光谱 氢原子光谱
高中物理氢原子光谱知识点
高中物理氢原子光谱知识点一、氢原子光谱的发现历程。
1. 巴尔末公式。
- 1885年，巴尔末发现氢原子光谱在可见光区的四条谱线的波长可以用一个简单的公式表示。
巴尔末公式为(1)/(λ)=R((1)/(2^2) - (1)/(n^2))，其中λ是谱线的波长，R称为里德伯常量，R = 1.097×10^7m^-1，n = 3,4,5,·s。
- 巴尔末公式的意义在于它反映了氢原子光谱的规律性，表明氢原子光谱的波长不是连续的，而是分立的，这是量子化思想的体现。
2. 里德伯公式。
- 里德伯将巴尔末公式推广到更一般的形式(1)/(λ)=R((1)/(m^2)-(1)/(n^2))，其中m = 1,2,·s，n=m + 1,m + 2,·s。
当m = 1时，对应赖曼系（紫外区）；当m = 2时，就是巴尔末系（可见光区）；当m = 3时，为帕邢系（红外区）等。
二、氢原子光谱的实验规律与玻尔理论的联系。
1. 玻尔理论对氢原子光谱的解释。
- 玻尔提出了三条假设：定态假设、跃迁假设和轨道量子化假设。
- 根据玻尔理论，氢原子中的电子在不同的定态轨道上运动，当电子从高能级E_n向低能级E_m跃迁时，会发射出频率为ν的光子，满足hν=E_n-E_m。
- 结合氢原子的能级公式E_n=-(13.6)/(n^2)eV（n = 1,2,3,·s），可以推出氢原子光谱的波长公式，从而很好地解释了氢原子光谱的实验规律。
例如，对于巴尔末系，当电子从n（n>2）能级跃迁到n = 2能级时，发射出的光子频率ν满足hν = E_n-E_2，进而可以得到波长与n的关系，与巴尔末公式一致。
2. 氢原子光谱的不连续性与能级量子化。
- 氢原子光谱是分立的线状光谱，这一现象表明氢原子的能量是量子化的。
在经典理论中，电子绕核做圆周运动，由于辐射能量会逐渐靠近原子核，最终坠毁在原子核上，且辐射的能量是连续的，这与实验观察到的氢原子光谱不相符。
3光谱氢原子光谱
巴 尔 末
公 式
里德 伯改 写为
(n=3, 4, 5, 6 ? )
二、氢原子光谱
1．氢原子光谱波长满足巴尔末公式
n＝3, 4, 5，6… RH称为里德伯常量
(1)公式特点：第一项都是
1 22
(2)巴尔末公式说明氢原子光谱的波长只能取 分立值 ， 不
能取 连续值 ．巴尔末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状
要点提炼 2. 光谱的分类和比较 （1）发射光谱： 发光物质直接发光产生的光谱叫发射光谱 . 包 括连续谱和明线光谱. 连线谱： 炽热固体、液体和高压气体发光形成，光谱连续分布， 一切波长的光都有. 明线光谱： 稀薄气体发光形成，光谱由一些不连续的亮线组成， 不同元素谱线不同.
（2）吸收光谱： 炽热的白光通过温度较低的气体后，某些波 长的光被吸收后形成，用分光镜观察时，见到连续谱背景上出 现一些暗线，且暗线与这种原子的线状谱（明线光谱）对应.
