高中物理人教版5第十八章原子結(jié)構(gòu)3氫原子光譜 第十八章第3節(jié)氫原子光譜

第3節(jié)氫原子光譜1.知道什么是光譜，能區(qū)別連續(xù)譜和線狀譜，知道光譜分析的應用．2.知道氫原子光譜的實驗規(guī)律．3．知道經(jīng)典電磁理論的困難在于無法解釋原子的穩(wěn)定性和光譜的分立特征．一、光譜1．定義：按照光的波長和強度分布展開排列的記錄，即光譜．2．分類：有些光譜是一條條的亮線，這樣的亮線叫譜線，這樣的光譜叫線狀譜．有的光譜不是一條條分立的譜線，而是連續(xù)在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜．3．特征光譜：各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，說明原子只發(fā)射特定頻率的光．不同原子發(fā)射的線狀譜的亮線位置不同，說明不同原子發(fā)光頻率是不一樣的，因此這些亮線稱為原子的特征譜線．4．光譜分析(1)定義：利用原子的特征譜線來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，這種方法叫做光譜分析．(2)優(yōu)點：靈敏度高．1．(1)各種原子的發(fā)射光譜都是連續(xù)譜．()(2)不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的．()(3)線狀譜和連續(xù)譜都可以用來鑒別物質(zhì)．()提示：(1)×(2)√(3)×二、氫原子光譜的實驗規(guī)律1．許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運動產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的重要途徑．2．巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3、4、5…)．3．巴耳末公式的意義：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．(1)光是由原子核內(nèi)部的電子運動產(chǎn)生的，光譜研究是探索原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一條重要途徑．()(2)稀薄氣體的分子在強電場的作用下會變成導體并發(fā)光．()(3)巴耳末公式中的n既可以取整數(shù)也可以取小數(shù)．()提示：(1)×(2)√(3)×三、經(jīng)典理論的困難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α粒子散射實驗．2．經(jīng)典理論的困難：經(jīng)典物理學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．3．(1)經(jīng)典物理學很好地解釋原子的穩(wěn)定性．()(2)經(jīng)典物理學無法解釋原子光譜的分立特征．()(3)經(jīng)典物理學可以很好地應用于宏觀世界，也能解釋原子世界的現(xiàn)象．()提示：(1)×(2)√(3)×知識點一光譜和光譜分析1．光譜的分類2．太陽光譜(1)特點：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．(2)對太陽光譜的解釋：陽光中含有各種顏色的光，但當陽光透過太陽的高層大氣射向地球時，太陽高層大氣中含有的元素會吸收它自己特征譜線的光，然后再向四面八方發(fā)射出去，到達地球的這些譜線看起來就暗了，這就形成了連續(xù)譜背景下的暗線．3．光譜分析(1)優(yōu)點：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達10－10g.(2)應用①應用光譜分析發(fā)現(xiàn)新元素；②鑒別物體的物質(zhì)成分：研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)了太陽中存在鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素；③應用光譜分析鑒定食品優(yōu)劣．(多選)下列關(guān)于光譜和光譜分析的說法中，正確的是()A．太陽光譜和白熾燈光譜都是線狀譜B．煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜C．進行光譜分析時，可以用線狀譜，不能用連續(xù)光譜D．我們能通過月球反射的日光分析鑒別月球的物質(zhì)成分[解題探究](1)光譜分析應當使用什么光譜線？(2)能否利用反射光分析反射物的物質(zhì)組成？[解析]太陽光譜中的暗線是太陽發(fā)出的連續(xù)譜經(jīng)過太陽大氣層時產(chǎn)生的吸收光譜，正是太陽發(fā)出的光譜被太陽大氣層中存在的對應元素吸收所致，白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜，選項A錯誤；月球本身不會發(fā)光，靠反射太陽光才能使我們看到它，所以不能通過光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分，選項D錯誤；光譜分析只能是線狀譜和吸收光譜，連續(xù)譜是不能用來進行光譜分析的，所以選項C正確；煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜，選項B正確．[答案]BC(1)太陽光譜是吸收光譜，是陽光透過太陽的高層大氣層時而形成的，不是地球大氣造成的．(2)某種原子線狀光譜中的亮線與其吸收光譜中的暗線是一一對應的，兩者均可用來作光譜分析．(多選)關(guān)于光譜和光譜分析，下列說法正確的是()A．發(fā)射光譜包括連續(xù)譜和線狀譜B．太陽光譜是連續(xù)譜，氫光譜是線狀譜C．線狀譜和吸收光譜都可用作光譜分析D．光譜分析幫助人們發(fā)現(xiàn)了許多新元素解析：選ACD.線狀譜和吸收光譜都是原子的特征光譜，都可用來進行光譜分析，太陽光譜是吸收光譜．A、C、D選項正確．知識點二氫原子光譜的實驗規(guī)律及應用1．氫原子的光譜從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜，如圖所示．2．氫原子光譜的特點：在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性．3．