2017-2018学年高中物理教科版选修3-5教学案：第二章第3节光谱氢原子光谱

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高中物理选修3-5学案2：18.3 氢原子光谱

18.3 氢原子光谱问题导学一、光谱与光谱分析活动与探究11．什么是光谱？为什么线状谱又叫原子的特征光谱？2．利用白炽灯的光谱，能否检测出灯丝的成分？3．线状谱和连续谱的区别是什么？4．可以用作光谱分析的是哪种光谱？5．吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸汽或气体后产生的，如让高温光源发出的白光，通过温度较低的钠的蒸汽就能生成钠的吸收光谱。

这个光谱背景是明亮的连续光谱。

而在钠的标识谱线的位置上出现了暗线。

通过大量实验观察总结出一条规律，即每一种元素的吸收光谱里暗线的位置跟它们明线光谱的位置是互相重合的。

也就是每种元素所发射的光的频率跟它所吸收的光频率是相同的。

太阳光谱是一种吸收光谱，在太阳光谱上有许多暗线，有的同学认为这些暗线表示太阳上含有这些元素，有的同学认为这些暗线是因为地球大气中含有的元素，在太阳光穿过地球大气层时吸收了相应的特征谱线而出现的，你认为呢？迁移与应用1下列说法中正确的是（）A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱B．各种原子的发射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线状谱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名师点评各种光谱的特点及成因归纳活动与探究2氢原子光谱是怎样获得的？研究氢原子光谱对于探索原子结构有什么意义？迁移与应用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名师点评巴耳末公式只适用于部分氢光谱的规律，在氢光谱中还有其他线系，从公式可以看出氢光谱是不连续的，由于不同原子有自己的特征谱线，因此此公式不适用于其他原子光谱。

当堂检测1．关于线状谱，下列说法中正确的是（）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2．白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靓、紫排列的连续光谱，下列说法不正确的是（）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3．关于光谱，下列说法中正确的是（）A．炽热的液体发射连续谱B．发射光谱一定是连续谱C．线状谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析D．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱4．计算巴耳末系中波长最长的光子的能量是多少？18.3氢原子光谱[答案][答案]课堂·合作探究[问题导学]活动与探究1：1．[答案]用棱镜或光栅可以把光按波长展开，获得光的波长（或频率）成分和强度分布的记录，即为光谱。

【配套K12】[学习]2018学年高中物理第2章原子结构原子光谱学案教科版选修3-5

原子光谱【学习目标】1．知道光谱、发射光谱、吸收光谱、光谱分析等概念；2．明确光谱产生的原理及光谱分析的特点；3．知道氢原子光谱的实验规律．4．了解玻尔原子模型及能级的概念；5．理解原子发射和吸收光子的频率与能级差的关系；6．知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局限性．7．了解激光产生的原理；8．了解激光的特性；9．了解激光在日常生活中的应用．【要点梳理】要点一、氢原子光谱1．光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录，即光谱．用摄谱仪可以得到光谱的照片．物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类：（1）发射光谱——物体直接发出的光通过分光后产生的光谱．它又可分为连续光谱和明线光谱（线状光谱）．①连续光谱一一由连续分布的一切波长的光（一切单色光）组成的光谱。

炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱，如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱．②明线光谱——只含有一些不连续的亮线的光谱．它是由游离状态的原子发射的，因此也叫原子光谱．稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱．实验证明，每种元素的原子都有一定特征的明线光谱。

