高中物理第三章原子结构之谜3.3氢原子光谱教案粤教版选修3_7
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★新课标要求(一)知识与技能1•了解光谱的定义和分类。
2.了解氢原子光谱的实验规律,知道巴耳末系。
3•了解经典原子理论的困难。
(二)过程与方法 通过本节的学习,感受科学发 展与进步的坎坷。
(三)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。
★教学重点 氢原子光谱的实 验规律★教学难点经典理论的困难★教学方法 教师启发、引导,学生讨论、交流。
★教学用具 投影片,多媒体辅助教学设备★课时安排 1课时★教学过程(一)引入新课讲述: :粒子散射实验使人们 认识到原子具有核式结构, 但电子在核外如何运动呢?它的能量怎样变化呢?通过这节课的学习我们就来进一步了解有关的实验事实。
(二)进行新课1光谱(结合课件展示) 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。
(如图所示)讲述: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。
(1)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。
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。
如图所示。
氢原子光谱[来源学_科_网]引导学生阅读教材,回答什么是连续光谱和明线光谱? [来源学科网ZXXK ]学生回答: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。
教师讲述:炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。
光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。
如图所 示。
例如白炽灯丝发出的(2)吸收光谱教师: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。
第三节氢原子光谱[目标定位] 1。
了解氢原子光谱的特点。
2.知道巴耳末公式及里德伯常量.3.了解原子光谱及光谱分析的应用.一、巴耳末系1.氢光谱的获得在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2~3 kV的高压,使氢气放电,氢原子在电场的激发下发光,通过分光镜观察氢原子的光谱.2.光谱的特点(1)氢原子光谱在可见光区内有四条谱线,这些谱线是几条分立的亮线.(2)氢原子受激发只能发出几种特定频率的光.3.氢原子光谱的实验规律氢原子在可见光区的四条谱线的波长可用一个简单的公式——巴耳末公式表示:错误!=R (错误!-错误!),n=3,4,5,6…,式中的常数R称为里德伯常量.二、氢原子光谱的其他线系自从发现巴耳末系后,人们又在紫外区、红外区及近红外区发现了氢原子的其他线系,分别是莱曼系、帕邢系、布喇开系、普丰德系,这些线系统一的公式为:错误!=R错误!,式中m、n 均为正整数,且n>m,此式称为广义巴耳末公式,也可以表示为错误!=T(m)-T(n),式中T(m)=错误!,T(n)=错误!称为光谱项.三、原子光谱1.原子光谱:某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱,这种光谱称为原子光谱.2.每种原子都有自己特定的原子光谱,不同的原子,其原子光谱均不相同.3.通过对光谱的分析可鉴别不同的原子,确定物体的化学组成并发现新元素.预习完成后,请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、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.巴耳末公式(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式:错误!=R(错误!-错误!),n=3,4,5…该公式称为巴耳末公式.(2)公式中只能取n≥3的整数,不能连续取值,波长是分立的值.4.其他谱线除了巴耳末系,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.【例1】在氢原子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错误!=R 错误!,n=2,3,4,…,计算紫外线的最长波和最短波的波长(R=1。
3.3氢原子光谱 3.4原子的能级结构 讲学案 高二级 班 姓名 座号 周次 星期 一、学习目标: 1.知道氢原子光谱的不连续性及各个线系,每种原子都有其特定的原子光谱; 2.了解原子的能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念;3.理解原子的能级公式并会利用公式分析一些有关原子能级的问题。
二、复习检测:如图1所示,M 、N 为原子核外的两个等势面,已知UNM =100 V .一个α粒子以2.5×105 m/s 从等势面M 上的A 点运动到B 点,求α粒子在B 点时速度的大小.(已知m α=6.64×10-27 kg)图1三、新课教学知识点一:氢原子光谱1.原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱,这种光谱被称为 .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 ,因而原子光谱被称为原子的 .3.人们把一系列符合 的光谱线称为巴耳末系,其公式为1λ=R (122-1n2).n =3,4,5…… 典题:对于巴耳末公式下列说法正确的是( )A .所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B .巴耳末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长C .巴耳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 .巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长知识点二:原子的能级结构1.由于氢原子光谱是 的,因此我们猜想原子内部的能量也是 的,并把此能量称为原子的能级.2.氢原子的能级公式为E n =-Rhc n2,n =1,2,3,其中E 1= _eV ,这个最低能级对应的状态称为 ,其他状态称为 .典题:氢原子的基态能量为E 1,如图1所示,四个能级图正确代表氢原子能级的是( )图1知识点三:原子的能级跃迁1.