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    物理创新设计配套PPT及教师word第3节,氢原子光谱

    时间：2021-01-28 20:21:31 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

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    　第 第 3 节 节

    　氢原子光谱 学习目标 核心提炼

    　3 个概念——光谱 线状谱 连续谱 1 个实验规律——氢原子光谱的实验规律 1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念。

    　2.知道氢原子光谱的实验规律。

    　3.知道经典物理学的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分立特性。

    　4.让学生进一步体会物理规律是在接受实践检验的过程中不断地发展和完善的。

    　一、光谱 阅读教材第 54～55 页内容，知道光谱概念，能区分连续谱和线状谱。

    　1.定义：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录。

    　2.分类 (1)线状谱：光谱是一条条的亮线。

    　(2)连续谱：光谱是连在一起的光带。

    　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特定频率 的光，不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线。

    　4.应用：利用原子的特征谱线，可以鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到 10－ 10

    　g 时就可以被检测到。

    　思维判断 (1)各种原子的发射光谱都是线状谱，并且只能发出几个特定的频率。(

    　) (2)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分。(

    　) (3)太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱。(

    　) 答案 (1)√ (2)√ (3)×

    　二、氢原子光谱的实验规律 阅读教材第 55～56 页内容，了解氢原子光谱的特点及规律。

    　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原子结构的一条重要途径。

    　2.气体放电管：玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光。这样的装置叫作气体放电管。

    　3.巴耳末公式：

    　1λ ＝R 12 2 －1n 2(n＝3，4，5…)其中 R 叫里德伯常量，其值为 R＝1.10×10 7

    　m－ 1 。

    　4.巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征。

    　思维判断 (1)光是由原子核内部的电子运动产生的，光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径。(

    　) (2)稀薄气体的分子在强电场的作用下会变成导体并发光。(

    　) (3)巴耳末公式中的 n 既可以取整数也可以取小数。(

    　) 答案 (1)× (2)√ (3)× 三、经典理论的困难 阅读教材第 56 页内容，了解经典电磁理论的局限性表现在哪些方面。

    　1.核式结构模型的成就：正确地指出了原子核的存在，很好地解释了 α 粒子散射实验。

    　2.经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。

    　思考判断 (1)经典物理学很好地解释原子的稳定性。(

    　) (2)经典物理学无法解释原子光谱的分立特征。(

    　) (3)经典物理学可以很好地应用于宏观世界，也能解释原子世界的现象。(

    　) 答案 (1)× (2)√ (3)×

    　 光谱和光谱分析

    　[要点归纳] 1.光谱的分类 光谱 发射光谱连续谱线状谱吸收光谱 2.几种光谱的比较

    　3.太阳光谱 (1)太阳光谱的特点：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)对太阳光谱的解释：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，太阳高层大气中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，这就形成了明亮背景下的暗线。

    　4.光谱分析 (1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达 10－ 10

    　g。

    　(2)应用：a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分。

    　(3)用于光谱分析的光谱：线状光谱和吸收光谱。

    　[精典示例]

    　[例 1] (多选)下列关于光谱的说法正确的是(

    　) A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱 B.通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分 C.连续光谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光 D.通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分 审题指导 解答本题应把握以下三点：

    　(1)弄清连续谱和线状谱的产生和概念。

    　(2)正确区分连续谱和线状谱。

    　(3)知道哪些谱线可以用来光谱分析。

    　解析 连续谱是指光谱由连续分布的一切波长的光(一切单色光)组成的，而不是指光源是连续的。连续谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的，线状谱是由一些不连续的亮线组成的，由稀薄气体或金属蒸气所发出的光产生的，而不是指光源是线状光源，选项 A 错误，C 正确；光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法，连续谱含有一切波长的光，不是原子的特征谱线，不能用来做光谱分析，而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线，所以可以用来做光谱分析，鉴定物质成分，其优点是灵敏度很高，在发现和鉴定元素上有着重大的意义，选项 B 错误，D 正确。

    　答案 CD [针对训练 1] 利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法正确的是(

    　) A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分 B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分 C.高温物体发出的光通过物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分 D.同一种物质的线状谱与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系 解析 高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故选项 A 错误；某种物质发光的线状谱中的明线是与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，选项 B 正确；高温物体

    　发出的光通过物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，选项 C 错误；某种物质发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应。选项 D 错误。

    　答案 B

    　氢原子光谱的实验规律与经典电磁理论的困难 [要点归纳] 1.氢原子光谱：氢原子光谱呈现分立的明线条纹，在可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。

