3　氢原子光谱教学实录及点评

课时18. 3

氢原子光谱

1. 了解光谱的定义和分类。

2. 了解氢原子光谱的实验规律，了解巴耳末系。

3. 知道经典原子理论无法解释原子的稳定性和光谱的分立特性。

1. 光谱

(1)用光栅或者棱镜可以把各种颜色的光按①展开，获得光的②和强度分布的纪录，这就是光谱。

(2)有些光谱是一条条的③，叫作线状谱;有些光谱是连在一起的④，叫作连续谱。

(3)各种原子的发射光谱都是线状谱，说明每种原子只能发出几种特定⑤的光。不同原子的发射光谱不同，因此这些亮线称为原子的⑥，可以用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫作光谱分析。

2. 氢原子光谱

(1)气体放电管：玻璃管中稀薄气体的分子在强电场作用下会⑦，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光，因此我们可以获得不同气体的光谱。

(2)巴耳末公式：⑧，式中的n只能取整数，可见氢原子发光的波长只能是⑨的值。 3. 经典理论的困难

(1)按照经典物理学理论，核外电子在库仑力的作用下绕核做周期性的运动，会激发⑩向外辐射能量，那么原子是不稳定的，而事实上，原子是个很稳定的系统。

(2)根据经典物理学理论，电子绕核运动的频率的变化应该是的，即原子的光谱应该总是的，而实际上观察到的原子光谱却是分立的线状谱。

主题1：光谱

情景：牛顿把白光通过三棱镜后在光屏上形成七色光带的现象叫作色散现象，这个彩色光带叫作光谱。光谱是电磁辐射(不论是在可见光区域还是在不可见光区域)的波长成分和强度分布的记录，有时却只是波长成分的记录。请阅读教材中“光谱”标题下的内容，回答下面的问题。

问题：你知道光谱有哪些种类吗?

主题2：光谱分析

情景：太阳离我们十分遥远，太阳是一个庞大的火球，给我们光和热。利用望远镜，人们能看清楚太阳表面的光斑和黑子。而太阳大气中的化学成分，单靠望远镜是看不出来的。

问题：科学家是如何确定太阳大气中的成分的?

主题3：氢原子光谱的实验规律

情景：请阅读课本中“氢原子光谱的实验规律”的内容，思考下列问题。

问题：氢原子光谱如何获得?氢原子光谱有什么实验规律?

主题4：经典理论的困难

情景：卢瑟福原子核式模型成功地解释了α粒子散射实验，能否解释氢原子光谱的实验规律呢?阅读课本中“经典理论的困难”的内容，思考下面的问题。

问题：经典理论在解释氢原子光谱时遇到了哪些困难?

1. (考查原子的发射光谱)下列关于光谱的说法正确的是(

) A. 原子发射的光谱是连续光谱

B. 所有原子发射的光谱都相同

C. 氢原子光谱是线状谱

D. 每一种原子都有自己的特征谱线

2. (考查经典理论的困难)下列说法正确的是(

) A. 经典理论认为，由于电子与原子核之间的库仑力作用，电子只能绕核转动

B. 经典理论认为，电子周期性运动一定会激发电磁波

C. 经典理论认为，电子与原子核组成的系统是稳定的

D. 经典理论无法解释氢原子光谱是分立的

3. (考查氢原子光谱)有关氢原子光谱的说法正确的是(

) A. 氢原子的发射光谱是连续谱

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辐射波长是分立的

D. 氢原子光谱只有四条谱线

4. (考查光谱分析)下列说法正确的是(

) A. 用连续谱可以鉴定物质的成分

B. 只能用线状谱鉴定物质的成分

C. 虽然用光谱可以鉴定物质的成分，但灵敏度不高

D. 我们可以通过对其他星球进行光谱分析来确定其物质成分

拓展一：光谱

1. 有关线状谱，下列说法正确的是(

) A. 线状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. 太阳光谱是连续谱

D. 鉴别物质的成分可以采用光谱分析

拓展二：氢原子光谱的实验规律

2. 关于巴耳末公式，下列说法正确的是(

) A. 所有氢原子光谱都遵循这一规律

B. n只能取整数，不能取分数

C. 巴耳末公式能解释氢原子的光谱是线状谱

D. 以上说法都错误

拓展三：巴耳末公式的应用

3. 氢原子光谱巴耳末系中最小波长与最大波长的比为(

) A.

B.

C.

D.

参考答案

知识体系梳理

①波长

②波长(频率)

③亮线

④光带

⑤频率

⑥特征谱线

⑦电离

⑧=R(-)

⑨分立

⑩电磁波

重点难点探究

主题1：光谱有两大类：线状谱、连续谱。

主题2：由于每种元素的原子都有自己的特征谱线，不同的元素，其特征谱线不同，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定其化学组成。这种方法叫作光谱分析。只要将太阳大气中的谱线与各元素的特征谱线进行比对，很容易就能知道太阳大气中的化学成分。

主题3：玻璃管中稀薄气体的分子在强电场作用下会电离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光。这种装置就是气体放电管，利用氢气放电管可以获得氢原子光谱。

氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。可见光区氢原子光谱的实验规律满足巴耳末公式：连续

连续

=R(-)(n=3，4，5，…)，式中R=1. 10×107 m-1，称为里德伯常量。该公式是在可见光区由巴耳末分析发现的。

从巴耳末公式可以看出，由于n的不连续性，氢原子光谱对应的波长是分立的，n取一个值，则对应一个波长。

主题4：经典理论在解释氢原子光谱时遇到了如下两个困难。

(1)按经典理论，电子绕核旋转，做周期性运动，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，而事实上原子是稳定的。

(2)由于轨道及转动频率连续变化，辐射电磁波的频率应是连续变化的，原子光谱应是连续的光谱。而实验测得的原子光谱是不连续的谱线。

基础智能检测

1. CD

2. ABD

3. BC

4. BD 全新视角拓展

1. ABD

【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鉴别物质所含元素，所以A、B、D正确。太阳光谱是吸收光谱，故C不正确。

2. BC

【解析】由巴耳末公式=R(-)(其中n=3，4，5，…)可以看出，n只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分立的值，所以通过巴耳末公式求出的是线状光谱。

3. 5∶9 【解析】根据巴耳末公式=R(-)，n=3、4、5、…可知

当n→∞时，最小波长的倒数=R×

当n=3时，最大波长的倒数=R(-) 联立解得=。