第3節(jié) 光譜 氫原子光譜

第3節(jié)光譜氫原子光譜核心素養(yǎng)導學物理觀念(1)了解連續(xù)光譜、線狀譜和吸收光譜的概念。(2)知道氫原子光譜的實驗規(guī)律。(3)了解巴爾末公式及里德伯常量。科學思維通過氫原子光譜分析，推斷原子的內部結構?？茖W探究探究氫原子光譜的實驗規(guī)律。一、光譜的幾種類型1．光譜：復色光通過分光鏡后，分解為一系列________，而且按______的順序排列成一條光帶，稱為光譜。2．光譜的分類(1)連續(xù)光譜：連續(xù)的彩色光帶，由___________分布的光組成。(2)明線光譜：分立的彩色亮線，稱為光譜線，對應一定_______的單色光。單色光波長波長連續(xù)波長(3)發(fā)射光譜：連續(xù)光譜和明線光譜都是由______物質所發(fā)的光直接產(chǎn)生的，稱為發(fā)射光譜。(4)吸收光譜：觀察到在較強的連續(xù)光譜的背景上分立的______。(5)線狀譜：__________和__________通稱為線狀譜。(6)原子光譜：同一種原子發(fā)射光譜中的明線與吸收光譜中的暗線的位置是______的，稱為這種原子的特征光譜。

發(fā)光暗線發(fā)射光譜吸收光譜相同二、光譜分析的應用1．定義：由于每種原子都有獨自的特征譜線，可以利用它來鑒別物質或確定物質的化學______，這種方法稱為光譜分析。2．優(yōu)點：靈敏度高，精確度遠高于__________和其他分析手段，樣本中一種元素的含量達到10－10g時就可以被檢測到。組成化學分析發(fā)光4條里德伯常量1.早在17世紀，牛頓就發(fā)現(xiàn)了白光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實驗中得到的彩色光帶叫作光譜，如圖所示。請對以下說法作出判斷。(1)白光通過三棱鏡后可得到連續(xù)譜。

()(2)不同的原子發(fā)出的線狀譜不相同。

()(3)同種原子發(fā)出的光譜中的亮線對應的頻率不相同。

()(4)可以用連續(xù)譜進行光譜分析。

()√√√×2．利用白熾燈的光譜，能否檢測出燈絲的成分？提示：不能，白熾燈的光譜是連續(xù)譜，不是原子的特征譜線，因而無法檢測出燈絲的成分。3．根據(jù)氫原子光譜的特點和巴爾末公式判斷以下說法正誤：(1)氫原子光譜是不連續(xù)的，是由若干頻率的光組成的。

()(2)由于原子都是由原子核和核外電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的。

()(3)巴爾末公式中的n既可以取整數(shù)也可以取小數(shù)。

()√××新知學習(一)|光譜和光譜分析[任務驅動]如圖所示為不同物體發(fā)出的不同光譜。(1)鎢絲白熾燈的光譜與其他三種光譜有什么區(qū)別？提示：鎢絲白熾燈的光譜為連續(xù)譜，其他三種光譜為線狀譜。(2)鐵電極弧光的光譜、氫光譜、鋇光譜的特征相同嗎？提示：不同。

[重點釋解]1．光譜的分類(1)發(fā)射光譜：物質發(fā)光直接獲得的光譜，分為連續(xù)光譜和明線光譜。(2)吸收光譜：連續(xù)光譜中某些波長的光被吸收后出現(xiàn)的暗線。光譜產(chǎn)生條件光譜形式應用線狀譜稀薄氣體發(fā)光形成的光譜一些不連續(xù)的明線組成，不同元素的明線光譜不同(又叫特征光譜)可用于光譜分析連續(xù)光譜熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的連續(xù)分布，一切波長的光都有不能用于光譜分析吸收光譜熾熱的白光通過溫度較白光低的氣體后，再色散形成的用分光鏡觀察時，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征譜線相對應)可用于光譜分析2．三種光譜的比較3.太陽光譜(1)太陽光譜的特點：在連續(xù)光譜的背景上出現(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，所以到達地球的這些譜線看起來就弱了，這就形成了明亮背景下的暗線。4．光譜分析(1)優(yōu)點：靈敏度高，精確度高，分析物質的最低量達10－10g。(2)應用：①應用光譜分析發(fā)現(xiàn)新元素；②無損檢測文物的組成成分，分析藥物的組成等；③應用光譜分析鑒定食品優(yōu)劣、空氣質量等。[典例體驗][典例]關于光譜，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)出的光譜都是線狀光譜C．稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀光譜D．做光譜分析時，利用連續(xù)光譜和線狀光譜都可以鑒別物質和確定物質的化學組成[解析]

不同光源發(fā)出的光譜有連續(xù)光譜，也有線狀光譜，故A、B錯誤；稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀光譜，C正確；只有應用線狀光譜才可以進行光譜分析，D錯誤。[答案]

