3　氢原子光谱主要内容及教案内容

第十八章

原子结构

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氢原子光谱

【知识与技能】

1．了解光谱的定义和分类。

2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。

3．了解经典原子理论的困难。

【过程与方法】

通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。

【情感态度与价值观】

培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识。

【教学重难点】

教学重点：氢原子光谱的实验规律

教学难点：经典理论的困难

【教学过程】

引入：

我们在学习了α粒子散射实验后，使我们知道原子具有核式结构，但电子在核的周围怎样运动？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：

一、光谱

牛顿在1666年最先利用三棱镜观察到光的色散，把白光分解为彩色光带（光谱）。光的色散可以用三棱镜，衍射光栅，干涉仪等来实现。

光谱：将单色光（有时包括不可见光）按波长或频率的大小依次排列起来形成的图案，全称为光学频谱，简称光谱。

简介获得光谱的常用方法：

摄谱仪和光栅

（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1

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光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。

举例：化学课中，常讲的焰色反应，是用的不同元素的发射光谱

②吸收光谱

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。

总结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）

比如：太阳组成成分的分析，公安人员利用光谱分析在侦破办案中的应用等

二、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

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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：

氢原子的光谱

1R(11)

n=3

4

5

------ 22n2

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

三、经典理论的困难

引导学生阅读教材56页有关内容。

教师讲述卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律

1．按经典电磁理论，电子绕核转动具有加速度，加速运动着的电荷(电子)要向周围空间辐射电磁波，电磁波频率等于电子绕核旋转的频率，随着不断地向外辐射能量，原子系统的能量逐渐减少，电子运动的轨道半径也越来越小，绕核旋转的频率连续增大，电子辐射的电磁波频率也在连续地变化，因而所呈现的光谱应为连续光谱。

2．由于电子绕核运动时不断向外辐射电磁波，电子能量不断减少，电子将逐渐接近原子核，最后落于核上，这样，原子应是一个不稳定系统。

3．据经典理论，以上推理都是正确的，但推出的结果与现实不相符，说明经典理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释原子世界的现象。

课堂小结：

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教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

巩固练习：

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，可以鉴别物质中含哪些元素

2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的可见光部分的光的波长

C．巴耳末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长，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

1113．根据巴耳末公式＝R22－n2，计算n＝3、4、5、6时的波长．

λ

14、氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为λ＝11－172－2，n＝4、5、6…，R＝1.10×10 m.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，R3n试求：

(1)n＝6时，对应的波长；

(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多大？n＝6时，传播频率为多大？

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