赖曼系
n＝2, 3, 4,…（紫外）
帕邢系 布喇开系
n＝4, 5, 6,… （近红外） 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 (m=1, 2, 3, …; n=m+1, m+2, m+3, …)
m=1时得到赖曼系，m=2 时，得到巴尔末系，m=3 时得帕刑系，m=4 时得布喇开系
现 象
纳的吸收光谱（片断）
连续彩色光谱背景下有一些暗线，这是由于被火焰加热的钠盐产 生的蒸气吸收了白光中的一些特定频率的光而形成的谱线，这类 光谱称为吸收光谱。这是炽热的白光通过温度较低的气体后，某 些波长的光被吸收后形成，用分光镜观察时，见到连续谱背景上 出现一些暗线，且暗线与这种原子的线状谱对应。
氢原子光谱优秀课件
令
T
(m)
R m2
,
T
(n)
R n2
1 T (m) T (n)
T (m),T (n) 称为光谱项。
三、经典理论旳困难
卢瑟福原子核式模型正确地指出了原子核旳存 在，很好地解释了α粒子散射试验。但是。经 典物理学既无法解释原子旳稳定性，又无法解 释原子光谱旳分立特征。
按经典物理学电子绕核旋转，作加速运动，电子 将不断向四面辐射电磁波，它旳能量不断减小， 从而将逐渐接近原子核，最终落入原子核中。但 实际上原子是个稳定旳系统。
还 有 三
布喇开系
1
R
1 42
1 n2
n 5,6,7，
个 线 系
普丰特系
1
R
1 52
1 n2
n 6,7，8，
氢原子光谱不是不相关旳，而是有内在联络旳。体现在 其波数可用一普遍公式来表达：1 NhomakorabeaR
1
m
2
1 n2
其 中
m 1,2,3
n m 1, m 2, m 3,
相应一种m构成一种谱线系 每一谱线旳波数都等于两项旳差数
二、光谱分类：
1.发射光谱：物体发光直接产生旳光谱叫做发射光谱。
发射光谱可分为两类：连续谱和线状谱。
2.吸收光谱：
特点：在连续谱上 缺失了某些成份旳光
此光谱图有何特点？
成因：高温物体发出旳白光（其中包括连续分布旳一切 波长旳光）经过物质时，某些波长旳光被物质吸收后产 生旳光谱，叫做吸收光谱。
3.发射光谱与吸收光谱旳相应关系：
轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率 也是连续旳， 原子光谱应是连续旳光谱。而 实际上看到旳是分立旳线状谱。
这些矛盾阐明尽管经典物理学理论能够很好地 应用宏观物休，但它不能解释原子世界旳现象， 引入新观念是必要旳。
氢原子光谱
主条目：韩福瑞系
主量子数n大于或等于7的电子跃迁到n = 6的能阶，产生的一系列光谱线称为“韩福瑞系列”，由韩福瑞于 1953年发现，位于红外光波段。
里德伯公式
主条目：里德伯公式
1889年瑞典物理学家约翰内斯·里德伯（Johannes Robert Rydberg）将上述各系列谱线归纳出氢原子谱线 的经验公式：
主条目：布拉开线系
主量子数n大于或等于5的电子跃迁到n = 4的能阶，产生的一系列光谱线称为“布拉格系列”，由布拉格于 ：蒲芬德系
主量子数n大于或等于6的电子跃迁到n = 5的能阶，产生的一系列光谱线称为“蒲芬德系列”，由蒲芬德于 1924年发现，位于红外光波段。
1885年，巴耳末（er，瑞士，1825-1898）将位于可见光波段，能量位于410.12奈米、434.01奈米、 486.07奈米、656.21奈米等谱线，以下列经验公式表示：，m = 3、4、5、6...，此方程称为巴耳末公式方程。
主条目：帕申系
主量子数n大于或等于4的电子跃迁到n = 3的能阶，产生的一系列光谱线称为“帕申系列”，由帕申于1908 年发现，位于红外光波段。
谢谢观看
六个线系
0 1
来曼系列
0 2
巴耳末系列
0 3
帕申系列
0 4
布拉格系列
0 6
韩福瑞系
0 5
蒲芬德系列
主条目：来曼系
主量子数n大于或等于2的电子跃迁到n = 1的能阶，产生的一系列光谱线称为“来曼系列”。此系列谱线能 量位于紫外光波段。
主条目：巴耳末系
主量子数n大于或等于3的电子跃迁到n = 2的能阶，产生的一系列光谱线称为“巴耳末系”。巴耳末系有四 条谱线处于可见光波段，所以是最早被发现的线系。
氢原子光谱实验
将实验结果与理论预测进行 比较，验证量子力学的相关 理论。
根据特征峰的波长和强度， 分析氢原子能级结构及其跃 迁规律。
根据实验结果，进一步探讨 氢原子光谱与其他原子光谱 的共性和差异。
04
结果分析
观察到的光谱类型
发射光谱
氢原子在受激跃迁时释放出的光 子，形成明亮的谱线。
吸收光谱
氢原子吸收特定频率的光子，导 致暗线出现在连续光谱背景上。
特征谱线
氢原子光谱中具有特定波长的谱 线，是氢原子能级跃迁的标志。
能级跃迁的判定
跃迁类型
确定是从高能级向低能级跃迁还是低能级向高能 级跃迁。
跃迁能量
通过测量谱线的波长或频率来确定能级跃迁所需 的能量差。
跃迁选择定则
根据量子力学原理，确定哪些能级间的跃迁是被 允许的。
与理论预期的比较
理论模型
比较实验结果与氢原子波尔模型 的预测，验证理论模型的准确性。
波长与能量
谱线的波长与能量之间存 在反比关系，即波长越短， 能量越高。
03
实验步骤
准备实验器材
氢气
选择纯度较高的氢气， 以减少其他气体对实验
结果的影响。
真空玻璃管
光源
光谱仪
用于装载氢气，保证实 验环境的真空度。
选择稳定、连续高分辨率和
低噪声性能。
参考文献
参考文献
[1] Atkins, P. W., & De Paula, J. (2005). Physical Chemistry for the Biosciences. Academic Press.
