3　氢原子光谱ppt配套的教案及板书设计

三、光谱

氢原子光谱

教学目标

1、了解光谱的定义和分类；解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。

2、学习运用光普分析的方法来进行原子结构与原子运动的分析。展现连续谱线、线状谱线让学生掌握光谱分析研究的原理。

3、了解经典原子理论的困难。

重点难点

重点：氢原子光谱的实验规律

难点：经典理论的困难

设计思想 本节内容在明确光谱、连续光谱、线状态光谱的概念之后，进一步介绍原子的特征光谱和光谱分析，重点讲述氢光谱的实验规律。原子光谱的事实不能利用核式结构理论解释、必须建立新的原子模型，这是学生进一步深入学习的思想基础。设计时重点针对学生学习中的难点，采用实验、图片、视频等多种媒体让学生有比较直观的体会。教学过程中，要抓住运用光谱分析的方式来认识原子结构这一主导思想，这是人们分析与研究原子的一种思想方法，这种方法不同以往学生的学习方法，同时还需要注意的是，初步引入量子观念：波长是分立的，为学生的进步学习提供思想基础。要让学生在获得相关知识的同时，认识到人们在认识客观事物的过程中，不断形成探索自然的一些新方法，理解科学方法对进行科学探索的作用，并理解探究自然奥秘是一项永远止境的认识活动。

教学资源 多媒体课件，光谱管，三棱镜

教学设计

【课堂引入】

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。

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。

【课堂学习】

学习活动一：光谱的几种类型

实验：牛顿三棱镜色散

介绍光谱的概念：用光栅或棱镜把光按波长展开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录。

（1）发射光谱：物体发光直接产生的光谱。

①连续光谱

现象：由连续分布的一切波长的光组成。

特点：整个光谱区域都是亮的。

产生：炽热的固体、液体及高压气体的光谱。

案例：白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水

②线状谱

实验并让学观察线状光谱：

现象：光谱中有一条条的亮线，这些亮线叫做谱线，由一条条谱线组成的光谱叫做线状光谱。

特点：各条谱线对应不同波长（频率）的光，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。

1

！

产生：稀薄气体或金属的蒸汽的发射光谱。

案例：由游离状态的原子发射的。

（2）吸收光谱

有条件的学校可以做一下钠蒸气吸收光谱实验，若条件不具备可以通过视频、动画演示之类的进行。

观察钠蒸气吸引光谱。

学生观察太阳光吸收光谱。

现象：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。

特点：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中的一条明线（线状光谱）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。

学习活动二：光谱分析的应用

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。

案例：利用太阳光的吸收光谱可以研究太阳高层大气层所含元素。

【例1】

关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是(

) A．太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱

B．霓虹灯产生的是线状谱

C．进行光谱分析时，只能用明线光谱

D．同一元素吸收光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应

的

答案

BD 解析

太阳光谱是吸收光谱，可进行光谱分析；白炽灯光产生的是连续谱；霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱为线状谱

学习活动三：三种光谱的比较：

线状

光谱

连续

光谱

吸收

光谱

产生条件

稀薄气体发光形成的光谱

炽热的固体、液体和高压气体发光形成的

炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再光谱形式

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)

连续分布，一切波长的光都有

用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现2

！

应用

可用于

光谱分

析

不能用于光谱分析

可用于

光谱分

色散形成的

一些暗线(与特征谱线相对应)

析

典例]

(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是(

) A．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱

B．煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱

C．进行光谱分析时，可以用线状谱，不能用连续光谱

D．我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分

[解析]

太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱，正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致，白炽灯发出的是连续谱，选项A错误；月球本身不会发光，靠反射太阳光才能使我们看到它，所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分，选项D错误；光谱分析只能是线状谱和吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱分析的，所以选项C正确；煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱，选项B正确。

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. 稀薄气体发出的光谱是线状谱

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组成成分

解析：选C

物体发光的发射光谱分为连续谱和线状谱，A、B错；做光谱分析可使用吸收光谱也可以使用线状谱，D错。

2．月亮的光通过分光镜所得到的光谱是(

) A．连续光谱

C．明线光谱

B．吸收光谱

D．原子光谱

解析：选B

月亮是反射太阳光，而太阳光谱为吸收光谱，所以选项B 正确。

3．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(

) 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

解析：选C

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。太阳光的吸收光谱应是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的元素原子吸收而产生的。

3

！

学习活动四：氢原子光谱

许多情况下光是由原子内部电子运动产生的，所以可以根据光谱来探索原子结构（方法性策略）。

利用氢原子光谱分析氢原子的结构。

呈现氢气放电管获得的氢原子光谱。

1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的14条谱线进行了分析，发现这些谱线的波长可以用一公式来表示：

11－17)，其中n = 3、4、5、…

（里德伯常量：

R = 1.10×10 m）

222n【例2】

在氢原子的光谱的紫外区的谱线系中有多条谱线，

1

11试利用赖曼系的公式＝R2－2，n＝2，3，4，…，计算

n1λ

紫外线的最长波和最短波的波长．

=R(答案

1.21×10 m 9.10×10 m

111[典例]

