高中物理原子结构光谱氢原子光谱教师用书教科版

3.光谱氢原子光谱
学习目标知识脉络
1.了解光谱、连续谱、线状谱等
概念．(重点)
2.知道光谱分析及应用．(重点)
3.知道氢原子光谱的规律．(重
点、难点)
光谱和光谱分析
[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]
为什么用棱镜可以把各种颜色的光展开？
【提示】不同颜色的光在棱镜中的折射率不同，因此经过棱镜后的偏折程度也不同．
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．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
E．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素
【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；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，E正确．故A、D、E.
【答案】ADE
2．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，不能用连续谱
D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
E．太阳光谱是吸收光谱
【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．
【答案】BCE
3．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.
氢原子光谱
[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＝B n2
n2－4
(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：
1
λ
＝R H⎝
⎛
⎭⎪
⎫
1
m2
－
1
n2(
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2­3­1所示．
图2­3­1
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．
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
1
λ
＝
R H ⎝ ⎛⎭
⎪⎫122－1
n 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
1
λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫132－1n 2(n ＝4,5,6，…)(近红外) 布喇开系
1
λ＝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： 1
λ
＝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．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
E ．氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足巴尔末类似的公式
【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 、E 正确．
【答案】 CDE
5．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λ1
λ2
＝________.
【导学号：11010024】
【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，
1
λ2＝R H ⎝ ⎛⎭
⎪⎫122－142，解得：λ1λ2＝2720.
【答案】2720
6．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
1
λ1＝R H (122－13
2) 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．。