高中物理 第二章 原子结构 3 光谱 氢原子光谱课件 教科选修35教科高中选修35物理课件
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【解析】 太阳光谱中的暗线是由于太阳内部发出的强光经 过温度较低的太阳大气层时产生的，表明太阳大气层中含有与这 些特征谱线相应的元素．
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总结提能 太阳光谱是吸收光谱，不是连续谱．通过太阳光 谱中的暗线与发射光谱的明线相对应，可确定太阳大气层的组 成．
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第三十五页，共四十八页。
线状谱
连续谱
形状 一条条分立的谱线 连在一起的光带
特征
某些不连续的波长
组成
一切波长的光都有
的光组成
炽热的固体、液体、
稀薄气体或金属蒸
产生
高压气体发光而产生
气发光形成
的
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应用
可用于光谱分析
不能用于光谱分析
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第十页，共四十八页。
随着原子核式结构模型的建立与氢原子光谱规律的研究， 经典理论出现了哪些困难？
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提示：(1)在核式结构模型中，电子绕原子核做圆周运动， 电子具有加速度．根据经典电磁理论，电子加速运动时，要向 外辐射电磁波，要辐射能量．这样，能量就会不断减少，轨道 半径会越来越小，最终电子会坠入原子核中，原子将不复存在！
学习光谱时，易对发射光谱、吸收光谱区别不清，造成错 误．避免混淆的关键是正确理解光谱的形成原因．发射光谱是 物体直接发出的光通过分光后产生的光谱，吸收光谱是高温物 体发出的光通过低温物质时，某些波长的光被该物质吸收后而 形成的，它的特点是在连续光谱的背景上呈现暗线．太阳光谱 是典型的吸收光谱．
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光谱分析可以用于鉴别物质和确定物质的组成成分，而且 历史上有些元素就是利用光谱分析发现的，你能说出两种通过 光谱分析发现的元素吗？
提示：铷和铯．
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第九页，共四十八页。
三、经典理论的困难
1．卢瑟福核式学说的成就 卢瑟福的核式结构模型正确地指出了__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 经典的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．
第三十三页，共四十八页。
【典例】 下列说法中正确的是( A ) A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱 B．各种原子的线状光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必 定一一对应 C．气体发出的光只能产生明线光谱 D．甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成的是甲物质的 吸收光谱
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我们看到这样的情景：在太阳光下，我们用一个玻璃棱镜 放在水平面上，在棱镜的背面会看到彩色的光带，你知道这种 现象是如何产生的吗？
提示：这是一种光的色散现象．白光为复色光，是由七种 颜色的光复合而成，复色光分解为单色光的现象叫做光的色散， 形成的彩色光带称为光谱．
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【例 2】 在可见光范围内，氢原子发光的波长最长的 2 条 谱线的波长各为多少？氢原子的光谱有什么特点？
根据巴耳末公式进行计算．
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【解析】 巴耳末公式为1λ＝R(212－n12)，n＝3,4,5… 因此，n 取两个最小值 3 和 4 时，对应的波长最长，即 n＝3 时，λ11＝1.10×107×(212－312)m－1 解得 λ1＝6.5×10－7 m n＝4 时，λ12＝1.10×107×(212－412) m－1 解得 λ2＝4.8×10－7 m. 由于公式中的 n 只能取从 3 开始的整数，因此计算得到的氢 原子光谱是由一系列线系组成的不连续的线状谱．
连续谱是由炽热的固体、液体和高压气体直接发光形成的， 例如：白炽灯、炽热的铁水．线状谱是由稀薄气体或金属蒸气 所发射的光谱，例如：光谱管、霓虹灯、烧钠盐形成的钠气发 光．线状谱主要是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子光 谱．
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第三十二页，共四十八页。
2．线状谱中每条光谱线对应着一种频率，不同物质的线状 谱不同，因此通过测定线状谱可以鉴别物质
(2)根据经典电磁理论，电子辐射电磁波的频率，就是它绕 核转动的频率，电子越转能量越小，它离原子核就越来越近， 转得也就越来越快，这个变化是连续的，也就是说，我们应该 看到原子辐射各种频率的光，即原子的光谱应该总是连续的， 而实际我们得到的氢原子光谱是分立的线状谱．
