1、3氫原子光譜學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道什么是光譜，能說出連續(xù)譜和線狀譜的區(qū)別.2.能記住氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.3.能說出經(jīng)典物理學(xué)在解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜分立特性上的困難一、光譜和光譜分析導(dǎo)學(xué)探究(1)根據(jù)經(jīng)典的電磁理論，原子的光譜是怎樣的？而實(shí)際看到的原子的光譜是怎樣的？答案根據(jù)經(jīng)典電磁理論，原子可以輻射各種頻率的光，即原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的，而實(shí)際上看到的原子的光譜總是分立的線狀譜(2)為什么用棱鏡可以把各種顏色的光展開？我們記錄光譜有什么樣的意義？答案不同顏色的光在棱鏡中的折射率不同，因此經(jīng)過棱鏡后的偏折程度也不同光譜分析的意義：應(yīng)用光譜分析發(fā)現(xiàn)新元素光譜分析對鑒別化學(xué)元素有著重大的意義，許多

2、化學(xué)元素，如銫、銣、鉈、錮、鎵等，都是在實(shí)驗(yàn)室里通過光譜分析發(fā)現(xiàn)的天文學(xué)家將光譜分析應(yīng)用于恒星，證明了宇宙中物質(zhì)構(gòu)成的統(tǒng)一性光譜分析還為深入研究原子世界奠定了基礎(chǔ)，近代原子物理學(xué)正是從原子光譜的研究中開始的知識(shí)梳理(1)光譜的定義用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜(2)特征譜線各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，且不同原子的亮線位置不同，故這些亮線稱為原子的特征譜線(3)光譜的分類和比較光譜分類產(chǎn)生條件光譜形式發(fā)射光譜連續(xù)譜熾熱固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成連續(xù)分布，一切波長的光都有線狀譜(原子光譜)稀薄氣體發(fā)光形成一些不連續(xù)的亮線組成不同元素譜線不

3、同(又叫特征譜線)吸收光譜熾熱的白光通過溫度較低的氣體后，某些波長的光被吸收后形成用分光鏡觀察時(shí)，見到連續(xù)譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征譜線對應(yīng))(4)太陽光譜太陽光譜的特點(diǎn)：在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線，是一種吸收光譜產(chǎn)生原因：當(dāng)陽光透過太陽的高層大氣射向地球時(shí)，太陽高層大氣中含有的元素會(huì)吸收它自己特征譜線的光，這就形成了連續(xù)譜背景下的暗線(5)光譜分析由于每種原子都有自己的特征譜線，可以利用它來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，這種方法稱為光譜分析優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，樣本中一種元素的含量達(dá)到1010 g時(shí)就可以被檢測到應(yīng)用：a.發(fā)現(xiàn)新元素；b.鑒別物體的物質(zhì)成分用于光譜分析的光譜：線狀譜和吸

4、收光譜即學(xué)即用(多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析的說法中，正確的是()A日光燈產(chǎn)生的光譜是連續(xù)譜B我們能通過光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分C連續(xù)譜是不能用來作光譜分析的D線狀譜和吸收光譜都可以對物質(zhì)成分進(jìn)行分析答案CD二、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律導(dǎo)學(xué)探究(1)氫原子光譜是什么光譜？它是如何獲取的？答案氫原子光譜是線狀譜，用氫氣放電管和光譜儀可以獲得氫原子光譜(2)能否根據(jù)巴耳末公式計(jì)算出對應(yīng)的氫光譜的最長波長？答案能氫光譜的最長波長對應(yīng)著n3，代入巴耳末公式便可計(jì)算出最長波長知識(shí)梳理(1)巴耳末公式R()，n3,4,5，式中R叫做里德伯常量，實(shí)驗(yàn)值為R1.10×107 m1.公式特點(diǎn)：第一項(xiàng)都是

5、；巴耳末公式說明氫原子光譜的波長只能取分立值，不能取連續(xù)值巴耳末公式以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜，即輻射波長的分立特征(2)其他公式氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式如萊曼系在紫外光區(qū)，公式為R，其中n2,3,4，即學(xué)即用(多選)下列關(guān)于巴耳末公式R的理解，正確的是()A此公式是巴耳末在研究氫原子光譜特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的B公式中n可取任意值，故氫光譜是連續(xù)譜C公式中n只能取大于或等于3的整數(shù)值，故氫光譜是線狀譜D公式不僅適用于氫光譜的分析，還適用于其他原子光譜的分析答案AC解析巴耳末公式是巴耳末在研究氫光譜特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的，故A選項(xiàng)正確；公式中的n只能取大于或等于3的整數(shù)值