处于 的氢原子是不稳定的,它会向 的能级跃迁,跃迁时释放出来的能量以 的形式向外辐射,辐射出来的能量等于两能级间的能量差.2.巴耳末系是氢原子从n =3,4,5…等能级跃迁到n = 的能级时辐射出来的光谱.典题:氢原子从能级m 跃迁到能级n 时辐射红光的频率为ν1,从能级n 跃迁到能级k 时吸收紫光的频率为ν2,已知普朗克常量为h ,若氢原子从能级k 跃迁到能级m ,则( )A .吸收光子的能量为hν1+hν2B .辐射光子的能量为hν1+hν2C .吸收光子的能量为hν2-hν1D .辐射光子的能量为hν2-hν1四、巩固练习1.(双选)巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式1λ=R (122-1n 2),n =3,4,5…,对此,下列说法正确的是( ) A .巴耳末依据该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实际,其波长的分立值并不是人为规定的2.已知氢原子的基态能量为E 1,激发态能量 E n =E 1/n 2,其中n =2,3,….用h 表示普朗克常量,c 表示真空中的光速.能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为( )A .-4hc 3E 1B .-2hc E 1C .-4hc E 1D .-9hcE 13.用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为1、ν2、ν3的三条谱线,且ν3>ν2>ν1,则________.(填入正确选项前的字母)A .ν0<ν1B .ν3=ν2+ν1C .ν0=ν1+ν2+ν3 D.1ν1=1ν2+1ν3五、课堂小结六、作业1.氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( )A.59B.49C.79D.292.氢原子核外的电子从基态跃迁到n =2的能级时,吸收的能量为E ,则电子从n =2能级跃迁到n =3能级时需要吸收的能量是( )A .5E /27B .E /3C .5E /18D .5E /363.(双选)氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时,可能发生的情况是( )A .放出光子,电子动能减少,原子的能量增加B .放出光子,电子动能增加,原子的能量减少C .吸收光子,电子动能减少,原子的能量增加D .吸收光子,电子动能增加,原子的能量减少4.一个氢原子处于第3能级时,外面射来一个波长λ=6.63×10-7 m 光子,下列说法正确的是( )A .氢原子不吸收这个光子,光子穿过氢原子B .氢原子被电离,电离后电子的动能是0.36 eVC .氢原子被电离,电离后电子的动能是零D .氢原子吸收光子,但不电离。
第三节氢原子光谱班级姓名学号评价【自主学习】一、学习目标1.了解氢原子光谱的特点.2.知道巴耳末公式及里德伯常量.3.了解原子光谱及光谱分析的应用.二、重点难点1.原子光谱的特点.2.原子光谱及光谱分析三、问题导学1.什么叫光谱?光谱分为哪几类?产生原因分别是什么?2.氢原子光谱有什么特征?四、自主学习(阅读课本P56-59页,《金版学案》P55-56知识点1)1.完成《金版学案》P55预习篇1、2、3.五、要点透析(见《金版学案》P55-56知识点1)1.发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。
发射光谱分两类:连续光谱和明线光谱。
(1)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。
如下图所示。
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。
(2)明线光谱:只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱,简称为线状谱。
各条谱线对应不同波长的光,如下图所示。
稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是线状谱。
线状谱是由游离状态的原子发射的。
每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光,因此线状谱的谱线也叫原子的特征谱线。
先学案2.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。
如下图示。
3.光谱分析由于各种原子都有自己的特征谱线,因此可以根据光谱来鉴别和确定物质的化学组成。
如果在某种物质的线状谱或吸收光谱中出现了若干种元素的特征谱线,表明该物质中含有这种元素的成分,这种对物质进行化学组成的分析和鉴别方法称为光谱分析。
可以用作光谱分析的原子光谱主要有两种:一种是明线光谱,另一种是吸收光谱。
4.氢原子光谱(1)氢原子光的巴尔末系巴耳末对可见光区的4条谱线做了分析,发现这些谱线的波长可用公式表示⎪⎭⎫ ⎝⎛-=221211n R λ n=3,4,5,6… 其中711.09710R m -=⨯为里得伯常量 用此公式计算结果与实际基本符合,说明此公式能反映氢光谱的规律。
教学资料参考范本【2019-2020】高中物理第三章原子结构之谜第三节氢原子光谱同步备课教学案粤教版选修3_5撰写人:__________________部门:__________________时间:__________________[学习目标] 1.知道什么是光谱,能说出连续谱和线状谱的区别.2.能记住氢原子光谱的实验规律.一、氢原子光谱的实验规律[导学探究] 如图1所示为氢原子的光谱.图1(1)仔细观察,氢原子光谱具有什么特点?(2)阅读课本,指出氢原子光谱的谱线波长具有什么规律?答案(1)从右至左,相邻谱线间的距离越来越小.(2)可见光区域的四条谱线的波长满足巴耳末公式:=R(-),n=3,4,5,…[知识梳理]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,这种光谱被称为原子光谱.2.巴耳末公式:=R(-),n=3,4,5…式中R叫做里德伯常量,实验值为R=1.097×107 m-1.(1)公式特点:第一项都是;(2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值,不能取连续值.巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱,即辐射波长的分立特征.3.广义巴耳末公式:=R(-),式中m和n均为正整数,且n>m. [即学即用] 判断下列说法的正误.(1)光是由原子核内部的电子运动产生的,光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径.