3　氢原子光谱教学设计模板

学案3

氢原子光谱

[目标定位] 1.知道什么是光谱，能说出连续谱和线状谱的区别.2.能记住氢原子光谱的实验规律.3.能说出经典物理学在解释原子的稳定性和原子光谱分立特性上的困难．

一、光谱和光谱分析

[问题设计]

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？

答案

根据经典电磁理论，原子可以辐射各种频率的光，即原子光谱应该是连续的，而实际上看到的原子的光谱总是分立的线状谱．

[要点提炼]

1．光谱的定义

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．光谱的分类和比较

光谱分类

连续谱

发光形成

有

一些不连续的亮线组成．不发射光谱

炽热的白光通过温度较低的吸收光谱

气体后，某些波长的光被吸收后形成

3.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)产生原因：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，这就形成了连续谱背景下的暗线．

线状谱(原子光谱) 稀薄气体发光形成

同元素谱线不同(又叫特征谱线) 用分光镜观察时，见到连续谱背景上出现一些暗线(与特征谱线对应) 产生条件

炽热固体、液体和高压气体光谱形式

连续分布，一切波长的光都

4．光谱分析

由于每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析．

(1)优点：灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10(2)应用：a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分．

(3)用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱．

二、氢原子光谱的实验规律

1．巴耳末公式

111－＝R(2－2)，n＝3,4,5，…式中R叫做里德伯常量，实验值为R＝1.10×107 m1. λ2n1(1)公式特点：第一项都是2；

2(2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值．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．其他公式

氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线满足与巴耳末公式类似的关系式．如莱曼系在紫外111光区，公式为＝R12－n2，其中n＝2,3,4，…

λ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．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．

一、光谱和光谱分析

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

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．

答案

BD 例2

关于太阳光谱，下列说法正确的是(

) －10 g时就可以被检测到．

A．太阳光谱是吸收光谱

B．太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的

C．根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成

D．根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素

解析

太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较

低的太阳大气层时，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，所以分析太阳光谱可知太阳大气层的物质组成．

答案

AB 二、氢原子光谱的实验规律

111例3

巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式＝R(2－2)，n＝3,4,5，…，对λ2n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．巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式

D．巴耳末公式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

巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的．氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性，即辐射波长的分立特征，选项C、D正确．

答案

CD 例4

氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为(

) 5472A.

B.

C.

D.

9999111解析

由巴耳末公式＝R22－n2

n＝3,4,5，…

λ11当n→∞时，有最小波长λ1，＝R2，

λ12111λ152－2，得＝. 当n＝3时，有最大波长λ2，＝R23λ2λ29答案

A

1．(光谱和光谱分析)对原子光谱，下列说法正确的是(

) A．原子光谱是连续的

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，但各种原子的原子光谱可能是相同的

D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素

答案

D 解析

原子光谱为线状谱，A错误；各种原子都有自己的特征谱线，故B、C均错误；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．(光谱和光谱分析)利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法中正确的是(

) A．利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分

B．利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分

C．高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分

D．我们观察月亮射来的光的光谱，可以确定月亮的化学组成

答案

B 解析

由于高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A错误；某种物质发光的线状谱中的明线与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，B正确；高温物体发出的光通过其它物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，与高温物体无关，C错误；月亮反射到地面的光是太阳光，D错误．

3．(氢原子光谱的实验规律)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．巴耳末公式中的n可以连续取值

C．巴耳末系是氢原子光谱中的不可见光部分

D．氢原子光谱是线状谱的一个例证

答案

D 4．(氢原子光谱的实验规律)氢原子光谱除了巴耳末系外，还有莱曼系、帕邢系等，其中帕111－邢系的公式为＝R(2－2)，n＝4,5,6，…，R＝1.10×107 m1.若已知帕邢系的氢原子光谱在λ3n红外线区域，试求n＝6时，对应的波长为多大？