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3．其他线系 除了巴耳末线系，发现氢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公式． 4．巴耳末公式的意义 巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的__线__状__光__谱___，即 辐射波长的分立性．
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光谱研究的鼻祖是鼎鼎大名的科学家牛顿，1663 年，当他 还是一个剑桥大学 21 岁的大学生时就开始研究色与光的问 题．三年后，他做了有名的三棱镜光散射实验，将一束太阳光 经一块三角形玻璃棱镜折射后，在墙上分布成红、橙、黄、绿、 蓝、靛、紫七色的彩色光带．当再倒放一个三棱镜于第一个三 棱镜后面时，各颜色又重新组合成为一束白光.1672 年，在伦敦 皇家学会上发表的第一篇论文《光和色的新理论》中，牛顿将 这种彩虹色带命名为光谱，并正确地解释了它的成因．
【解析】 据连续光谱的产生知 A 正确；由于吸收光谱中的 暗线和线状谱中的明线相对应，但通常吸收光谱中看到的暗线要 比线状谱中的明线少，所以 B 不对；气体发光，若为高压气体则 产生连续谱，若为稀薄气体则产生明线光谱，所以 C 不对；甲物 质发出的白光通过乙物质的蒸气形成了乙物质的吸收光谱，所以 D 不对，应选 A.
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2．光谱分析 (1)定义：每种原子都有自己的特征谱线，可以利用光谱来 鉴别物质和确定物质的组成成分． (2)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达 10－10 g. (3)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．
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考点一
光谱和光谱分析
1．光谱的分类 按光谱的产生方式可分为发射光谱和吸收光谱，见下表：
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第十四页，共四十八页。
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第十五页，共四十八页。
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第十六页，共四十八页。
互动探究：太阳光谱的形成及其应用 形成：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． 应用：分析太阳光谱中的暗线，可以确定太阳大气层中含 有的成分．
解析：此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区的 14 条谱 线中得到的，只适用于氢光谱的分析，且 n 只能取大于等于 3 的 整数，则波长 λ 不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱．
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重难疑点辨析 解决光谱和光谱分析问题的方法
1．解决有关光谱和光谱分析的问题，应从深入理解光谱的 成因入手，正确理解不同谱线的特点
第三十七页，共四十八页。
1．白炽灯产生的光谱是( A ) A．连续光谱 B．线状光谱 C．原子光谱 D．吸收光谱
解析：炽热的固体发出的光谱是连续光谱．
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2．白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、 靛、紫排列的连续光谱，下列说法不正确的是( A )
A．棱镜使光增加了颜色 B．白光是由各种颜色的光组成的 C．棱镜对各种色光的折射率不同 D．看到白光是因为发光物体发出了在可见光区的各种频率 的光
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解析：白光通过棱镜使各种色光落在屏上的不同位置，说明 棱镜对各种色光的折射率不同，形成的连续光谱按波长(或频率) 排列，即白光包括各种频率的光，光的颜色是由波长(或频率)决 定的，并非棱镜增加了颜色，即 B、C、D 正确．
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3．特征光谱 各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射 __特__定__频__率___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__发__光__频__率___是不一样的，因此这些___亮__线______称 为原子的特征光谱．
4．光谱分析 利用原子的__特__征__谱__线___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．
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【例 1】 太阳的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素 的特征谱线．产生这些暗线是由于( C )
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
吸收光谱的暗线是连续谱中某些波长的光波被物质吸收后 产生的．