[2] Bersohn, R. L., & Guiochon, G. (1975). Experimental methods in physical chemistry. Academic Press.
第3节 光谱 氢原子光谱
第3节光谱氢原子光谱学习目标核心提炼1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念。
3类光谱——连续光谱、发射光谱、吸收光谱1个实验规律——氢原子光谱的实验规律2.知道氢原子光谱的实验规律。
3.识记巴尔末公式。
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、光谱的几种类型和光谱分析的应用1.光谱的定义：复色光通过棱镜后，分解为一系列单色光，而且按波长长短的顺序排列成一条光带，称为光谱。
2.光谱的分类和比较光谱分类产生条件光谱形式发射光谱连续谱炽热固体、液体和高压气体发光形成连续分布，一切波长的光都有线状谱(原子光谱)稀薄气体发光形成一些不连续的亮线组成，不同元素谱线不同吸收光谱炽热的白光通过温度较低的气体后，某些波长的光被吸收后形成用分光镜观察时，见到连续谱背景上出现一些暗线与这种原子的线状谱对应各种原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的谱线，称为线状谱。
对于同一种原子，线状谱的位置相同，不同原子的谱线位置不同，这样的谱线叫原子光谱，它只决定于原子的内部结构。
4.光谱分析(1)由于原子发光的频率只与原子结构有关，因此可以根据其光谱来鉴别物质的化学组成，这种方法叫做光谱分析。
(2)可用于光谱分析的光谱：明线光谱和吸收光谱。
思考判断(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)稀薄气体发光形成的光谱是线状谱。
( )答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√二、氢原子光谱1.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：1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3，4，5，6…)，该公式称为巴尔末公式。
式中R H 叫做里德堡常数，实验值为R H ＝1.10×107 m －1。
(2)巴尔末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值。
巴尔末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征。
氢原子光谱ppt课件
03
氢原子光谱实验观测与分析
氢原子光谱实验装置介绍
光源
氢原子灯或放电管，产生氢原子 光谱。
单色仪
将复合光分解为单色光，并可选 择特定波长的光通过。
光探测器
如光电倍增管或CCD，将光信号 转换为电信号进行记录和分析。
数据采集与处理系统
对实验数据进行采集、处理和分 析，得出实验结果。
氢原子光谱观测方法
氢原子光谱研究挑战与机遇
实验技术挑战
01
尽管精密测量技术取得了显著进展，但进一步提高测量精度仍
面临诸多挑战，如如何消除系统误差、提高信噪比等。
理论模型挑战
02
现有理论模型在描述某些复杂现象时仍存在一定局限性，需要
进一步完善和发展。
交叉学科机遇
03
氢原子光谱研究与粒子物理、宇宙学等领域密切相关，这些领
04
氢原子光谱理论解释与应用
薛定谔方程与波函数概念
薛定谔方程
描述了微观粒子状态随时间变化 的规律，是量子力学的基本方程
之一。
波函数
量子力学中用来描述粒子状态的函 数，其模平方表示粒子在特定位置 被发现的概率。
量子数
描述原子或分子中电子运动状态的 参数，如主量子数、角量子数等。
氢原子光谱理论解释
玻尔模型
玻尔提出的氢原子模型，假设电子在 特定轨道上运动，且能量是量子化的。
能量级与光谱线
选择定则
解释了为何只有特定能级间的跃迁才 会产生光谱线，如偶极跃迁选择定则 等。
氢原子光谱由一系列分立的谱线组成， 对应着电子在不同能级间的跃迁。
氢原子光谱在物理、化学等领域应用
01
02
03
04
原子钟
利用氢原子光谱的稳定性和精 确性，制成高精度原子钟，用
原子物理学第二章氢原子光谱
激发态（excited state） 电子轨道
巴耳末系 帕邢系
n 3
பைடு நூலகம்
赖曼系
2
能级（energy level）
1
n
1
2
3
4
En R Tn 2 n hc
hcR En 2 n
