全国通用版高中物理第十八章原子结构第三节氢原子光谱学案新人教版选修3

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1、第三节氢原子光谱学 习 目 标 了解光谱的定义与分类理解氢原子光谱的实验规律，知道何为巴耳末系了解经典原子理论的困难知 识 导 图知识点1光谱1定义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_(频率)和强度分布的记录，即光谱。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_的光带组成的光谱。3特征谱线各种原子的发射光谱都是_线状谱_，且不同原子的亮线位置_不同_，故这些亮线称为原子的_特征_谱线。4光谱光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，它的优点是_灵敏度_高，样本中一种

2、元素的含量达到_1010g_时就可以被检测到。知识点2氢原子光谱的实验规律1光的产生许多情况下光是由原子内部_电子_的运动产生的，因此光谱研究是探索_原子结构_的一条重要途径。2巴耳末公式_R_(n3,4,5)3巴耳末公式的意义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。知识点3经典理论的困难1核式结构模型的成就正确地指出了_原子核_的存在，很好的解释了_粒子散射实验_。2经典理论的困难经典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_。 预习反馈判一判(1)各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应。()(2)炽热的固体、液体和高压气体发出

3、的光形成连续光谱。()(3)巴耳末公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的。()(4)分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素。()(5)经典物理学可以很好地应用于宏观世界，也能解释原子世界的现象。()选一选(多选)关于巴耳末公式R()(n3,4,5)的理解，正确的是(AC)A此公式只适用于氢原子发光B公式中的n可以是任意数，故氢原子发光的波长是任意的C公式中的n是大于等于3的正整数，所以氢原子光谱不是连续的D该公式包含了氢原子的所有光谱线解析：巴耳末公式是分析氢原子的谱线得到的一个公式，它只反映氢原子谱线的一个线系，故A正确，D错误；公式中的n只能取不小于3的正整数，B错误，C正确。想一想能

4、否根据对月光的光谱分析确定月球的组成成分？答案：不能。月球不能发光，它只能反射太阳光，故其光谱是太阳的光谱，对月光进行光谱分析确定的并非月球的组成成分。探究一光谱和光谱分析S1早在17世纪，牛顿就发现了白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。研究光谱有哪方面的意义？提示：光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的重要途径。G1光谱的分类2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)对太阳光谱的解释：阳光中含有各种颜色的光，但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

5、谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱背景下的暗线。3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1010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)检查物质的纯度。(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。特别提醒：光谱分析可以使用发射光谱中的线状谱，也可以使用吸收光谱，因它们都有原子自身的特征谱线，但不能使用连续光谱。D典例1(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是(BC)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

6、都是线状谱C进行光谱分析时，可以用线状谱，不能用连续光谱D我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分解题指导：要明确光谱和物质发光的对应关系，炽热的固体、液体和高压气体发出的是连续光谱，而稀薄气体发射的是线状谱。解析：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光谱，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，D错误；光谱分析只能是线状谱和吸收光谱，连续光谱是不能用来做光谱分析的，所以C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

7、光谱都是线状谱，B正确。,对点训练1(多选)如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是(BD)Aa元素Bb元素Cc元素 Dd元素解析：把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b、d元素的谱线在该线状谱中不存在，故B、D正确。探究二氢原子光谱的实验规律S2氢原子是自然界中最简单的原子，对它的光谱线的研究获得的原子内部结构的信息，对于研究更复杂的原子的结构有指导意义。从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示，氢原子的光谱为线状谱。试分析氢原子光谱的分布特点。提示：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

8、明显的规律性。G1氢原子光谱实验在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2kV3kV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。(实验装置如图所示)2实验现象在可见光区内，观察到波长分别为656.47nm、486.27nm、434.17nm、410.29nm的四条谱线，分别用符号H、H、H、H 表示。(见下图)3巴耳末公式R()n3,4,5式中n只能取整数，R称为里德伯常量R1.10107m1。巴耳末线系的4条谱线都处于可见光区。在巴耳末线系中n值越大，对应的波长越短，即n3时，对应的波长最长；n6时，对应的波长最短。除了巴耳末线系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，

