3　氢原子光谱10分钟试讲教案

3 氢原子光谱

学

习

目

标

知

识

脉

络

1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念．(重点) 2.知道氢原子光谱的实验规律．(重点) 3.知道经典物理的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分立特征．(难点)

光

谱

[先填空] 1．定义

用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．

2．分类

(1)线状谱：由一条条的亮线组成的光谱．

(2)连续谱：由连在一起的光带组成的光谱．

3．特征谱线

各种原子的发射光谱都是线状谱，且不同原子的亮线位置不同，故这些亮线称为原子的特征谱线．

4．光谱分析

(1)定义：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分．

1

(2)优点：灵敏度高．

[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．

[合作探讨] 太阳光谱是在连续光谱的背景下出现一些不连续的暗线．

探讨1：某种元素的原子光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线具有什么关系？

【提示】

一一对应关系．

探讨2：利用太阳光谱能分析得出太阳内部含有哪些元素吗？

【提示】

不能，只能分析太阳大气层中含有的元素．

[核心点击] 1．光谱的分类

2

2．太阳光谱

(1)太阳光谱的特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱．

(2)对太阳光谱的解释：阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱背景下的暗线．

3．光谱分析

(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10－10 g. (2)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.

析鉴定食品优劣．

1．(多选)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

【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，D对．

【答案】

AD 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，也可以利用连续谱

D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成

【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，③应用光谱分3

其光谱无法确定月亮的化学组成．

【答案】

B 3．太阳光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于(

) A．太阳表面大气中缺少相应的元素

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元素

D．地球表面大气层中存在着相应元素

【解析】

太阳是高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，某些特定频率的光会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，因此，选项C正确，A、B、D错误．

【答案】

C

(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．

氢原子光谱的实验规律、经典理论的困难

[先填空] 1．氢原子光谱的实验规律

(1)光谱研究的意义

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原子结构的重要途径．

(2)气体发光原理

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①气体放电：玻璃管中稀薄气体在强电场的作用下会电离，形成自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光．

②氢光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱．

(3)巴耳末公式

111①公式：λ＝R(22－n2)(n＝3,4,5，…)．

②意义：巴耳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．

2．经典理论的困难

(1)用经典(电磁)理论在解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征时遇到了困难．

(2)经典理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用来解释原子世界的现象．

[再判断] 1．氢原子光谱是利用氢气放电管获得的．(√) 2．由巴耳末公式可以看出氢原子光谱是线状光谱．(√) 3．在巴耳末公式中，n值越大，氢光谱的波长越长．(×) [后思考] 1．能否根据巴耳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，代入巴耳末公式便可计算出最长波长．

2．根据经典的电磁理论，原子的光谱是怎样的？而实际看到的原子的光谱是怎样的？

【提示】

根据经典理论，原子可以辐射各种频率的光，即原子的光谱应该总是连续的．

实际看到的原子的光谱是分立的线状谱．

[合作探讨] 探讨1：巴耳末是依据核式结构理论总结出巴耳末公式的吗？

【提示】

不是．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，不是依据核式结构理论总结出来的．

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探讨2：根据巴耳末公式可知氢原子发光的波长是分立值，它是人为规定的吗？

【提示】

不是．巴耳末公式准确反映了氢原子发光的实际波长，其波长的分立值并不是人为规定的．

[核心点击] 1．氢原子的光谱

从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图18-3-1所示．

图18-3-1 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．巴耳末公式

111(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：λ＝R22－n2，n＝3,4,5…该公式称为巴耳末公式．

(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．其他谱线

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．

4．(多选)以下论断中正确的是(

) A．按经典电磁理论，核外电子受原子核库仑引力，不能静止只能绕核运转，电子绕核加速运转，不断地向外辐射电磁波

B．按经典理论，绕核运转的电子不断向外辐射能量，电子将逐渐接近原子核，最后落入原子核内

C．按照卢瑟福的核式结构理论，原子核外电子绕核旋转，原子是不稳定的，说明该理论不正确

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D．经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释原子世界的现象

【解析】

卢瑟福的核式结构没有问题，主要问题出在经典电磁理论不能用来解释原子世界的现象．

【答案】

ABD 1115．(多选)巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式λ＝R22－n2(n＝3,4,5…)，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

B．巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性

C．巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式

D．巴耳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

【解析】

由于巴耳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耳末公式，并不是依据核式结构理论总结出来的，巴耳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正确．

【答案】

CD λ16．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λ的2值等于多少？

111111【解析】

由巴耳末公式可得：λ＝R22－32，λ＝R22－42，

2111－λ14162727所以λ＝11＝20. 【答案】

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24－9 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．

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