海南省海口市第十四中学高中物理 第十八章 氢原子光谱学案 新人教版选修35

3 氢原子光谱自主广场我夯基我达标1.在酒精灯的酒精中溶解些食盐，灯焰会发出明亮的黄光，用摄谱仪拍摄下来的光谱中会有钠的______________光谱（填“明线”或“吸收”）.思路解析：在酒精灯炽热的灯焰中钠离子由高能态向低能态跃迁发出明亮的黄光，所以可以看到钠的明线光谱.答案：明线2.用摄谱仪拍摄的太阳，可以分析太阳大气的成分，这是利用太阳光的______________光谱.（填“明线”或“吸收”）思路解析：太阳周围有一层稀薄的太阳大气，太阳光通过这层大气时，某些频率的光被太阳大气中各种元素的原子吸收，形成吸收光谱，通过对照各种元素原子的特征谱线就会分析出太阳大气成分，因此是利用了太阳光的吸收光谱.答案：吸收3.关于光谱和光谱分析的下列说法中，正确的是（）A.日光灯产生的光谱是连续光谱B.太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对应的元素C.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分D.连续光谱是不能用来作光谱分析的思路解析：日光灯是低压水银蒸气导电发光，产生明线光谱，故选项A不正确.太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续光谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱，正是太阳中存在的某种元素发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收，故选项B也不正确.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，C选项是错误的.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作光谱分析的.所以选项D正确. 答案：D4.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谱是连续光谱B.各种原子的线状谱中的明线和它的吸收谱中的暗线必定一一对应C.气体发出的光只能产生线状谱D.甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱思路解析：由于通常看到的吸收谱中的暗线比线状谱中的亮线要少一些，所以B选项不对.而气体发光时，若是高压气体发光形成连续谱，若是稀薄气体发光形成线状谱，故C选项也不对.甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气后，得到的是乙物质的吸收光谱，所以上述选项中只有A正确.答案：A5.氢原子的谱线系间接地反映了_________________.思路解析：由于光谱是原子受激发而发出的，不同原子受激发，发出的光谱不同，所以氢原子谱线系间接反映了氢原子的内部结构.答案：氢原子内部结构我综合我发展6.试从原子的核式结构出发，解释氢原子光谱.思路解析：根据卢瑟福提出的核式结构，带负电的电子在核外空间运动，由于电子绕核旋转，当原子受激发发光时，其自身能量会减小，轨道半径减小，最终会落到核上，因此这种核式结构是不稳定的，与实际情况不符，可见卢瑟福模型不能解释氢原子光谱的谱线结构.答案：卢瑟福的核式结构模型不能解释氢原子光谱的谱线结构，可见此模型与实际情况不符.7.利用①白炽灯、②蜡烛、③霓虹灯、④在酒精火焰中烧钠或钾的盐所产生的光谱中_____________，能产生连续光谱的有，能产生明线光谱的有_______________.思路解析：白炽灯是炽热物体，是连续光谱，蜡烛是化学反应燃烧发光也是连续光谱；霓虹灯是稀薄气体发光，是明线光谱，在酒精火焰上烧钠或钾的盐，会使钠或钾的盐分解为钠离子或钾离子，使钠或钾处于电离态，当它们向基态跃迁时，会放出光子形成钠或钾的特征谱线，形成明线光谱，所以题中①和②属于连续光谱，③和④属于明线光谱.答案：①和② ③和④8.已知钠的极限频率为6.00×1014Hz ，今用一群n=4的激发态的氢原子的发射光谱照射钠，试通过计算说明，氢光谱中有几条谱线可使钠发生光电效应？（1 eV =1.6×10-19 J ）思路解析：钠的逸出功W=h ν=6.63×10-34×6.00×1014 J=2.49 eV氢原子n=1至n=4的能级：n=1,E 1=-13.6 eVn=2,E 2=212E =-3.4 eV n=3,E 3=213E =-1.51 eV n=4,E 4=214E =-0.85 eV 由n=4跃迁到n=1放出的光子的能量E 4,1=-0.85 eV-（-13.6） eV=12.75 eV ＞2.49 eV同理，E 3,1=-1.51 eV-（-13.6） eV=12.09 eV ＞2.49 eVE 2,1=-3.4 eV-（-13.6） eV=10.2 eV ＞2.49 eVE 4,2=-0.85 eV-（-3.4） eV=2.55 eV ＞2.49 eVE 3,2=-1.51 eV-（-3.4） eV=1.89 eV ＜2.49 eVE 4,3=-0.85 eV-（-1.51） eV=0.66 eV ＜2.49 eV所以，处于n=4的激发态的氢原子的光谱中，只有E 4,1、E 3,1、E 2,1、E 4,2四条谱线可使钠发生光电效应.答案：四条。