9、也都满足与巴耳末公式类似的关系式。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，也都满足与巴其末公式类似的关系式。D典例2巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式 R()，式中n3,4,5，在氢原子光谱可见光区，最长波长与最短波长之比为(D)AB C D解题指导：注意氢原子光谱可见光区的四条谱线对应n的取值分别为3,4,5,6，n的取值越小，波长越大。解析：巴耳末系的前四条谱线在可见光区，n的取值分别为3,4,5,6。n越小，越大，故n3时波长最大，max；n6时波长最小，min，故，D正确。,对点训练2对于巴耳末公式下列说法正确的是(C)A所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B巴耳

10、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一组谱线的波长，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解析：巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一组谱线的波长，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，故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，但它也适用于可见光和紫外光，故B错误，C正确。易错点：对光谱和光谱分析认识不正确案例关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是(D)A太阳光谱和白炽灯光谱都是发射光谱B冶炼时的炼钢炉流出的铁水的光谱是线状谱C光谱都可以用于物质成分的分析D分析恒星的光谱，可以确定该恒星的

11、化学成分易错分析：不明确太阳光经过太阳大气层射到地球后，已是吸收光谱，而错选A；不明确光谱分析的本质，认为光谱都可以用于物质成分的分析而错选C。正确解答：因为太阳光谱为吸收光谱，故A错误；高温铁水是炽热液体，所产生的光谱为连续谱，B错误；线状谱(明线光谱)、吸收光谱的谱线是原子的特征谱线，是原子辐射、吸收光子产生的光谱，可用于光谱分析。而连续谱无原子的特征谱线，故不能应用于光谱分析，C错误；除恒星外的行星、卫星自身不发光，它们能反射太阳光，所以可利用光谱分析判断恒星的化学组成，故D正确。正确答案：D1(山东省滨州市20172018学年高二上学期期末)下列说法正确的是(B)A汤姆逊首先发现了电子

12、，并测定了电子电荷量B粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上C光电效应现象揭示了光的波动性 D氢原子的发射光谱是连续谱解析：汤姆逊首先发现了电子，提出了“枣糕”式原子模型，密立根测定了电子电荷量，故A错误；粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，故B正确；光电效应现象揭示了光的粒子性，故C错；氢原子的发射光谱是不连续谱，只能发出特定频率的谱线，故D错。2(河北省保定市20162017学年高二下学期期中)太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于(C)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

13、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解析：太阳光谱是太阳内部发出的光在经过太阳大气的时候，被太阳大气层中的某些元素吸收而产生的，是一种吸收光谱。所以太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着太阳大气层中的某些元素的特征谱线，故C正确，A、B、D错误。3(多选)(山东德州20162017学年高三模拟)关于巴耳末公式R()(n3,4,5)的理解，正确的是(AC)A此公式只适用于氢原子发光B公式中的n可以是任意数，故氢原子发光的波长是任意的C公式中的n是大于等于3的正整数，所以氢原子光谱不是连续的D该公式包含了氢原子的所有光谱线解析：巴耳末公式是分析氢原子的谱线得到的一个公式，它只反映

14、氢原子谱线的一个线系，故A正确，D错误；公式中的n只能取不小于3的正整数，B错误，C正确。 基础夯实 一、选择题(13题为单选题，4、5题为多选题)1卢瑟福的原子核式结构学说初步建立了原子核结构的正确图景，解决的问题有(A)A解释了粒子散射现象B原子中存在电子C结合经典电磁理论解释原子的稳定性D结合经典电磁理论解释氢光谱解析：通过粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，而经典电磁理论并不能解释原子的稳定性和氢原子光谱，A正确，B、C、D错误。2下列关于光谱的说法正确的是(C)A月光是连续光谱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状谱D白光通过温度较低的钠蒸气，

15、所产生的光谱是线状谱解析：月光是反射的太阳光，是吸收光谱，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。3巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式R()(n3,4,5)，对此，下列说法正确的是(C)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：巴耳末公式是依据对氢光谱的分析得出的，而不是依据核式结构总结出的，A错、C对；巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一个线

16、系波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，此公式反映出氢原子发光是不连续的，B、D错。4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(BC)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，是要引入新的观念了。故正确答案为B、C。5关于太阳光谱，下列说法正确的是(BC)A太阳