根据波尔理论，氢原子的光谱可以作如下的解释: 氢原子在正常状态时，它的能级最小，电子 位于最小的轨道，当原子吸收或放出一定的 能量时，电子就会在不同的能级间跃迁，多 余的能量便以光子的形式向外辐射，从而形 成氢原子光谱。
e Ze
Ze2 F 4π 0 r 2
e2 Ze2
2
n2 Z c rn a1 vn n 1, 2, 3, Z n Z 2 hcR 1 Z 2e2 En 2 2n 4π 0 a1 n2
En2 En1 hc
1 1 1 1 Z R 2 2 R 2 2 n1 Z n2 Z n1 n2
2 2 e 4 RA 2 3 (4 0 ) h c
2 2 me 4 M M R 2 3 (4 0 ) h c M m M m
（3）
我们看到，当原子核质量M→∞时， RA=R∞=109737.31cm-1。在一般情况下，可以 通过（3）式来计算里德伯常数。
里德伯常数随原子核质量变化的情况曾被 用来证实氢的同位素—氘的存在。还可以测 定原子量、电子的核质比、质子的质量和电 子的质量之比等。 起初有人从原子质量的测定问题估计有质量 是2个单位的中氢。 1932年，尤雷在实验中发现，所摄液氢赖 曼系的头四条谱线都是双线，双线之间波长 差的测量值与通过里德伯常数 R 计算出的双 线波长差非常相近，从而确定了氘的存在。
氢原子光谱
氢原子光谱
氢原子的发现和光谱特性
氢原子是最简单的原子之一，在光谱学中具有重要的地位。
氢原子光谱是研究
原子结构和光谱学的基础。
它对研究光谱的性质和发展原子理论有着重要的意义。
氢原子光谱的基本原理
氢原子光谱是指氢原子在特定条件下发射或吸收的光线的谱线。
氢原子光谱是
由氢原子的特有能级结构和跃迁引起的。
氢原子的光谱具有一定的规律性，可以通过一系列的数学模型进行描述和解释。
氢原子光谱的光谱线
氢原子光谱的典型谱线分为巴尔末系列、帕邢系列和莱曼系列。
这些系列分别
对应不同的跃迁过程，反映了氢原子的不同能级结构和性质。
巴尔末系列
巴尔末系列是氢原子光谱中最常见的系列之一，对应着n元素的n=2的跃迁。
巴尔末系列谱线主要在紫外和可见光区域，具有重要的实验和理论价值。
帕邢系列
帕邢系列对应着n元素的n=3的跃迁。
帕邢系列谱线分布在可见光区域，是
研究氢原子光谱的重要线系之一。
莱曼系列
莱曼系列对应着n元素的n=1的跃迁。
莱曼系列包含了氢原子最基本的谱线，是氢原子光谱中的重要部分。
氢原子光谱的应用
氢原子光谱不仅在基础科学研究中具有重要意义，还在实际应用中发挥着重要
作用。
氢原子光谱在天文学、材料科学、化学等领域有着广泛的应用。
结语
氢原子光谱是原子光谱学中的重要内容，研究氢原子光谱有助于深入理解原子
结构和光谱现象。
通过对氢原子光谱的研究，人们可以更好地认识原子的结构和性质，推动光谱学领域的进步与发展。
原子物理第二章氢原子光谱
1 Ze 2 En 2 4π 0 rn
n 1, 2, 3,
(2) 跃迁（transition）假设
h
h
原子在不同定态之间跃迁，以电磁 辐射形式吸收或发射能量。
hv En Em
吸收 发射
频率条件
跃迁频率：
En Em h
(3) 角动量量子化假设 为保证定态假设中能量取不连续值，必须 rn 取不连续值， 如何做到？
H H H
1 1 22 n 2 n 3, 4, 5,
氢原子的Rydberg常数
RH 1.0967758 107 m1
巴尔末线系限：
RH v 2 2
2.H原子光谱的其它线系
（远紫外）赖曼系：
1 1 v RH 2 2 n 2,3, 4 1 n
线系的一般表示： 令：
1 1 v RH 2 2 n m RH RH T ( m) 2 T ( n) 2 m n
光谱项
并合原则： v T (m) T (n)
每一谱线的波数差都可表达为二光谱项之差
这些经验公式是否反映了原子内部结构的规律性？？
2.3 玻尔氢原子理论
Ze 2 r 40 mv 2 1
4 0 n 2 h 2 解得 r ; n 2 2 4 mZe
h p mvr n 2
nh Vn 2 mr
我们引入
4 0 h2 a1 2 2 0.529166 1010 m 4 me
则量子化的轨道半径为
n2 rn a1 Z
非量子化的状态与连续光谱 我们已经知道，所有的光谱线分为一系列线 系，每个线系的谱线都从最大波长到最小波 长（系线）；可是试验中观察到在系限之外 还有连续变化的谱线。这是怎么回事呢？
氢原子光谱
在光谱上表现为谱线的分裂和位移，可通过高分辨率光谱仪 进行观测。
氢原子光谱超精细结构探讨
超精细结构成因
在精细结构的基础上，由于原子核自旋与电子总角动量的耦合，导致能级进一步分裂。
超精细结构特点
在光谱上表现为谱线的更细微分裂和位移，需要更高精度的观测手段进行探测。
总结
