2019_2020学年高中物理第3章第3节氢原子光谱教案粤教版选修3_5

第三节氢原子光谱

[学习目标] 1.了解氢原子光谱的特点．(重点)2.知道巴耳末公式及里德伯常量．(重点)3.了解原子光谱及光谱分析的应用．

一、氢原子光谱的巴耳末系及其他线系

1．巴耳末系

(1)公式：1

λ＝R⎝

⎛

⎭⎪

⎫

1

22

－

1

n2.

(式中n＝3,4,5,6…，R＝1.097×107 m－1)

(2)巴耳末系：符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系．

2. 其他线系：在紫外区、红外区、近红外区发现了氢原子的其他线系，分别是莱曼系(紫外区)、布喇开系(红外区)、普丰德系(红外区)、帕邢系(近红外区)．

3．广义巴耳末公式

1λ＝R⎝

⎛

⎭⎪

⎫

1

m2

－

1

n式中

m，n均为正整数且n>m.

二、原子光谱

1．原子光谱

(1)某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称之为原子光谱．

(2)科学家观察了大量的原子光谱，发现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，因而，原子光谱被称为原子的“指纹”．

2．光谱分析及应用

(1)光谱分析应用的两种光谱

①明线光谱：它是稀薄气体发光直接产生的．

②吸收光谱：它是当白光通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的．

③实验表明：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．即原子只能释放出某种特定频率的光，也只能吸收某种特定频率的光，而且释放的光和吸收的光的频率是相同的．

(2)光谱分析

①通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素．

②优点：灵敏度高．

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)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，再通过分光镜观察光谱．(√)

(2)氢原子受激发只能发出几种特定频率的光，它的光谱是连续的亮线．

(×)

(3)n大于6的符合巴耳末公式的光谱线大部分在紫外区．(√)

(4)原子光谱的谱线是一些分立的亮线，是不连续的．(√)

(5)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相同，其亮线位置不同，即特征谱线不同．(√) 2．氢是自然界中最简单的元素，下列关于氢原子光谱的说法正确的是( )

A．氢原子光谱是连续谱

B．氢原子光谱是氢原子的特性谱线

C．经典物理学可以解释氢原子光谱

D．不同化合物中的氢的光谱不同

B [原子光谱是线状谱，只能是一些分立的谱线，不是连续谱，A选项错误；不同原子的原子光谱是不同的，氢原子光谱是氢原子的特性谱线，明线光谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线，可以进行元素的光谱分析，B选项正确；经典物理学不可以解释氢原子光谱的分立特性，C选项错误；不同化合物中的氢的光谱相同，氢原子光谱是氢原子的特性谱线，D选项错误．]

3．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

C [氢原子能级跃迁发出一系列不同频率的光子，巴耳末系表示的是发出的光子中的可见光部分，其中包括紫外线部分，C选项正确．]

显的规律性．

2．巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式，1

λ＝R⎝

⎛

⎭⎪

⎫

1

22

－

1

n2

n＝3、4、5、

6…(该公式称为巴耳末公式)．

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．

3．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】 氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的谱线的波长为λ1，其次为λ2，求： (1)λ1λ2

的值等于多少？ (2)其中最长波长的光子能量是多少？

[解析] (1)由巴耳末公式可得

1λ1＝R ⎝ ⎛⎭

⎪⎫122－132 1λ2＝R ⎝ ⎛⎭

⎪⎫122－142 所以λ1λ2＝14－11614－19

＝2720. (2)当n ＝3时，对应的波长最长，代入巴耳末公式有

1λ1＝1.10×107×⎝ ⎛⎭

⎪⎫122－132m －1，解得 λ1≈6.5×10－7 m.

光子能量为

ε1＝h ν＝h c λ1＝6.63×10－34×3×1086.5×10

－7 J ＝3.06×10－19 J. [答案] (1)2720

(2)3.06×10－19

J

巴耳末公式的两点提醒

1．巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其它原子．

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．

训练角度1：对巴耳末公式的理解

1．巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭

⎪⎫122－1n 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