17、光谱为连续谱B太阳光谱为吸收光谱C研究太阳光谱，可以了解太阳大气层的物质成分D研究太阳光谱，可以了解地球大气层的物质成分解析：弄清太阳光谱的成因。太阳光谱是吸收光谱，是通过太阳大气层后，被太阳大气层中物质吸收后形成的光谱。而吸收光谱的谱线与这种元素的线状谱是对应的，因此分析吸收光谱，也可了解物质的组成，故B、C正确。二、非选择题6利用白炽灯蜡烛霓虹灯在酒精火焰中烧钠和钾的盐所产生的光谱中，能产生连续光谱的有_和_，能产生明线光谱的有_和_。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；在酒精火焰上钠或钾的盐，会使钠或钾的盐分解为钠离子

18、或钾离子，即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，所以题中和属于连续光谱，和属于明线光谱。7在可见光范围内波长最长的2条谱线所对应的n和它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？答案：n3时，6.5107m，n4时，4.8107m解析：据公式R()n3,4,5，当n3时，波长最大，其次是n4时，当n3时，1.10107()解得16.5107m当n4时，1.10107()解得24.8107m氢原子光谱是由一系列不连续的谱线组成的线状谱。 能力提升 一、选择题(1、2题为单选题，35题为多选题)1(黄冈中学20142015学年高二下学期期中)关于原子

19、的特征谱线，下列说法不正确的是(D)A不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线B原子的特征谱线可能是由于原子从高能级向低能级跃迁时放出光子而形成的C可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分D原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据解析：不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线，故不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线，选项A正确；原子的特征谱线可能是由于原子从高能级向低能级跃迁时放出光子而形成的，故选项B正确；每种原子都有自己的特征谱线，可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分，故选项C正确；粒子散射实验是原子

20、具有核式结构的有力证据，故选项D错误。2对原子光谱，下列说法不正确的是(B)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D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正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错误，C正确；对各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D正确。3下列对氢原子光谱实验规律的认识中，正确的是(AB)A虽然氢原子核外只有一个电子，但氢原子也能产生多种波长的光B氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线C氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线D氢原子

21、产生的光的波长大小与氢原子放电管放电强弱有关解析：氢原子光谱是线状谱，波长是一系列不连续的、分立的特征谱线，并不是只含有一种波长的光，不是亮度不连续的谱线，选项A、B正确，选项C错误；氢原子光谱是氢原子的特征谱线，只要是氢原子发出的光，光谱就相同，与放电管的放电强弱无关，选项D错误。4通过光栅或棱镜获得物质发光的光谱(ACD)A按光的频率顺序排列B按光子的质量大小排列C按光的速度大小排列D按光子的能量大小排列解析：光谱是将光按波长展开的，而波长与频率相对应，故A正确；光子没有质量，各种色光在真空中传播速度相同，在介质中传播速度不同，B错误，C正确；由爱因斯坦的光子说可知光子能量与光子频率相对应

22、，D正确。5关于光谱，下面说法中正确的是(AC)A炽热的液体发射连续光谱B太阳光谱中的暗线说明太阳内部缺少与这些暗线相对应的元素C明线光谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析D发射光谱一定是连续光谱解析：炽热的固体、液体、高压气体发出的是连续光谱，故A正确；太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续光经过太阳大气层时产生的吸收光谱，故B不正确；线状光谱和吸收光谱都是原子的特征光谱，都可以用于对物质成分进行分析，故C正确；发射光谱可能是连续光谱，也可能是明线光谱，故D不正确。二、非选择题6如图所示的分光镜是用来观察光谱的仪器，现有红、绿、紫三种单色光组成的复色光由小孔S进入平行光管，那么在光屏MN上的P处是

23、_红_光，Q处是_绿_光、R处是_紫_光。解析：分光镜是根据光的色散现象制成的。复色光通过三棱镜后，其偏折角不同，频率大的色光，偏折角大，故紫光的偏折角最大，而红光最小。7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()，n4,5,6，R1.10107m1。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少？n6时，传播频率为多大？答案：(1)1.09106m(2)3108m/s2.751014Hz解析：(1)由帕邢系公式R()，当n6时，得1.09106m。(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c3108m/s，由v，得Hz2.751014Hz