( ×)(2)稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离,使气体变成导体.( √)(3)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数.( ×)二、原子光谱和光谱分析1.光谱的分类和比较2.光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线,可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分,这种方法称为光谱分析.3.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)产生原因: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,这就形成了连续谱背景下的暗线.[即学即用] 判断下列说法的正误.(1)各种原子的发射光谱都是连续谱.( ×)(2)不同原子的发光频率是不一样的.( √)(3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质.( ×)一、氢原子光谱的实验规律例1 (多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式=R(-),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答案CD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.针对训练1 氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( ) A. B. C. D.29答案 A解析 由巴耳末公式=R n =3,4,5,… 当n→∞时,有最小波长λ1,=R , 当n =3时,有最大波长λ2,=R ,得=. 二、光谱和光谱分析 1.光谱的分类光谱⎩⎪⎨⎪⎧发射光谱⎩⎨⎧连续谱线状谱吸收光谱2.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:a.发现新元素;b.鉴别物体的物质成分. (3)用于光谱分析的光谱:线状谱和吸收光谱.例2 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中,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C .进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续谱D .我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分答案BC解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吸收光谱,正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致,白炽灯发出的是连续谱,选项A错误;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鉴别月球的物质成分,选项D错误;光谱分析只能是线状谱或吸收光谱,连续谱是不能用来进行光谱分析的,所以选项C正确;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,选项B正确.针对训练2 关于光谱,下列说法正确的是( )A.一切光源发出的光谱都是连续谱B.一切光源发出的光谱都是线状谱C.稀薄气体发光形成的光谱是线状谱D.白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱答案C解析由于物质发光的条件不同,得到的光谱不同,故A、B错误;稀薄气体发光形成的光谱为线状谱,C正确;白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱,D错误.1.(多选)下列关于巴耳末公式=R的理解,正确的是( )A.此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的B.公式中n可取任意值,故氢原子光谱是连续谱C.公式中n只能取大于或等于3的整数值,故氢原子光谱是线状谱D.公式不仅适用于氢原子光谱的分析,还适用于其他原子光谱的分析答案AC解析巴耳末公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的,故A选项正确;公式中的n只能取大于或等于3的整数值,故氢光谱是线状谱,B选项错误,C选项正确;巴耳末公式只适用于氢光谱的分析,不适用于其他原子光谱的分析,D选项错误.2.(多选)关于光谱,下列说法中正确的是( )A.炽热的液体发射连续谱B.线状谱和吸收光谱都可以对物质进行光谱分析C.太阳光谱中的暗线,说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素D.发射光谱一定是连续谱答案AB解析炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱,故A正确;线状谱和吸收光谱都可以用来进行光谱分析,B正确;太阳光谱中的暗线说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素,C错误;发射光谱有连续谱和线状谱,D错误.3.利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分,关于光谱分析,下列说法中正确的是( )A.利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分B.利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分C.高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D.我们观察月亮射来的光的光谱,可以确定月亮的化学组成答案B解析由于高温物体的光谱包括了各种频率的光,与其组成成分无关,故A错误;某种物质发光的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关,通过这些亮线与原子的特征谱线对照,即可确定物质的组成成分,B正确;高温物体发出的光通过其他物质后某些频率的光被吸收而形成暗线,这些暗线与所经物质有关,与高温物体无关,C错误;月亮反射到地面的光是太阳光,D错误.4.根据巴耳末公式,可求出氢原子光谱在可见光的范围内波长最长的2条谱线,其波长分别为654.55×10-9 m和484.85×10-9 m,求所对应的n值.