答案

1.09×106 m －111解析

由帕邢系的公式＝R(2－2)，

λ3n当n＝6时，得λ≈1.09×106 m. －

题组一

光谱和光谱分析

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

答案

ACD 解析

炽热的液体的光谱为连续谱，所以选项A正确．发射光谱可以是连续谱也可以是线状谱，所以选项B错误．线状谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱，都可以对物质成分进行分析，所以选项C正确．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱，所以选项D正确．

2．白炽灯发光产生的光谱是(

) A．连续谱

B．明线光谱

C．原子光谱

D．吸收光谱

答案

A 解析

白炽灯发光是灯丝在炽热状态下发出的光，是连续谱．

3．下列关于光谱的说法正确的是(

) A．炽热固体、液体和高压气体发出的光形成连续谱

B．各种原子的线状谱中的亮线和它的吸收光谱中的暗线是一一对应的

C．气体发出的光只能产生线状谱

D．甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱

答案

AB 解析

吸收光谱中的暗线与线状谱中的亮线是一一对应的，所以B正确．而气体发光时，若是高压气体发光则形成连续谱，若是稀薄气体发光则形成线状谱，故A正确，C错误．甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气后，得到的是乙物质的吸收光谱，D错误．

4．关于光谱，下列说法中正确的是(

) A．大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱

B．线状谱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

答案

B 解析

原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论有多少，其发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错误；由线状谱的特征知，B正确；太阳光谱是吸收光谱，C、D错误．

5．关于物质的吸收光谱和线状谱之间的关系，下列说法中正确的是(

) A．吸收光谱和线状谱的产生方法不同，它们的谱线互不相关

B．同种物质吸收光谱中的暗线跟它线状谱中的明线相对应

C．线状谱与吸收光谱都是原子光谱，它们的特征谱线相对应

D．线状谱与吸收光谱都可以用于光谱分析，以鉴别物质和确定物质的化学组成

答案

BD 解析

线状谱与吸收光谱都是原子的特征谱线，但是线状谱是原子光谱，吸收光谱不是原子光谱，C错误；线状谱和吸收光谱都可以进行光谱分析，D正确；同种物质吸收光谱中的暗线与它线状谱中的明线相对应，B正确，A错误．

6．对于线状谱，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

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

答案

C 7．如图1甲所示，是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是(

)

图1 A．a元素

B．b元素

C．c元素

D．d元素

答案

BD 解析

将甲中的线状谱与乙中的谱线相对照．

题组二

氢原子光谱的实验规律

8．下列对于巴耳末公式的说法正确的是(

) A．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应

B．巴耳末公式只确定了氢原子发光中可见光部分的光的波长

C．巴耳末公式确定了氢原子发光中一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光

D．巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长

答案

C 解析

巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，也不能描述其

他原子的发光，A、D错误；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，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确．

9．下列说法不正确的是(

) A．巴耳末系光谱线的条数只有4条

B．巴耳末系光谱线有无数条

C．巴耳末系中既有可见光，又有紫外光

D．巴耳末系在可见光范围内只有4条

答案

A 解析

巴耳末系中的光谱线有无数条，但在可见光的区域中只有4条光谱线，其余都在紫外

光区域．故B、C、D正确，A错误．

E110．氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为E1，其次为E2，则为(

) E22027A.

B.

272023C.

D.

32答案

A 11111．根据巴耳末公式＝R22－n2，计算n＝3,4,5,6时的波长．

λ答案

654.55 nm

484.85 nm

432.90 nm 409．09 nm 111解析

由巴耳末公式＝R22－n2可得

λ11－11当n＝3时，＝1.10×107×22－32

m，

λ1故λ1≈6.545 5×107 m＝654.55 nm －同理：当n＝4时，λ2≈4.848 5×107 m＝484.85 nm －当n＝5时，λ3≈4.329 0×107 m＝432.90 nm －当n＝6时，λ4≈4.090 9×107 m＝409.09 nm.

－