3　氢原子光谱教学实录及点评

第3节

氢原子光谱

教学目标：

1.知道什么是光谱，能区别连续谱和线状谱，知道光谱分析的应用．

2.知道氢原子光谱的实验规律．

3．知道经典电磁理论的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱的分立特征．

一、光谱

1．定义：按照光的波长和强度分布展开排列的记录，即光谱．

2．分类：有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫谱线，这样的光谱叫线状谱．有的光谱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，说明不同原子发光频率是不一样的，因此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，这种方法叫做光谱分析．

(2)优点：灵敏度高．

练习：

1．(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．(

)

提示：(1)×

(2)√

(3)×

二、氢原子光谱的实验规律

1．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．

1112．巴耳末公式：＝R22－n2(n＝3、4、5…)．

λ3．巴耳末公式的意义：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．

练习：

2．(1)光是由原子核内部的电子运动产生的，光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径．(

)

(2)稀薄气体的分子在强电场的作用下会变成导体并发光．(

)

(3)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数．(

)

提示：(1)×

(2)√

(3)×

三、经典理论的困难

1．核式结构模型的成就：正确地指出了原子核的存在，很好地解释了α粒子散射实验．

2．经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征．

练习：

3．(1)经典物理学很好地解释原子的稳定性．(

)

(2)经典物理学无法解释原子光谱的分立特征．(

)

(3)经典物理学可以很好地应用于宏观世界，也能解释原子世界的现象．(

)

提示：(1)×

(2)√

(3)×

知识点一

光谱和光谱分析

1．光谱的分类

2．太阳光谱

(1)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，分析物质的最低量达10(2)应用

－10 g.

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；

③应用光谱分析鉴定食品优劣．

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．我们能通过月球反射的日光分析鉴别月球的物质成分

[解题探究]

(1)光谱分析应当使用什么光谱线？

(2)能否利用反射光分析反射物的物质组成？

[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．

[答案]

BC 解析：

(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．

(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是(

) A．发射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

解析：选ACD.线状谱和吸收光谱都是原子的特征光谱，都可用来进行光谱分析，太阳光谱是吸收光谱．A、C、D选项正确．

知识点二

氢原子光谱的实验规律及应用

1．氢原子的光谱

从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示．

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

111(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：＝R4，5…)，22－n2(n＝3，λ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．

对巴耳末公式的理解

111例：

(多选)关于巴耳末公式＝R22－n2的理解，正确的是(

) λA．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只能取大于或等于3的整数值，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

[解题探究]

波长大小与n的取值大小有何关系？

[解析]

巴耳末公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的，故A选项正确；公式中的n只能取大于或等于3的整数值，故氢光谱是线状谱，B选项错误，C选项正确；巴耳末公式只适用于氢光谱的分析，不适用于其他原子光谱的分析，D选项错误．

[答案]

AC

巴耳末公式的应用

例：

已知氢原子光谱中巴耳末系第一条谱线Hα的波长为656.5 nm(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c＝3×108 m·s1)，求：

－(1)试推算里德伯常量的值；

(2)利用巴耳末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量．

[思路点拨]

(1)n＝1时，λ＝656.5 nm，利用巴耳末公式求R. (2)R已求，n＝4时利用巴耳末公式求λ.

c(3)h、c已知，利用E＝h求E. λ111[解析]

(1)巴耳末系中第一条谱线为n＝3时，即＝R22－32

λ1R＝36－≈1.097×107 m1.

5λ1

(2)巴耳末系中第四条谱线对应n＝6，则

111＝R22－62

λ4λ4＝36－77

m≈4.102×10 m＝410.2 nm

8×1.097×10c－ε＝hν＝h≈4.85×1019 J.

λ4[答案]

(1)1.097×107 m1

(2)4.102×107 m(或410.2 nm)

4.85×10－－－19 J 氢原子光谱的几种线系的表示公式

111莱曼系＝R12－n2，n＝2，3，4…(在紫外区)

λ111巴耳末系＝R22－n2，n＝3，4，5…(在可见光区)

λ111帕邢系＝R32－n2，n＝4，5，6…(在红外区)

λ111布喇开系＝R42－n2，n＝5，6，7…(在近红外区) λ