C/易錯警示/對光譜分析的三點提醒(1)光譜分析只能用線狀譜。(2)光譜分析的方法是用白光照射被鑒定物質的低壓蒸氣。(3)吸收光譜是由高溫物體發(fā)出的白光通過低溫物質，某些波長的光被吸收后產(chǎn)生的光譜。光譜在連續(xù)譜的背景下有若干暗線，而這些暗線與線狀譜的亮線一一對應，因而吸收光譜中的暗線也是該元素原子的特征譜線。

[針對訓練]1．(多選)關于光譜和光譜分析，下列說法中正確的是

(

)A．太陽光譜和白熾燈光譜都是線狀譜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．進行光譜分析時，可以利用線狀譜，不能利用連續(xù)譜D．觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學組成解析：太陽光譜是吸收光譜，白熾燈光譜是連續(xù)光譜，故A項錯誤；熾熱氣體發(fā)出的光是線狀光譜，則霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀光譜，故B項正確；光譜分析是用元素的特征譜線與光譜對比來分析物體的化學成分，進行光譜分析時，可以利用線狀譜但不能利用連續(xù)譜，故C項正確；月光是被反射的太陽光，月球沒有大氣層，故觀察月亮光譜，不能確定月亮的化學組成，故D項錯誤。答案：BC

2．下列說法正確的是

(

)A．線狀光譜中的亮線和吸收光譜中的暗線都是特征譜線B．各種原子的線狀光譜中的亮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)生線狀光譜D．甲物質發(fā)出的白光通過乙物質的蒸氣形成了甲物質的吸收光譜解析：吸收光譜中的暗線和線狀光譜中的亮線相對應，都是特征譜線，但通常吸收光譜中的暗線要比線狀光譜中的亮線少，所以A正確，B錯誤；氣體發(fā)光，若為高壓氣體則產(chǎn)生連續(xù)光譜，若為稀薄氣體則產(chǎn)生線狀光譜，所以C錯誤；甲物質發(fā)出的白光通過乙物質的蒸氣形成了乙物質的吸收光譜，所以D錯誤。答案：A

新知學習(二)|氫原子光譜的規(guī)律和應用[任務驅動]如圖所示為氫原子的光譜。(1)仔細觀察，氫原子光譜具有什么特點？提示：氫原子光譜從左向右譜線間的距離越來越大。(2)氫原子光譜的譜線波長具有什么規(guī)律？提示：氫原子光譜的譜線波長符合巴爾末公式。

[典例體驗][典例]下列對氫原子光譜實驗規(guī)律的認識中，正確的是

(

)A．因為氫原子核外只有一個電子，所以氫原子只能產(chǎn)生一種波長的光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弱有關[解析]

氫原子發(fā)射的光的波長取決于光子的能量E，所以發(fā)射的光子的能量是不連續(xù)的，故氫原子只能產(chǎn)生特定波長的光，即氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列不連續(xù)的譜線，故A、D錯誤，B正確。光譜是不連續(xù)的，與亮度無關，故C錯誤。[答案]

B[針對訓練]1．對于巴爾末公式，下列說法正確的是

(

)A．所有氫原子光譜的波長都與巴爾末公式相對應B．巴爾末公式只確定了氫原子發(fā)光中的可見光部分的光波長C．巴爾末公式確定了氫原子發(fā)光中的一個線系的波長，其中既有可見光，又有紫外光D．巴爾末公式確定了各種原子發(fā)光中的光的波長解析：巴爾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發(fā)光中的光的波長，A、D錯誤；巴爾末公式是由當時已知的可見光中的部分譜線總結出來的，但它適用于整個巴爾末線系，該線系包括可見光和紫外光，B錯誤，C正確。答案：C

A．紅外線波段的光子 B．可見光波段的光子C．紫外線波段的光子 D．X射線波段的光子答案：A

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

物理觀念——光譜的認識1．(選自人教版新教材課后練習)什么是線狀光譜，什么是連續(xù)光譜？原子的發(fā)射光譜是怎樣的光譜？不同原子的發(fā)射光譜是否有可能相同？提示：線狀光譜是一條條的亮線，連續(xù)光譜是連在一起的光帶；原子的發(fā)射光譜都是線狀光譜；不同原子的發(fā)射光譜不可能相同。

科學思維——光譜分析的應用2．(選自魯科版新教材課后練習)利用光譜分析的方法能鑒別物質的組成成分。關于光譜分析，下列說法正確的是

(

)A．利用高溫物體的連續(xù)光譜可鑒別其組成成分B．利用物質的線狀光譜可鑒別其組成成分C．吸收光譜的暗線反映高溫物體的組成成分D．同一種物質線狀光譜的亮線與吸收光譜的暗線沒有聯(lián)系解析：由于高溫物體的光譜包括了各種頻率的光，與其組成成分無關，故A錯誤；某種物質發(fā)出的線狀譜中的亮線與原子的特征譜線對照，即可確定物質的組成成分，故B正確；高溫物體發(fā)出的光通過某物質后某些頻率的光被吸收而形成暗線，這些暗線與所經(jīng)物質有關，故C錯誤；某種物質發(fā)出某種頻率的光，當光通過這種物質時，它也會吸收這種頻率的光，因此線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線相對應，故D錯誤。答案：B