第2章 第4节 氢原子光谱与能级结构-2020-2021学年高中物理选修3-5【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第4节　氢原子光谱与能级结构 一、氢原子光谱 [自学教材] 内容 特点 1 从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线Hα、Hβ、Hδ等 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 巴尔末公式 ＝R，n＝3，4，5，…R叫作里德伯常量 [重点诠释] 1．线状谱和连续谱的不同之处 线状谱 连续谱 形状特征 一条条分立的谱线 连在一起的光带 组成 由具有特定波长的光组成。不同元素的原子产生的线状谱不同，但同种元素原子产生的线状谱相同 一切波长的光 应用 可用于光谱分析，鉴别物质组成[来源:学科网] 不能用于光谱分析 2.吸收光谱 连续谱中某些波长的光被相应元素吸收后产生的暗线，与这种元素的特征谱线对应，这样的光谱称为吸收光谱。太阳光谱是典型的吸收光谱。 (1)各种原子吸收光谱中的暗线与线状谱中的亮线相对应，即表明某种原子发出的光和吸收光的频率都是特定的。 (2)光谱分析时，既可以用线状谱，也可以用吸收光谱。 3．光谱分析 (1)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它的化学组成，这种方法叫作光谱分析。 (2)根据氢原子光谱中Hα、Hβ、Hγ、Hδ等谱线的波长，只要化合物中含有这些波长的谱线就可以确定这种化合物中含有氢。 (3)这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。某种元素在物质中的含量达10－10g，就可以在光谱中发现它的特征谱线将其检查出来。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。 [典题强化] 1．关于光谱，下列说法中不正确的是 A．各种原子的光谱都是线状谱 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 解析　原子光谱为线状谱，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错，C对；对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。故答案为B。 答案　B 二、玻尔理论对氢光谱的解释 [自学教材] 1．理论推导 由玻尔理论可知，当激发到高能级E2的电子跃迁到低能级E1时，就会释放出能量。根据 En＝_eV(n＝1，2，3，…)得E2＝ eV，E1＝ eV 再根据hν＝E2－E1 得ν＝ 此式在形式上与氢原子光谱规律的波长公式一致，当n1＝2，n2＝3，4，5，6，…时就是巴尔末公式。如图2－4－1所示原子从相应的能级跃迁到n＝2的能级就得到氢原子巴尔末系的光谱线。 图2－4－1 2．玻尔理论的成功和局限 (1)成功：玻尔理论冲破了经典物理中能量连续变化的束缚，引入了量子化的概念，解释了原子结构和氢原子光谱的关系，使卢瑟福—玻尔原子模型以及能量量子化、能级、跃迁等概念得到承认。 (2)局限：玻尔理论无法计算光谱的强度，对于其他元素更为复杂的光谱，理论和实验差别很大。玻尔在推导过程中，既采用了经典力学的方法，又采用了量子论的方法，因此玻尔理论是一种半经典的量子论。 [典题强化] 2．对于巴尔末公式，下列说法正确的是[来源:学+科+网Z+X+X+K] A．所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应[来源:学科网] B．巴尔末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长 C．巴尔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，又有紫外线 D．巴尔末公式确定了各种原子发光中的光的波长 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A、D错。 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，包括可见光和紫外线，故B错C对。 答案　C 考向　对氢原子光谱规律的认识 [例题]　在可见光范围内，氢原子光谱中波长最长的2条谱线所对应的基数为n。 (1)它们的波长各是多少？ (2)其中波长最长的光对应的光子能量是多少？ 【思路点拨】　巴尔末公式＝R是反映可见光范围内氢原子发光规律的，n越小对应的波长越长，光子能量由E＝h确定。 【解析】　(1)谱线对应的n越小，波长越长，故当n＝3，4时，氢原子发光所对应的波长最长。 当n＝3时，＝1.10×107×(－) m－1 解得λ1＝6.5×10－7 m。 当n＝4时，＝1.10×107×m－1 解得λ2＝4.8×10－7 m。 (2)n＝3时，对应着氢原子巴尔末系中波长最长的光，设其波长为λ，因此 E＝hν＝h＝ J ＝3.06×10－19 J。 【答案】　(1)6.5×10－7m　4.8×10－7m (2)3.06×10－19J ○借题发挥 解答本题可先用巴尔末公式＝R，该公式是反映可见光范