第4章 第3节 光谱与氢原子光谱（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

第3节　光谱与氢原子光谱 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道什么是光谱，能说出连续光谱和线状光谱的区别。 2．能记住氢原子光谱的实验规律。 分析氢原子光谱，知道巴耳末公式。 了解光谱分析在科技生活中的应用。 [对应学生用书P63] 知识点一 不同的光谱 1.光谱：复色光经过棱镜或光栅后，被色散开的单色光按波长(或频率)大小依次排列的图案，称为光谱。 2．光谱的类型 (1)连续光谱➊：包含有各种色光且连续分布的光谱称为连续光谱。 (2)线状光谱：有些光谱不是连续的，而是由一条条的亮线组成，这种光谱称为线状光谱。 (3)发射光谱：物体自身发光形成的光谱称为发射光谱，发射光谱又分为连续光谱和线状光谱。 (4)吸收光谱：高温物体发出的包含连续分布的各种波长的光通过其他物质时，某些波长的光被该种物质吸收后，在连续光谱中相应波长的位置上便出现了暗线，这样的光谱称为吸收光谱。 3．光谱分析 原子的发射光谱都是线状光谱，这些亮线称为原子的特征谱线。每种原子都有独自的特征谱线，人们利用特征谱线来鉴别物质或确定物质的化学组成，这种方法称为光谱分析。 知识点二 氢原子光谱 1.氢原子光谱的特点 (1)Hα～Hδ的这n个波长数值构成了氢原子的“印记”，不论是何种化合物的光谱，只要它里面含有这些波长的光谱线，就能断定这种化合物一定含有氢。 (2)从长波到短波，Hα～Hδ两相邻光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➋：＝R(n＝3，4，5…)其中R叫作里德伯常量，其值为R＝1.096 775 81×107 m-1。 1．各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应。(×) 2．巴耳末公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的。(√) 3．由于原子都是由原子核和核外电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的。(×) 批注➊： 批注➋：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。 [对应学生用书P65] 探究点一　光谱和光谱分析　(科学思维之提升) ◆情境探究 早在17世纪，牛顿就发现了白光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫作光谱，如图所示，研究光谱有哪方面的意义？ 答案：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重要途径。 ◆探究归纳 1．几种光谱的比较 比较 光谱 　 产生条件 光谱形式 应用 线状光谱 稀薄气体发光形成的光谱 一些不连续的亮线组成，不同元素的亮线光谱不同(又叫特征谱线) 可用于光谱分析 连续光谱 炽热的固体、液体和高压气体发光形成的 连续分布，一切波长的光都有 不能用于光谱分析 吸收光谱 炽热的物体发出的白光通过温度较低的气体后，再色散形成的 用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应) 可用于光谱分析 2.太阳光谱 (1)太阳光谱的特点：在连续光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，就形成了连续光谱背景下的暗线。 3．光谱分析 (1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达10-10 g。 (2)应用 ①应用光谱分析发现新元素。 ②鉴别物体的物质组成成分：研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素。 ◆对点例练 关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是(　　) A．太阳光谱是连续光谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成 B．霓虹灯和炼钢炉中炽热铁水产生的光谱，都是线状光谱 C．强白光通过酒精灯火焰上的钠盐，形成的是吸收光谱 D．进行光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以用吸收光谱 C　解析：太阳光谱是吸收光谱，这是由于太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的，A错误；霓虹灯呈稀薄气体状态，因此光谱是线状谱，而炼钢炉中炽热铁水产生的光谱是连续光谱，B错误；强白光通过酒精灯火焰上的钠盐时，某些频率的光被吸收，形成吸收光谱，C正确；发射光谱可以分为连续光谱和线状光谱，而光谱分析中只能用线状光谱和吸收光谱，因为它们都具备特征谱线，D错误。 光谱分析的方法 光谱分析可以使用发射光谱中的线状光谱，也可以使用吸收光谱，因它们都有原子自身的特征谱线，但不能使用连续光谱。 [练1] 利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法正确的是(　　) A．利用高温物体的连续光谱就可鉴别其组成成分 B．利用物质的线状光谱就可鉴别其组成成分 C.高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分 D．同一种物质的线状谱上的亮线与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系 B　解析：高温物体的连续光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，A错误；某种物质发射的线状光谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，B正确；高温物体发出的光通过某物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线由所经过的物质决定，C错误；某种物质发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此同一物质线状光谱上的亮线与吸收光谱上的暗线相对应，D错误。 探究点二　氢原子光谱及其规律　(科学思维之提升) ◆要点归纳 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．巴耳末公式及其应用 (1)巴耳末对氢原子光谱在可见光区的四条谱线进行研究得到了下面的公式，该公式称为巴耳末公式： ＝R(n＝3，4，5，6，…) (2)巴耳末公式的应用方法及注意问题 ①巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子。 ②公式中n只能取整数，不能连续取值，因此波长也是分立的值。 ③公式是在对可见光区的四条谱线分析时总结出的，在紫外区的谱线也适用。 ④应用时熟记公式，当n取不同值时求出一一对应的波长λ。 ◆对点例练 根据巴耳末公式，指出氢原子光谱巴耳末线系的最长波长和最短波长所对应的n，并计算其波长。 答案：当n＝3时，波长最长为6.55×10-7 m，当n＝∞时，波长最短为3.64×10-7 m 解析：对应的n越小，波长越长，故当n＝3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≈6.55×10-7 m。 当n＝∞时，波长最短，＝R(－)＝R×， λ＝＝ m≈3.64×10-7 m。 [练2](多选)下列关于对巴耳末公式＝R(－)的理解，正确的是(　　) A．此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的 B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续光谱 C．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子的光谱 D．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状光谱 AD　解析：巴尔末在研究氢光谱特征时发现的巴耳末公式，公式＝R(－)的n只能取整数，因此得到氢原子光谱是线状光谱，只能适用于氢原子，故A、D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$