18.3 氢原子光谱-2019-2020学年人教版物理选修3-5知识点突破

18.3 氢原子光谱 学习目标 1．了解光谱的定义与分类。　 2．理解氢原子光谱的实验规律，知道何为巴耳末系。　 3．了解经典原子理论的困难。 重点：1．氢原子光谱的实验规律。 2．光谱分析的概念和特点。 难点：氢原子光谱的实验规律。 知识点一、光谱 1．概念：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。 3．分类 （1）发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。 ①发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。 ②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。 a、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。如图。 b、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。如图所示。 （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。氢、钠的光谱、太阳光谱。 （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。 （4）特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状谱，且不同原子的亮线位置不同，故这些亮线称为原子的特征谱线。 （5）光谱光析：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，它的优点是非常灵敏而且迅速，样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以从光谱中发现它的特征谱线将其检查出来。 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。 光谱分析在科学技术中有广泛的应用：①检查物质的纯度。②鉴别和发现元素。③天文学上光谱的红移表明恒星的远离等等。 【特别提醒】光谱分析可以使用发射光谱中的线状谱，也可以使用吸收光谱，因它们都有原子自身特征谱线，但不能使用连续光谱。 【题1】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 【题2】如图甲所示是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 A．a元素　　　B．b元素 C．c元素 D．d元素 知识点二、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。 1．光的产生：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一条重要途径。 2．氢原子光谱实验：在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2kV～3kV的高压，使氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，通过分光镜观察氢原子的光谱。（实验装置如图所示） 3．实验现象：在可见光区内，观察到波长分别为656.47nm、486.27nm、434.17nm、410.29nm的四条谱线，分别用符号Hα、Hβ、Hγ、Hδ 表示，（见右图） 【题3】在可见光范围内波长最长的2条谱线所对应的n和它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？ 知识点三、巴耳末公式 1．巴耳末公式：＝R（），（n＝3，4，5…）式中n只能取整数，R称为里德伯常量R＝1.10×107m－1。 （1）巴耳末线系的4条谱线都处于可见光区。 （2）在巴耳末线系中n值越大，对应的波长λ越短，即n＝3时，对应的波长最长；n＝6时，对应的波长最短。 （3）除了巴耳末线系，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。 2．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。 【题4】关于巴耳末公式＝R（－）（n＝3，4，5…）的理解，正确的是 A．此公式只适用于氢原子发光 B．公式中的n可