高二物理导教学设计日期 0716编号008 教师李明佛18.3氢原子光谱导教学设计班级姓名学习目标1．认识光谱的定义和分类。

2．认识氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。

3．认识经典原子理论的困难。

学习重点：氢原子光谱的实验规律学习难点：经典理论的困难学习过程：引入新课表达：粒子散射实验令人们认识到原子拥有核式结构，但电子在核外怎样运动呢？它的能量怎样变化呢？经过这节课的学习我们就来进一步认识有关的实验事实。

新课学习1．光谱（结合课件显现）光谱：早在 17 世纪，牛顿就发现了日光经过三棱镜后的色散现象，并把实验中获取的彩色光带叫做光谱。

光谱是电磁辐射（不论是在可见光地域还是在不能见光地域）的波长成分和强度分布的记录。

有时可是波长成分的记录。

（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。

①连续光谱：叫做连续光谱。

比方：火热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。

比方白炽灯丝发出的光、烛焰、火热的钢水发出的光都形成连续光谱。

②明线光谱：叫做明线光谱。

叫谱线，各条谱线对应不相同波长的光。

比方：稀少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，因此也叫原子的光谱。

特色谱线：实践证明，原子不相同，发射的明线光谱也不相同，每种原子只能发出拥有自己特色的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特色谱线。

