2-4 氢原子光谱与能级结构-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（鲁科版选修3-5）

第4节　氢原子光谱与能级结构 [目标定位]　1.知道氢原子光谱的实验规律，了解巴尔末公式及里德伯常量.2.理解玻尔理论对氢原子光谱规律的解释． 一、氢原子光谱 1．氢原子光谱的特点： (1)从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线； (2)从长波到短波，Hα～Hδ等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性． 2．巴尔末公式：(n＝3,4,5，…)其中R叫做里德伯常量，其值为R＝1.096 775 81×107 m－1.＝R 二、玻尔理论对氢原子光谱的解释 1．巴尔末系[来源:Zxxk.Com] 氢原子从n≥3的能级跃迁到n＝2的能级得到的线系． 2．玻尔理论的局限性 玻尔理论解释了原子结构和氢原子光谱的关系，但无法计算光谱的强度，对于其他元素更为复杂的光谱，理论与实验差别很大. 一、氢原子光谱的实验规律 1．氢原子的光谱 从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图1所示．[来源:学+科+网] 图1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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．巴尔末公式 (1)巴尔末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式： ) n＝3,4,5…该公式称为巴尔末公式． －＝R( (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．赖曼线系和帕邢线系：氢原子光谱除了存在巴尔末线系外，还存在其他一些线系．例如： 赖曼线系(在紫外区)：(n＝2,3,4，…) ＝R 帕邢线系(在红外区)：(n＝4,5,6，…) ＝R 【例1】　关于巴耳末公式)的理解，下列说法正确的是(　　) －＝R( A．所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出 B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱 C．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱 D．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子光谱的分析 答案　C[来源:Z*xx*k.Com] 解析　只有氢原子光谱中可见光波长满足巴耳末公式，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线不满足巴耳末公式，满足的是与巴耳末公式类似的关系式，A、D错；在巴耳末公式中的n只能取不小于3的整数，不能连续取值，波长也只能是分立的值，故氢原子光谱不是连续谱而是线状谱，B错，C对． 二、玻尔理论对氢原子光谱的解释[来源:学科网] 1．理论导出的氢光谱规律：按照玻尔的原子理论，氢原子的电子从能量较高的轨道n跃迁到能量较低的轨道2时辐射出的光子能量hν＝En－E2，又En＝，此式与巴尔末公式比较，形式完全一样．由此可知，氢光谱的巴尔末线系是电子从n＝3,4,5，…等能级跃迁到n＝2的能级时辐射出来的． ＝－，所以上式可写作，由于ν＝，由此可得hν＝－E1，E2＝ 2．玻尔理论的成功之处 (1)运用经典理论和量子化观念确定了氢原子的各个定态的能量，并由此画出了氢原子的能级图． (2)处于激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出光子，辐射光子的能量与实际符合得很好，由于能级是分立的，辐射光子的波长是不连续的． (3)导出了巴尔末公式，并从理论上算出了里德伯常量R的值，并很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系． (4)能够解释原子光谱，每种原子都有特定的能级，原子发生跃迁时，每种原子都有自己的特征谱线，即原子光谱是线状光谱，利用光谱可以鉴别物质和确定物质的组成成分．[来源:学_科_网] 【例2】　氢原子光谱的巴尔末公式是(n＝3,4,5，…)，对此，下列说法正确的是(　　) ＝R A．巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式 B．巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性 C．巴尔末依据对氢原子光谱的分析总结出巴尔末公式 D．巴尔末公式准确反映了氢原子所有光谱的波长，其波长的分立值不是人为规定的 答案　C 解析　巴尔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，也不能描述其他原子发出的光，故D错误．巴尔末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴尔末线系，故A、B错误，C正确． 借题发挥　巴尔末公式的应用方法及注意问题 (1)巴尔末公式反映了氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子． (2)公式中n只能取大于等于3的整数，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时总结出的，但在紫外区的谱线也适用． (4)应用时熟记公式，当n取不同值时求出对应的波长λ. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 氢原子光谱的基本概念 1．(多选)下列有关氢原子光谱、巴尔末公式和玻尔理论的说法，正确的是(　　) A．氢原子光谱说明氢原子只能发出特定频率的光 B．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的 C．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关 D．所有氢原子光谱的波长都与