答案n1=3 n2=4解析据巴耳末公式=R,n=3,4,5,…得1=1.10×107×,654.55×10-91=1.10×107×,484.85×10-9解得n1=3,n2=4.一、选择题(1~7题为单选题,8~10题为多选题)1.关于原子光谱,下列说法中不正确的是( )A.原子光谱是不连续的B.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C.由于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D.分析物质发光的光谱,可以鉴别物质中含哪些元素答案B解析原子光谱为线状谱,A正确;各种原子都有自己的特征谱线,故B错,C对;根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成.由此知A、C、D说法正确,B说法错误.2.巴耳末公式简洁显示了氢原子光谱的( )A.分立特征B.连续特征C.既连续又分立D.既不连续又不分立答案A解析巴耳末公式中的n只能取正整数,得到的波长是一些分立的值.3.下列对于巴耳末公式的说法正确的是( )A.所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B.巴耳末公式只确定了氢原子发光中可见光部分的光的波长C.巴耳末公式确定了氢原子发光中一个线系的波长,其中既有可见光,又有紫外光D.巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长答案C解析巴耳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光的波长,也不能描述其他原子的发光,A、D错误;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,但它适用于整个巴耳末线系,该线系包括可见光和紫外光,B错误,C正确.4.下列关于光谱的说法正确的是( )A.炽热固体、液体和高压气体发出的光形成连续谱B.对月光作光谱分析可以确定月亮的化学组成C.气体发出的光只能产生线状谱D.甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱答案A5.太阳光谱中有许多暗线,它们对应着某些元素的特征谱线,产生这些暗线是由于( )A.太阳表面大气层中缺少相应的元素B.太阳内部缺少相应的元素C.太阳表面大气层中存在着相应的元素D.太阳内部存在着相应的元素答案C解析太阳光谱中的暗线是由于太阳发出的连续谱通过太阳表面大气层时某些光被吸收造成的,因此,太阳光谱中的暗线是由于太阳表面大气层中存在着相应的元素,故C正确,A、B、D均错误.6.氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为E1,其次为E2,则为( )A. B. C. D.32答案A解析由=R得:当n=3时,波长最长,=R,当n=4时,波长次之,=R,解得:=,由E=h得:==.7.如图1甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线,图乙是某矿物的线状谱,通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为( )图1A.a元素B.b元素C.c元素D.d元素答案B解析把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照,b元素的谱线在该线状谱中不存在,故选项B正确,与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素.8.关于光谱和光谱分析,下列说法中正确的是( )A.发射光谱包括连续谱和线状谱B.太阳光谱是连续谱,氢光谱是线状谱C.只有线状谱可用作光谱分析D.光谱分析帮助人们发现了许多新元素答案AD解析光谱分为发射光谱和吸收光谱,发射光谱分为连续谱和线状谱,A正确;太阳光谱是吸收光谱,B错误;线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析,C错误;光谱分析可以精确分析物质中所含元素,并能帮助人们发现新元素,D正确.9.要得到钠元素的特征谱线,下列做法正确的是( )A.使固体钠在空气中燃烧B.将固体钠高温加热成稀薄钠蒸气C.使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气D.使炽热固体发出的白光通过高温钠蒸气答案BC解析炽热固体发出的是连续谱,燃烧固体钠不能得到特征谱线,A错误;稀薄气体发光产生线状谱,B正确;强烈的白光通过低温钠蒸气时,某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱,C正确,D错误.10.关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系,下列说法正确的是( )A.经典电磁理论很容易解释原子的稳定性B.根据经典电磁理论,电子绕原子核转动时,电子会不断释放能量,最后被吸附到原子核上C.根据经典电磁理论,原子光谱应该是连续的D.氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论答案BC解析根据经典电磁理论:电子绕原子核转动时,电子会不断释放能量,最后被吸附到原子核上,原子不应该是稳定的,并且发射的光谱应该是连续的.氢原子光谱并没有完全否定经典电磁理论,而是引入了新的概念.故正确答案为B、C.二、非选择题11.氢原子光谱除了巴耳末系外,还有赖曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为=R,n=4、5、6…,R=1.10×107 m-1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域,试求:(1)n=6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?n=6时,传播频率为多大?答案(1)1.09×10-6 m(2)3×108 m/s 2.75×1014 Hz解析(1)由帕邢系公式=R,当n=6时,得λ≈1.09×10-6 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c=3×108 m/s,由v==λf,得f===Hz≈2.75×1014 Hz.。