可以使用光谱管观察稀薄气体发光时的明线光谱．不同元素的原子产生的明线光谱是不同的，但同种元素原了产生的明线光谱是相同的，这意味着，某种物质的原子可从其明线光谱加以鉴别．因此称某种元素原子的明线光谱的谱线为这种元素原子的特征谱线．（2）吸收光谱——高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱．这种光谱的特点是在连续光谱的背景上由若干条暗线组成的．例如太阳光谱就是太阳内部发出的强光经温度较低的太阳大气层时产生的吸收光谱．实验表明，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线光谱中的一条明线相对应．即某种原子发出的光与吸收的光的频率是特定的，因此吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线．2．光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析．做光谱分析时，可以利用明线光谱，也可以利用吸收光谱．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．某10－克，就可以从光谱中发现它的特征谱线将其检测出来．光谱分析在科学种元素在物质中的含量达10技术中有广泛的应用：（1）检查物体的纯度；（2）鉴别和发现元素；（3）天文学上光谱的红移表明恒星的远离等．3．氢原子光谱线氢原子是自然界中最简单的原子，通过对它的光谱线的研究，可以了解原子的内部结构和性质．氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线．（1）巴耳末系（在可见光区）．①1885年瑞士的中学数字教师对氢气放电得到的氢原子光谱可见光部分的四条谱线进行了研究和分析．发现这些谱线的波长可以用一个很简单的数学公式表示．②巴耳末公式：221112R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，345n =，，，式中的常数R 称为里德伯常量，对于氢原子，实验测得的值为711.096775810mR =⨯－．（2）莱曼系（在紫外区）． 221111R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，234n =，，，（3）帕邢系（在近红外区）． 221113R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，456n =，，，（4）布喇开系（在红外区）． 221114R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，567n =，，，（5）普丰德系（在远红外区）． 221115R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，678n =，，， 4．分光镜的原理用来观察光谱，分析光潜的仪器叫分光镜．分光镜构造原理如图所示．A 为平行光管，由两部分组成，一端有狭缝，另一端有凸透镜，狭缝到凸透镜的距离等于一倍焦距，狭缝入射的光经凸透镜后变成平行光线，射到三棱镜上．三棱镜P 通过折射将不同颜色的光分开．通过望远镜筒B 可以观察光谱，在MN 上放上底片还可以拍摄光谱．管C 在目镜中生成一个标尺，以便对光谱进行定量研究．5．氢原子光谱的规律上面这些光谱线系可用一个统一的公式表示： 22111R m n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭．式中123m =，，，对每一个m ，有123n m m m =+++，，，构成一个谱线系．令1νλ=，2()R T m m =，2()R T n n=上式可变为： ()()T m T n ν=-．要点诠释：ν称为波数，即波长的倒数．T 称为光谱项．（1）氢光谱是线状的，不连续的，波长只能是分立的值．（2）谱线之间有一定的关系，可用一个统一的公式（也称广义巴耳末公式）表达：每一个谱线的波数都可以表达为两个光谱项之差．6．其他原子的原子光谱（1）氢原子光谱是线状的，即辐射的波长具有分立性．氢原子是自然界中最简单的原子．对它的光谱线的研究所获得的原子内部结构的信息对研究其他复杂原子的结构具有指导意义．（2）科学家观察了大量的其他原子的原子光谱，发现每种原子都有自己特定的光谱．不同的原子，其原子光谱均不相同．和氢原子一样，其他原子的光谱线的波数也可以表示为两个光谱项之差，所不同的是，它们的光谱项的形式要复杂一些．（3）通过分析研究大量的原子光谱，可以得到一个共同的规律，那就是各种原子辐射的光波鄙是线状光谱，波长具有分立性，只能是不连续的分立值．7．光谱到底是什么正如菜谱是菜名的排列，家谱是家族人名的排列一样，光谱也是一种排列，是不同波长的谱线的排列，线状谱中这些谱线是不连续的，表现为分立的不同颜色的亮线，连续谱是各种波长的谱线连在一起形成的，表现为连续的彩色光带．要点二、玻尔的原子模型（能级结构）1．卢瑟福模型和经典电磁理论的困难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．但是经典理论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．困难具体表现为：（1）按照经典物理学的观点，带有电荷的电子在轨道上做变速运动，一定会以电磁波的形式向外辐射能量，电子的能量会减小，轨道半径会不断变小，最终落在原子核上．即原子是不稳定的．这与实际情况不符，实际上原子是稳定的．（2）按照经典物理学的观点，电子辐射电磁波的频率应等于其振动或圆周运动的频率．由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率也会连续变化．即我们看到的原子光谱应该总是连续的，但实际测定的结果是电磁波的频率不是连续的，原子光谱是分立的线状谱．由以上所述可知微观物体的变化规律不能用从宏观现象中得出的经典理论加以说明，为了解决这一矛盾，丹麦的青年物理学家玻尔在前人学说的基础上，把普朗克的量子理论应用于原子系统中，提出了新的原子理论——玻尔原子理论．2．玻尔原子模型玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫做轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子在做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．将以上内容进行归纳，玻尔理论有三个要点：（1）原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的．电子虽然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态．（2）原子从一种定态（能量为m E ）跃迁到另一定态（能量为n E ）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即m n h E E ν=-．