巴耳末公式(1)巴耳末對氫原子光譜的譜線進行研究得到了下面的公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5…)，該公式稱為巴耳末公式．(2)公式中只能取n≥3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長是分立的值．4．其他譜線：除了巴耳末系，氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線，也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式．對巴耳末公式的理解(多選)關(guān)于巴耳末公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))的理解，正確的是()A．此公式是巴耳末在研究氫光譜特征時發(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．公式不但適用于氫光譜的分析，也適用于其他原子的光譜[解題探究]波長大小與n的取值大小有何關(guān)系？[解析]巴耳末公式是巴耳末在研究氫光譜特征時發(fā)現(xiàn)的，故A選項正確；公式中的n只能取大于或等于3的整數(shù)值，故氫光譜是線狀譜，B選項錯誤，C選項正確；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選項錯誤．[答案]AC巴耳末公式的應用已知氫原子光譜中巴耳末系第一條譜線Hα的波長為nm(普朗克常量h＝×10－34J·s，真空中的光速c＝3×108m·s－1)，求：(1)試推算里德伯常量的值；(2)利用巴耳末公式求其中第四條譜線的波長和對應光子的能量．[思路點撥](1)n＝1時，λ＝nm，利用巴耳末公式求R.(2)R已求，n＝4時利用巴耳末公式求λ.(3)h、c已知，利用E＝heq\f(c,λ)求E.[解析](1)巴耳末系中第一條譜線為n＝3時，即eq\f(1,λ1)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))R＝eq\f(36,5λ1)≈×107m－1.(2)巴耳末系中第四條譜線對應n＝6，則eq\f(1,λ4)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,62)))λ4＝eq\f(36,8××107)m≈×10－7m＝nmε＝hν＝heq\f(c,λ4)≈×10－19J.[答案](1)×107m－1(2)×10－7m(或nm)×10－19J氫原子光譜的幾種線系的表示公式萊曼系eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,12)－\f(1,n2)))，n＝2，3，4…(在紫外區(qū))巴耳末系eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))，n＝3，4，5…(在可見光區(qū))帕邢系eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,32)－\f(1,n2)))，n＝4，5，6…(在紅外區(qū))布喇開系eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,42)－\f(1,n2)))，n＝5，6，7…(在近紅外區(qū))[隨堂達標]1．(多選)下列說法正確的是()A．發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜B．線狀譜和暗線譜都可以對物質(zhì)成分進行分析C．霓虹燈發(fā)光形成的光譜是連續(xù)譜D．巴耳末公式只適用于氫原子發(fā)光答案：BD2．(2023·南通高二檢測)白熾燈發(fā)光產(chǎn)生的光譜是()A．連續(xù)光譜 B．明線光譜C．原子光譜 D．吸收光譜解析：選A.白熾燈發(fā)光屬于熾熱的固體發(fā)光，所以發(fā)出的是連續(xù)光譜．3．(多選)下列說法中正確的是()A．進行光譜分析，可以用線狀譜，也可以用吸收光譜B．光譜分析的優(yōu)點是非常靈敏而迅速C．使一種物質(zhì)發(fā)出的白光通過另一種物質(zhì)的低溫蒸氣，取得吸收光譜，就可以對前者的化學組成進行分析D．攝下月球的光譜，可以分析出月球是由哪些元素組成的解析：選AB.由于每種元素都有自己的特征譜線，因此，可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學組成．所以光譜分析可以用線狀譜或者吸收光譜．月球的光譜是太陽的反射光譜，故不能分析月球是由哪些元素組成的．4．(多選)關(guān)于巴耳末公式，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)氫光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式D．巴耳末公式準確反映了氫原子發(fā)光的實際，其波長的分立值并不是人為規(guī)定的解析：選CD.由于巴耳末是利用當時已知的、在可見光區(qū)的4條譜線作了分析總結(jié)出的巴耳末公式，并不是依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)出來的，巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的分立性，也就是氫原子實際只發(fā)出若干特定頻率的光，由此可知，選項C、D正確．5．(選做題)(2023·常州高二檢測)氫原子光譜巴耳末系最小波長與最大波長之比為()\f(5,9) B．eq\f(4,9)\f(7,9) \f(2,9)解析：選A.由巴耳末公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))，n＝3，4，5，…當n＝∞時，最小波長eq\f(1,λ1)＝Req\f(1,22)①當n＝3時，最大波長eq\f(1,λ2)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))②由①②得eq\f(λ1,λ2)＝eq\f(5,9).[課時作業(yè)][學生用書P90(獨立成冊)]一、單項選擇題1．下列說法中正確的是()A．熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形成連續(xù)光譜B．各種原子的明線光譜中的明線和它吸收光譜中的暗線必定一一對應C．氣體發(fā)出的光只能產(chǎn)生明線光譜D．