第三节 氢原子光谱[学习目标] 1.知道什么是光谱,能说出连续谱和线状谱的区别.2.能记住氢原子光谱的实验规律.一、氢原子光谱的实验规律[导学探究] 如图1所示为氢原子的光谱.图1(1)仔细观察,氢原子光谱具有什么特点?(2)阅读课本,指出氢原子光谱的谱线波长具有什么规律? 答案 (1)从右至左,相邻谱线间的距离越来越小.(2)可见光区域的四条谱线的波长满足巴耳末公式:1λ=R (122-1n 2),n =3,4,5,…[知识梳理]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,这种光谱被称为原子光谱. 2.巴耳末公式:1λ=R (122-1n 2),n =3,4,5…式中R 叫做里德伯常量,实验值为R =1.097×107m -1.(1)公式特点:第一项都是122;(2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值,不能取连续值.巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱,即辐射波长的分立特征.3.广义巴耳末公式:1λ=R (1m 2-1n2),式中m 和n 均为正整数,且n >m .[即学即用] 判断以下说法的正误.(1)光是由原子核内部的电子运动产生的,光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径.( × )(2)稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离,使气体变成导体.( √ ) (3)巴耳末公式中的n 既可以取整数也可以取小数.( × ) 二、原子光谱和光谱分析1.光谱的分类和比较光谱分类产生条件光谱形式发射光谱连续谱炽热固体、液体和高压气体发光形成连续分布,一切波长的光都有线状谱(原子光谱)稀薄气体发光形成一些不连续的亮线组成.不同元素谱线不同(又叫特征谱线)吸收光谱炽热的白光通过温度较低的气体后,某些波长的光被吸收后形成用分光镜观察时,见到连续谱背景上出现一些暗线(与特征谱线对应)2.光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线,可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分,这种方法称为光谱分析.3.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)产生原因: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,这就形成了连续谱背景下的暗线.[即学即用] 判断以下说法的正误.(1)各种原子的发射光谱都是连续谱.( ×)(2)不同原子的发光频率是不一样的.( √)(3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质.( ×)一、氢原子光谱的实验规律例1(多项选择)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式1λ=R(122-1n2),n=3,4,5,…,对此,以下说法正确的选项是( )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答案 CD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.针对训练1 氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( ) A.59 B.49 C.79 D.29 答案 A解析 由巴耳末公式1λ=R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122-1n 2n =3,4,5,…当n →∞时,有最小波长λ1,1λ1=R 122, 当n =3时,有最大波长λ2,1λ2=R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122-132,得λ1λ2=59.二、光谱和光谱分析 1.光谱的分类光谱⎩⎨⎧发射光谱⎩⎪⎨⎪⎧连续谱线状谱吸收光谱2.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:a.发现新元素;b.鉴别物体的物质成分. (3)用于光谱分析的光谱:线状谱和吸收光谱.例2 (多项选择)以下关于光谱和光谱分析的说法中,正确的选项是( ) A .太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱B .煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱C .进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续谱D .我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分 答案 BC解析 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吸收光谱,正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致,白炽灯发出的是连续谱,选项A 错误;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鉴别月球的物质成分,选项D 错误;光谱分析只能是线状谱或吸收光谱,连续谱是不能用来进行光谱分析的,所以选项C正确;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,选项B 正确.针对训练2 关于光谱,以下说法正确的选项是( )A.一切光源发出的光谱都是连续谱B.一切光源发出的光谱都是线状谱C.稀薄气体发光形成的光谱是线状谱D.白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱答案 C解析由于物质发光的条件不同,得到的光谱不同,故A、B错误;稀薄气体发光形成的光谱为线状谱,C正确;白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱,D错误.1.(多项选择)以下关于巴耳末公式1λ=R⎝⎛⎭⎪⎫122-1n2的理解,正确的选项是( )A.此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的B.公式中n可取任意值,故氢原子光谱是连续谱C.公式中n只能取大于或等于3的整数值,故氢原子光谱是线状谱D.公式不仅适用于氢原子光谱的分析,还适用于其他原子光谱的分析答案AC解析巴耳末公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的,故A选项正确;公式中的n只能取大于或等于3的整数值,故氢光谱是线状谱,B选项错误,C选项正确;巴耳末公式只适用于氢光谱的分析,不适用于其他原子光谱的分析,D选项错误.2.(多项选择)关于光谱,以下说法中正确的选项是( )A.炽热的液体发射连续谱B.