高中物理 第2章 原子结构 第4讲 氢原子光谱与能级结构学案 鲁科版选修

1、第4讲氢原子光谱与能级结构目标定位1.知道氢原子光谱的实验规律，了解巴尔末公式及里德伯常量.2.理解玻尔理论对氢原子光谱规律的解释一、氢原子光谱1氢原子光谱的特点：(1)从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线；(2)从长波到短波，HH等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性2巴尔末公式：R(n3,4,5，)其中R叫做里德伯常量，其值为R1.096 775 81107 m1.二、玻尔理论对氢原子光谱的解释1巴尔末系氢原子从n3的能级跃迁到n2的能级得到的线系2玻尔理论的局限性玻尔理论解释了原子结构和氢原子光谱的关系，但无法计算光谱的强度，对于其他元素更为复杂的光谱，理论与实验差别很大.一、

2、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巴尔末公式(1)巴尔末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：R() n3,4,5该公式称为巴尔末公式(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赖曼线系和帕邢线系：氢原子光谱除了存在巴尔末线系外，还存在其他一些线系例如：赖曼线系(在紫外区)：R(n2,3,4，)帕邢线系(在红外区)：R(n4,5,6，)例1下列关于巴尔末公式R的理解，正确的是()A此公式是巴尔末在研究氢原子光谱特征时发现

3、的B公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续的光谱C公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是分立的光谱D公式不但适用于氢原子的光谱，也适用于其他原子的光谱答案AC解析此公式是巴尔末在研究氢原子光谱在可见光区的14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，故氢原子光谱是分立的光谱，故A、C对，B、D错二、玻尔理论对氢原子光谱的解释1理论导出的氢光谱规律：按照玻尔的原子理论，氢原子的电子从能量较高的轨道n跃迁到能量较低的轨道2时辐射出的光子能量hEnE2，又En，E2，由此可得hE1，由于，所以上式可写作，此式与巴尔末公式比较，形式完全一样由此可知，

4、氢光谱的巴尔末线系是电子从n3,4,5，等能级跃迁到n2的能级时辐射出来的2玻尔理论的成功之处(1)运用经典理论和量子化观念确定了氢原子的各个定态的能量，并由此画出了氢原子的能级图(2)处于激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出光子，辐射光子的能量与实际符合得很好，由于能级是分立的，辐射光子的波长是不连续的(3)导出了巴尔末公式，并从理论上算出了里德伯常量R的值，并很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系(4)能够解释原子光谱，每种原子都有特定的能级，原子发生跃迁时，每种原子都有自己的特征谱线，即原子光谱是线状光谱，利用光谱可以鉴别物质和确定物质的组成成分例2氢原子光谱的巴尔末公式是R(n3,4,5，

5、)，对此，下列说法正确的是()A巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式B巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性C巴尔末依据对氢原子光谱的分析总结出巴尔末公式D巴尔末公式准确反映了氢原子所有光谱的波长，其波长的分立值不是人为规定的答案C解析巴尔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D错误巴尔末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴尔末线系，故A、B错误，C正确借题发挥巴尔末公式的应用方法及注意问题(1)巴尔末公式反映了氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子(2)公式中n只能取大于等于3的整数，不能连续取值，

6、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时总结出的，但在紫外区的谱线也适用(4)应用时熟记公式，当n取不同值时求出对应的波长.氢原子光谱的基本概念1下列有关氢原子光谱、巴尔末公式和玻尔理论的说法，正确的是()A氢原子光谱说明氢原子只能发出特定频率的光B氢原子光谱说明氢原子能级是分立的C氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关D所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应答案AB2仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条不连续的亮线，其原因是()A氢原子只有几个能级B氢原子只能发出平行光C氢原子有时发光，有时不发光D氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的答

7、案D氢原子光谱的实验规律3下列对于巴尔末公式的说法正确的是()A所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应B巴尔末公式只确定了氢原子发出的可见光部分的光的波长C巴尔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巴尔末公式确定了各种原子发光中的光的波长答案C解析巴尔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的发光，A、D错误；巴尔末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴尔末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确4巴尔末系谱线波长满足巴尔末公式R()，n3,4,5，在氢原子光谱可见光(400 nm

8、m.当m取定一个数值时，不同数值的n得出的谱线属于同一个线系如：m1，n2、3、4、组成的线系叫赖曼系；m2，n3、4、5、组成的线系叫巴尔末系；m3，n4、5、6、组成的线系叫帕邢系；m4，n5、6、7、组成的线系叫布喇开系；m5，n6、7、8、组成的线系叫普丰德系；以上线系只有一个在紫外光区，这个线系是()A赖曼系 B帕邢系C布喇开系 D普丰德系答案A解析在真空中，电磁波的波长和频率互成反比例关系，波长最长的频率最小紫外光区的频率较大，根据氢原子光谱谱线的波长公式：R()得这个线系是赖曼系故A正确，B、C、D错误8氢原子光谱除了巴尔末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为R，n4、5、6，R1.10107 m1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求：(1)n6时，对应的波长；(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多大？n6时，光的频率为多大？答案(1)1.09106 m(2)3.0108 m/s2.751014 Hz解析(1)由帕邢系公式R，当n6时，得1.09106 m.(2)帕邢系形成的谱线在红外区域，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速c3.0108 m/s，由v，得 Hz2.751014 Hz.9在氢原子的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R，n2