可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形状改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上，玻尔将这种现象称为跃迁．（3）原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动．原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分立的（满足2h nvr n π=，n 叫量子数，这种轨道的不连续现象叫轨道量子化）．轨道半径21n r n r =．（对于氢原子1010.5310m r =⨯－） 3．能级在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应的能量也是不连续的．这些能量值叫做能级．各状态的标号123、、、叫做量子数，通常用n 表示．能量最低的状态叫做荩态，其他状态叫做激发态，基态和各激发态的能量分别用123E E E 、、、表示．（1）氢原子的能级．对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，若使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高．我们把原子电离后的能量记为0，即选取电子离核处于无穷远处时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值就是负的．原子各能级的关系为：12123n E E n n ==（，，，）．对于氢原子而言，基态能量：113.6 eV E =－，其他各激发态的能量为：2 3.4 eV E =－，31.51 eV E =－，（2）能级图．氢原子的能级图如图所示．要点诠释：①由能级图可知，由于电子的轨道半径不同，氢原子的能级不连续，这种现象叫能量量子化．②原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能．③原子从基态跃迁到激发态时要吸收能量，而从激发态跃迁到基态则以光子的形式向外放出能量．无论是吸收能量还是放出能量，这个能量值不是任意的，而是等于原子发生跃迁的这两个能级问的能量差．E h ν∆=，ν为发出光子的频率．④1n =对应于基态，n →∞对应于原子的电离．4．弗兰克—赫兹实验（1）如果原子的能级是分立的，那么用碰撞的方式使原子吸收的能量，即其他粒子转移给原子的能量，也应该是量子化的．（2）1914年，弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子，发现电子损失的能量，也就是汞原子吸收的能量，是分立的，从而证明汞原子的能量是量子化的．5．光子的发射和吸收（1）能级的跃迁．根据玻尔模型，原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，这些状态分基态和激发态两种．其中原子在基态时是稳定的，原子在激发态时是不稳定的，当原子处于激发态时会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态．要点诠释：①原子能级跃迁时，处于激发态的原子可能经过一次跃迁回到基态；也可能由较高能级的激发态先跃迁到较低能级的激发态，最后回到基态．一个原子由较高能级回到基态，到底发生了几次跃迁，是不确定的．②物质中含有大量的原子，各个原子的跃迁方式也是不统一的．有的原子可能经过一次跃迁就回到基态，而有的原子可能经过几次跃迁才回到基态．（2）光子的发射．原子能级跃迁时以光子的形式放出能量，原子在始末两个能级m E 和n E （m n ＞）间跃迁时发射光子的能量可由下式表示：m n h E E ν=－．由上式可以看出，能级的能量差越大，放出光子的频率就越高．（3）光子的吸收．光子的吸收是光子发射的逆过程，原子在吸收了光子后会从较低能级向较高能级跃迁．两个能级的能量差值仍是一个光子的能量．其关系式仍为m n h E E ν=－．要点诠释：由于原子的能级是一系列不连续的值，则任意两个能级差也是不连续的，故原子只能发射一些特定频率的光子，同样也只能吸收一些特定频率的光子．但是，当光子能量足够大时，如光子能量13.6 eV E ≥时，则处于基态的氢原子仍能吸收此光子并发生电离．6．原子能级跃迁问题跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道，而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子就从一个能量状态（定态）跃迁到另一个能量状态（定态）．（1）跃迁时电子动能、原子势能与原于能量的变化．当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能p E 减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．（2）使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子．原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收．不存在激发到2n =时能量有余，而激发到3n =时能量不足，则可激发到2n =的问题．原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（m n E E E =－），均可使原子发生能级跃迁．7．原子跃迁时需注意的几个问题（1）注意一群原子和一个原子．氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了．（2）注意直接跃迁与间接跃迁．原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁．两种情况的辐射（或吸收）光子的频率可能不同．（3）注意跃迁与电离．原子跃迁时，不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如基态氢原子电离（即上升n =∞），其电离能为13.6 eV ，只要能量等于或大于13.6 eV 的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大．8．氢原子核外电子绕核运动的轨道与其能量对应关系在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动轨道看做半径为r 的圆周，则原子核与电子之间的库仑力为电子做匀速圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二定律，有222()e ke r m v r =／／，则电子运动速度v = ① 电子的动能为22122k ke E mev r==； ② 电子运动周期为：22r T v π== ③ 电子在半径为r 的轨道上所具有的电势能为2/p E ke r =-,（0p E ∞=）； ④ 等效电流e I T=； ⑤ 原子的总能量就是电子的动能k E 和电势能p E 的代数和，即2/2k p E E E ke r =+=-． ⑥要点诠释：将②④⑥式比较可得：（1）某定态时，核外电子的动能k E 总是等于该定态总能量的绝对值，原子系统的电势能E 。