线状谱和吸收光谱都可以对物质进行光谱分析C.太阳光谱中的暗线,说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素D.发射光谱一定是连续谱答案AB解析炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱,故A正确;线状谱和吸收光谱都可以用来进行光谱分析,B正确;太阳光谱中的暗线说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素,C错误;发射光谱有连续谱和线状谱,D错误.3.利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分,关于光谱分析,以下说法中正确的选项是( )A .利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分B .利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分C .高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D .我们观察月亮射来的光的光谱,可以确定月亮的化学组成 答案 B解析 由于高温物体的光谱包括了各种频率的光,与其组成成分无关,故A 错误;某种物质发光的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关,通过这些亮线与原子的特征谱线对照,即可确定物质的组成成分,B 正确;高温物体发出的光通过其他物质后某些频率的光被吸收而形成暗线,这些暗线与所经物质有关,与高温物体无关,C 错误;月亮反射到地面的光是太阳光,D 错误.4.根据巴耳末公式,可求出氢原子光谱在可见光的X 围内波长最长的2条谱线,其波长分别为654.55×10-9m 和484.85×10-9m ,求所对应的n 值. 答案 n 1=3 n 2=4解析 据巴耳末公式1λ=R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122-1n 2,n =3,4,5,…得 1654.55×10-9=1.10×107×⎝ ⎛⎭⎪⎫122-1n 21,1484.85×10-9=1.10×107×⎝ ⎛⎭⎪⎫122-1n 22,解得n 1=3,n 2=4.一、选择题(1~7题为单项选择题,8~10题为多项选择题) 1.关于原子光谱,以下说法中不正确的选项是( ) A .原子光谱是不连续的B .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C .由于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D .分析物质发光的光谱,可以鉴别物质中含哪些元素 答案 B解析 原子光谱为线状谱,A 正确;各种原子都有自己的特征谱线,故B 错,C 对;根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成.由此知A 、C 、D 说法正确,B 说法错误. 2.巴耳末公式简洁显示了氢原子光谱的( )A.分立特征B.连续特征C.既连续又分立D.既不连续又不分立答案 A解析巴耳末公式中的n只能取正整数,得到的波长是一些分立的值.3.以下对于巴耳末公式的说法正确的选项是( )A.所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B.巴耳末公式只确定了氢原子发光中可见光部分的光的波长C.巴耳末公式确定了氢原子发光中一个线系的波长,其中既有可见光,又有紫外光D.巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长答案 C解析巴耳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光的波长,也不能描述其他原子的发光,A、D错误;巴耳末公式是由当时的可见光中的部分谱线总结出来的,但它适用于整个巴耳末线系,该线系包括可见光和紫外光,B错误,C正确.4.以下关于光谱的说法正确的选项是( )A.炽热固体、液体和高压气体发出的光形成连续谱B.对月光作光谱分析可以确定月亮的化学组成C.气体发出的光只能产生线状谱D.甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱答案 A5.太阳光谱中有许多暗线,它们对应着某些元素的特征谱线,产生这些暗线是由于( ) A.太阳表面大气层中缺少相应的元素B.太阳内部缺少相应的元素C.太阳表面大气层中存在着相应的元素D.太阳内部存在着相应的元素答案 C解析太阳光谱中的暗线是由于太阳发出的连续谱通过太阳表面大气层时某些光被吸收造成的,因此,太阳光谱中的暗线是由于太阳表面大气层中存在着相应的元素,故C正确,A、B、D均错误.6.氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为E 1,其次为E 2,那么E 1E 2为( ) A.2027 B.2720 C.23 D.32 答案 A解析 由1λ=R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122-1n 2得:当n =3时,波长最长,1λ1=R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122-132, 当n =4时,波长次之,1λ2=R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122-142, 解得:λ1λ2=2720,由E =h c λ得:E 1E 2=λ2λ1=2027. 7.如图1甲所示的a 、b 、c 、d 为四种元素的特征谱线,图乙是某矿物的线状谱,通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为( )图1A .a 元素B .b 元素C .c 元素D .d 元素 答案 B解析 把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照,b 元素的谱线在该线状谱中不存在,应选项B 正确,与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素. 8.关于光谱和光谱分析,以下说法中正确的选项是( ) A .发射光谱包括连续谱和线状谱 B .太阳光谱是连续谱,氢光谱是线状谱 C .只有线状谱可用作光谱分析 D .光谱分析帮助人们发现了许多新元素 答案 AD解析 光谱分为发射光谱和吸收光谱,发射光谱分为连续谱和线状谱,A 正确;太阳光谱是吸收光谱,B 错误;线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析,C 错误;光谱分析可以精确分析物质中所含元素,并能帮助人们发现新元素,D 正确. 9.