氢原子光谱是量子力学和原子物理领域的重要研究对象，其性质和特点包括多个线系、精 细结构和超精细结构等。通过对氢原子光谱的深入研究，可以揭示原子内部结构和能级分 布的奥秘，为现代物理学的发展提供重要支撑。
02
氢原子光谱实验方法
氢原子光谱实验装置
光源
提供足够能量的光源，如钨丝 灯或激光器，以激发氢原子。
分光仪
将光源发出的光分成不同波长 的光谱。
探测器
用于检测分光后各波长光的强 度，如光电倍增管或CCD。
数据采集与处理系统
记录并处理实验数据，如计算 机和专用软件。
氢原子光谱实验步骤
1. 准备实验装置
量子力学对氢原子光谱解释
波函数与概率密度
量子力学用波函数描述电子状态，波函数的模平方表示电子在空间 中出现的概率密度。
能级与跃迁
量子力学中的能级概念与玻尔理论相似，但更为精确。电子在不同 能级间跃迁时，同样会发射或吸收光子。
选择定则
量子力学中的选择定则规定了哪些能级间的跃迁是允许的，从而解释 了氢原子光谱的特定结构。
氢原子光谱研究前景展望
• 高精度测量技术的发展：随着实验技术的不断进步，未来有望实现更高精度的氢原子光谱测量，从而更深入地 揭示原子结构和相互作用的奥秘。
• 新理论模型的探索：尽管现有的理论模型能够很好地解释氢原子光谱，但仍存在一些尚未解决的问题，如高阶 效应的处理、相对论和量子电动力学的结合等。未来有望通过发展新的理论模型，更准确地描述氢原子光谱。
氢原子光谱
各种光谱的特点及成因：
定义：由发光件：炽热的固体、液体 和高压气体发光形成的
光谱的形式：连续分布，一 切波长的光都有
｛产生条件：稀薄气体发光
线状光谱 形成的光谱
（原子光谱） 光谱形式：一些不连续的明
线组成，不同元素的明线光
谱不同（又叫特征光谱）
各种光谱的特点及成因：
定义：连续光谱中某些波长的光
吸 被物质吸收后产生的光谱 收 产生条件：炽热的白光通过温 光 度较白光低的气体后，再色散 谱 形成的
光谱形式：用分光镜观察时， 见到连续光谱背景上出现一些 暗线（与特征谱线相对应）
（1）连续光谱
连续分布的包含有从红光 到紫光各种色光的光谱叫做连 续光谱。炽热的固体、液体和 高压气体的发射光谱是连续光 谱。例如白炽灯丝发出的光、 烛焰、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叫
做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线， 各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体 或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。 明线光谱是由游离状态的原子发射的， 所以也叫原子的光谱。实践证明，原子 不同，发射的明线光谱也不同，每种原 子只能发出具有本身特征的某些波长的 光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特 征谱线。
巴耳末公式 R=1.10107m1 里德伯常量
三、卢瑟福原子核式模型的困难
卢瑟福原子核式模型无法解释 氢原子光谱的规律:
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;
三、卢瑟福原子核式模型的困难
轨道及转动频率不断变化， 辐射电磁波频率也是连续的， 原 子光谱应是连续的光谱。实验表 明原子相当稳定，这一结论与实 验不符。实验测得原子光谱是不 续的谱线。
第三节氢原子光谱
R(
1 22
1 n2
)
n=3，4，5，6……
其中R称为里德伯常量
R 1.097 10 m 对于氢原子
7
-1
注意表达的顺序,因为不同
的原子,该常数也不同.
氢原子光谱的实验规律
H
H H H
H
656.3n m 486.1n m 434.1nm 410.2nm 364.6nm
n=3
n=4
不同的m对应不同的谱系；当m一定时，每 T (n)
式中
T
(m)
R m2
，
T
(n)
R n2
称为光谱项
６、原子光谱
氢原子光谱只是众多原子光谱中最简单的一种，下图列出 了钠、氦和汞等原子的光谱。
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”。我们可以通过对 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。
1 R( 42
1 n2
)
n=5，6，7，8……
普丰德系（红外区）1 R( 1 1 ) n=6，7，8，9……
52
n2
简称为莱巴帕布普. 请标出课本图3-3-4中帕邢系的4.5.6.7;强调n越小,波长越大
3、广义巴尔末公式
1
1 R( m2
1 n2 )
式中 m与n都是正整数，且 n > m.