巴
耳
末
公
式
1 λ
＝
R(
1 22
－
1 n2
)
的
理
解
，
正
确
的
是
( AC )
A．此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的
B．公式中 式中 n 只能取不小于 3 的整数值，故氢光谱是线状谱
D．公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光
谱
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3 光谱(guāngpǔ) 氢原子光谱(guāngpǔ)
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一、光谱 1．定义 用光栅或棱镜把可见光按___波__长______展开，获得光的波长 (频率)和____强__度_____分布的记录，即光谱． 2．分类 有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫___谱__线______，这 样的光谱叫___线__状__谱____有的光谱看起来不是一条条分立的谱 线，而是连续在一起的光带，这样的光谱叫做___连__续__谱____
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解析：每种原子都有自己的特征谱线，所以才能根据光谱来 鉴别物质．
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考点二
氢原子光谱的实验规律
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．
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第二十四页，共四十八页。
2．氢原子光谱的特点 在氢原子光谱图中的可见光区内，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．巴耳末对放电的氢原 子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式，该公式称为巴耳末 公式：1λ＝R(212－n12)(n＝3、4、5、6…) (1)公式中 n 只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分 立的值． (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．
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【答案】 6.5×10－7 m 4.8×10－7 m 不连续的线状谱
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总结提能 应用巴耳末公式进行计算时，一定要理解公式中 n 的取值与波长 λ 的对应关系．
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(
多
选
)
关
于
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(多选)关于光谱，下列说法正确的是( ACD ) A．各种原子的发射光谱都是线状谱 B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的 原子光谱是相同的 C．由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光 谱也不相同 D．根据各种原子发光的特征谱线进行光谱分析，可以鉴别 物质和确定物质组成成分
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二、氢原子光谱的实验规律 1．研究光谱的意义 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___的重要途径． 2．巴耳末公式 从氢气放电管可以得到氢原子光谱，在可见光区的氢光谱 符合巴耳末公式，用波长的倒数写出的公式为1λ＝R(212－n12)，n ＝3,4,5，….式中的 R 为里德伯常量，实验值为 R＝1.10×107 m －1.可以看出，n 只能取正整数，不能连续取值，波长也只能是分 立的值．
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【解析】 太阳光谱中的暗线是由于太阳内部发出的强光经 过温度较低的太阳大气层时产生的，表明太阳大气层中含有与这 些特征谱线相应的元素．
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总结提能 太阳光谱是吸收光谱，不是连续谱．通过太阳光 谱中的暗线与发射光谱的明线相对应，可确定太阳大气层的组 成．
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线状谱
连续谱
形状 一条条分立的谱线 连在一起的光带
特征
某些不连续的波长
组成
一切波长的光都有
的光组成
炽热的固体、液体、
稀薄气体或金属蒸
产生
高压气体发光而产生
气发光形成
的
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应用
可用于光谱分析
不能用于光谱分析
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随着原子核式结构模型的建立与氢原子光谱规律的研究， 经典理论出现了哪些困难？