6、，故氫光譜是線狀譜，B選項(xiàng)錯(cuò)誤，C選項(xiàng)正確；巴耳末公式只適用于氫光譜的分析，不適用于其他原子光譜的分析，D選項(xiàng)錯(cuò)誤三、經(jīng)典理論的困難導(dǎo)學(xué)探究(1)盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)很好地解釋了粒子散射實(shí)驗(yàn)，核外的電子繞核高速旋轉(zhuǎn)，這個(gè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)典的電磁理論有什么矛盾？答案核外電子被庫侖力吸引電子以很大速度繞核運(yùn)動(dòng)(繞核運(yùn)動(dòng)的加速度不為零)電磁場周期性變化向外輻射電磁波(繞核運(yùn)動(dòng)的能量以電磁波的形式輻射出去)能量減少電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑減小電子做螺旋線運(yùn)動(dòng)，最后落入原子核中，但是原子是穩(wěn)定的，并沒有原子核外的電子落入原子核內(nèi)所以，經(jīng)典的電磁理論不能解釋電子核外的電子的運(yùn)動(dòng)情況和原子的穩(wěn)定性(2)通過對氫原子光譜特

7、點(diǎn)的分析，氫原子光譜是分立的線狀譜，并符合巴耳末公式，這和經(jīng)典的電磁理論又有什么對立之處？經(jīng)典的電磁理論不能解釋哪些地方？答案電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)輻射電磁波的頻率應(yīng)等于電子繞核運(yùn)動(dòng)的頻率電子越轉(zhuǎn)能量越小軌道半徑不斷減小運(yùn)行頻率不斷改變這個(gè)變化有連續(xù)性原子輻射電磁波的頻率也要不斷變化大量原子發(fā)光的光譜應(yīng)該是連續(xù)譜據(jù)經(jīng)典理論，以上推理都是正確的，但推出的結(jié)果與現(xiàn)實(shí)不相符，說明經(jīng)典理論可以很好地應(yīng)用于宏觀物體，但不能用于解釋原子世界的現(xiàn)象知識(shí)梳理(1)核式結(jié)構(gòu)模型的成就：正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了粒子散射實(shí)驗(yàn)(2)困難：經(jīng)典物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立特征即學(xué)即用(多

8、選)關(guān)于經(jīng)典電磁理論與原子的核式結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，下列說法正確的是()A經(jīng)典電磁理論很容易解釋原子的穩(wěn)定性B根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電子會(huì)不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上C根據(jù)經(jīng)典電磁理論，原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的D原子的核式結(jié)構(gòu)模型徹底否定了經(jīng)典電磁理論答案BC解析根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電子會(huì)不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上，原子不應(yīng)該是穩(wěn)定的，并且發(fā)射的光譜應(yīng)該是連續(xù)的故正確答案為B、C.一、光譜和光譜分析例1(多選)關(guān)于光譜，下列說法中正確的是()A熾熱的液體發(fā)射連續(xù)譜B線狀譜和吸收光譜都可以對物質(zhì)進(jìn)行光譜分析C太陽光譜中的暗線，說明太陽中缺少與這些暗線相對應(yīng)

9、的元素D發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜解析熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜，故A正確；線狀譜和吸收光譜都可以用來進(jìn)行光譜分析，B正確；太陽光譜中的暗線說明太陽大氣中含有與這些暗線相對應(yīng)的元素，C錯(cuò)誤；發(fā)射光譜有連續(xù)譜和線狀譜，D錯(cuò)誤答案AB二、氫原子光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)律例2(多選)巴耳末通過對氫原子光譜的研究總結(jié)出巴耳末公式R()，n3,4,5，對此，下列說法正確的是()A巴耳末依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)出巴耳末公式B巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的連續(xù)性C巴耳末依據(jù)氫原子光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式D巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的分立性，其波長的分立值并不是人為規(guī)定的解析巴耳末公式是根據(jù)氫原子光譜總結(jié)出來的氫

