高中物理课件第十八章第三节 氢原子光谱

第十八章 原子结构
第一页，共37页。
3 氢原子光谱
第二页，共37页。
学习目标
1.了解光谱的定 义和分类. 2.知道光谱分析 的概念和特点. 3.认识氢原子光 谱，知道氢原子 光谱的实验规律.
重 重点
难点
点难点
1.氢原子光谱 的实验规律. 2.光谱分析的 概念和特点.
氢原子光谱的 实验规律.
第三页，共37页。
答案：BC
第二十二页，共37页。
名师点评 (1)太阳光谱是吸收光谱，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． (2)某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗 线是一一对应的，两者均可用来作光谱分析．
第二十三页，共37页。
1．关于光谱，下列说法中正确的是( ) A．炽热的液体发射明线光谱 B．太阳光谱中的暗线说明太阳缺少与这些暗线对应 的元素 C．明线光谱和暗线光谱都可以用于对物质成分进行 分析 D．发射光谱一定是连续光谱
第三十三页，共37页。
(2)氢原子光谱的几种线系的表示公式： 莱曼系1λ＝R112－n12，n＝2，3，4…(在紫外区)； 巴耳末系1λ＝R212－n12，n＝3，4，5…(在可见光区)； 帕邢系1λ＝R312－n12，n＝4，5，6…(在红外区)； 布喇开系1λ＝R412－n12，n＝5，6，7…(在近红外区)．
第十八页，共37页。
3．光谱分析． (1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达 10－10 g. (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．
第十九页，共37页。
【典例 1】 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中， 正确的是( )

12/9/2021
第十八页，共四十五页。
栏目导航
3．光谱分析 (1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达 10－10 g. (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．
12/9/2021
[答案] A
12/9/2021
第三十三页，共四十五页。
栏目导航
课堂小结 1.光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光 的波长(或频率)和强度分布的记录. 2.线状谱：光谱是一条条的亮线. 3.连续谱：光谱为连在一起的光带. 4.各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的亮线位置不同， 这些亮线称为原子的特征谱线. 5.巴耳末公式：1λ＝R212－n12，n＝3,4,5…
栏目导航
自主预习 探新知
12/9/2021
第三页，共四十五页。
栏目导航
一、光谱 1．定义
用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波__长__(b展ōch开áng，) 获得光的波长
(频率)和强度分布的记录，即光谱．
12/9/2021
第四页，共四十五页。
栏目导航
2．分类
(1)线状谱：由一条条的亮__线__组成的光谱． (2)连续谱：由连在一起的_光_带__(ɡ组uān成ɡ dà的i) 光谱．
12/9/2021
第二十三页，共四十五页。
栏目导航
[解析] 太阳是高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大 气层时，某些特定频率的光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，分析太阳的吸收光 谱，可知太阳大气层的物质组成，因此，选项 C 正确，A、B、D 错 误．

15
高中物理选修3-5课件：第十八章 第3节 氢原子光谱(共22张PPT)
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
高中物理选修3-5课件：第十八章 第3节 氢原子光谱(共22张PPT)
氢原子光谱的实验规律与经典电磁理论的困难 [要点归纳] 1.氢原子光谱：氢原子光谱呈现分立的明线条纹，在可见光区内，由右向左，相邻
光谱发射光谱连线续状谱谱 吸收光谱
光谱和光谱分析
9
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
2.几种光谱的比较
比较 光谱
产生条件
光谱形式及应用
稀薄气体发光形成的 一些不连续的明线组成，不同元素的明线光
线状光谱
光谱
谱不同(又叫特征光谱)，可用于光谱分析
炽热的固体、液体和 连续光谱
高压气体发光形成的
连续分布，一切波长的光都有
课堂小结
高中物理选修3-5课件：第十八章 第3节 氢原子光谱(共22张PPT)
[精典示例] [例 2] (多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式1λ＝R(212－n12)，n＝
3，4，5，…对此，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 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。 答案 CD
第3节 氢原子光谱
学习目标
核心提炼
1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念。 3个概念——光谱
2.知道氢原子光谱的实验规律。 3.知道经典物理学的困难在于无法解释原子的稳定性和光 线状谱

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）光谱分析法由基尔霍夫开创的。 （3）优点：灵敏度高。样本中一种元素的 含量达到10-10g时就可以被检测到。 （4）同种物质吸收光谱中的暗线与它明线 光谱中的明线相对应，明线光谱和吸收光 谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以 用于光谱分析。
RH