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提示：(1)在核式结构模型中，电子绕原子核做圆周运动， 电子具有加速度．根据经典电磁理论，电子加速运动时，要向 外辐射电磁波，要辐射能量．这样，能量就会不断减少，轨道 半径会越来越小，最终电子会坠入原子核中，原子将不复存在！
学习光谱时，易对发射光谱、吸收光谱区别不清，造成错 误．避免混淆的关键是正确理解光谱的形成原因．发射光谱是 物体直接发出的光通过分光后产生的光谱，吸收光谱是高温物 体发出的光通过低温物质时，某些波长的光被该物质吸收后而 形成的，它的特点是在连续光谱的背景上呈现暗线．太阳光谱 是典型的吸收光谱．
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光谱分析可以用于鉴别物质和确定物质的组成成分，而且 历史上有些元素就是利用光谱分析发现的，你能说出两种通过 光谱分析发现的元素吗？
提示：铷和铯．
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三、经典理论的困难
1．卢瑟福核式学说的成就 卢瑟福的核式结构模型正确地指出了__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 经典的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．
第三十三页，共四十八页。
【典例】 下列说法中正确的是( A ) A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱 B．各种原子的线状光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必 定一一对应 C．气体发出的光只能产生明线光谱 D．甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成的是甲物质的 吸收光谱
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我们看到这样的情景：在太阳光下，我们用一个玻璃棱镜 放在水平面上，在棱镜的背面会看到彩色的光带，你知道这种 现象是如何产生的吗？
提示：这是一种光的色散现象．白光为复色光，是由七种 颜色的光复合而成，复色光分解为单色光的现象叫做光的色散， 形成的彩色光带称为光谱．
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第二十五页，共四十八页。
【例 2】 在可见光范围内，氢原子发光的波长最长的 2 条 谱线的波长各为多少？氢原子的光谱有什么特点？
根据巴耳末公式进行计算．
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第二十六页，共四十八页。
【解析】 巴耳末公式为1λ＝R(212－n12)，n＝3,4,5… 因此，n 取两个最小值 3 和 4 时，对应的波长最长，即 n＝3 时，λ11＝1.10×107×(212－312)m－1 解得 λ1＝6.5×10－7 m n＝4 时，λ12＝1.10×107×(212－412) m－1 解得 λ2＝4.8×10－7 m. 由于公式中的 n 只能取从 3 开始的整数，因此计算得到的氢 原子光谱是由一系列线系组成的不连续的线状谱．
连续谱是由炽热的固体、液体和高压气体直接发光形成的， 例如：白炽灯、炽热的铁水．线状谱是由稀薄气体或金属蒸气 所发射的光谱，例如：光谱管、霓虹灯、烧钠盐形成的钠气发 光．线状谱主要是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子光 谱．
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2．线状谱中每条光谱线对应着一种频率，不同物质的线状 谱不同，因此通过测定线状谱可以鉴别物质
(2)根据经典电磁理论，电子辐射电磁波的频率，就是它绕 核转动的频率，电子越转能量越小，它离原子核就越来越近， 转得也就越来越快，这个变化是连续的，也就是说，我们应该 看到原子辐射各种频率的光，即原子的光谱应该总是连续的， 而实际我们得到的氢原子光谱是分立的线状谱．
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3．其他线系 除了巴耳末线系，发现氢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公式． 4．巴耳末公式的意义 巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的__线__状__光__谱___，即 辐射波长的分立性．
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光谱研究的鼻祖是鼎鼎大名的科学家牛顿，1663 年，当他 还是一个剑桥大学 21 岁的大学生时就开始研究色与光的问 题．三年后，他做了有名的三棱镜光散射实验，将一束太阳光 经一块三角形玻璃棱镜折射后，在墙上分布成红、橙、黄、绿、 蓝、靛、紫七色的彩色光带．当再倒放一个三棱镜于第一个三 棱镜后面时，各颜色又重新组合成为一束白光.1672 年，在伦敦 皇家学会上发表的第一篇论文《光和色的新理论》中，牛顿将 这种彩虹色带命名为光谱，并正确地解释了它的成因．
【解析】 据连续光谱的产生知 A 正确；由于吸收光谱中的 暗线和线状谱中的明线相对应，但通常吸收光谱中看到的暗线要 比线状谱中的明线少，所以 B 不对；气体发光，若为高压气体则 产生连续谱，若为稀薄气体则产生明线光谱，所以 C 不对；甲物 质发出的白光通过乙物质的蒸气形成了乙物质的吸收光谱，所以 D 不对，应选 A.