莱区 用曼发一系现个（了简紫氢单原的外子公区的式）其表他示1线。系，R这(些11线2 系也n和12巴)耳n末=系2，一3样，可4，以5，…
第二章 第3节 光谱 氢原子光谱
第3节光谱__氢原子光谱一、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＝B n2n2－4(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。
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。
稀薄气体发射光谱也是线状谱。
物理学 氢原子光谱
• 按谱线形状分：线状谱、
带状谱和连续谱。
2. 氢原子光谱的实验规律
• 氢气放电管可以获得氢原子光谱，谱线的间隔和 强度都向短波方向递减。
氢原子的光谱（可见区和近紫外区）
• 1885年，巴耳末发现这些谱线的波数（波长的 倒数）有一个简单关系式（氢原子的线状光谱）
• 氢原子光谱的其它谱线系 赖曼系（紫外） 帕邢系（红外）
12.3 氢原子光谱
1. 光谱 2. 氢原子光谱的实验规律
3. 经典理论的困难
1. 光谱
• 散射实验肯定了原子核的存在，核外电子情形呢？
• 光谱是光的频率成分和强度成分的关系图，是用光
谱仪测量的。
• 不同波长的光线会聚在屏
上不同点，在屏上形成一系
列狭缝的象（细线），摄成
的光谱照片----谱线。
棱镜光谱仪示意图
布拉开系（红外） 普丰特系（红外）
• 氢原子光谱的波数可统一表达
式中
对于每一个
构成一个谱线系。
例1 计算赖曼系中波长最长的谱线和线系限对应的 波长值。
解：由赖曼系光谱公式，最长的谱线对应于
因此
线系限对应于 即：赖曼线系的波长范围为
4. 经典理论的困难
• 所有原子都会变ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原子核大小才是稳定的； • 原子的光谱应该总是连续的。
经典理论不能解释原子的稳定性、原子的线状谱。
高中物理选修3-5-氢原子光谱
氢原子光谱知识集结知识元氢原子光谱知识讲解氢原子光谱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，但同种元素原子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．某种元素在物质中的含量达10-10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．4．分光镜的原理用来观察光谱，分析光谱的仪器叫分光镜．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都是线状光谱，波长具有分立性，只能是不连续的分立值．例题精讲氢原子光谱例1.关于巴耳末公式：R（）（n=3，4，5……），理解正确的是（）A．式中n只能取整数，R称为巴耳末常量B．巴耳末线系的4条谱线位于红外区C．在巴耳末线系中n值越大，对应的波长λ越短D．巴耳末线系的4条谱线是氢原子从n=2的能级向n=3、4、5、6能级跃迁时辐射产生的例2.如图所示，能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系，比如：巴耳末系就是氢原子从n=3，4，5…能级跃迁到n=2的能级时辐射出的光谱，其波长λ遵循以下规律：R（），下列说法正确的是（）A．公式中n只能取整数值，故氢光谐是线状谱B．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的动能增大C．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中波长最短D．用能量为13.0eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受照射后，氢原子能跃迁到n=4的能级例3.氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ、Hδ，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定（）A．Hα对应的前后能级之差最小B．Hα的粒子性最显著C．Hδ的频率最大D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能例4.下列说法中正确的是（）A．氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，在向低能级跃迁时，辐射出光子的频率可能小于原吸收光子的频率B．Th（钍）核衰变为Pa（镤）核时，衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量C．α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的D．原子核的比结合能越大，则原子核中核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）就越大，平均每个核子的质量亏损就越多，原子核越稳定例5.有关氢原子光谱的说法正确的是（）A．氢原子的光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．巴耳末公式反映了氢原子辐射电磁波波长的连续特性例6.电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法不正确的是（）A．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置B．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道C．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的D．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置。
氢原子光谱和波尔的原子模型ppt课件
Na原子的发射光谱（明线）
H原子的吸收光谱（暗线）
H原子的发射光谱（明线）
