高中物理粵教版5第三章原子結(jié)構(gòu)之謎 第3章第3節(jié)氫原子光譜

第三節(jié)氫原子光譜學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.了解氫原子光譜的特點(diǎn)．(重點(diǎn))2.知道巴耳末公式及里德伯常量．(重點(diǎn))3.了解原子光譜及光譜分析的應(yīng)用.氫原子光譜的巴耳末系及其他線系eq\o([先填空])1．巴耳末系(1)公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2))).(式中n＝3,4,5,6…，R＝×107m－1)(2)巴耳末系：符合巴耳末公式的光譜線統(tǒng)稱為巴耳末系．2.其他線系：在紫外區(qū)、紅外區(qū)、近紅外區(qū)發(fā)現(xiàn)了氫原子的某地線系，分別是萊曼系(紫外區(qū))、布喇開(kāi)系(紅外區(qū))、普豐德系(紅外區(qū))、帕邢系(近紅外區(qū))．3．廣義巴耳末公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,m2)－\f(1,n2)))式中m，n均為正整數(shù)且n>m.eq\o([再判斷])1．在充有稀薄氫氣的放電管兩極間加上2～3kV的高壓，使氫氣放電，氫原子在電場(chǎng)的激發(fā)下發(fā)光，再通過(guò)分光鏡觀察光譜．(√)2．氫原子受激發(fā)只能發(fā)出幾種特定頻率的光，它的光譜是連續(xù)的亮線．(×)3．n大于6的符合巴耳末公式的光譜線大部分在紫外區(qū)．(√)eq\o([后思考])巴耳末公式反映了氫原子譜線的分立特征，這說(shuō)明了什么？【提示】譜線的分立特征反映原子內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)的量子化特征，對(duì)于研究更復(fù)雜的原子結(jié)構(gòu)具有指導(dǎo)意義．氫原子光譜的特點(diǎn)在氫原子光譜圖中的可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來(lái)越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性．巴耳末對(duì)氫原子光譜的譜線進(jìn)行研究得到了下面的公式，該公式稱為巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))n＝3、4、5、6…(1)公式中n只能取整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長(zhǎng)也只會(huì)是分立的值．(2)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．1．巴耳末通過(guò)對(duì)氫光譜的研究，總結(jié)出巴耳末公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5…)，下列說(shuō)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(zhǔn)確反映了氫原子發(fā)光的分立性，其波長(zhǎng)的分立值并不是人為規(guī)定的E．氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足巴耳末類似的公式【解析】由于巴耳末是利用當(dāng)時(shí)已知的在可見(jiàn)光區(qū)的4條譜線做了分析總結(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(lái)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(shí)際只有若干特定頻率的光，C、D、E正確．【答案】CDE2．氫原子光譜的巴耳末系中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的譜線的波長(zhǎng)為λ1，其次為λ2，求：(1)eq\f(λ1,λ2)的值等于多少？(2)其中最長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子能量是多少？【解析】(1)由巴耳末公式可得：eq\f(1,λ1)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))eq\f(1,λ2)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,42)))，所以eq\f(λ1,λ2)＝eq\f(\f(1,4)－\f(1,16),\f(1,4)－\f(1,9))＝eq\f(27,20).(2)當(dāng)n＝3時(shí)，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，代入巴耳末公式有：eq\f(1,λ1)＝×107×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))m－1，解得λ1≈×10－7m.光子能量為ε1＝hν＝heq\f(c,λ1)＝eq\f×10－34×3×108,×10－7)J＝×10－19J.【答案】(1)eq\f(27,20)(2)×10－19J巴耳末公式的兩點(diǎn)提醒1．巴耳末公式反映氫原子發(fā)光的規(guī)律特征，不能描述其他原子．2．公式是在對(duì)可見(jiàn)光的四條譜線分析時(shí)總結(jié)出來(lái)的，在紫外光區(qū)的譜線也適用．原子光譜eq\o([先填空])1．原子光譜(1)某種原子的氣體通電后可以發(fā)光并產(chǎn)生固定不變的光譜，這種光譜被稱之為原子光譜．(2)科學(xué)家觀察了大量的原子光譜，發(fā)現(xiàn)每種原子都有自己特定的原子光譜．不同的原子，其原子光譜均不相同，因而，原子光譜被稱為原子的“指紋”．2．光譜分析及應(yīng)用(1)光譜分析應(yīng)用的兩種光譜①明線光譜：它是稀薄氣體發(fā)光直接產(chǎn)生的；②吸收光譜：它是當(dāng)白光通過(guò)物質(zhì)時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的．③實(shí)驗(yàn)表明：原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該原子的明線光譜中的一條明線相對(duì)應(yīng)．即原子只能釋放出某種特定頻率的光，也只能吸收某種特定頻率的光，而且釋放的光和吸收的光的頻率是相同的．(2)光譜分析①通過(guò)對(duì)光譜的分析鑒別不同的原子，確定物體的化學(xué)組成并發(fā)現(xiàn)新元素．②優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高．eq\o([再判斷])1．原子光譜的譜線是一些分立的亮線，是不連續(xù)的．(√)2．每種原子都有自己特定的原子光譜．不同的原子其原子光譜不相同，其亮線位置不同，即特征譜線不同．(√)eq\o([后思考])為什么用棱鏡可以把各種顏色的光展開(kāi)？【提示】不同顏色的光在棱鏡中的折射率不同，因此經(jīng)過(guò)棱鏡后的偏折程度也不同．1．光譜的分類2．太陽(yáng)光譜(1)太陽(yáng)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．(2)對(duì)太陽(yáng)光譜的解釋：陽(yáng)光中含有各種顏色的光，但當(dāng)陽(yáng)光透過(guò)太陽(yáng)的高層大氣射向地球時(shí)，太陽(yáng)高層大氣中含有的元素會(huì)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(dá)地球的這些譜線看起來(lái)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(diǎn)：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達(dá)10－10g.(2)應(yīng)用：①應(yīng)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(yáng)光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)中存在鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素；③應(yīng)用光譜分析鑒定食品優(yōu)劣．3．對(duì)原子光譜，下列說(shuō)法正確的是()A．原子光譜是不連續(xù)的B．原子光譜是連續(xù)的C．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D．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E．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】原子光譜為線狀譜，A正確，B錯(cuò)誤；各種原子都有自己的特征譜線，故C錯(cuò)誤，D正確；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，E正確．故選A、D、E.【答案】ADE4．關(guān)于光譜和光譜分析，下列說(shuō)法正確的是()A．太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜是線狀譜B．霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜C．進(jìn)行光譜分析時(shí)，可以利用線狀譜，不能用連續(xù)譜D．觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學(xué)組成E．太陽(yáng)光譜是吸收光譜【解析】太陽(yáng)光譜是吸收光譜，而月亮反射太陽(yáng)光，也是吸收光譜，煤氣燈火焰中鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜屬稀薄氣體發(fā)光，是線狀譜．由于月亮反射太陽(yáng)光，其光譜無(wú)法確定月亮的化學(xué)組成．【答案】BCE5．太陽(yáng)光的光譜中有許多暗線，它們對(duì)應(yīng)著某些元素的特征譜線，產(chǎn)生這些暗線是由于________．【解析】吸收光譜的暗線是連續(xù)光譜中某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的．