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2．光谱分析 (1)定义：每种原子都有自己的特征谱线，可以利用光谱来 鉴别物质和确定物质的组成成分． (2)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达 10－10 g. (3)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．
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考点一
光谱和光谱分析
1．光谱的分类 按光谱的产生方式可分为发射光谱和吸收光谱，见下表：
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互动探究：太阳光谱的形成及其应用 形成：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． 应用：分析太阳光谱中的暗线，可以确定太阳大气层中含 有的成分．
解析：此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区的 14 条谱 线中得到的，只适用于氢光谱的分析，且 n 只能取大于等于 3 的 整数，则波长 λ 不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱．
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重难疑点辨析 解决光谱和光谱分析问题的方法
1．解决有关光谱和光谱分析的问题，应从深入理解光谱的 成因入手，正确理解不同谱线的特点
第三十七页，共四十八页。
1．白炽灯产生的光谱是( A ) A．连续光谱 B．线状光谱 C．原子光谱 D．吸收光谱
解析：炽热的固体发出的光谱是连续光谱．
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2．白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、 靛、紫排列的连续光谱，下列说法不正确的是( A )
A．棱镜使光增加了颜色 B．白光是由各种颜色的光组成的 C．棱镜对各种色光的折射率不同 D．看到白光是因为发光物体发出了在可见光区的各种频率 的光
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解析：白光通过棱镜使各种色光落在屏上的不同位置，说明 棱镜对各种色光的折射率不同，形成的连续光谱按波长(或频率) 排列，即白光包括各种频率的光，光的颜色是由波长(或频率)决 定的，并非棱镜增加了颜色，即 B、C、D 正确．
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3．特征光谱 各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射 __特__定__频__率___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__发__光__频__率___是不一样的，因此这些___亮__线______称 为原子的特征光谱．
4．光谱分析 利用原子的__特__征__谱__线___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．
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【例 1】 太阳的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素 的特征谱线．产生这些暗线是由于( C )
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
吸收光谱的暗线是连续谱中某些波长的光波被物质吸收后 产生的．
巴
耳
末
公
式
1 λ
＝
R(
1 22
－
1 n2
)
的
理
解
，
正
确
的
是
( AC )
A．此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的
B．公式中 式中 n 只能取不小于 3 的整数值，故氢光谱是线状谱
D．公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光
谱
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3 光谱(guāngpǔ) 氢原子光谱(guāngpǔ)
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一、光谱 1．定义 用光栅或棱镜把可见光按___波__长______展开，获得光的波长 (频率)和____强__度_____分布的记录，即光谱． 2．分类 有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫___谱__线______，这 样的光谱叫___线__状__谱____有的光谱看起来不是一条条分立的谱 线，而是连续在一起的光带，这样的光谱叫做___连__续__谱____
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解析：每种原子都有自己的特征谱线，所以才能根据光谱来 鉴别物质．
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考点二
氢原子光谱的实验规律
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．
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2．氢原子光谱的特点 在氢原子光谱图中的可见光区内，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．巴耳末对放电的氢原 子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式，该公式称为巴耳末 公式：1λ＝R(212－n12)(n＝3、4、5、6…) (1)公式中 n 只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分 立的值． (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．
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【答案】 6.5×10－7 m 4.8×10－7 m 不连续的线状谱
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总结提能 应用巴耳末公式进行计算时，一定要理解公式中 n 的取值与波长 λ 的对应关系．
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关
于
12/9/2021
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(多选)关于光谱，下列说法正确的是( ACD ) A．各种原子的发射光谱都是线状谱 B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的 原子光谱是相同的 C．由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光 谱也不相同 D．根据各种原子发光的特征谱线进行光谱分析，可以鉴别 物质和确定物质组成成分
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二、氢原子光谱的实验规律 1．研究光谱的意义 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___的重要途径． 2．巴耳末公式 从氢气放电管可以得到氢原子光谱，在可见光区的氢光谱 符合巴耳末公式，用波长的倒数写出的公式为1λ＝R(212－n12)，n ＝3,4,5，….式中的 R 为里德伯常量，实验值为 R＝1.10×107 m －1.可以看出，n 只能取正整数，不能连续取值，波长也只能是分 立的值．