    　2.氢原子光谱的特点 (1)在可见光区域内，4 条谱线符合巴耳末公式 1λ ＝R 12 2 －1n 2，n＝3，4，5… (2)除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。

    　3.经典理论的局限性 (1)经典理论无法解释原子的稳定性。

    　(2)经典理论无法解释原子光谱是分立的线状谱。

    　[精典示例]

    　[例 2] (多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式 1λ ＝R(12 2 －1n 2 )，n＝3，4，5，…对此，下列说法正确的是(

    　) A.巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式 B.巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性 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 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。

    　答案 CD [例 3] (多选)关于经典电磁理论与原子的核式结构之间的关系，下列说法正确的是(

    　) A.经典电磁理论很容易解释原子的稳定性

    　B.根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上 C.根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的 D.原子的核式结构模型彻底否定了经典电磁理论 解析 根据经典电磁理论，电子在绕核做加速运动的过程中，要向外辐射电磁波，因此能量要减少，电子的轨道半径要减小，最终会落到原子核上，因而原子是不稳定的。电子在转动过程中，随着转动半径不断减小，转动频率不断增大，辐射电磁波的频率不断变化，因而大量原子发光的光谱应该是连续谱。事实上，原子是稳定的，原子光谱也不是连续谱，而是线状谱，故选项 A 错误，B、C 正确；经典理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释原子世界的现象，故选项D 错误。

    　答案 BC [针对训练 2] 根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光的范围内波长最长的 2条谱线，其波长分别为 654.55×10－ 9

    　m 和 484.85×10 － 9

    　m，求所对应的 n。

    　解析 根据巴耳末公式 1λ ＝R 12 2 －1n 2 得1654.55×10－ 9 ＝1.10×10 7 × 错误! ! ，所以 n 1 ＝3； 1484.85×10－ 9 ＝1.10×10 7 × 错误! ! ，所以 n 2 ＝4。

    　答案 3 4

    　1.(光谱和光谱分析)(多选)关于光谱，下列说法正确的是(

    　) A.炽热的液体发射连续光谱 B.明线光谱和暗线光谱都可以用来对物质进行分析 C.太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素 D.发射光谱一定是连续光谱 解析 炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱，故选项 A 正确；每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应，因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线，可以用来光谱分析，选项 B 正确；太阳光谱中的暗线，说

    　明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素，选项 C 错误；发射光谱有连续光谱和明线光谱，选项 D 错误。

    　答案 AB 2.(光谱和光谱分析)关于线状谱，下列说法正确的是(

    　) A.每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同 B.每种原子处在不同的物质中的线状谱不同 C.每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同 D.两种不同的原子发光的线状谱可能相同 解析 每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因温度、物质不同而改变，选项 C 正确。

    　答案 C 3.(氢原子光谱的实验规律)下列对氢原子光谱实验规律的认识中，正确的是(

    　) A.因为氢原子核外只有一个电子，所以氢原子只能产生一种波长的光 B.氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线 C.氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线 D.氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关 解析 氢原子光谱是线状谱，波长是一系列不连续的、分立的特征谱线，并不是只含有一种波长的光，也不是亮度不连续的谱线，选项 B 正确，A、C 错误；氢原子光谱是氢原子的特征谱线，只要是氢原子发出的光的光谱就相同，与放电管的放电强弱无关，选项 D 错误。

    　答案 B 4.(氢原子光谱的实验规律)(多选)下列关于巴尔末公式 1λ ＝R 12 2 －1n 2的理解正确的是(

    　) A.此公式是巴尔末在研究氢原子光谱特征时发现的 B.公式中 n 可以取任意值，氢原子光谱是连续谱 C.公式中 n 只能取不小于 3 的整数值，氢原子光谱是线状谱 D.公式不但使用于氢原子光谱分析，也使用于其他原子光谱分析 解析 此公式是巴尔末在研究氢原子光谱在可见光的四条谱线中得到的，只使用于氢原子光谱分析，选项 A 正确，D 错误；公式中 n 只能取不小于 3 的整数值，

