．经典理论的困难：经典物理学既没法解说原子的稳固性，又没法解说原子光谱的分立特色．判一判(1)光是由原子核内部的电子运动产生的，光谱研究是研究原子核内部结构的一条重要门路．( )(2)稀疏气体的分子在强电场的作用下会变为导体并发光．( )(3)巴耳末公式中的n既能够取整数也能够取小数．()(4)经典物理学没法解说原子光谱的分立特色．()1(5)经典物理学能够很好地应用于宏观界限，也能解说原子世界的现象．( )提示：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×做一做(多项选择)对于光谱和光谱剖析，以下说法正确的选项是( )A．发射光谱包含连续谱和线状谱B．太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱C．线状谱和汲取光谱都可用作光谱剖析D．光谱剖析帮助人们发现了很多新元素提示：选ACD．线状谱和汲取光谱都是原子的特色光谱，都可用来进行光谱剖析，太阳光谱是汲取光谱．A、C、D选项正确．想想巴耳末公式以简短的形式反应了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立性．用卢瑟福的核式构造模型和经典力学、电磁学的理论，能否能够解说这类分立性？提示：不可以．卢瑟福的核式构造模型正确地指出了原子核的存在，很好地解说了α粒子的散射实验．但经典理论没法解说原子的稳固性和光谱的不连续性．详细剖析以下：据卢瑟福核式构造模型和经典力学理论、电磁理论知核外电子绕原子核旋转产生变化的电磁场，而变化的电磁场会激发电磁波，电磁波向外流传辐射，电子失掉能量最后会坠入原子核，辐射能量(电磁波)的频次等于绕核旋转的频次，电子绕核旋转过程跟着能量的减小，转得越来越快，这个变化是连续的，辐射各样频次(波长)的光，原子光谱应是连续的，所以不可以解说氢原子这类分立性．光谱和光谱剖析1．光谱的分类2．太阳光谱特色：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种汲取光谱．2对太阳光谱的解说：阳光中含有各样颜色的光，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汲取它自己特色谱线的光，而后再向四周八方发射出去，抵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．光谱剖析(1)优点：敏捷度高，剖析物质的最低量达10－10g.应用①应用光谱剖析发现新元素；②鉴识物体的物质成分：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应用光谱剖析判定食品好坏．(多项选择)以下对于光谱和光谱剖析的说法中，正确的选项是( )A．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱B．煤气灯火焰中焚烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱C．进行光谱剖析时，能够用线状谱，不可以用连续光谱D．我们能经过月球反射的日光剖析鉴识月球的物质成分[解题研究](1)光谱剖析应该使用什么光谱线？可否利用反射光剖析反射物的物质构成？[分析]太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的汲取光谱，正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素汲取所致，白炽灯发出的是连续谱，选项错误；月球自己不会发光，靠反射太阳光才能使我们看到它，所以不可以经过光谱剖析鉴识月球的物质成分，选项D错误；光谱剖析只好是线状谱和汲取光谱，连续谱是不可以用来进行光谱剖析的，所以选项C正确；煤气灯火焰中焚烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱，选项B正确．[答案]BC太阳光谱是汲取光谱，是阳光透过太阳的高层大气层时而形成的，不是地球大气造成的．某种原子线状光谱中的亮线与其汲取光谱中的暗线是一一对应的，二者均可用来作光谱剖析．太阳的光谱中有很多暗线，它们对应着某些元素的特色谱线．产生这些暗线是因为( )A．太阳表面大气层中缺乏相应的元素B．太阳内部缺乏相应的元素C．太阳表面大气层中存在着相应的元素3D．太阳内部存在着相应的元素分析：选C．太阳光谱中的暗线是因为太阳内部发出的强光经过温度较低的太阳大气层时产生的，表示太阳大气层中含有与这些特色谱线相对应的元素．应选项C正确．氢原子光谱的理解和应用1．氢原子的光谱从氢气放电管能够获取氢原子光谱，以下图．2．