高中物理选修3-5精品学案：18.3 氢原子光谱

第3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10－10g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⎝⎛⎭⎪⎫122－1n(n＝3，4，5…)其中R叫里德伯常量，其值为R＝1.10×107m－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。

高中物理选修3-5教学设计3：18.3 氢原子光谱教案

3 氢原子光谱【学习目标】（一）知识与技能1．了解光谱的定义和分类。

2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。

3．了解经典原子理论的困难。

（二）过程与方法通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。

（三）情感、态度与价值观培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识。

【教学重点】氢原子光谱的实验规律【教学难点】经典理论的困难【教学方法】学生自学、讨论、交流，教师启发、引导、总结。

【课时安排】1 课时【温故知新】1.汤姆孙的原子结构模型被称为,他认为原子是一个,正电荷,电子。

2．α粒子散射实验发现：绝大多数α粒子穿过金箔后，但是有少数α粒子，极少数α粒子。

3．卢瑟福的核式结构模型认为思考：既然原子具有核式结构，但电子在核外如何运动呢？它的能量怎样变化呢？【导学过程】一、光谱用4分钟的时间阅读课本P54第2-4段及“科学漫步”部分，回答下列问题：1. 什么是光谱？2.什么是现状谱、连续谱？二者的区别是什么？3.什么是原子的特征谱线？它有什么作用？4.什么是光谱分析？它的优点是什么？二、氢原子光谱的实验规律用3分钟的时间阅读课本“氢原子光谱的实验规律”部分，思考回答：1.巴耳末公式：，其中，n=,R叫做实验测得R=1.10×107m-1,它确定的这一组谱线称为2.由巴耳末公式求得的求出的波长是连续的值吗？三、经典理论的困难用3分钟的时间阅读课本P56“经典理论的困难”部分，然后思考下列问题，学习小组间展开讨论1、按照经典物理学，核外电子受到库仑引力的作用，作何运动？2、按照经典物理学，电子在绕核运动的过程中，能量如何变化？原子稳定吗？3、按照经典物理学，原子的光谱应为连续谱还是线状谱？而事实上呢？4、结论：【习题训练】1 在实际生活中，我们可以通过光谱分析来鉴别物质和物质的组成成分。

例如某样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被检测到。

那么我们是通过分析下列哪种谱线来鉴别物质和物质的组成成分的？（）A 连续谱B 线状谱C 特征谱线D 任意一种光谱2 下列说法正确的是：（）A 通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波长成分的记录，这就是光谱。

教科版高中物理选修3-5第二章第3节光谱氢原子光谱(19张ppt)

2.3 光谱氢原子光谱
问题：a粒子散射的实验说明原子的核式结构，但电子在核的周围怎样运动？它的能量怎样变化呢？探究方向：光是由原子内部电子的运动产生的，通过光谱分析可以更进一步探索原子结构。
一、光谱
光谱:记录光的波长（频率）成分和强度分布图样。
一、光谱
线状谱（原子光谱、明
线光谱、特征谱线）
氢原子的光谱
三、氢原子光谱的实验规律
1885年,巴耳末对当时已知的,在可见光区的4条谱线作了分析,发现这些谱线的波长可以用一个公式表示：
三、氢原子光谱的实验规律
1885年,巴耳末对当时已知的,在可见光区的4条谱线作了分析,发现这些谱线的波长可以用一个公式表示：
n的两层含义：第一：每一个n值分别对应一条谱线。第二：n只能取正整数3，4，5······，不能取连续值，说明了原子光谱波长的分立特性（线状谱）。
电子轨道半径连续变小原子不稳定辐射电磁波频率连续变化原子光谱是线状谱
事实上：原子是稳定的
1、下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确
的是( BC ) 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
（3）优点:灵敏度高. 10-10g
三、氢原子光谱（最简单）的实验规律
探究装置：气体放电管: 玻璃管中的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.这样的装置叫做气体放电管.
三、氢原子光谱（最简单）的实验规律
气体放电管
三、氢原子光谱的实验规律
｛

高中物理选修3-5人教版18.3《氢原子光谱》教案设计

【教学目标】1．知道光谱的定义和分类。

2．知道氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。

3．知道经典理论的困难。

【教学重点】氢原子光谱的实验规律【教学难点】经典理论的困难【教学方法】引导、讨论【教学用具】多媒体辅助教学【教学过程】［新课导入］粒子散射实验使人们认识到原子具有核式结构，但电子在核外如何运动呢？它的能量怎样变化呢？我们就通过这节的实验事实来进一步认识它。

