3　氢原子光谱教案推荐

第十八章

原子结构

18.3氢原子光谱

【三维目标】

1．知道光谱、线状谱、连续谱、特征谱线的概念。

2．知道利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成。

3．知道氢原子光谱的规律。

4．了解经典理论的困难。

重点：

氢原子光谱的规律和应用

难点：

氢原子光谱的规律

引入：上节课我们学习了α粒子散射实验，使我们认识到原子具有核式结构，但电子在核外如何运动呢？它的能量怎样变化呢？通过这节课的学习我们就来进一步了解有关的实验事实。

新课：

1、光谱

早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱（多媒体展示光的色散动画

）

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。有时只是波长成分的记录

（展示几种光谱图片）

观察下面几种光谱，比较有何异同？

第一条：连续的光带，我们叫做连续谱

。

第二条：线状的亮线，我们叫做线状谱

。

第三条：线状的暗线，我们叫做吸收谱

。

既然有这么多种光谱，那我们就来了解一下光谱的特点及成因

①发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱

发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱

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。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

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。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

1

光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。

②吸收光谱

定义：由发光体直接产生的光谱

产生条件：炽热的固体、液体、高压气体发光形成的

连续谱

发射光谱

光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有



产生条件：稀薄气体发光形成的光谱

线状光谱

（原子光谱）光谱的形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同(特征谱线) 

光谱

定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱

产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的

吸收光谱



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）高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过温度较低的物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。投影各种光谱的特点及成因知识结构图：

③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的化学组成。这种方法叫做光谱分析。原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构

光谱分析的利用（展示）

2、氢原子光谱的实验规律

氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单

实验装置的介绍：玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，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。当玻璃管中充入氢气时，就可以获得氢原子光谱图。

产生的光谱图样描述：

2 氢原子的光谱

1R(11)

n=3

4

5

------ 222n巴耳末公式R=1.0×107m-1

里德伯常量

1.只有几种特定频率的光

2.光谱是一些分立的亮线

对可见光的每一条谱线的波长计算以及对公式的理解：

N值的含义、里德伯常量、巴耳末系以及适用区域等

氢原子光谱的其他线系即推广：

n1n2111推广：R(2/2)n3nnn4n5

年由莱曼发现，称为莱曼系1914

年巴尔末发现，称为巴尔末系

1885年由帕刑发现，称为帕刑系1908

1922年布拉开发现，称为布拉开系年普丰德发现，称为普丰德系

1924

其中，n=4、5、6、n/=7以上的谱系都是后来由哈姆泼雷斯发现的

3、经典理论的困难

展示7个思考题，让学生在阅读的同时思考问题

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。事实上原子是个很稳定的系统

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连续的谱线

附件;【学生自主预习】

1.光谱：用光栅或棱镜把光按________展开，获得光的________和强度分布的记录，即光谱。

2．有些光谱是一条条的亮线，把它们叫做________，这样的光谱叫做________谱，有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，我们把它叫做________谱。

3．各种原子的发射光谱都是________谱，说明原子只发出几种________的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光________是不一样的，因此这些亮线称为原子的________谱线。

3

4．每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来________物质和确定物质的________，这种方法称为光谱分析。

5．在氢原子光谱的可见光区，有四条谱线，这些谱线的波长可用一个公式表示，这个公式可写作： ＝________，n＝3,4,5，…式中R叫做里德伯常量，实验测得的值为R＝________ m。

6．光谱：用光栅或棱镜可以把光波按波长展开，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：物质直接发出的光通过分光后产生的光谱。它可分为连续光谱和明线光谱(线状光谱)。

①连续光谱：由连续分布的一切波长的光(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是连续光谱。

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的光谱就是明线光谱。实验证明，每种元素的原子都有一定特征的明线光谱。

(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。

【典型例题】

一、光谱

【例1】对原子光谱，下列说法正确的是(

) A．原子光谱是不连续的

B．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

C．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

D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素

【例2】．太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线。产生这些暗线的原因是由于(

) 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．太阳内部存在着相应的元素

【例3】．要得到钠元素的特征谱线，下列做法正确的是(

)

4 －1

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汽

C．使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸汽

D．使炽热固体发出的白光通过高温钠蒸汽

二、氢原子光谱的实验规律

111【例4】关于巴耳末公式＝R(2－2)的理解，正确的是(

) λ2nA．此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的

B．公式中n可取任意值，故氢光谱是连续谱

C．公式中n只能取整数值，故氢光谱是线状谱

D．公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光谱

三、经典理论的困难

【例5】关于经典电磁理论与原子的核式结构之间的关系，下列说法中正确的是(

) 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．原子的核式结构模型彻底否定了经典电磁理论

【课后练习】

1．关于光谱，下列说法正确的是(

) A．炽热的液体发射连续谱

B．发射光谱一定是连续谱

C．线状谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析

D．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱

2．对于光谱，下面的说法中正确的是(

)[来源:Z+xx+k.Com][来源:学#科#网Z#X#X#K]

