2019-2020学年高中物理第18章原子结构第3节氢原子光谱课件 人教版选修3-5 45页

第 3 节　氢原子光谱 [ 学习目标 ] 1. 知道什么是光谱，能说出连续谱和线状谱的区别．　 2. 能记住氢原子光谱的实验规律．　 3. 能说出经典物理学在解释原子的稳定性和原子光谱分立特性上的困难．　 1 ．按照光的 ________( 频率 ) 和强度分布的展开排列的记录，即光谱． 2 ．分类：有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫 ________ ，这样的光谱叫 __________. 有的光谱不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，这样的光谱叫做 __________ ． 要点一　光谱 波长　 课前教材预案 谱线　 线状谱　 连续谱　 3 ．特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发出几种 ____________ 的光．不同原子发射的线状谱的亮线位置不同，说明不同原子的 ____________ 是不一样的，因此这些 ________ 称为原子的特征谱线． 4 ．光谱分析：利用原子的 ____________ 来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫做光谱分析． 特定频率　 发光频率　 亮线　 特征谱线　 1 ． 氢原子光谱的实验规律 (1) 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 ____________ 的重要途径． 原子结构　 要点二　氢原子光谱的实验规律与经典理论的困难 分立　 2 ． 经典理论的困难 (1) 核式结构模型的成就：正确地指出了 __________ 的存在，很好地解释了 _____________ 实验． (2) 困难：经典物理学既无法解释原子的 __________ ，又无法解释原子光谱的 ____________ ． 原子核　 α 粒子散射　 稳定性　 分立特征　 问题与思考 1 ．判断下列说法的正误 (1) 连续谱是由各种不同频率的光组成的各种颜色的光带 ( 　　 ) (2) 我们能用连续谱来鉴定物质的组成成分 ( 　　 ) (3) 研究线状谱是探究原子结构的一条重要途径 ( 　　 ) 答案　 (1) 连续谱是连续在一起的光带，光带中各种颜色的光波长不同，频率不同， (1) 正确． (2) 连续谱不是原子的特征谱线，无法鉴定物质， (2) 错误． (3) 线状谱是原子的特征谱线，不同的原子发光频率不同，线状谱的亮线位置不同，故线状谱是探究原子结构的一条重要途径， (3) 正确． 2 ．摄下月球的光谱，能否分析月球上有哪些元素？ 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，不是月球的光谱，不能用来分析月球上的元素． 3 ．原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾给予我们什么启示？ 答案　 这些矛盾的存在，不仅表明这一模型还不完善，而且还预示着对原子世界需要有一个不同于经典物理学的理论． 课堂深度拓展 考点一　光谱和光谱分析 1 ． 光谱的分类 (1) 线状谱：光谱由一条条的亮线 ( 谱线 ) 组成． 由稀薄气体或金属蒸气产生的光谱为线状谱，各种原子的发射光谱都是线状谱． (2) 连续谱：由连在一起的光带组成． 由炽热的固体、液体及高压气体发光产生的光谱，为连在一起的光带，我们把它叫做连续谱． 2 ． 太阳光谱 (1) 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) 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，太阳高层大气含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，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 (1) 特征谱线：不同元素的谱线不同，亮线位置不同，故线状谱的亮线称为原子的特征谱线． (2) 每种原子都有自己的特征谱线，根据原子的特征谱线分析鉴别物质和确定其组成成分叫光谱分析． 光谱分析具有很高的灵敏度，样本中元素含量达 10 － 10 g 就可以被检测到． 4 ． 应用 (1) 应用光谱分析发现新元素． (2) 鉴别物体的物质成分：研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素． (3) 应用光谱分析鉴定食品优劣． 关于原子光谱的两点提醒 (1) 每种原子都有其特定的原子谱线，该谱线与原子所处状态无关． (2) 由于每种原子的线状谱与吸收谱一一对应，光谱分析中既可以用线状谱，也可用吸收谱． 【例题 1 】 ( 多选 ) 关于太阳光谱，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．太阳光谱是吸收光谱 B ．太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的 C ．根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成 D ．根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素 答案　 AB 　 解析　 太阳是高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，某些特定频率的光会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，故选项 A 、 B 正确． 分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观测到它的吸收光谱，要求它的温度不能太低，也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度很低，太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸收，故选项 C 、 D 错误． 【变式 1 】　 ( 多选 ) 下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是 ( 　　 ) 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 答案　 BC 　 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，选项 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，选项 D 错误； 光谱分析只能是明线光谱和吸收光谱，连续光谱是不能用来做光谱分析的，选项 C 正确；煤气灯火焰中燃烧时钠蒸气或霓虹灯都是稀薄气体发出的光，产生的光谱都是线状谱，选项 B 正确． 1 ． 氢原子的光谱 从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示． 考点二　氢原子光谱及其特点 巴耳末公式的使用方法及注意问题 (1) 使用方法 ① 在巴耳末公式中有三个量， λ 、 R 、 n 只要知道其中的两个量，就能求第三个量． ② 公式中 n 只能取整数，不能连续取值，因此波长也只是分立的值． (2) 注意问题 ① 巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子． ② 公式是在对可见光的四条谱线分析时总结出来的，在紫外光区的谱线也适用． 【例题 2 】　 已知氢原子光谱中巴耳末系第一条谱线 H α 的波长为 656.5 nm( 普朗克常量 h ＝ 6.63×10 － 34 J · s ，真空中的光速 c ＝ 3×10 8 m · s － 1 ) ，求： (1) 试推算里德伯常量的值； (2) 利用巴耳末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量． 答案　 (1)1.097×10 7 m － 1 　 (2)4.102×10 － 7 m( 或 410.2 nm) 　 4.85×10 － 19 J C ．巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式 D ．巴耳末公式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 答案　 CD 　 解析　 巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的；氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性，即辐射波长的分立特征，选项 C 、 D 正确． 1 ．下列关于光谱的说法正确的是 ( 　　 ) A ．炽热固体、液体和高压气体发出的光谱是连续谱 B ．各种原子的线状谱中的明线和它的吸收光谱中的暗线必定一一对应 课末随堂演练 C ．气体发出的光只能产生线状谱 D ．甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱 答案　 A 　 解析　 由于通常看到的吸收光谱中的暗线比线状谱中的明线要少一些，选项 B 错误．而气体发光时，若是高压气体发光形成连续光谱，若是稀薄气体发光形成线状谱，选项 C 错误．甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气后，得到的是乙物质的吸收光谱，选项 D 错误， A 正确． 2 ．对于巴耳末公式，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应 B ．巴耳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的一个线系的波长，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 答案　 C 　 解析　 巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系波长，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，选项 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，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，选项 B 错误， C 正确． 3 ．关于光谱，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．日光灯产生的光谱是连续光谱 B ．太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对应的元素 C ．我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分 D ．连续光谱是不能用来作光谱分析的 答案　 D 　 解析　 日光灯是低压水银蒸气导电发光，产生明线光谱，选项 A 错误．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，正是太阳中存在的某种元素发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收，选项 B 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月球的物质成分，选项 C 错误．光谱分析只能是明线光谱和吸收光谱，连续光谱是不能用来作光谱分析的，选项 D 正确． 答案　 A 　 答案　 2.475×10 15 Hz