第十八章 第3节

第3节 氢原子光谱

1．知道什么是光谱，掌握连续谱和线状谱的区别，知道什么是光谱分析。

2．知道氢原子光谱的实验规律，会应用巴耳末公式进行简单计算。

3．知道经典物理学在解释原子的稳定性和原子光谱分立特性上的困难。

一、光谱

1．定义：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按□01波长展开，获得光的波长(频率)和□

02强度分布的记录，即光谱。 2．分类：有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫□03谱线，这样的光谱叫□04线状谱。有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连续在一起的光带，这样

的光谱叫做□

05连续谱。 3．特征光谱：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射□06几种特定频率的光。不同原子发射的线状谱的亮线位置不同，说明不同原子的□07发光频率是不一样的，因此这些□

08亮线称为原子的特征光谱。 4．光谱分析：利用原子的□

09特征谱线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。

二、氢原子光谱的实验规律

1．研究光谱的意义：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□

01原子结构的重要途径。 2．巴耳末公式：从氢气放电管可以得到氢原子光谱，在可见光区的氢光谱符

合巴耳末公式，用波长的倒数写出的公式为□021λ＝R ⎝ ⎛⎭

⎪⎫122－1n 2，n ＝3,4,5，…。式中的R 为里德伯常量，实验值为R ＝1.10×107 m －1。可以看出，n 只能取正整数，不能连续取值，波长也只能是分立的值。

3．其他线系：除了巴耳末线系，发现氢光谱在□

03红外和□04紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的公式。

4．巴耳末公式的意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的□

05线状光

谱，即辐射波长的分立性。

三、经典理论的困难

1．卢瑟福核式学说的成就：卢瑟福的核式结构模型正确地指出了□01原子核的存在，很好地解释了□02α粒子散射实验。

2．困难：经典的物理学既无法解释原子的□03稳定性，又无法解释原子光谱的□04分立特征。

判一判

(1)少量原子发出的是线状谱，大量原子发出的是连续谱。()

(2)连续光谱一定是大量不同元素共同发出的光谱。()

(3)氢原子光谱有无数条分立谱线，其中有四条谱线在可见光范围内。()

(4)巴耳末公式能全部表示氢原子光谱。()

提示：(1)×(2)×(3)√(4)×

想一想

(1)不同原子的光谱相同吗？

提示：不同原子的光谱不同，因而叫原子的特征谱。

(2)原子的核式结构模型与经典电磁理论的矛盾给了我们什么启示？

提示：这些矛盾的存在，不仅表明这一模型还不完善，而且还预示着原子世界需要一个不同于经典物理学的理论。

课堂任务光谱和光谱分析

1．对光谱有关问题的理解

(1)光谱的产生机理

许多情况下，光是由原子内部电子的运动产生的。

(2)连续谱、线状谱、光谱中的暗线

①连续谱

其光谱是连在一起的光带。例如钨丝白炽灯的光谱。

②线状谱

各种原子的发射光谱都是线状谱。不同元素的原子产生的线状谱是不同的，但同种元素原子产生的线状谱是相同的。

③光谱中的暗线

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线状谱中的一条亮线相对应。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。例如：太阳光谱就是典型的吸收光谱。

2．光谱分析的应用

(1)鉴别物质和确定物质的组成成分，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。

(2)发现新元素

光谱分析的灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10－10g时就可以被检测到。

例1关于光谱，下列说法正确的是()

A．一切光源发出的光谱都是连续谱

B．一切光源发出的光谱都是线状谱

C．各种原子的发射光谱是线状谱

D．做光谱分析时，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

(1)光源发出的都是连续谱吗？

提示：不是的。例如氢气放电管发射的氢原子光谱。

(2)利用光谱分析鉴别物质及确定物质成分时，利用的是什么光谱？

提示：利用的是线状谱和吸收谱(暗线谱)。

[规范解答]钨丝白炽灯的光谱是连续谱，从氢气放电管获得的氢原子光谱是线状谱，故A、B错误，C正确；在鉴别物质和确定物质的化学组成时是利用原子光谱即线状谱或吸收光谱(即暗线谱)进行分析，故D错误。

[完美答案] C

线状谱和连续谱的区别

线状谱连续谱形状特征一条条分立的谱线连在一起的光带

组成某些特定频率的谱线，不同的元素线状

谱线不同

一切波长的光都有

应用可用于光谱分析不能用于光谱分析

[变式训练1](多选)下列关于特征谱线的几种说法正确的是()

A．线状谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线

B．线状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．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

D．同一元素的线状谱的明线与吸收光谱的暗线是相对应的

答案AD

解析线状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线状谱中的一条明线相对应。故A、D正确。

课堂任务氢原子光谱的实验规律

1．氢原子光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱，氢原子的光谱是线状谱，在可见光区有四条谱线。

2．氢原子光谱的实验规律

(1)巴耳末公式：1

λ＝R⎝

⎛

⎭

⎪

⎫

1

22－

1

n2(n＝3,4,5，…)

式中R叫做里德伯常量，其测量值为R＝1.10×107 m－1。