吸收光谱和线状谱（发射光谱）的关系：
各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱（线状光谱）中的
一条明线相对应。
3.光谱分析
既然每种原子都有自己的特征谱线，我们就可以利用它来鉴别物质和确定物质的组
成成分。这种方法称为光谱分析。
4.由于不同的原子具有不同的结构，能级各不
相同，因此辐射（或吸收）的光子频率也不相
同。这就是不同元素的原子具有不同的特征谱
线的原因。
六、玻尔理论的局限性
1.玻尔理论的不足之处在于保留了
经典粒子的观念，仍然把电子的运
动看作经典力学描述下的轨道运动。
2.玻尔理论成功地解释了氢原子光
谱的实验规律。但对于稍微复杂一
1
E1
激
发
态
h E n E m
基态
原子从低能级向高能级跃迁（电子从低轨道向高轨道跃迁）： 吸收光子，原子能量增大
电子从低轨道向高轨道跃迁，电子克服库仑引力做
功，电势能增大，原子的能量增加，要吸收能量。
吸收光子能量：
h E n E m
原子从高能级向低能级跃迁（电子从高轨道向低轨道跃迁）： 辐射光子，原子能量减小
优点：灵敏度高
样本中一种元素的含量达到10-13kg时就可
以被检测到。
利用白炽灯的光谱，能否检测出灯丝的成分？
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
原子的特征光谱
二、氢原子光谱（发射光谱）的实验规律
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
n=6
n=5
氢原子光谱
根据玻尔的第二个假设,原子系统中 电子从较高能级Wn,跃迁到较低能级Wk时, 发出单色光,其频率为(图2)
两谱系.这些谱系,的确都在氢原子光谱中观 察到,而且有些还是在玻尔理论发表以后先从理 论上计算出来,然后才通过实验找到的.在k=1时 所表示的谱系在光谱的远紫外部分,称为赖曼系. k=3所表示的谱系在红外部分,称为帕邢系.k=4 和k=5所表示的谱系也都在红外范围,分别称为布 喇开系和普芳德系.在某一瞬时,一个氢原子只 能发射一个一定频率的光子,这一频率相应于一 条谱线,不同的受激氢原子才能发射不同的谱线. 实验中观察到的是大量不同受激状态的原子所发 射光的组合,所以能观察到大量的谱线.[1]
按照经典物理学,核外电子受到原子的库仑引力 的作用,不可能是静止的,它一定是以一定的速 度绕核转动.既然电子在运动,它的电磁场就在 变化,而变化的电磁场会激发电磁波.也就是说, 它将把自己绕核转动的能量以电磁波的形式辐射 出去.因此,电子绕核转动这个系统是不稳定的, 电子会失去能量,最后一头栽在原子核上.但是 事实不是这样,原子是个很稳定的系统. ②连续光谱与明线光谱的矛盾
根据经典电磁理论,电子辐射的电磁波的频率, 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,转的也就越来越快.这个 变化是连续的,也就是说,我们应该看到原子辐 射的各种频率(波长)的光,即原子的光谱应该 总是连续的.而实际上我们看到的是分立的线状 谱. 这些矛盾说明,尽管经典物理学理论可以很 好地应用于宏观物体,但它不能用于解释原子世 界的现象,引入新观念是必要的.
(2)当原子从一个具有较大能量E2的定态 跃迁到另一个能量较低的定态E1时,它辐 射出具有一定频率的光子,光子的能量为 这一假设确定了原子发光的频率—— 它就是频率假设.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第3节光谱氢原子光谱
1.(多选)下列物质中产生线状谱的是( BD )
A.炽热的钢水
B.氖管
C.点燃的蜡烛
D.极光
解析:炽热的钢水、点燃的蜡烛能产生连续谱,氖管发光时产生氖气的线状谱,极光是宇宙射线激发的气体发光,能产生线状谱.选项B,D 正确.
2.(2016·银川校级期末)(多选)下列说法中正确的是( AB )
A.炽热固体、液体和高压气体发出的光谱是连续谱
B.各种原子的线状谱中的明线和它的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可得到甲物质的吸收光谱
解析:根据连续谱的产生知选项A正确;由于吸收光谱中的暗线和线状谱中的明线相对应,所以选项B正确;气体发光,若为高压气体则产生吸收光谱,若为稀薄气体则产生线状谱,所以选项C错误;甲物体发出的白光通过乙物质的蒸气形成了乙物质的吸收光谱,所以选项D 错误.
3.(2016·锡山校级期末)关于光谱,下列说法正确的是( C )
A.一切光源发出的光谱都是连续光谱
B.一切光源发出的光谱都是线状谱
C.稀薄气体发出的光谱是线状谱
D.作光谱分析时,利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的化学组成
解析:不同光源发出的光谱有连续谱,也有线状谱,故A,B错误;稀薄气体发出的光谱是线状谱,C正确;只有应用线状谱才可以进行光谱分析,D错误.
4.(2016·黄冈期中)(多选)有关原子光谱,下列说法正确的是
( ABD )
A.原子光谱间接地反映了原子结构特征
B.氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的
C.白炽灯发光的光谱为线状谱
D.鉴别物质的成分可以采用光谱分析
解析:不同的原子发出的谱线不相同,每一种原子都有自己的特征谱线,利用光谱分析可以用来确定元素,所以原子光谱可以间接反映原子结构的特征,A,B,D三项正确.白炽灯发光为炽热固体发光,其光谱为连续谱,故C项不正确.
5.(2016·武汉校级月考)(多选)根据光谱的特征谱线,可以确定物质的化学组成和鉴别物质,以下说法正确的是( CD )
A.线状谱中明线是特征谱线,吸收光谱中的暗线不是特征谱线
B.线状谱中的明线不是特征谱线,吸收光谱中的暗线是特征谱线
C.线状谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线
D.同一元素中的线状谱中的明线和吸收光谱中的暗线是一一对应的解析:线状谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线,并且一一对应,A,B错误,C,D正确.