氢原子光谱的特色：在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离愈来愈小，表现出显然的规律性．3．巴耳末公式111(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究获取了下边的公式：λ＝R22－n2(n＝3，4，5)，该公式称为巴耳末公式．公式中只好取n≥3的整数，不可以连续取值，波长是分立的值．4．其余谱线：除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其余谱线，也都知足与巴耳末公式近似的关系式．命题视角1对巴耳末公式的理解111(多项选择)对于巴耳末公式λ＝R22－n2的理解，正确的选项是( )A．此公式是巴耳末在研究氢光谱特色时发现的B．公式中n可取随意值，故氢光谱是连续谱C．公式中n只好取大于或等于3的整数值，故氢光谱是线状谱D．公式不只合用于氢光谱的剖析，也合用于其余原子的光谱[解题研究]波长大小与n的取值大小有何关系？[分析]巴耳末公式是巴耳末在研究氢光谱特色时发现的，故A选项正确；公式中的n只好取大于或等于3的整数值，故氢光谱是线状谱，B选项错误，C选项正确；巴耳末公式只合用于氢光谱的剖析，不合用于其余原子光谱的剖析，D选项错误．[答案]AC命题视角2巴耳末公式的应用处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时发出一系列不同频次的光，称为111氢光谱．氢光谱线的波长λ能够用下边的巴耳末—里德伯公式表示：λ＝Rk2－n2，n、k分别表示氢原子跃迁后所处状态的量子数，k＝1，2，3，，对每一个k，有n＝k＋1，k4＋2，k＋3，，R称为里德伯常量，是一个已知量．对于k＝1的一系列谱线其波优点在紫外光区，称为赖曼系；k＝2的一系列谱线其波优点在可见光区，称为巴耳末系．用氢原子发出的光照耀某种金属进行光电效应实验，当用赖曼系波长最长的光照耀时，制止电压的大小为U1；当用巴耳末系波长最短的光照耀时，制止电压的大小为U2.已知电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，试求：普朗克常量和该种金属的逸出功．[思路点拨]剖析求解此题，要求综合运用氢光谱的巴耳末公式、光电效应方程等知识内容．[分析]设该金属的逸出功为0，光电效应所产生的光电子最大初动能为km.WE由动能定理知：Ekm＝eU对于赖曼系，当n＝2时对应的光波长最长，设为λ1由题中所给公式有：11－13＝R2＝Rλ124123波长λ1对应的光的频次ν1＝＝Rcλ14对于巴耳末系，当n→∞时对应的光波长最短，设为λ2，由题中所给公式有111＝R22－0＝Rλ24波长为λ2的光对应的频次ν2＝c＝1λ24Rc依据爱因斯坦的光电效应方程Ekm＝hν－W0知Ekm1＝hν1－W0，Ekm2＝hν2－W0又Ekm1＝eU1，Ekm2＝eU22(1－2)(1－32)eUU0eUU可解得：h＝Rc，W＝2.2e(U1－U2)e(U1－3U2)[答案]Rc21剖析求解氢原子光谱问题，重点是用氢原子光谱各谱线系的广义的巴耳末公式λ＝112－2进行剖析．Rmn式中m＝1，2，3，对每一个m，有n＝m＋1，m＋2，m＋3，构成一个谱线系，当m＝1，2，3，时，分别对应赖曼系，巴耳末系，帕邢系1RR令ν＝，T(m)＝2，T(n)＝2，上式可变为：λmnν＝T(m)－T(n)．ν称为波数，即波长的倒数．T称为光谱项，在计算时应注意：n的最大值可取到无量5大，最小值都是固定的，如巴耳末系中，m＝2，n的最小值为3.【通关练习】1．(多项选择)对于巴耳末公式，以下说法正确的选项是( )A．巴耳末依照核式构造理论总结出巴耳末公式B．巴耳末公式反应了氢原子发光的连续性C．巴耳末依照氢光谱的剖析总结出巴耳末公式D．巴耳末公式正确反应了氢原子发光的实质，其波长的分立值其实不是人为规定的分析：选CD．因为巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的4条谱线作了剖析总结出的巴耳末公式，其实不是依照核式构造理论总结出来的，巴耳末公式反应了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实质只发出若干特定频次的光，由此可知，选项C、D正确．2．依据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的2条谱线对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特色？分析：能够惹起人的视觉的可见光波长范围，约为400nm～700nm之间．依据巴耳末111公式λ＝R22－n2计算时应注意其波长值一定在可见光范围内．111由巴耳末公式λ＝R22－