10、原子光譜的不連續(xù)性反映了氫原子發(fā)光的分立性，即輻射波長的分立特征，選項(xiàng)C、D正確答案CD針對訓(xùn)練氫原子光譜巴耳末系最小波長與最大波長之比為()A. B. C. D.答案A解析由巴耳末公式Rn3,4,5，當(dāng)n時(shí)，有最小波長1，R，當(dāng)n3時(shí)，有最大波長2，R，得.1(多選)有關(guān)原子光譜，下列說法正確的是()A原子光譜反映了原子結(jié)構(gòu)特征B氫原子光譜跟氧原子光譜是不同的C太陽光譜是連續(xù)譜D鑒別物質(zhì)的成分可以采用光譜分析答案ABD解析各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，不同原子的線狀譜不同因此，線狀譜又稱為原子的特征譜線，所以A、B項(xiàng)正確；鑒別物質(zhì)的成分可采用光譜分析，故選項(xiàng)D正確；太陽光通過太陽大氣層后某些

11、波長的光被吸收，因此太陽光譜是吸收光譜，不是連續(xù)譜，C錯(cuò)誤2太陽光譜中有許多暗線，它們對應(yīng)著某些元素的特征譜線，產(chǎn)生這些暗線是由于()A太陽表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素B太陽內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素C太陽表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素D太陽內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素答案C解析太陽光譜中的暗線是由于太陽發(fā)出的連續(xù)譜通過太陽表面大氣層時(shí)某些光被吸收造成的，因此，太陽光譜中的暗線是由于太陽表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素，故C正確，A、B、D均錯(cuò)誤3關(guān)于線狀譜，下列說法中正確的是()A每種原子處在不同溫度下發(fā)光的線狀譜不同B每種原子處在不同的物質(zhì)中的線狀譜不同C每種原子在任何條件下發(fā)光的線狀譜都相同D兩種不同的原子發(fā)光

12、的線狀譜可能相同答案C解析每種原子都有自己的結(jié)構(gòu)，只能發(fā)出由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的自己的特征譜線，不會(huì)因溫度、物質(zhì)不同而改變，選項(xiàng)C正確4(多選)關(guān)于巴耳末公式R的理解，正確的是()A此公式只適用于氫原子發(fā)光B公式中的n可以是任意數(shù)，故氫原子發(fā)光的波長是任意的C公式中的n是大于等于3的正整數(shù)，所以氫原子光譜不是連續(xù)的D該公式包含了氫原子的所有光譜線答案AC解析巴耳末公式是分析氫原子的譜線得到的一個(gè)公式，它只反映氫原子譜線的一個(gè)線系，故A對，D錯(cuò)；公式中的n只能取不小于3的正整數(shù)，故B錯(cuò)，C對一、選擇題(16為單選題，710為多選題)1關(guān)于原子光譜，下列說法中不正確的是()A原子光譜是不連續(xù)的B由于原子

13、都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的C由于各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素答案B解析原子光譜為線狀譜，A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故B錯(cuò)，C對；據(jù)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成由此知A、C、D說法正確，B說法錯(cuò)誤2下列關(guān)于光譜的說法正確的是()A熾熱固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形成連續(xù)譜B對月光作光譜分析可以確定月亮的化學(xué)組成C氣體發(fā)出的光只能產(chǎn)生線狀譜D甲物質(zhì)發(fā)出的光通過低溫的乙物質(zhì)蒸氣可得到甲物質(zhì)的吸收光譜答案A3關(guān)于光譜，下列說法中正確的是()A大量原子發(fā)出的光譜是連續(xù)譜，少量原