［进行新课］1．光谱我们知道白光通过棱镜后会发生色散现象（如图所示），并把得到的按波长排列的彩色光带叫做光谱。

①光谱是电磁辐射的波长成分和强度分布的记录。

有时只是波长成分的记录。

下面我们来看图18.3－1的光谱。

最上一条是连在一起的光带，为连续谱；②连续谱有些光谱是一条条的亮线（谱线：对应不同波长的光），这样的光谱为线状谱。

③线状谱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。

原子不同，发射的线状谱也不同，即每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此这些谱线也叫原子的特征谱线。

由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可用来鉴别物质和确定物质的组成成分。

这种方法为光谱分析④光谱分析优点：灵敏度高。

科学足迹2．氢原子光谱的实验规律许多情况下光是原子内部电子的运动产生的，因此光谱分析也可以用于探索原子的结构。

氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。

图18.3－5①产生装置：气体发电管（图18.3－4）1885年，巴耳末研究发现波长可用一个公式表示。

②实验规律：巴耳末公式（谱线为巴耳末系）)121(1~22n R v -==λ n ＝3，4，5， (v)~为波数，即波长的倒数；R 为里德伯常量，等于171010.1-⨯m ；n 只能取整数。

思考与讨论3．经典理论的困难卢瑟福原子核式模型无法解释原子的稳定性，也无法解释原子光谱的分立特征。

按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中，原子是不稳定的。

教科版高中物理选修(3-5)2.3《光谱氢原子光谱》ppt教学课件

线状谱与原子
线状谱
各种原子的发射光谱都是不同特定频率，不同原子的亮线位置，说明原子只发出不同特征谱线几种的光，不同原子的发光频率鉴别，光谱中的亮线称为原子的 .
组成成分灵敏度 10－10g
由于每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来物质和确定物质的，应这种方法称为光谱分析，它的优点是用高，样本中一种元素的含量达到就可以被检测到
线状谱、连续谱、吸收谱的产生 (1)线状谱：单原子气体或金属蒸气所发出的光为线状光谱，又称原子光谱． (2)连续谱：由炽热的固体、液体和高压气体所辐射的光谱均为连续光谱． (3)吸收谱：连续光谱中某波长的光被吸收后出现的暗线，太阳光谱就是典型的吸收光谱．让高温物体所发出的白光通过某种物质后获得的光谱就为吸收谱． (4)同一种原子的线状谱的亮线与吸收谱中的暗线一一对应．
对光谱和光谱分析的理解
【典例 1】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都是线状光谱 B ．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是线状光谱 C ．进行光谱分析时，可以利用线状光谱，也能用连续光谱 D．我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮
解析太阳光谱是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱，白炽灯光产生的是连续谱．月亮反射到地面的光谱是太阳光谱，故不能用来确定月亮的化学成分，煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气，属稀薄气体发光，产生线状光谱．故选B. 答案 B
3 光谱氢原子光谱
1．了解光谱的定义和分类； 2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系； 3．了解经典原子理论的困难．
一、光谱项目内容可以把光按波长
用光栅或展开，获棱镜得光波长(频率)成分强度定义的和分布的记录，即一条条光谱不是连在一起线状光谱是亮线谱分类一条条分立的谱线，而是连续光谱谱的光带

高中物理选修3-5教学设计2：17.2 光的粒子性教案

2光的粒子性★新课标要求（一）知识与技能1．通过实验了解光电效应的实验规律。

2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。

3．了解康普顿效应，了解光子的动量（二）过程与方法经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。

（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

★教学重点光电效应的实验规律★教学难点爱因斯坦光电效应方程以及意义★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。

★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排2 课时★教学过程（一）引入新课提问：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影，见课件。

）学生回顾、思考，并回答。

教师倾听、点评。

光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。

19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。

然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。

对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。

（二）进行新课1．光电效应教师：实验演示。

（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。

学生：认真观察实验。

教师提问：上述实验说明了什么？学生：表明锌板在射线照射下失去电子而带正电。

概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。

发射出来的电子叫做光电子。

2．光电效应的实验规律（1）光电效应实验如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。

光电子在电场作用下形成光电流。

概念：遏止电压将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。

2017-2018学年高中物理教科版选修3-5教学案：第二章章末盘点 Word版含答案

原子结构⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧电子的发现⎩⎪⎨⎪⎧阴极射线汤姆孙发现电子比荷(q /m )的测定原子的核式结构⎩⎪⎨⎪⎧α粒子散射实验⎩⎪⎨⎪⎧ 装置现象结论卢瑟福的核式结构模型氢原子光谱⎩⎪⎨⎪⎧光谱⎩⎨⎧发射光谱⎩⎪⎨⎪⎧ 连续光谱线状光谱吸收光谱巴尔末公式：1λ＝R (122－1n2)(n ＝3，4，5…)玻尔的原子模型⎩⎪⎨⎪⎧轨道量子化与定态：r n＝n 2r 1，E n＝E1n 2频率条件hν＝E n －E m玻尔理论对氢光谱的解释玻尔理论的局限性⎭⎪⎬⎪⎫光谱分析正碰(假设电子原来是静止的)，则碰撞后α粒子的速度变化了多少？[解析] 设电子质量为m ，碰后α粒子速度为v 1，电子速度为v 2，由弹性正碰中动量和能量守恒有12×7 300m v 2＝12×7 300m v 12＋12m v 22， 7 300m v ＝7 300m v 1＋m v 2，解得v 1＝7 300m －m 7 300m＋m v ＝7 2997 301v 。

因此碰撞后α粒子速度减少了Δv ＝v －v 1＝27 301v 。

[答案]27 301v 1.(1)原子在各定态之间跃迁：跃迁条件hν＝E m －E n ，原子的一次跃迁，只能吸收一个光子的能量，且该光子的能量恰好等于跃迁的能级差，否则该光子不被原子吸收。

