18.3氢原子光谱-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-5）

18.3 氢原子光谱 【基础知识梳理】 一、光谱 1．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． 2．分类 (1)线状谱：光谱是一条条的亮线． (2)连续谱：光谱是连在一起的光带． 3．特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光，不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线． 4．应用：利用原子的特征谱线，可以鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10－10 g时就可以被检测到． 【重点】 1．光谱的分类 2．太阳光谱 (1)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 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，这就形成了明亮背景下的暗线． 3．光谱分析 (1)优点 灵敏度高，分析物质的最低含量达10－10 g. (2)应用 ①发现新元素；②鉴别物质的组成成分． 二、氢原子光谱的实验规律 1．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．氢原子光谱的实验规律满足 巴耳末公式：＝R(－)　n＝3,4,5，… 式中R为里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n取整数． 3．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． 【实例】如图1所示为氢原子的光谱． 图1 (1)仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？ (2)阅读课本，指出氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？ 答案　(1)从右至左，相邻谱线间的距离越来越小． (2)可见光区域的四条谱线的波长满足巴耳末公式：＝R(－)，n＝3,4,5，… 【总结】 1．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． 2．巴耳末公式 (1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到公式：＝R(－)(n＝3,4,5，…)，该公式称为巴耳末公式．式中R叫做里德伯常量，实验值为R＝1.10×107 m－1. (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． 3．其他谱线：除了巴耳末系，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． 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．经典理论的困难：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． 【例题讲解】 一、单选题 1．关于物质的吸收光谱和明线光谱之间的关系，下列说法正确的是（　　） A．吸收光谱和明线光谱的产生方法不同，它们的谱线互不相关 B．吸收光谱和明线光谱的产生方法相同，它们的谱线重合 C．明线光谱与吸收光谱都是连续谱 D．明线光谱与吸收光谱都可以用于光谱分析，以鉴别物质和确定化学组成 【答案】D 【解析】【分析】【详解】AB．吸收光谱和明线光谱的产生方法不同，同种物质吸收光谱中的暗线与明线光谱中的明线相对应，故AB错误；C．明线光谱是线状谱，故C错误；D．明线光谱和吸收光谱都可以进行光谱分析，用来鉴别物质和确定化学组成，故D正确。故选D。 2．描述氢光谱巴耳末谱线系的公式为：，式中n=3，4，5…，R=1.10×107m-1。已知可见光的波长范围是4.0×107m~7.6×107m，金属钠发生光电效应的极限波长为5.4×107m。下列说法正确的是（　　） A．从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光属于红外线 B．从n=5能级跃迁到n=2能级辐射出的光属于紫外线 C．从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射钠时能发生光电效应 D．从n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射钠时能发生光电效应 【答案】D 【解析】【详解】AC．根据巴耳末谱线系的公式可知从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光的波长此波长在可见光的波长范围，不属于红外线。又此波长大于金属钠发生光电效应的极限波长5.4×107m，则频率小于金属钠发生光电效应的极限频率，不能发生光电效应，选项AC错误；B．从n=5能级跃迁到n=2能级辐射出的光的波长此波长在可见光的波长范围，选项B错误； D．从n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光的波长此波长小于金属钠发生光电效应的极限波长5.4×107m，则频率大于金属钠发生光电效应的极限频率，能发生光电效应，选项D正确。故选D。 3．如图为氢原子光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线，下列说法正确的是（　　） A．氢原子发射