    　λ 不能取连续值，选项 C 正确，B 错误。

    　答案 AC

    　 1.我们观察到的太阳光谱是(

    　) A.明线光谱

    　 B.吸收光谱 C.连续光谱

    　 D.氢原子光谱 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，因此，选项 B 正确。

    　答案 B 2.(多选)对于原子光谱，下列说法正确的是(

    　) A.原子光谱是不连续的 B.由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的光谱是相同的 C.各种元素的原子结构不同，所以各种原子的光谱也是不同的 D.分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪种元素 解析 每一种元素的原子都有自己的原子结构，所以都有一系列不连续的特征谱线，元素不同，其特征谱线不同，光谱分析就是根据其特征谱线判断元素种类的，故选项 B 错误，A、C、D 正确。

    　答案 ACD 3.(多选)光谱分析所用的光谱是(

    　)

    　A.连续光谱

    　 B.明线光谱 C.太阳光谱

    　 D.以上都可以 解析 光谱分析可以用发射谱中的明线谱(原子光谱)，也可以用吸收光谱，因为一种元素原子光谱中的明线谱和吸收光谱中的暗线是对应的，太阳光谱是吸收光谱，分析其中的暗线可以分析太阳大气层的元素组成。

    　答案 BC 4.太阳光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于(

    　) A.太阳表面大气层中缺少相应的元素 B.太阳内部缺少相应的元素 C.太阳表面大气层中存在着相应的元素 D.太阳内部存在着相应的元素 解析 太阳光谱中的暗线是由于太阳发出的连续光谱通过太阳表面大气层时某些光被吸收造成的，因此，太阳光谱中的暗线是由于太阳表面大气层中存在着相应的元素，故选项 C 正确，A、B、D 均错误。

    　答案 C 5.(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是(

    　) A.太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱 B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的是光谱是线状谱 C.进行光谱分析时，可以利用线状谱，不能用连续谱 D.观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成 解析 太阳光谱是吸收光谱，白炽灯光谱是连续谱，选项 A 错误；煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的是光谱是线状谱，选项 B 正确；光谱分析是用元素的特征谱线与光谱对比来分析物体的化学成分，选项 C 正确；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 D 错误。

    　答案 BC 6.如图甲所示的 a、b、c、d 为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为(

    　)

    　A.a 元素

    　 B.b 元素 C.c 元素

    　 D.d 元素 解析 把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b 元素的谱线在该线状谱中不存在，故选项 B 正确，与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素。

    　答案 B 7.(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是(

    　) A.发射光谱包括连续谱和线状谱 B.太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱 C.只有线状谱可用作光谱分析 D.光谱分析帮助人们发现了许多新元素 解析 光谱分为发射光谱和吸收光谱，发射光谱分为连续谱和线状谱，选项 A 正确；太阳光谱是吸收光谱，选项 B 错误；线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析，选项 C 错误；光谱分析可以精确分析物质中所含元素，并能帮助人们发现新元素，选项 D 正确。

    　答案 AD 8.(多选)要得到钠元素的特征谱线，下列做法正确的是(

    　) A.使固体钠在空气中燃烧 B.将固体钠高温加热成稀薄钠蒸气 C.使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气 D.使炽热固体发出的白光通过高温钠蒸气 解析 炽热固体发出的是连续谱，燃烧固体钠不能得到特征谱线，选项 A 错误；稀薄气体发光产生线状谱，选项 B 正确；强烈的白光通过低温钠蒸气时，某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱，选项 C 正确，D 错误。

    　答案 BC 9.计算巴耳末系中波长最大的光子的能量为多少？

    　解析 根据公式 1λ ＝R 12 2 －1n 2可知当 n＝3 时，λ 最大，这时 λ＝654.5 nm。据公式c＝λν，E＝hν 得 E＝hν＝h cλ ＝6.63×10－ 34 ×3×10 8654.5×10－ 9

    　J≈3×10－ 19

    　J。

    　答案 3×10－ 19

    　J 10.氢原子光谱除了巴耳末系外，还有莱曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为 1λ ＝R  13 2 －1n 2，n＝4，5，6，…，R＝1.10×10 7

    　m－ 1 。若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求：

    　(1)n＝6 时，对应的波长。

    　(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少？n＝6 时，频率为多大？ 解析 (1)由帕邢系公式 1λ ＝R 13 2 －1n 2， 当 n＝6 时，得 λ＝1.09×10－ 6

    　m。

    　(2)帕邢系形成的谱线在红外区域，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速 c＝3×10 8

    　m/s， 由 v＝ λT ＝λν，得 ν＝vλ ＝cλ ＝3×10 81.09×10－ 6

    　Hz ＝2.75×10 14

    　Hz。

    　答案 (1)1.09×10－ 6

    　m (2)3×10 8

    　m/s 2.75×10 14

    　Hz

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