22 3645.6 A

1.097 107 m1
波数
2、莱曼系（紫外光部分）


1


RH

1 12

1 n2
, n

2,3,4,
3、红外光部分：
帕邢系：

1


RH

1 32

1 n2
，n
4，5，6，
布拉开系：

1


RH

1 42

二、氢原子光谱的实验规律
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
氢气的吸收光 谱 氢气
二、氢原子光谱的实验规律
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
气体放电管：玻璃管中的稀薄气体的分子在强 电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电 荷，于是气体变成导体，导电时会发光。这样 的装置叫做气体放电管。
核外电子绕核运动
辐射电磁波
电子轨道半径连续变小
原子不稳定 辐射电磁波频率连续变化 事实上：原子是稳定的 原子光谱是线状谱
原子光谱
课堂效果检测： 1 在实际生活中，我们可以通过光谱分 析来鉴别物质和物质的组成成分。例 如某样本中一种元素的含量达到10-10g 时就可以被检测到。那么我们是通过 分析下列哪种谱线来鉴别物质和物质 的组成成分的？

规律 2
应的波长最长
除了巴耳末系,氢原子光谱在红外区和紫外区的其他谱线
3
也都满足与巴耳末公式类似的关系式
巴耳
末公
式
第十一页，共十八页。
类型
(lèixíng)
一
类型
(lèixíng)
二
光谱问题分析
【例题1】 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是(
)
A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱
B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱
2.困难:经典物理学既无法解释原子的稳定(wěndìng)性,又无法解释原子光谱
的分立特征。
第六页，共十八页。
一
二
一、光谱的分类和光谱分析
1.光谱的分类。
物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类:
(1)发射光谱——物体直接发出的光通过分光后产生的光谱。它可分为连续光
谱和线状谱。
①连续光谱——由连续分布的一切波长的光(一切单色光)组成的光谱。
辐射波长的分立特征。
巴耳末是依据(yījù)核式结构理论总结出巴耳末公式的吗?
提示：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,不
是依据核式结构理论总结出来的。
第五页，共十八页。
一
二
三
三、经典理论的困难
1.卢瑟福核式学说的成就:卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的
存在,很好地解释了α粒子散射实验。
的频率是多大?
答案:4 6.25×1014 Hz
第十六页，共十八页。
第十七页，共十八页。
内容(nèiróng)总结
3 氢原子光谱。提示：某种原子线状谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的。1.研究光谱的

•8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不 能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。 2021/11/232021/11/232021/11/232021/11/23
巴末耳的研究
例子：
观察与思考
1. 实 验
观察与思考
可 见 光 区
2. 氢原子的光谱图
特点 1.几种特定频率的光 2.光谱是分立的亮线
•1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 •2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 •3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 •4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 •5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月2021/11/232021/11/232021/11/2311/23/2021
•7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不堪忍 受。他不仅应该是一个学生，而且首先应该是一个有多方面兴趣、要求和愿望的人。2021/11/232021/11/23November 23, 2021
令
T(m)
R m2
,
R T (n) n2
T(m),T(n)称为光谱项。
1T(m)T(n)
原子光谱
每一种原子都有自己特定的原子光谱，不同原子，其原子 光谱均不同
还 有 三
布喇开系
1
R412

小试身手
1．(多选)关于光谱，下列说法正确的是( ) A．炽热的液体发射连续谱 B．发射光谱一定是连续谱 C．线状谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析 D．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱
解析：炽热的液体的光谱为连续谱，所以选项 A 正 确．发射光谱可以是连续谱也可以是线状谱，所以选项 B 错误．线状谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱，都可 以对物质成分进行分析，所以选项 C 正确．霓虹灯发光 形成的光谱是线状谱，所以选项 D 正确．
6．困难：经典的物理学既无法解释原子的稳定性， 又无法解释原子光谱的分立特征．
判断正误
1．原子光谱是不连续的．(√) 2．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含有哪些 元素．(√) 3．经典力学无法解释原子的稳定性和原子光谱的分 立特征．(√)
小试身手 2．仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的 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
月球本身不会发光，靠反射太阳光才能使我们看到 它，所以不能通过光谱分析月球的物质成分，D 项错误； 光谱分析只能是明线光谱和吸收光谱，连续光谱是不能 用来做光谱分析的，所以 C 项正确；煤气灯火焰中燃烧 的钠蒸气或霓虹灯都是稀薄气体发出的光，产生的光谱 都是线状谱，B 项正确．
答案：BC
名师点评 (1)太阳光谱是吸收光谱，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． (2)某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗 线是一一对应的，两者均可用来作光谱分析．
围内氢原子发光规律的，n 越小对应的波长越长，光子能
量由 ε＝hcλ确定．