6.(2016·佛山高二检测)(多选)关于光谱和光谱分析,下列说法中正确的是( ACD )
A.光谱包括连续谱和线状谱
B.点燃的酒精灯火焰上撒钠盐后的光谱为连续谱,氢光谱是线状谱
C.线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析
D.光谱分析帮助人们发现了许多新元素
解析:光谱包括连续谱和线状谱,线状谱和吸收光谱都为原子的特征谱线,均可用作光谱分析,点燃的酒精灯火焰上撒钠盐后的光谱为明线光谱,光谱分析可以发现新元素和鉴定物质成分。
故正确选项为A,C,D.
7.(2016·湛江高二检测)如图(甲)所示的是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( B )
A.a元素
B.b元素
C.c元素
D.d元素
解析:把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,故选项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.
8.(多选)要得到钠元素的特征谱线,下列做法正确的是( BC )
A.使固体钠在空气中燃烧
B.将固体钠高温加热成稀薄钠蒸气
C.使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气
D.使炽热固体发出的白光通过高温钠蒸气
解析:炽热固体发出的是连续谱,燃烧固体钠不能得到特征谱性,A错误;稀薄气体发光产生线状谱,B正确;强烈的白光通过低温钠蒸气时,某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱,C正确,D错误.
9.(2016·济南月考)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( 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.地球大气层中存在着相应的元素
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.太阳光的吸收光谱是当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含有的元素吸收而产生的,故C 正确,A,B,D错.
10.(2016·哈尔滨高二检测)(多选)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系,下列说法正确的是( BC )
A.经典电磁理论很容易解释原子的稳定性
B.根据经典电磁理论,电子绕原子核转动时,电子会不断释放能量,最后被吸附到原子核上
C.根据经典电磁理论,原子光谱应该是连续的
D.氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论
解析:根据经典电磁理论,电子绕原子核转动时,电子会不断释放能量最后被吸附到原子核上,原子不应该是稳定的,并且发射的光谱应该是连续的.氢原子光谱并没有完全否定经典电磁理论,是要引入新的观念了.故正确选项为B,C.
11.(2016·梅州高二检测)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,则为( B )
A. B.
C. D.
解析:由=R H(-)得当n=3时,波长最长,=R H(-),当n=4时,波长
次之,=R H(-),解得=.
12.(多选)关于物质的吸收光谱和明线谱之间的关系,下列说法中正确的是( BD )
A.吸收光谱和明线谱的产生方法不同,它们的谱线互不相关
B.同种物质吸收光谱中的暗线跟它明线谱中的明线相对应
C.明线谱与吸收光谱都是原子光谱,它们的特征谱线相对应
D.明线谱与吸收光谱都可以用于光谱分析,以鉴别物质和确定它们的化学组成
解析:同种物质的明线谱中的明线与吸收光谱中的暗线相对应,都能用于光谱分析,选B,D.
13.(多选)下列关于特征谱线的几种说法,正确的有( AD )
A.明线光谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线
B.明线光谱中的明线是特征谱线,吸收光谱中的暗线不是特征谱线
C.明线光谱中的明线不是特征谱线,吸收光谱中的暗线是特征谱线
D.同一元素的明线光谱的明线与吸收光谱的暗线是相对应的
解析:明线光谱中的明线与吸收光谱中的暗线均为特征谱线,并且实验表明各种元素吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的明线光谱中的一条明线相对应,A,D正确.
14.(1)(2016·南京高二检测)关于物质的吸收光谱和明线光谱之间的关系,下列说法中正确的是( )
A.吸收光谱和明线光谱的产生方法不同,它们的谱线互不相关
B.吸收光谱和明线光谱的产生方法相同,它们的谱线重合
C.明线光谱与吸收光谱都是原子光谱,它们的特征谱线相对应
D.明线光谱与吸收光谱都可以用于光谱分析,以鉴别物质和确定化学组成
(2)根据巴尔末公式=R H(-)讨论,随着n的增大,氢原子所发出的光的波长如何变化?光子的能量如何变化?
解析:(1)吸收光谱和明线光谱的产生方法不同,同种物质吸收光谱中的暗线与它明线光谱中的明线相对应,A,B错误.明线光谱与吸收光谱都是原子的特征谱线,但是明线光谱是原子光谱,吸收光谱不是原子光谱,C错误.明线光谱和吸收光谱都可以进行光谱分析,D正确. (2)随着n的增大,由巴尔末公式可得波长减小,再由波长与频率的关系,频率与光子能量的关系,可得随着n的增大,光子的能量增大.
答案:(1)D (2)见解析
教师备用:可见光的波长范围为400～700 nm,根据公式=R H(-), 当n取何值时氢原子所发出的光用肉眼能直接观察到?(R H=1.10×107 m-1)
解析:把波长等于400 nm代入公式可得,n≈6.6,把波长等于700 nm 代入公式可得,n≈2.9,而n只能取整数,所以n=3,4,5,6时氢原子发出的光用肉眼能直接观察到.
答案:3,4,5,6。