要得到钠元素的特征谱线,以下做法正确的选项是( ) A .使固体钠在空气中燃烧 B .将固体钠高温加热成稀薄钠蒸气 C .使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气 D .使炽热固体发出的白光通过高温钠蒸气 答案 BC解析 炽热固体发出的是连续谱,燃烧固体钠不能得到特征谱线,A 错误;稀薄气体发光产生线状谱,B 正确;强烈的白光通过低温钠蒸气时,某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱,C 正确,D 错误.10.关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系,以下说法正确的选项是( ) A .经典电磁理论很容易解释原子的稳定性B .根据经典电磁理论,电子绕原子核转动时,电子会不断释放能量,最后被吸附到原子核上C .根据经典电磁理论,原子光谱应该是连续的D .氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论 答案 BC解析 根据经典电磁理论:电子绕原子核转动时,电子会不断释放能量,最后被吸附到原子核上,原子不应该是稳定的,并且发射的光谱应该是连续的.氢原子光谱并没有完全否定经典电磁理论,而是引入了新的概念.故正确答案为B 、C. 二、非选择题11.氢原子光谱除了巴耳末系外,还有赖曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为1λ=R ⎝ ⎛⎭⎪⎫132-1n 2,n =4、5、6…,R =1.10×107 m -1.假设帕邢系的氢原子光谱在红外线区域,试求:(1)n =6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?n =6时,传播频率为多大? 答案 (1)1.09×10-6m (2)3×108m/s 2.75×1014Hz解析 (1)由帕邢系公式1λ=R ⎝ ⎛⎭⎪⎫132-1n 2,当n =6时,得λ≈1.09×10-6m.(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c =3×108 m/s ,由v =λT =λf ,得f =v λ=c λ=3×1081.09×10-6 Hz≈2.75×1014Hz.。
2019-2020年高中物理 第3章 第3、4节 氢原子光谱 原子的能级结构学案 粤教版选修3-5玻尔的原子模型⎩⎪⎨⎪⎧⎩⎪⎨⎪⎧内容对光谱的解释能级及能级跃迁应用⎩⎪⎨⎪⎧解释氢原子的发光现象根据能级跃迁计算光子的能量、波长等1.原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱,这种光谱被称为原子光谱.2.每种原子都有自己特定的原子光谱,不同的原子,其原子光谱不同,因而原子光谱被称为原子的指纹.3.人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线称为巴耳末系,其公式为1λ=,n =3,4,5,… 4.由于氢原子光谱是分立的,因此我们猜想原子内部的能量也是不连续的,并把此能量称为原子的能级.5.氢原子的能级公式为En =,n =1,2,3,…其中E 1=-13.6_eV ,这个最低能级对应的状态称为基态,其他状态称为激发态.6.处于激发态的氢原子是不稳定的,它会向较低的能级跃迁,跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外辐射,辐射出来的能量等于两能级间的能量差.基础达标1.(多选)关于玻尔原子理论的基本假设,下列说法中正确的是(AB )A .原子中的电子绕原子核做圆周运动,库仑力提供向心力B .电子绕核运动的轨道半径只能取某些特定的值,而不是任意的C .原子的能量包括电子的动能和势能,电子动能可取任意值,势能只能取某些分立值D .电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时,辐射(或吸收)的光子频率等于电子绕核运动的频率解析:由玻尔理论知,A 、B 正确;因电子轨道是量子化的,所以原子的能量也是量子化的,C 错误;电子绕核做圆周运动时,不向外辐射能量,原子辐射的能量与电子绕核运动无关,D 错误.2.大量氢原子从n =5的激发态,向低能级跃迁时,产生的光谱线条数是(D )A .4条B .6条C .8条D .10条解析:由题意可知,当大量氢原子从n =5能级跃迁时,有C25=10条光谱线产生.3.下列物质产生的光谱是线状谱的是(D )A .炽热的钢水B.发亮的白炽灯C.炽热的高压气体D.固体或液体汽化成稀薄气体后发光解析:炽热的固体、液体和高压气体产生的光谱是连续谱.4.(多选)关于玻尔的原子模型,下述说法中正确的有(BD)A.它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说B.它发展了卢瑟福的核式结构学说C.它完全抛弃了经典的电磁理论D.它引入了普朗克的量子理论解析:玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁,故A错误、B正确,它的成功就在于引入了量子化理论,缺点是被过多引入的经典力学所困,故C错误、D正确.5.一群氢原子处于同一较高的激发态,它们向较低激发态或基态跃迁的过程中(B) A.可能吸收一系列频率不同的光子,形成光谱中的若干条暗线B.可能发出一系列频率不同的光子,形成光谱中的若干条亮线C.只吸收频率一定的光子,形成光谱中的一条暗线D.只发出频率一定的光子,形成光谱中的一条亮线解析:当原子由高能级向低能级跃迁时,原子将发出光子,由于不只是两个特定能级之间的跃迁,所以它可以发出一系列频率的光子,形成光谱中的若干条亮线.6.(多选)有关原子光谱,下列说法正确的是(BD)A.原子光谱不能反映原子结构特征B.氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的C.太阳光谱是连续谱D.鉴别物质的成分可以采用光谱分析解析:不同的原子发出的谱线不相同,每一种原子都有自己的特征谱线,利用光谱分析可以用来确定元素,原子光谱可以间接反映原子结构的特征,故B、D正确,A错误.太阳光谱是不连续的,故C不正确.能力提升7.氢原子的能级图如图所示.欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子,则该氢原子需要吸收的能量至少是(A)A.13.60 eV B.10.20 eVC.0.54 eV D.27.20 eV解析:要使氢原子变成氢离子,是使氢原子由低能级向高能级跃迁,需要吸收的能量大于等于ΔE=En-E1=0-(-13.60) eV=13.60 eV,选项A满足题意.8.