14、子發(fā)出的光譜是線狀譜B線狀譜由不連續(xù)的若干波長的光所組成C太陽光譜是連續(xù)譜D太陽光譜是線狀譜答案B4關(guān)于光譜，下列說法正確的是()A一切光源發(fā)出的光譜都是連續(xù)譜B一切光源發(fā)出的光譜都是線狀譜C稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜D作光譜分析時(shí)，利用連續(xù)譜和線狀譜都可以鑒別物質(zhì)以確定物質(zhì)的化學(xué)組成答案C解析不同光源發(fā)出的光譜有連續(xù)譜，也有線狀譜，故A、B錯(cuò)誤；稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜，C正確；線狀譜和吸收光譜可以進(jìn)行光譜分析，D錯(cuò)誤5下列說法不正確的是()A巴耳末系光譜線的條數(shù)只有4條B巴耳末系光譜線有無數(shù)條C巴耳末系中既有可見光，又有紫外光D巴耳末系在可見光范圍內(nèi)只有4條答案A解析巴耳末系的光譜線有無

15、數(shù)條，但在可見光區(qū)域只有4條光譜線，故B、C、D正確，A錯(cuò)誤6氫原子光譜的巴耳末系中波長最長的光波的光子能量為E1，其次為E2，則為()A. B.C. D.答案A解析由R得：當(dāng)n3時(shí)，波長最長，R，當(dāng)n4時(shí)，波長次之，R，解得，由Eh得.7下列對氫原子光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)律的認(rèn)識(shí)中，正確的是()A雖然氫原子核外只有一個(gè)電子，但氫原子也能產(chǎn)生多種波長的光B氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列波長不連續(xù)的譜線C氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列亮度不連續(xù)的譜線D氫原子產(chǎn)生的光的波長大小與氫氣放電管放電強(qiáng)弱有關(guān)答案AB解析氫原子光譜是線狀譜，波長是一系列不連續(xù)的、分立的特征譜線，并不是只含有一種波長的光，不是亮度不連續(xù)的譜線，A、

16、B對，C錯(cuò)；氫原子光譜是氫原子的特征譜線，只要是氫原子發(fā)出的光的光譜就相同，與放電管的放電強(qiáng)弱無關(guān)，D錯(cuò)8下列關(guān)于特征譜線的幾種說法，正確的是()A線狀譜中的亮線和吸收光譜中的暗線都是特征譜線B線狀譜中的亮線是特征譜線，吸收光譜中的暗線不是特征譜線C線狀譜中的亮線不是特征譜線，吸收光譜中的暗線是特征譜線D同一元素的線狀譜的亮線與吸收光譜的暗線是相對應(yīng)的答案AD解析線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線均為特征譜線，并且實(shí)驗(yàn)表明同一元素吸收光譜中的暗線都跟它的線狀譜中的亮線相對應(yīng)，所以A、D是正確的9關(guān)于太陽光譜，下列說法正確的是()A太陽光譜是吸收光譜B太陽光譜中的暗線，是太陽光經(jīng)過太陽大氣層時(shí)某些

17、特定頻率的光被吸收后而產(chǎn)生的C根據(jù)太陽光譜中的暗線，可以分析太陽的物質(zhì)組成D根據(jù)太陽光譜中的暗線，可以分析地球大氣層中含有哪些元素答案AB解析太陽是高溫物體，它發(fā)出的白光通過溫度較低的太陽大氣層時(shí)，某些特定頻率的光會(huì)被太陽大氣層中的某些元素的原子吸收，我們觀察到的太陽光譜是吸收光譜，選項(xiàng)A、B正確；分析太陽的吸收光譜，可知太陽大氣層的物質(zhì)組成，而某種物質(zhì)要觀測到它的吸收光譜，要求它的溫度不能太低，也不能太高，否則會(huì)直接發(fā)光，由于地球大氣層的溫度很低，太陽光通過地球大氣層時(shí)不會(huì)被地球大氣層中的物質(zhì)原子吸收，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤10如圖1甲所示，是a、b、c、d四種元素的線狀譜，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以確定該礦物中缺乏的是()圖1Aa元素 Bb元素 Cc元素 Dd元素答案BD解析將甲中的線狀譜與乙中的譜線相對照二、非選擇題11試計(jì)算氫原子光譜中巴耳末系的最長波和最短波的波長各是多少？(保留三位有效數(shù)字)答案6.55×1017 m3.64×107 m解析根據(jù)巴耳末公式：R，n3,4,5，可得，當(dāng)n3時(shí)，波長最長，其值為1 m6.55×107 m，當(dāng)n時(shí)，波長最短，其值為2 m3.64×107 m.12氫原子光譜除了巴耳末系外，還有萊曼系、帕邢系等