（2）吸取光谱：高温物体发出的白光（其中包含连续分布的所有波长的光）经过物质时，某些波长的光被物质吸取后产生的光谱，叫做吸取光谱。

第1页/共5页各种原子的吸取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。

这表示，低温气体原子吸取的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。

因此吸取光谱中的暗谱线，也是原子的特色谱线。

太阳的光谱是吸取光谱。

各种光谱成因知识结构图：（3）光谱解析：这种方法叫做光谱解析。

原子光谱的不连续性反响出原子结构的不连续性，因此光谱解析也能够用于研究原子的结构。

3 氢原子光谱疱丁巧解牛知识·巧学一、光谱1.光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(或频率)成分和强度分布的记录. 2.光谱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明线光谱(线状光谱).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.炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱，如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱.②线光谱——只含有一些不连续的亮线的光谱.它是由游离状态的原子发射的，因此也叫原子光谱，稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱，实验证明，每种元素的原子都有一定特征的线光谱，可以使用光谱管观察稀薄气体发光时的线光谱.不同元素的原子产生的线光谱是不同的，但同种元素原子产生的线光谱是相同的，这意味着，某种物质的原子可从其线光谱加以鉴别，因此称某种元素原子的线光谱的谱线为这种元素原子的特征谱线.辨析比较连续谱是由炽热的固体、液体和高压气体直接发光形成，例如：白炽灯、炽热的钢水、铁水.线状谱是由稀薄气体或金属蒸气所发射的光谱，例如：光谱管、霓虹灯、烧钠盐形成的钠气发光.线光谱主要是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子光谱.联想发散线状光谱中每条光谱线对应着一种频率，不同物质的线光谱不同，因此通过测定线光谱可以鉴别物质.(2)吸收光谱——高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱.这种光谱的特点是在连续光谱的背景上由若干条暗线组成的.例如太阳光谱就是太阳内部发出的强光经温度较低的太阳大气层时产生的吸收光谱.实验表明，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线光谱中的一条明线相对应.即某种原子发出的光与吸收的光的频率是特定的，因此吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线.3.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它的化学组成，这种方法叫做光谱分析.这种方法的优点是非常灵敏而且迅速.某种元素在物质中的含量达10-10克，就可以从光谱中发现它的特征谱线将其检查出来.光谱分析在科学技术中有广泛的应用：(1)检查物体的纯度.(2)鉴别和发现元素.(3)天文学上光谱的红移表明恒星的远离等等.学法一得做光谱分析时，可以利用明线光谱，也可利用吸收光谱.二、氢原子光谱的实验规律1.实验观察氢原子光谱在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2 kV—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.实验现象：如图18-3-1所示为氢原子光谱图.在可见光区内，有四条谱线，分别用符号Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示，这四条谱线的波长分别为656.47 nm、486.27 nm、434.17 nm、410.29 nm.图18-3-12.氢原子光谱的特点(1)氢原子光谱的特点之一是：从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线H α、H β、H γ、H δ等(图18-3-2).图18-3-2深化升华 这几个波长数值成了氢原子的“印记”，不论是何种化合物的光谱，只要它里面含有这些波长的光谱线，我们就能断定这种化合物里一定含有氢.(2)氢原子光谱的特点之二是：从长波到短波，H α—H β等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性，瑞士数学家巴耳末(J.J.Balmer)对氢气放电得到的氢原子光谱可见光部分的四条谱线进行了研究和分析，发现这些谱线的波长可以用一个很简单的数学公式1 =R(21W -21n)(n=3，4，5，6，…)表示，式中，R 叫做里德伯常量(R=1.096 775 81×107 m -1). 分别将n=3,4,5,6,…代入公式后，便可计算出对应的波长λ，而这些计算值都与氢原子光谱线吻合.学法一得 用数学公式或函数来解决处理问题，是探究物理规律，表述规律中最常用的方法和手段，用数学公式或函数表述物理规律有时显得更直观，更简洁.(3)氢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.3.其他原子的原子光谱(1)氢原子光谱是线状的，即辐射的波长具有分立性，氢分子是自然界中最简单的原子，对它的光谱线的研究所获得的原子内部结构的信息对研究其他复杂原子的结构具有指导意义.(2)科学家观察了大量的其他原子的原子光谱，发现每种原子都有自己特定的光谱，不同的原子，其原子光谱均不相同，和氢原子一样，其他原子的光谱线的波数也可以表示为两个光谱项之差，所不同的是，它们的光谱项的形式要复杂一些.(3)通过分析研究大量的原子光谱，可以得到一个共同的规律，那就是各种原子辐射的光波都是线状光谱，波长具有分立性，只能是不连续的分立值.三、经典理论的困难1.原子是否稳定？电子绕核旋转，做的是一种变加速运动，因而就要向外辐射电磁波，由于能量不断地向外辐射，使得电子绕核运动的轨道半径也要减小，这样电子会沿着螺旋线落在原子核上，因而原子应该是不稳定的.但事实上原子通常是稳定的.2.原子发光时，所发出的光的频率是否单一？电子绕核运动时辐射的电磁波的频率等于电子绕核运动的频率；当电子运动的轨道半径逐渐减小时，辐射出的电磁波的频率将不断增大，这样大量原子发光时所发射的光应包含各种频率的光，而实际上原子所发出的光的频率是不连续的.联想发散 微观物体的变化规律不能用从宏观现象中得出的经典理论加以说明，为了解决这一矛盾，丹麦的青年物理学家玻尔在前人学说的基础上，把普朗克的量子理论应用于原子系统中，提出了新的原子理论——玻尔的原子理论.典题·热题知识点一 各种光谱的认识例1 下列关于光谱的说法正确的是( )A.太阳光谱是连续光谱B.日光灯产生的光谱是连续光谱C.酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱是线光谱D.白光通过温度较低的钠蒸气，所产生的光谱是线光谱解析：太阳发出的白光本来是连续光谱，但在穿过太阳表面温度比较低的太阳大气层时，被大气层内存在着的从太阳蒸发出来的多种元素的气体吸收，到达地球时形成吸收光谱，故选项A 错.日光灯是低压蒸气发光，所以产生的是线光谱，故选项B 错.酒精灯中燃烧的钠蒸气属于低压气体发光产生线状谱，故选项C 正确，选项D 错.答案：C方法归纳 注意辨别区分各种不同光谱的名称及产生情况可迅速解决问题.这样的知识要在理解的基础上加强记忆.巧妙变式 太阳的连续光谱中有许多暗线，产生这些暗线能说明太阳表面大气层中存在元素的什么情况？(太阳表面大气层中存在着相应的元素)知识点二 氢原子光谱的实验规律例2 请根据巴耳末公式λ1=R(221-21n)，计算当n=2，3，4，5时的波长，并与实验结果对比.解析：利用巴耳末公式计算出波长.当n=2时，21λ=R(221-221)，则λ2=0 当n=3时，31λ=R(221-231) 则λ3=6.563×10-7m 当n=4时，41λ=R(221-241) 则λ4=4.862 7×10-7m 当n=5时，51λ=R(221-251) 则λ5=4.342×10-7 m.方法归纳 解此类题的关键是抓住巴耳末系的巴耳末公式：λ1=R(221-21n)(n=3,4,5，…) 再根据n 的取值即可进行对波长的计算，在计算时还应注意，在各公式中n 的最大值都可以取到无穷大，但n 的最小值都是固定的.问题·探究方案设计探究问题自己设计实验测定里德伯常量R？探究过程：探究：实验器材：棱镜摄谱仪、氢原子光源、凸透镜.实验步骤：1.把光源放在第一个凸透镜L3的集点上(如图18-3-2所示).图18-3-22.打开摄谱仪，让底面曝光，注意曝光时间不要过长.3.从光谱相片上测量出Hβ、Hγ、Hδ对应的位置，和已知Hα的波长(Hα=6 562.10A。

第十八章 原子结构
3 氢原子光谱
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.
知识点一 光谱和光谱分析
提炼知识 1．光谱定义：用光栅或棱镜把可见光按波长展开， 获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱． 2．光谱分类：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．有的光谱看起来不是 一条条分布的谱线，而是连续在一起的光带，这样的光 谱叫作连续谱．
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
解析：连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光 谱叫作连续光谱，如炽热的液体发射连续光谱，故 A 错 误；太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，说明太阳中存在 与这些暗线相对应的元素，故 B 错误；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，
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．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1λ＝R312－n12，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．