4.3 光谱 氢原子光谱（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第3节　光谱　氢原子光谱 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道什么是光谱。 2．知道什么是光谱分析。 1.掌握连续光谱和线状谱的区别。 2．知道氢原子光谱的实验规律。 　　了解光谱线与核式结构模型的矛盾，体会物理学理论曲折的发展过程。 [对应学生用书P83] 一、光谱及光谱分析 1．光谱 (1)定义：复色光通过分光镜后，分解为一系列单色光，而且按波长的顺序排列成一条光带，称为光谱。 (2)分类 ①根据特征分 连续光谱：由波长连续分布的光组成的光谱。 线状谱：由分立的谱线组成的光谱。 ②根据成因分 发射光谱：由发光物质所发的光直接产生的光谱。如连续光谱(炽热的固体、液体及高压气体发光产生的光谱)和明线光谱(稀薄气体发光产生的光谱)。 吸收光谱：白光通过元素蒸气时被吸收一些特定频率的光形成的谱线，也称暗线光谱。 (3)原子光谱：同一种原子发射光谱中的明线和吸收光谱中暗线的位置是相同的，称为这种原子的特征光谱，也称原子光谱。 2．光谱分析 (1)定义：利用原子光谱来鉴别物质的化学组成中是否存在这种元素、含量有多少等，这种方法叫作光谱分析。 (2)特点：①灵敏度高；②不破坏、不接触的情况下获取研究对象的内部信息。 二、氢原子光谱 1．巴尔末公式：＝RH(n＝3，4，5，6)。 2．广义巴尔末公式 ＝RH(m＝1，2，3，…；n＝m＋1，m＋2，m＋3，…)。 3．里德伯常量：RH＝1.10×107 m－1。 4．经典理论的局限性：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。 请判断下列说法的正误(对的画“√”，错的画“×”)。 (1)各种原子的发射光谱都是线状光谱，并且只能发出几个特定的频率。(　　√　　) (2)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的化学组成。(　　√　　) (3)光是由原子核内部的电子运动产生的，光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径。(　　×　　) (4)氢原子光谱是不连续的，是由若干频率的光组成的。(　　√　　) (5)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。(　　×　　) (6)巴尔末公式中的n既可以取整数也可以取小数。(　　×　　) 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P84] 探究点一___光谱和光谱分析 [问题设计] (1)太阳光通过三棱镜后形成的谱线为哪种类型？ (2)这种谱线是否可以用于鉴别物质的化学组成？ 提示：(1)连续光谱。 (2)不可以用于物质的化学组成鉴别。 1．光谱的分类和比较 光谱分类 产生条件 光谱形式 发射光谱 连续光谱 炽热固体、液体和高压气体发光形成的 连续分布，一切波长的光都有 线状谱 (原子光谱) 稀薄气体发光形成的 一些不连续的亮线组成。不同元素谱线不同(又叫特征谱线) 吸收光谱 温度很高的光源发出的白光通过温度较低的蒸气或气体后，某些波长的光被吸收后形成的 用分光镜观察时，见到连续谱背景上出现一些暗线(与特征谱线对应) 2.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)产生原因：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跟它自己特征谱线相对应的光，这就形成了连续谱背景下的暗线。 3．光谱分析 (1)优点：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。 (2)应用： ①发现新元素； ②鉴别物体的物质成分。 (3)用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱。 【例1】 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谱，而光谱分析中只能用线状谱和吸收光谱，因为它们都具备特征谱线，D错误。 [练1] 如图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为(　　) A．a元素 B．b元素 C．c元素 D．d元素 B　解析：把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，只有b元素的谱线在该线状谱中不存在，与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素，B正确。 探究点二___氢原子光谱的规律和应用 瑞士科学家巴尔末总结出了氢原子在可见光区域的光谱线遵循的规律： ＝RH(n＝3，4，5，6，…)其中，式中n只能取正整数。 [问题设计] (1)氢原子光谱是什么光谱？它是如何获取的？ (2)式中n只能取正整数，不能取连续值说明什么？ (3)能否根据巴尔末公式计算出对应的氢光谱的最长波长？ 提示：(1)氢原子光谱是线状谱。用氢气放电管和光谱仪可以获得氢原子光谱； (2)氢原子在可见光区域发射不连续的光谱，n反映了氢原子光谱波长的分立特征(线状光谱)； (3)能。氢光谱的最长波长对应着n＝3，代入巴尔末公式便可计算出最长波长。 1．氢原子的光谱 从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示。 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：＝RH(n＝3，4，5，…)，该公式称为巴尔末公式。 (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．其他谱线 除了巴尔末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴尔末公式类似的关系式。 【例2】 氢原子光谱除了巴尔末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为＝RH(n＝4，5，6，…)，RH＝1.10×107 m－1。电磁波谱如图所示，其中可见光的波长范围是400 nm～760 nm，帕邢系中，氢原子可以发出(　　) A．可见光 B．红外线 C．紫外线 D．X射线 B　解析：由题给公式可知，在帕邢系中，当n＝4时，氢原子发出电磁波的波长最长，为λmax＝≈1.87×10－6 m＝1870 nm，当n趋于无穷大时，氢原子发出电磁波的波长最短，为λmin＝≈8.18×10－7 m＝818 nm，根据电磁波谱可知选项中四种电磁波按波长由小到大排列为：X射线、紫外线、可见光、红外线，由于λmin略大于可见光的最大波长，所以帕邢系中，氢原子可以发出红外线，不可能发出可见光、紫外线和X射线，B正确。 [练2] 下列说法正确的是(　　) A．巴尔末公式所计算得出的波长与氢原子光谱中的波长是一一对应的关系 B．根据巴尔末公式不仅可以分析氢原子光谱，也可以分析其他原子的发光光谱 C．由巴尔末公式得到的波长都在可见光波段 D．氢原子光谱中有红外光区、可见光区和紫外光区 D　解析：巴尔末公式只能描述氢原子光谱中的一个线系，不能确定氢原子光谱中所有谱线对应的波长，A错误；根据巴尔末公式只能分析氢原子光谱，不能分析其他原子的发光光谱，B错误；巴尔末线系包括可见光区和部分紫外光区，C错误；氢原子光谱中有可见光区、红外光区、紫外光区，D正确。 [对应学生用书P86] 1．月亮的光通过分光镜所得到的光谱是(　　) A．连续谱 B．吸收光谱 C．线状光谱 D．原子光谱 B　解析：因月亮光反射的是太阳光，而太阳光谱是吸收光谱，所以月亮的光通过分光镜所得到的光谱是吸收光谱，B正确，A、C、D错误。 2．(多选)关于巴尔末公式＝RH，n＝3，4，5…，下列说法正确的是(　　) A．巴尔末公式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．巴尔末依据氢原子光谱的分析总结出巴尔末公式 D．巴尔末公式反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的 CD　解析：巴尔末依据氢原子光谱的分析总结出巴尔末公式，A错误，C正确；巴尔末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的，B错误，D正确。 3．太阳光谱是吸收光谱，这是因为太阳内部发出的白光(　　) A．经过太阳大气层时某些特定频率的光子被吸收后的结果 B．穿过宇宙空间时部分频率的光子被吸收的结果 C．进入地球的大气层后，部分频率的光子被吸收的结果 D．本身发出时就缺少某些频率的光子 A　解析：太阳光谱是一种吸收光谱，是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层，而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体，太阳光穿过它们的时候跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些气体吸收掉了，A正确，B、C、D错误。 4．在氢原子光谱中，巴尔末系中最长波长为(　　) A． B． C． D．RH C　解析：在氢原子光谱中，巴尔末公式为 ＝RH(n＝3，4，5，……)，当n＝3时，波长最长，此时λ＝，C正确。 5．描述氢原子光谱的简洁而又优美的公式称为广义巴尔末公式，即＝RH(m＝1，2，3，…；n＝m＋1，m＋2，m＋3，…)，式中RH为里德伯常量。已知氢原子光谱中最短的谱线波长为λm，求RH。 答案： 解析：由巴尔末公式＝RH可知，当λ最短时，m取1，n取∞，所以： ＝RH(1－0)， 即RH＝。 [课时梯级训练(18)见P182] 学科网（北京）股份有限公司 $$