A．大量原子发生的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱

B．线状谱是由不连续的若干波长的光所组成

C．太阳光谱是连续谱

D．太阳光谱是线状谱

3．关于线状谱，下列说法中正确的是(

) A．每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同

5

B．每种原子处在不同的物质中的线状谱不同

C．每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同

D．两种不同的原子发光的线状谱可能相同

4．关于光谱分析，下列说法中不正确的是(

) A．进行光谱分析，既可以利用连续谱，也可以利用线状谱

B．进行光谱分析，必须利用线状谱或吸收光谱

C．利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分D．利用光谱分析可以深入了解原子的内部结构

5．关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是(

) A．光谱包括连续谱和线状谱

B．太阳光谱是连续谱，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

6．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．同种物质吸收光谱中的暗线跟它明线光谱中的明线相对应

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

7．以下说法正确的是(

) A．进行光谱分析可以用连续光谱，也可以用吸收光谱

B．光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速

8．下列说法中正确的是(

) A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱

B．各种原子的明线光谱中的明线和它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明线光谱

D．甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成的是甲物质的吸收光谱

9．关于光谱，下列说法中正确的是(

) A、炽热的液体发射连续光谱

6 [来源学科网ZXXK]

C．分析某种物质的化学组成可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气取得吸收光谱进行分析D．摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素

[来源学。科。网]

B、明线光谱和暗线光谱都可以对物质进行分析

C、太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素D、发射光谱一定是连续光谱

10．我们观察到的太阳光谱是（

）

A、明线光谱

B、吸收光谱

C、连续光谱

D、氢原子光谱

11. 光谱分析所用的光谱是（

）

A、连续光谱

B、明线光谱

C、太阳光谱

D、以上都可以

例题答案：

1.

【答案】ACD 【解析】原子光谱为线状谱，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错C对。据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D正确。

2.来源学科网

解析：太阳光谱是吸收光谱，太阳内部射出的光线含有各种颜色的光；当阳光穿过太阳大气层时，大气答案：C 层中的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再发射出去，不过这次是向四面八方发射，所以到达地球的谱线看起来就弱了；研究太阳光谱可知太阳大气层中有哪些元素，故C正确。

3.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线，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汽时，某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱，C正确，D错误。

答案：B、C 4.

【答案】A、C 【解析】此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区的4条谱线中得到的，只适用于氢光谱的分析，且n只能5.

【答案】B、C 【解析】由经典理论的困难知B、C选项正确

取大于等于3的整数，则λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱。

课后练习答案：

1.

解析：由光谱的概念和分类知A、D选项正确，而B选项错误。由光谱分析的原理知C选项正确。

答案：A、C、D 2.

解析：原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论多少发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错。B项是线状谱的特征，正确。太阳光周围的元素的低温蒸气吸收了相应频率的光，故太阳光谱是吸

7

收光谱，故C、D错。

答案：B 3.

解析：每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因温度、物质不同而改变，C正确。

答案：C 4.

解析：进行光谱分析，必须利用线状谱或吸收光谱，它们能够反映原子的特征，A错误，B正确；利用光谱分析可以确定物质中含有哪些元素，C正确；光是由原子内部电子的运动产生的，利用光谱分析可以确定电子的运动情况，即原子的内部结构，D正确。

答案：A 5.

解析：由光谱的概念和产生知A选项正确。太阳光谱是吸收光谱，则B选项错误。由光谱分析原理和应用知C、D选项正确。

答案：A、C、D 6.

解析：明线光谱与吸收光谱都是原子的特征谱线，但是明线光谱叫原子光谱，吸收光谱不是原子光谱。

答案：B、D 7

解析：进行光谱分析不能用连续光谱，只能用明线光谱或吸收光谱；光谱分析的优点是灵敏而迅速；分析某种物质的组成，可用白光照射其低温蒸气产生的吸收光谱进行；月球不能发光，它只能反射太阳光，故其光谱是太阳光谱，不是月球的光谱，不能用来分析月球上的元素。

答案：B 8.

解析：对照连续光谱的特征和产生原理可知A选项正确；对于同一种元素的原子能级结构一定，因此它辐射或吸收的光的能量是一定的，因此B选项正确；高压气体发出的光是连续光谱，低压稀薄气体发出的光是明线光谱，因此C选项错误；甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气。其中有部分波长的光被乙物质的原子吸收，因此暗线是与乙物质的原子的能级差对应，所以这样形成的吸收光谱是乙物质的吸收光谱，D选项错误。

答案：A、B 9. AB 10.B

11. BC

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