根据玻尔理论,下列关于氢原子的论述正确的是(C)A.若氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁,则氢原子要辐射的光子能量为hν=En B.电子沿某一轨道绕核运动,若圆周运动的频率为ν,则其发光的频率也是νC.一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的轨道,已知ra>rb,则此过程原子要辐射某一频率的光子D.氢原子吸收光子后,将从高能级向低能级跃迁解析:原子由能量为En的定态向低能级跃迁时,辐射的光子能量等于能级差,与En 不相等,故A错;电子沿某一轨道绕核运动,处于某一定态,不向外辐射能量,故B错;电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道,能级降低,因而要辐射某一频率的光子,故C正确;原子吸收光子后能量增加,能级升高,故D错.9.氢原子部分能级的示意图如图所示,不同色光的光子能量如下表所示:处于某激发态的氢原子,发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条,其颜色分别为(A) A.红、蓝—靛 B.黄、绿C.红、紫 D.蓝—靛、紫解析:本题意在考查考生对氢原子能级的理解,并能正确结合电磁波谱解决氢原子跃迁的能级问题.由七种色光的光子的不同能量可知,可见光光子的能量范围在1.61~3.10 eV,故可能是由第4能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子,E1=-0.85 eV-(-3.40)eV=2.55 eV,即蓝—靛光;也可能是氢原子由第3能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子,E2=-1.51 eV-(-3.40)eV=1.89 eV,即红光.10.如图所示为氢原子最低的四个能级,当氢原子在这些能级间跃迁时.(1)有可能放出几种不同能量的光子?(2)在哪两个能级间跃迁时,所发出的光子波长最长?波长是多少?解析:(1)由N=,可得N==6种;(2)氢原子由第四能级向第三能级跃迁时,能级差最小,辐射的光子能量最小,波长最长,根据hν=E4-E3=-0.85-(-1.51) eV=0.66 eV,λ==答案:(1)6 (2)第四能级向第三能级 1.88×m。
3.3 氢原子光谱课堂互动三点剖析一、氢原子光谱1.巴尔末系人们在观察氢原子光谱时,在可见光区内发现了四条谱线,其波长分别是656.3 nm、1486.1 nm、434.1 nm和410.2 nm,如果令v ,v称波数,巴耳末公式可改列如下:1 1 n 4 12v(BB 2 2n 4 2 1n2),1 1v2 ),3.4,5,①R( n2 n24上式中的常数称里德伯常数,从对氢光谱的精密测量,获得R值是RBR=1.096 775 8×107 m-1R当n→∞,①式成为v. 222.其他谱线系1 1 1莱曼系R ( ),n=2,3,4,…12 n21 1 1巴耳末系R ( ),n=3,4,5,…22 n21 1 1帕邢系R ( ),n=4,5,6,…2 n231 1 1布喇开系R ( ),n=5,6,7,…42 n21 1 1普丰德系R ( ),n=6,7,8,…2 n251 1 1显然氢原子光谱的波数可以表达为R [ ],m2 n2式中m=1,2,3,…;对每一个m,n=m+1,m+2,m+3,…,构成一个谱线系.二、光谱分析1.原子光谱原子都有自己特有的原子光谱,不同的原子,其原子光谱均不同.2.光谱分析把得到的光谱和已知的原子光谱对照确定元素的方法为光谱分析,用来做光谱分析的原子光谱有两种:一种是明线光谱,它是稀薄气体发光直接产生的;另外一种是吸收光谱,它是白光通过物质时,某些波长的光被物质吸收后产生的.各个击破的理解,正确的是()1 1 1【例1】关于巴耳末公式R ( )22 n2A.此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的1B.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解析:此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区的14条谱线中得到的,只适用于氢光谱的分析,且n只能取大于等于3的整数,则λ不能取连续值,故氢原子光谱是线状谱.答案:AC类题演练1在可见光范围内波长最长的2条谱线所对应的n,它们的波长各是多少?氢原子光谱有什么特点?1 1 1解析:据公式R () 2 n22n=3,4,5,…当n=3 时,波长λ最大,其次是n=4时,1 7 1 1当n=3时, 1.1010 ()4 91解得λ1=6.5×10-7 m.1 7 1 1当=4时, 1.1010 ()4 162解得λ2=4.8×10-7 m.氢原子光谱是由一系列不连续的谱线组成的线状谱.答案:n=3时,λ=6.5×10-7 m,n=4时,λ=4.8×10-7 m.氢原子光谱是由一系列不连续的谱线组成的.变式提升氢原子光谱除了巴耳末系外,还有莱曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为11 1R (32 n2) ,n=4,5,6,…,R=1.10×107 m-1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域,试求:(1)n=6时,对应的波长?(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少?n=6时,传播频率为多大?1 1 1解析:(1)若帕邢系公式R ( )32 n2,当n=6时,得λ=1.09×10-6 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c=3×108 m/s,由v=Tv=λν,得γ=c31081.09106Hz=2.75×1014 Hz.答案:(1)1.09×10-6 m (2)3×108 m/s 2.75×1014 Hz【例2】对原子光谱,下列说法正确的是()A.原子光谱是不连续的B.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C.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2D.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项正确;各种原子都有自己的特征谱线,故B项错C项对;据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成,D项正确.答案:ACD3。