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1

1．什么是光谱？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。通俗地说就是自然光经过三棱镜后在屏幕上得到的彩色光带。

不同元素的原子发出的光谱不相同，就像人的指纹一样各不相同，代表了人的特征，线状谱也就代表了原子的特征。

2．[答案]不能，白炽灯的光谱是连续谱，不是原子的特征谱线，因而无法检测出灯丝的成分。

3．[答案]

4

有原子自身的特征谱线，但不能使用连续光谱。

5．[答案]太阳光吸收光谱上的暗线是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层，而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体，太阳光穿过它们的时候跟这些元素的标识谱线相同的光都被这些气体吸收掉了。因此我们看到的太阳光谱是在连续光谱的背景上分布着许多条暗线。这些暗线对应的元素为太阳大气层的成分。

迁移与应用1：AB[解析]对照连续光谱的特征和产生原理可知选项A正确；对于同一种元素的原子辐射或吸收的光的能量是一定的，因此选项B正确；高压气体发出的光谱是连续光谱，低压稀薄气体发出的光谱是线状谱，因此选项C错误；甲物质发出的白光通过

乙物质的蒸气，其中有部分波长的光被乙物质的原子吸收，因此暗线是与乙物质的原子对应，所以这样形成的吸收光谱是乙物质的吸收光谱，选项D 错误。

活动与探究2：[答案]氢原子光谱是从氢气放电管发光得到的。因为许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，所以光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。

迁移与应用2：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的发光，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。

[当堂检测]

1．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。

2．A [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，即白光是包括各种频率的光，光的颜色由波长（或频率）决定，并非棱镜增加了颜色，即B 、C 、D 正确。

3．ACD [解析]炽热的液体发射连续谱，所以选项A 正确；发射光谱可以是连续谱也可以是线状谱，所以选项B 错误；线状谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱，都可以对物质成分进行分析，所以选项C 正确；霓虹灯发光形成的光谱是线状谱，所以选项D 正确。

4．[答案]3.0×10

－19

J

[解析]根据巴耳末公式1λ＝R （122－1

n 2）可知，当n ＝3时λ最大，将n ＝3代入得λ＝

6.563×10－7 m

据公式c ＝λν及光子能量ε＝hν可知，

ε＝hν＝h c λ＝6.63×10－34×3×1086.563×10－7 J ＝3.0×10－19 J 。