(2)原子电离：光子的能量大于或等于原子所处能级的能量的绝对值时，即hν≥E ∞－E m ，就会被处于第m 能级的氢原子吸收而使之发生电离，入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大，原子电离时不再受hν＝E m －E n 这个条件的限制。

2．实物粒子和原子作用实物粒子和原子碰撞，其动能可全部或部分地被原子吸收，只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差，即满足E ≥E m －E n ，均可使原子受激向较高能级跃迁。

[例2] 氢原子的能级示意图如图2-1所示，现有每个电子的动能都为E e ＝12.89 eV 的电子束与处在基态的氢原子束射入同一区域，使电子与氢原子发生迎头正碰。

2017-2018学年高中创新设计物理粤教版选修3-5学案：3-3 氢原子光谱-精选文档

第三节氢原子光谱[目标定位] 1.了解氢原子光谱的特点.2.知道巴耳末公式及里德伯常量.3.了解原子光谱及光谱分析的应用．一、巴耳末系1．氢光谱的获得在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2～3 kV 的高压，使氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，通过分光镜观察氢原子的光谱．2．光谱的特点(1)氢原子光谱在可见光区内有四条谱线，这些谱线是几条分立的亮线．(2)氢原子受激发只能发出几种特定频率的光．3．氢原子光谱的实验规律氢原子在可见光区的四条谱线的波长可用一个简单的公式——巴耳末公式表示：1λ＝R (122－1n 2)，n ＝3,4,5，6…，式中的常数R 称为里德伯常量．二、氢原子光谱的其他线系自从发现巴耳末系后，人们又在紫外区、红外区及近红外区发现了氢原子的其他线系，分别是莱曼系、帕邢系、布喇开系、普丰德系，这些线系统一的公式为：1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫1m 2－1n 2，式中m 、n 均为正整数，且n >m ，此式称为广义巴耳末公式，也可以表示为1λ＝T (m )－T (n )，式中T (m )＝R m 2，T (n )＝R n 2称为光谱项．三、原子光谱1．原子光谱：某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱称为原子光谱．2．每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子，其原子光谱均不相同．3．通过对光谱的分析可鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中1．氢原子的光谱从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图1所示．图12．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．3．巴耳末公式(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：1λ＝R (122－1n 2) ，n ＝3,4,5…该公式称为巴耳末公式．(2)公式中只能取n ≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值．4．其他谱线除了巴耳末系，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．【例1】在氢原子光谱的紫外区的谱线系中有多条谱线，试利用莱曼系的公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫112－1n 2，n ＝2,3,4，…，计算紫外线的最长波和最短波的波长(R ＝1.097×107m －1)．答案 1.21×10－7 m 9.10×10－8 m解析根据莱曼系公式：1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫112－1n 2，n ＝2,3,4… 可得λ＝1R ⎝ ⎛⎭⎪⎫112－1n 2 当n ＝2时波长最长，其值为λ＝1R ⎝ ⎛⎭⎪⎫112－122＝134R ＝134×1.097×107 m ≈1.22×10－7 m.当n ＝∞时，波长最短，其值为λ＝1R ⎝ ⎛⎭⎪⎫112－0＝1R ＝11.097×107 m ≈9.12×10－8 m. 借题发挥在计算氢原子发出的某一线系的光的波长时，需首先明确为哪一线系，选用相应的公式1λ＝R (1a 2－1n 2)，n 的取值只能为整数且大于a .针对训练1 (多选)下列关于巴耳末公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2的理解，正确的是( ) A ．此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的B ．公式中n 可取任意值，故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，故氢原子光谱是线状谱D ．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子的光谱答案 AC解析此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的4条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，且n 只能取大于等于3的整数，则λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱．二、光谱及光谱分析1．光谱分类(1)发射光谱——物体直接发出的光通过分光后产生的光谱．它分为连续谱和明线光谱(线状谱)．①连续谱——由连续分布的一切波长的光组成的光谱．炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，如灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续谱． ②线状谱——只含有一些不连续的亮线的光谱．各种原子的发射光谱(由稀薄气体发出)都是线状谱．每种原子都有自己的特征谱线，不同元素线状谱不同．(2)吸收光谱——高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱．这种光谱的特点是在连续的背景上有若干条暗线．这些暗线与特征谱线相对应．2．光谱分析(1)由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱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．(2)可用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱．3．太阳光谱的特点(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)产生原因：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．【例2】(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是()A．太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱B．霓虹灯产生的是线状谱C．进行光谱分析时，只能用明线光谱D．同一元素吸收光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应的答案BD解析太阳光谱是吸收光谱，可进行光谱分析；白炽灯光产生的是连续谱；霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱为线状谱．针对训练2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，下列说法中正确的是()A．利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分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某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D．我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮的化学组成答案 B解析由于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A错误；某种物质发光的1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，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，与高温物体无关，C错误；月亮反射到地面的光是太阳光谱，D项错误．光谱及光谱分析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解析太阳光谱是吸收光谱．因为太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，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，所以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观察到它的吸收光谱，要求它的温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度很低，所以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，故上述选项中正确的是A、B.2．对原子光谱，下列说法不正确的是()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，所以各种原子的原子光谱是相同的C．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．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素答案 B解析原子光谱为线状谱，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错误、C正确；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D正确．氢原子光谱的实验规律3．(多选)巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)，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．4．巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式1λ＝R (122－1n 2)，n ＝3,4,5…在氢原子光谱可见光(400 nm<λ<700 nm)区，最长波长与最短波长之比为( )A.95B.43C.98D.85答案 D解析巴耳末系的前四条谱线在可见光区，n 的取值分别为3、4、5、6.n 越小，λ越大，故n ＝3时波长最大，λmax ＝365R ；n ＝6时对应的可见光波长最小，λmin ＝92R ，故λmax λmin＝85，D 正确． (时间：60分钟)题组一光谱和光谱分析1．白炽灯发光产生的光谱是( )A ．连续光谱B ．明线光谱C ．原子光谱D ．吸收光谱答案 A解析白炽灯发光是由于灯丝在炽热状态下发出的光，是连续谱．2．关于线状谱，下列说法中正确的是( )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答案 C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．3．按经典的电磁理论，关于氢原子光谱的描述应该是()A．线状谱B．连续谱C．吸收光谱D．发射光谱答案 A4．对于光谱，下面的说法中正确的是()A．大量原子发光的光谱是连续谱，少量原子发光的光谱是线状谱B．线状谱是由不连续的若干波长的光所组成C．太阳光谱是连续谱D．太阳光谱是线状谱答案 B解析原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论多少发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错；B项是线状谱的特征，正确；太阳光在经过太阳大气层时某些光会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，故太阳光谱是吸收谱，故C、D均错．5．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答案 C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C正确，A、B、D均错误．6．(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是()A．太阳光谱与白炽灯光谱都是线状谱B．霓虹灯与煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是线状谱C．做光谱分析时，可以用线状谱，也可以用吸收光谱D．观察月亮光谱可以完全确定月球的化学成分答案BC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；月亮本身不发光，不能测定月球的成分，选项D错误．7．各种原子的光谱都是____________，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是____________的．因此这些亮线称为原子的____________．答案线状谱不一样特征谱线题组二氢原子光谱及巴耳末公式的应用8．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答案 B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，B对，A、C错；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，D错．9．下列对于巴耳末公式的说法正确的是()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的波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子，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，B 错误、C 正确．10．氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( )A.59B.49C.79D.29答案 A解析由巴耳末公式1λ＝R (122－1n 2)，n ＝3,4,5，…当n ＝∞时，有最小波长λ1，1λ1＝14R ，当n ＝3时，有最大波长λ2，1λ2＝R (122－132)＝536R ，得λ1λ2＝59. 11．如图1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( )图1A ．a 元素B ．b 元素C ．c 元素D ．d 元素答案 B解析由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．12．1885年瑞士的中学教师巴耳末发现，氢原子光谱中可见光部分的四条谱线的波长可归纳成一个简单的经验公式：1λ＝R (122－1n 2)，n 为大于2的整数，R 为里德伯常量，1913年，丹麦物理学家玻尔受到巴耳末公式的启发，同时还吸取了普朗克的量子假说、爱因斯坦的光子假说和卢瑟福的原子核式结构模型，提出了自己的原理理论．根据玻尔理论，推导出了氢原子光谱谱线的波长公式：1λ＝R (1m 2－1n 2)，m 与n 都是正整数，且n >m .当m 取定一个数值时，不同数值的n 得出的谱线属于同一个线系．如：m ＝1，n ＝2,3,4…组成的线系叫莱曼系；m ＝2，n ＝3,4,5…组成的线系叫巴耳末系；m ＝3，n ＝4,5,6…组成的线系叫帕邢系；m ＝4，n ＝5,6,7…组成的线系叫布喇开系；m ＝5，n ＝6,7,8…组成的线系叫普丰德系；以上线系只有一个在紫外光区，这个线系是( )A ．莱曼系B ．帕邢系C ．布喇开系D ．普丰德系答案 A解析在真空中，电磁波的波长和频率互成反比例关系，波长最长的频率最小，紫外光区的频率较大，根据氢原子光谱谱线的波长公式：1λ＝R (1m 2－1n 2)得这个线系是莱曼系．故A 正确，B 、C 、D 错误．13．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 ⎝ ⎛⎭⎪⎫132－1n 2，n ＝4、5、6…，R ＝1.10×107 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大？n＝6时，传播频率为多大？答案(1)1.09×10－6 m(2)3.0×108 m/s 2.75×1014 Hz解析(1)由帕邢系公式1λ＝R⎝⎛⎭⎪⎫132－1n2，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＝3.0×108 m/s，由v＝λT＝λν，得ν＝vλ＝cλ＝3×1081.09×10－6Hz＝2.75×1014 Hz.第 11 页。