甲物體發(fā)出的白光通過乙物質(zhì)的蒸氣形成了甲物質(zhì)的吸收光譜解析：選A.據(jù)連續(xù)光譜的產(chǎn)生知A對；由于吸收光譜中的暗線和明線光譜中的明線相對應，但通常吸收光譜中看到的暗線要比明線光譜中的明線少，所以B不對；氣體發(fā)光也可以形成連續(xù)光譜，所以C不對；甲物體發(fā)出的白光通過乙物質(zhì)的蒸氣形成了乙物質(zhì)的吸收光譜，所以D不對，應選A.2．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，利用連續(xù)譜和線狀譜都可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的化學組成解析：選C.不同光源發(fā)出的光譜有連續(xù)譜，也有線狀譜，故A、B錯誤．稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜，C正確．利用線狀譜和吸收光譜都可以進行光譜分析，D錯誤．3．太陽的光譜中有許多暗線，它們對應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的元素B．太陽內(nèi)部缺少相應的元素C．太陽表面大氣層中存在著相應的元素D．太陽內(nèi)部存在著相應的元素解析：選C.太陽光譜中的暗線是由于太陽內(nèi)部發(fā)出的強光經(jīng)過溫度較低的太陽大氣層時產(chǎn)生的，表明太陽大氣層中含有與這些特征譜線相應的元素．4．(2023·南京高二檢測)關(guān)于物質(zhì)的吸收光譜和明線光譜之間的關(guān)系，下列說法中正確的是()A．吸收光譜和明線光譜的產(chǎn)生方法不同，它們的譜線互不相關(guān)B．吸收光譜和明線光譜的產(chǎn)生方法相同，它們的譜線重合C．明線光譜與吸收光譜都是原子光譜，它們的特征譜線相對應D．明線光譜與吸收光譜都可以用于光譜分析，以鑒別物質(zhì)和確定化學組成解析：選D.吸收光譜和明線光譜的產(chǎn)生方法不同，同種物質(zhì)吸收光譜中的暗線與它明線光譜中的明線相對應，A、B錯誤．明線光譜與吸收光譜都是原子的特征譜線，但是明線光譜是原子光譜，吸收光譜不是原子光譜，C錯誤．明線光譜和吸收光譜都可以進行光譜分析，D正確．5．對于巴耳末公式下列說法正確的是()A．所有氫原子光譜的波長都與巴耳末公式相對應B．巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光的可見光部分的光的波長C．巴耳末確定了氫原子發(fā)光的一個線系的波長，其中既有可見光，又有紫外光D．巴耳末公式確定了各種原子發(fā)光中的光的波長解析：選C.巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中一個線系的波長，不能描述氫原子發(fā)出的各種波長，也不能描述其他原子的發(fā)光，故A、D錯誤；巴耳末公式是由當時已知的可見光中的部分譜線總結(jié)出來的，但它適用于整個巴耳末線系，該線系包括可見光和紫外光，故B錯誤，C正確．6.(2023·湛江高二檢測)如圖甲所示的a、b、c、d為四種元素的特征譜線，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少的元素為()A．a(chǎn)元素 B．b元素C．c元素 D．d元素解析：選B.把礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進行對照，b元素的譜線在該線狀譜中不存在，故選項B正確，與幾個元素的特征譜線不對應的線說明該礦物中還有其他元素．二、多項選擇題7．要得到鈉元素的特征譜線，下列做法中正確的是()A．使固體鈉在空氣中燃燒B．將固體鈉高溫加熱成稀薄鈉蒸汽C．使熾熱固體發(fā)出的白光通過低溫鈉蒸汽D．使熾熱固體發(fā)出的白光通過高溫鈉蒸汽解析：選BC.熾熱固體發(fā)出的是連續(xù)譜，燃燒固體鈉不能得到特征譜線，A錯誤；稀薄氣體發(fā)光產(chǎn)生線狀譜，B正確；強烈的白光通過低溫鈉蒸汽時，某些波長的光被吸收產(chǎn)生鈉的吸收光譜，C正確，D錯誤．8．(2023·哈爾濱高二檢測)關(guān)于經(jīng)典電磁理論與氫原子光譜之間的關(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)動時，電子會不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上C．根據(jù)經(jīng)典電磁理論，原子光譜應該是連續(xù)的D．氫原子光譜徹底否定了經(jīng)典電磁理論解析：選BC.根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞原子核轉(zhuǎn)動時，電子會不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上，經(jīng)典物理學無法解釋原子的穩(wěn)定性，并且原子光譜應該是連續(xù)的．氫原子光譜并沒有完全否定經(jīng)典電磁理論，而是要引入新的觀念．故正確答案為B、C.9．(2023·杭州高二檢測)對原子光譜，下列說法正確的是()A．原子光譜是不連續(xù)的B．由于原子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)中含哪些元素解析：選ACD.原子光譜為線狀譜；各種原子都有自己的特征譜線；據(jù)各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成．由此知A、C、D說法正確，B說法錯誤．10．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)過太陽大氣層時某些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解析：選AB.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，某些特定頻率的光會被太陽大氣層中的某些元素的原子吸收，從而使我們觀察到的太陽光譜是吸收光譜，因此，選項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，由于地球大氣層的溫度很低，太陽光通過地球大氣層時不會被地球大氣層中的物質(zhì)原子吸收，故選項C、D錯誤．三、非選擇題11．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eq\f(E1,E2)為多少？解析：由eq\f(1,λ)＝Req\