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…)，对此，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]

巴耳末公式是依据对氢光谱的分析得出的，而不是依据核式结构总结出的，A 错、C 对；巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一个线系波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，此公式反映出氢原子发光是不连续的，B、D错。

[答案]

C

(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)公式中n只能取整数，不能连续取值，因此波长也只是分立的值。

(3)公式是在对可见光区的四条谱线分析总结出来的，在紫外区的谱线也适用。

1．巴耳末公式简洁显示了氢原子光谱的(

) A．分立特征

C．既连续又分立

B．连续特征

D．既不连续又不分立

－7－81解析：选A

巴耳末公式中的n只能取整数，得到的波长是一些分立的值。

1112．(多选)关于巴耳末公式λ＝R(2－2)(n＝3,4,5…)的理解，正确的是(

) 2n4

！

A．此公式只适用于氢原子发光

B．公式中的n可以是任意数，故氢原子发光的波长是任意的

C．公式中的n是大于等于3的正整数，所以氢原子光谱不是连续的

D．该公式包含了氢原子的所有光谱线

解析：选AC

巴耳末公式是分析氢原子的谱线得到的一个公式，它只反映氢原子谱线的一个线系，故A 对D 错；公式中的n只能取不小于3的正整数，B 错C 对。

ε13．氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为ε1，其次为ε2，则为(

) ε220A.

272C.

327B.

203D.

21111112－2得，当n＝3时，波长最长，＝R2－2，当n＝4时，解析：选A

由＝R2n23λλ111λ127cε12012－2，解得＝波长次之，＝R，由ε＝h得，＝，选项A 正确。

24λλ2λ220ε227

学习活动五：经典理论的困难

问题1：卢瑟福的原子核式结构模型的成功之处在哪里？

问题2：经典电磁理论的困难事什么？

问题3：按照经典电磁理论对原子核式结构的分析结果，经典电磁理论包含哪两点基本内容？

问题4：原子中存在电磁场吗？如果存在，根据经典电磁理论它是由谁产生的？怎样变化？为什么？

问题5：根据经典电磁理论，原子核外的电子会向外辐射电磁波即向外辐射能量吗？

问题6：根据经典电磁理论，电子能量减少会导致什么结果？

原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾不仅表明这一模型还不完善，而且又一次预示着，对原子世界需要一个不同于经典物理学的新理论。

(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(

) 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：选BC

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。故正确答案为B、C。

5

！

【课堂小结】

问题1：光谱如何分类

问题2：为什么光谱分析方法可以用来鉴别物质的组成？

问题3：光谱分析有哪些应用？

问题3：氢原子光谱有哪些特征？

【板书设计】

第3节

光谱

氢原子光谱

光谱：复色光通过棱镜分光后，分解为一系列单色光，而且按照波长长短的顺序排列成一条光带

一、光谱的几种类型

1、发射光谱

（1）连续谱光谱为连在一起的光带

（2）线状谱: 光谱是一条条的亮线。

2、吸收光谱

二、光谱分析的应用

三、氢原子光谱

111巴耳末公式：λ＝R22－n2

n＝3,4,5，…

巴耳末公式的意义

四、经典理论的困难

1．核式结构模型的成就

2．经典理论的困难

6

！

课堂练习

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，可以鉴定物质中含哪些元素

2、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(

) A．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

B．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

C．明线光谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线

D．同一元素中的明线光谱中的明线和吸收光谱中的暗线是一一对应的

3、下列物质产生线状谱的是（

）

A．炽热的钢水

B．发亮的白炽灯

C．炽热的高压气体

D．固体或液体汽化成稀薄气体后发光

4、下列说法正确的是(

) A．所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出

B．据巴耳末公式可知，只要n取不同的值，氢原子光谱的谱线可以有无数条

C．巴耳末系是氢原子光谱中的可见光部分

D．氢原子光谱是线状谱

1118．巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式＝R22－n2n＝3,4,5…，对此，下列说法λ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

6、有关原子光谱，下列说法正确的是

(

) 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．太阳光谱是连续谱

D．鉴别物质的成分可以采用光谱分析

7．在太阳的光谱中有许多暗线，这表明(

) A．太阳内部含有这些暗线所对应的元素

B．太阳大气层中缺少这些暗线所对应的元素

C．太阳大气层中含有这些暗线所对应的元素

D．地球的大气层中含有这些暗线所对应的元素

8．在可见光范围内氢原子发光的波长最长的2条谱线所对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？9解、当n＝3,4时，氢原子发光所对应的波长最长．

参考答案：

1．ACD

2．CD

3．D

4．CD

5CD

6．ABD

7C

7

！

112－12

＝1.10×107×23λ1－7解得λ1＝6.5×10 m. 112－12

当n＝4时

＝1.10×107×24λ2－解得λ2＝4.8×107 m. 8.当n＝3时

1除巴耳末系外，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，即＝λ11R2－2其中a分别为1,3,4…对应不同的线系，由此可知氢原子光谱是由一系列线系组成an的不连续的线状谱．

8

！