2018版物理教科版新课堂同步选修3-5文档：第2章 3-光谱氢原子光谱含解析精品

3.光谱氢原子光谱[先填空]1．光谱复色光分解为一系列单色光，按波长长短的顺序排列成一条光带，称为光谱．2．分类(1)连续谱：由波长连续分布的彩色光带组成的光谱．(2)发射光谱：由发光物质直接产生的光谱．(3)吸收光谱：连续光谱中某些特定频率的光被物质吸收而形成的谱线．(4)线状谱：由分立的谱线组成的光谱．(5)原子光谱：对于同一种原子，线状谱的位置是相同的，这样的谱线称为原子光谱．3．光谱分析(1)定义：利用原子光谱的特征来鉴别物质和确定物质的组成部分．(2)优点：灵敏度、精确度高．[再判断]1．各种原子的发射光谱都是连续谱．(×)2．不同原子的发光频率是不一样的．(√)3．线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质．(×)[后思考]为什么通过光谱分析可以鉴别不同的原子，确定物体的化学组成？图2-3-1【提示】因为每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子其原子光谱不同，其亮线位置不同，条数不同，称为特征谱线．1．光谱的分类2．光谱分析的应用(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；(4)探索宇宙的起源等．1．(多选)对原子光谱，下列说法正确的是()A．原子光谱是不连续的B．原子光谱是连续的C．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D．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【解析】原子光谱为线状谱，A正确，B错误；各种原子都有自己的特征谱线，故C错误，D正确．【答案】AD2．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．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以用连续谱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，而月亮反射太阳光，也是吸收光谱，煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱．由于月亮反射太阳光，其光谱无法确定月亮的化学组成．光谱分析不能用连续谱．【答案】 B3．太阳光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________．【解析】吸收光谱的暗线是连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的．太阳光的吸收光谱应是太阳内部发出的强光经较低温度的太阳大气层时某些波长的光被太阳大气层的元素原子吸收而产生的．【答案】太阳表面大气层中存在着相应的元素(1)太阳光谱是吸收光谱，是阳光透过太阳的高层大气层时而形成的，不是地球大气造成的.(2)某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的，两者均可用来作光谱分析.[先填空]1．氢原子光谱的获得在真空管中充入稀薄的氢气，在强电场的激发下，氢原子就会发光，通过分光镜就可以观察到氢原子光谱．2．氢原子光谱的规律(1)巴尔末公式：λ＝Bn2n2－4(n＝3,4,5， (11)(2)意义：巴尔末公式反应了氢原子光谱的分立特征．(3)广义巴尔末公式：1λ＝R H⎝ ⎭⎪⎫1m2－1n2(m＝1,2,3，…；n＝m＋1，m＋2，m＋3，…)R H为里德伯常量．[再判断]1．氢原子光谱是利用氢气放电管获得的．(√)2．由巴尔末公式可以看出氢原子光谱是线状光谱．(√)3．在巴尔末公式中，n值越大，氢光谱的波长越长．(×)[后思考]1．能否根据巴尔末公式计算出对应的氢光谱的最长波长？【提示】能．氢光谱的最长波长对应着n＝3，代入巴尔末公式便可计算出最长波长．2．巴尔末是依据核式结构理论总结出巴尔末公式的吗？【提示】不是．巴尔末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，不是依据核式结构理论总结出来的．1．氢原子的光谱从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图2-3-2所示．图2-3-22．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．3．巴尔末公式(1)巴尔末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：λ＝B n 2n 2－4(或1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2)，n ＝3,4,5，…该公式称为巴尔末公式．(2)公式中只能取n ≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值． 4．在氢原子光谱的紫外区和红外区，氢原子谱线可用广义巴尔末公式来描述赖曼系 1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫112－1n 2(n ＝2,3,4，…)(紫外)帕邢系 1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫132－1n 2(n ＝4,5,6，…)(近红外)布喇开系 1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫142－1n 2(n ＝5,6,7，…)(红外)这些谱线波长公式统一起来，就是广义巴尔末公式： 1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫1m 2－1n 2(m ＝1,2,3，…；n ＝m ＋1，m ＋2，m ＋3，…) 由上式，当m ＝1时，得到赖曼系(在紫外区)；当m ＝2时，得到巴尔末系；当m ＝3时，得到帕邢系；当m ＝4时，得到布喇开系．(R H 为里德伯常量，R H ＝1.096 775 81×107 m －1)4．(多选)巴尔末通过对氢光谱的研究总结出巴尔末公式1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…)，下列说法正确的是( )A ．巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式B ．巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性C ．巴尔末依据氢光谱的分析总结出巴尔末公式D ．巴尔末公式准确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】由于巴尔末是利用当时已知的在可见光区的4条谱线做了分析总结出的巴尔末公式，并不是依据核式结构理论总结出来的，巴尔末公式反映了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实际只有若干特定频率的光，C 、D 正确．【答案】 CD5．氢原子光谱的巴尔末系中波长最长的光波的波长为λ1，波长次之为λ2，则λ1λ2＝________. 【导学号：22482024】【解析】由1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2得：当n ＝3时，波长最长，1λ1＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－132，当n ＝4时，波长次之，1λ2＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－142，解得：λ1λ2＝2720.【答案】 27206．已知氢原子光谱中巴尔末线系第一条谱线H α的波长为6 565 A 0，试推算里德伯常量的值．【解析】巴尔末系中第一条谱线为n ＝3时，即1λ1＝R H (122－132) R H ＝365λ1＝365×6 565×10－10 m－1＝1.097×107 m －1. 【答案】 1.097×107 m －1巴尔末公式的两点提醒(1)巴尔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．。

高中物理第二章原子结构第3节光谱氢原子光谱教学案教科版选修3

学习资料汇编第3节光谱__氢原子光谱(对应学生用书页码P23)一、光谱的几种类型及光谱分析的应用1．光谱复色光通过棱镜分光后，分解为一系列单色光，这些单色光按波长长短的顺序排列成的光带。

2．发射光谱(1)发射光谱：由发光物质直接产生的光谱。

①连续谱：由波长连续分布的光组成。

②明线光谱：光谱是一条条的亮线。

(2)产生：炽热的固体、液体及高压气体发光产生的光谱一般是连续谱，而稀薄气体发光产生的光谱多为明线光谱。

3．吸收光谱复色光通过某种炽热蒸气后，某些特定频率的光被吸收而出现暗线，这样的光谱称为吸收光谱。

4．光谱分析的应用(1)光谱分析：根据原子光谱来鉴别物质的化学组成中是否存在这种原子，含量的多少等，这种方法叫做光谱分析。

(2)应用：分析物质的组成，灵敏度高。

[特别提醒] 同一原子的明线光谱中的明线与吸收光谱中的暗线相对应，这样的特征仅由原子决定。

二、氢原子光谱1．氢原子光谱巴尔末公式λ＝Bn2n2－4(n＝3,4,5,6)2．广义巴尔末公式1λ＝R H(1m2－1n2)(m＝1,2,3…，n＝m＋1，m＋2，m＋3，…)其中R H称里德伯常量。

1．判断：(1)各种原子的发射光谱都是连续谱。

( )(2)不同原子的发光频率是不一样的。

( )(3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质。

( )(4)巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性。

( )(5)巴尔末依据氢原子光谱的分析总结出巴尔末公式。

( )答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√2．思考：能否根据巴尔末公式计算出对应的氢光谱的最长波长？提示：能。

氢光谱的最长波长对应着n＝3，代入巴尔末公式便可计算出最长波长。

(对应学生用书页码P23)1.(1)连续谱：①产生：炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续谱。