选 修 3 5 18.3 － 氢 原 子 光 谱
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的 光谱
产生条件：炽热的白光通过温度比白光低的气体后， 再色散形成的 光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出 现一些暗线（与特征谱线相对应）
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。
1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的4条谱线作了 分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示： 巴耳末公式:
其中R = 1.10 ×10 m 叫里德伯常量
7
-1
氢原子光谱的实验规律
除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫个光区的其 它谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
选 修 3 5 18.3 － 氢 原 子 光 谱
研究原子结构的途径
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。
选 修 3 5 18.3 － 氢 原 子 光 谱
研究途径：光谱
光谱
用光栅或棱镜把光按波长分开，得到光的波长（频率）成 分和强度分布的记录，叫光谱。（有时只记录波长成分）
选 修 3 5 18.3 － 氢 原 子 光 谱
选 修 3 5 18.3 － 氢 原 子 光 谱
1、在实际生活中，我们可以通过光谱分析来鉴别物质和物质的 组成成分。例如某样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被 检测到。那么我们是通过分析下列哪种谱线来鉴别物质和物质 的组成成分的（ BC ） A 连续谱
B 线状谱
C 特征谱线 D 任意一种光谱
C、在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这说明了 太阳内部缺少对应的元素。 D、在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这些暗线 与某些元素的特征谱线相对应，这说明了太阳大气层内存在对 应的元素。

知识与技能 1．知道光谱、线状谱、连续谱、特征谱线嘚概念。 2．知道利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质嘚组成。 3．知道氢原子光谱嘚规律。 4．了解经典理论嘚困难。
过程与方法 1．观察氢原子光谱。 2．用数学方法研究物理问题。 情感、态度与价值观 善于引入新嘚概念，培养将物理应用于生产、生活嘚能力。
【例 2】关于巴耳末公式1λ＝R(212－n12)的理解，正确 的是
() A．此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的 B．公式中 n 可取任意值，故氢光谱是连续谱 C．公式中 n 只能取整数值，故氢光谱是线状谱 D．公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原 子的光谱
【答案】A、C 【解析】此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区嘚14条谱线中得到嘚，只适用于氢光谱 嘚分析，且n只能取大于等于3嘚整数，则λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱。
氢原子光谱 1．氢光谱嘚规律 到1885年，人们从光谱仪中观察到嘚氢光谱线已有14条(下图中我们可以明显分辨出9条)。
这年，瑞士的一位中学数学教师巴耳末(J.J.Balmer)在 对这些谱线进行分析研究后，提出了一个表达光谱规律的 数学经验公式，并以他的名字 Balmer 命名了公式的名称和 波的新单位的名称。描述波的新单位——波数 ν (即波长的 倒数)： ν ＝1λ巴耳末(波数单位，即每厘米内所含波的个数， 用波数/厘米来表示)。
(2)在白光通过气体时，气体将从通过它嘚白光中吸收与其特征谱线波长相同嘚光，使白光 形成嘚连续谱中出现暗线。此时，这种在连续光谱中某些波长嘚光被物质吸收后产生嘚光谱被称作 吸收光谱。通常情况下，在吸收光谱中看到嘚特征谱线会少于线状光谱。太阳光光谱是典型嘚吸收 光谱。因为太阳内部发出嘚强光经过温度较低嘚太阳大气层时，太阳大气层中嘚各种原子会吸收某 些波长嘚光而使产生嘚光谱出现暗线。

第十八页，共二十六页。
(2)经典物理学无法解释原子光谱的分立特征．
根据经典电磁理论，电子辐射(fúshè)的电磁波的频率就 是它绕核转动的频率．电子越转能量越小，它离原子核就 越来越近，转得也就越来越快，这个变化是连续的，也就 是说，我们应该看到原子辐射(fúshè)出各种频率(波长)的光， 即原子的光谱应该总是连续的，而实际上我们看到的是 分立的线状谱．
第四页，共二十六页。
天然祖母绿与助熔剂合成祖母绿的区别在于天然祖母绿在 3 400～3 800 cm －1有一强吸收峰，助熔剂合成祖母绿在3 400～3 800 cm－1无强吸收峰，这与天然祖母绿中含有一定结晶水 (H2O)有关．
红外光谱对检测聚合物充填类饰品具有(jùyǒu)一定的优势， 如天然翡翠经酸蚀后聚合物充填处理，在红外光谱图上反映出 有2 827、2 928、、2 969 cm－1 吸收峰存在，是高分子材料充填所 致，天然翡翠无2 827、2 928、2 942、2 969 cm－1吸收峰．
红外光谱正常的矿物检测样品制备，是先将矿物研磨成 粉末状，再渗入白色粉末状溴化钾共同研磨，在压片机上压 制成测试圆形薄片(báo piàn)，然而宝玉石饰品不可能研磨制备， 因而饰品需有一个以上或更多的抛光平面进行测试，
第三页，共二十六页。
也可能需要将饰品重新处理再进行测试，这就是红外光谱测试 的局限性．
分析：原子光谱是线状谱，是不连续(liánxù)的．原子都是 由原子核和电子组成的，但不同原子的光谱都有各自的特征 谱线，原子光谱是不相同的．鉴别物质可以利用明线光谱和 暗线谱．
解析：A.原子光谱是由不连续的亮线组成的，是线状谱， 不是连续谱．故A错误；
B、C.原子都是由原子核和电子组成的，但不同原子的原子结构 不同，而各种原子的原子光谱都有各自的特征谱线，所以不同原