2023学年完整公开课版氢原子光谱

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每种原子、分子都有其特征光谱。因此分析其特征光谱，对研究不同原子、分子及其结构有着重大的意义。光谱学已成为光学的一个重要分支，并被广泛用于科研和生产中。氢原子是最简单的原子，其光谱线在按波长（或波数）大小的排列次序上显示出简单的规律性。研究原子结构，很自然氢原子首先被关注。一些简单的原子和分子α粒子的散射实验使我们知道原子具有核式结构，但是电子在核的周围怎样运动？它的能量怎样变化。这些还要通过其它事实证明才能认识，本节将用一些实际的事实来证明一些原子的能量变化。引言第三节氢原子光谱第十八章原子结构

了解光谱的定义和分类教学目标1、知识与技能

了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系了解经典原子理论的困难。

通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。2、过程与方法观3、情感态度与价值观

培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识。

让学生进一步的体会物理规律是在接受实践检验的过程中不断的发展和完善的。教学重难点重点氢原子光谱的实验规律。难点经典理论的困难。本节导航二、氢原子光谱的实验规律一、光谱三、经典理论的困难一、光谱1、光谱早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。自然光光谱

光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。氢原子光谱型

2、发射光谱

物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。

发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。可见光的连续光谱

连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。

只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光可见光的连续光谱

炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。汽车灯泡发出的光

稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的,所以也叫原子的光谱。实践证明，原子不同,发射的明线光谱也不同,每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光,因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。发光的高温稀有气体3、吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。

各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。氢、纳太阳、光谱4、光谱分析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的化学组成。这种方法叫做光谱分析。原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。二、氢原子光谱的实验规律1、氢原子光谱的实验规律

1885

年瑞士数学家巴耳末发现氢原子光谱可见光部分的规律:一系列分立的线状光谱瑞士数学家兼物理学家巴耳末开始研究工作时，可见光区域的4条氢谱线已经过埃姆斯特朗等人大量较精确的测定，紫外区的10条谱线也在恒星光谱中发现。巴尔末1890

年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式与整数有关，——谱线是分立的线状谱波数

里德伯常量

莱曼系紫外线巴尔末系可见光波数帕邢系布拉开系普丰德系汉弗莱系红外线波数巴耳末系（可见光）656.3nm486.1nm434.1nm410.2nm364.6nm

线系限的谱线波数（波长最短）（波数最长）

第一条谱线

线系限的谱线

第一条谱线原子光谱是分立实验结果：氢原子发光是分立的线状谱三、经典理论的困难1、经典理论的困难卢瑟福的核式结构模型正确的指出了原子核的存在，很好的解释了α粒子散射实验。但是经典物理学既无法解释原子的稳定性，有无法解释原子光谱的分立特征——经典理论的困难。

根据经典电磁理论，电子绕核作匀速圆周运动，作加速运动的电子将不断向外辐射电磁波.

不能解释原子结构的稳定性

电子做匀速圆周运动向外辐射电磁波的频率是连续的

不能解释原子光谱为分立的线状谱经典物理：辐射电磁波的频率与电子圆运动的频率相同。r连续减小课堂小结1、光谱把实验中得到的彩色光带叫做光谱。2、发射光谱

物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。

发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。

只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。3、吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。4、光谱分析

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的化学组成。这种方法叫做光谱分析。5、氢原子光谱的实验规律

氢原子光谱可见光部分的规律:6、氢原子光谱公式波数

7、经典物理学的困难经典物理学既无法解释原子的稳定性，有无法解释原子光谱的分立特征——经典理论的困难。里德伯常量

高考链接1、（1993·上海二·2）氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时，可能发生的情况有（）

A.放出光子，电子动能减少，原子势能增加

B.放出光子，电子动能增加，原子势能减少

C.吸收光子，电子动能减少，原子势能增加

D.吸收电子，电子动能增加，原子势能减少A2、（2003·江苏·1）下列说法中正确的是（）

A.质子与中子的质量不等，但质量数相等

B.两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力

C.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同

D.除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互作用力C课堂练习1、有关氢原子光谱的说法正确的是（）

A．氢原子的发射光谱是连续谱

B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光

C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的

D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关BC2、在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图１所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对α粒子的作用，则关于该原子核的位置，正确的是（）

A．一定在①区域

B．可能在②区域

C．可能在③区域

D．一定在④区域A3．如图2所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，下面关于观察到的现象的说法中正确的是（）

A．放在A位置时，相同时间内观察到荧光屏上的闪光次数最多

B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些

C．放在C、D位置时，屏上观察不到闪光

D．放在D位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少AD4.在α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子碰撞的影响，这是因为（）

A.α粒子和电子根本无相互作用

B.电子是均匀分布的，α粒子受电子作用的合力为零

C.α粒子在和电子碰撞中动量的改变量极小，可忽略不计

D.电子体积很小，α粒子碰撞不到电子C教材习题解答1、答：由不连续的亮线组成的光谱叫做线状谱，由波长连续分布的光组成的连线在一起的光带叫连线谱。

2、答：由巴末尔公式

可知：氢原子光谱在可见光范围内波长最长的2条谱线所对应的n应为3、4。

当n=3时，得到λ1=6.55×10-7m。当n=4时，得到λ2=4.85×10-7m。氢原子光谱是分立的光谱。它在可见光区的谱线满足巴尔末公式，在红外和紫外光区的其它谱线也都满足与巴末尔