②特点：其光谱是连在一起的光带。

(2)线状谱：①产生：由单原子气体或金属蒸气所发出的光为线状光谱，因此也叫原子光谱。

2024_2024学年高中物理第二章原子结构第3节光谱氢原子光谱教学案教科版选修3_5

2024_2024学年高中物理第二章原子结构第3节光谱氢原子光谱教学案教科版选修3_5教学目标：1、了解光谱的定义及分类。

2、了解氢原子光谱的特点及形成原理。

3、掌握计算氢原子光谱线的波长和频率的方法。

教学重点：1、氢原子光谱的特点及形成原理。

2、计算氢原子光谱线的波长和频率的方法。

教学难点：1、计算氢原子光谱线的波长和频率的方法。

教学准备：1、教师准备：教学课件、实验器材和实验材料。

2、学生准备：学习资料、笔记本、计算器。

教学步骤：Step 1 引入新课教师通过提问的方式，让学生回顾一下上节课学到的内容：“什么是光谱？光谱有哪些分类？”教师对学生的回答进行点评和纠正，并简单介绍一下本节课要学习的内容：“本节课我们将学习氢原子光谱的特点及形成原理，以及计算氢原子光谱线波长和频率的方法。

”Step 2 学习氢原子光谱的特点及形成原理教师根据课件进行知识讲解，详细介绍氢原子光谱的特点及形成原理。

教师要和学生互动，让学生能够参与到知识探究中，培养学生的观察能力和实验探究能力。

Step 3 进行实验展示教师进行实验展示，通过使用氢光谱仪，演示出氢原子产生的光谱现象，让学生亲眼看到氢原子光谱线的出现，并探究光谱线的颜色和波长之间的关系。

Step 4 计算氢原子光谱线的波长和频率的方法教师通过示范，让学生学会计算氢原子光谱线的波长和频率的方法。

教师提供一些典型的光谱线波长和频率的数值，并对计算步骤进行分析和讲解，鼓励学生自己动手计算，加深对知识的理解。

Step 5 总结归纳教师对本节课的内容进行总结归纳，并提醒学生将所学内容进行复习和总结。

Step 6 课堂小结教师进行课堂小结，鼓励学生提问和讨论，激发学生的学习兴趣和主动性。

Step 7 布置作业教师布置作业，要求学生完成课后习题和实验报告等，巩固所学知识。

教学反思：本节课主要介绍了氢原子光谱的特点及形成原理，以及计算氢原子光谱线波长和频率的方法。

通过实验展示和计算实例，让学生更加深入地了解了氢原子光谱的现象和规律。

高中物理第二章原子结构3光谱氢原子光谱教案教科版选修3

光谱、氢原子光谱一、设计思想“问题链·导学”教学模式.基本设计思想是：在发现（提出）问题过程中，教师引导学生思考，发散学生思维；在问题解决的过程中，利用多媒体课件，学生通过小组合作，找出光谱的特点，并尝试按照不同的角度对光谱进行科学分类；在问题感悟环节中，让学生知道光谱分析技术特点和氢原子光谱中的巴尔末系，培养学生严谨的治学态度.二、教材分析“原子核式结构模型”之后，目的是让学生进一步理解人类对原子结构探索的历史，同时又为学习波尔理论——原子能级理论做铺垫.教科版教材对该节内容的具体安排是：先介绍太阳光谱，引出光谱概念，然后从不同角度对光谱进行分类，指出发射连续光谱和现状光谱的情况，紧接着介绍了原子光谱及光谱学的具体应用——光谱分析，最后对氢原子光谱的研究作了介绍，主要是介绍了巴尔末对氢原子光谱的研究成果.三、学情分析学生在学习“光谱”之前，已经知晓了卢瑟福所提出的“原子核式结构模型”主要观点，并且也认识到了核式结构模型理论所面临的困难——经典电磁理论.在此基础上，介绍一种分析物质材料的思路——光谱，激发学生的学习热情.本节课的学习内容难度不大，关键是要掌握给光谱“取名字”的方法和光谱分析.从学校光学实验器材的储备来看，现阶段还没有办法让学生体验观察原子光谱、分析光谱实验过程.另外，考虑到学生对科学人物比较感兴趣的特点，会介绍巴尔末先生的相关事迹，活跃课堂气氛，陶冶科学情操.四、课堂教学目标（一）知识与技能1．了解光谱的定义和分类2．了解原子光谱，并知道光谱分析的特点3．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系（二）过程与方法通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。

（三）情感、态度与价值观培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识五、教学重难点教学重点：光谱的分类教学难点：实验观察光谱的形成六、教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流七、教学用具多媒体辅助教学设备八、教学流程1、棱镜和光栅的分光原理（结合课件展示）2、光谱光谱：复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学频谱连续光谱：有的光谱是连在一起的光带，称为连续光谱思考：连续光谱对复色光的成分有什么要求？3、光谱的分类（1）按外形分（2）按发射和吸收分思考：线状谱一定是发射光谱吗？4、原子光谱单原子气体或金属蒸气所发的光波均有线状光谱，故线状光谱又称原子光谱，也叫原子的发射光谱5、连续谱和线状谱的产生（1）由炽热的固体、液体或高压气体所发的光都能形成连续光谱（2）低温、稀薄的气体发光一般是线状谱6、光谱分析光谱分析：光谱分析法是利用光谱学的原理和实验方法以确定物质的结构和化学成分的分析方法.各种结构的物质都具有自己的特征光谱，光谱分析法就是利用特征光谱研究物质结构或测定化学成分的方法.思考：给定你某种未知物质，可以采取哪些思路来对其进行光谱分析？思路1：使它发光，观察它的线状光谱，进行分析思路2：用连续光谱照射，观察它的吸收光谱，进行分析7、氢原子光谱（1）氢原子光谱:氢原子是自然界中最简单的原子，对它的光谱线的研究获得的原子内部结构的信息，对于研究复杂的原子的结构有指导意义.（2）巴尔末系介绍：从1885年，瑞士的中学教师巴耳末由大量的实验数据分析出氢原子发射的线状谱是按照一定规律组成的若干线系构成的，这些谱线的波长可以用下列表达式表示其满足的规律称为巴耳末公式.由公式确定的一组谱线称为巴耳末系，后来在氢原子光谱中的紫外区和红外区又发现了另外的一些谱线，它们的谱线都满足与巴耳末公式类似的关系式.九、习题巩固见课件。