（浙江專版）2018年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 氫原子光譜學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、 第3節(jié) 氫原子光譜 光譜 [探新知·基礎(chǔ)練] 1．光譜定義 用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。 2．分類 (1)線狀譜：由一條條的亮線組成的光譜。 (2)連續(xù)譜：由連在一起的光帶組成的光譜。 3．特征譜線 各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，且不同原子的亮線位置不同，故這些亮線稱為原子的特征譜線。 4．光譜分析 由于每種原子都有自己的特征譜線，可以利用它來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，這種方法稱為光譜分析。它的優(yōu)點是靈敏度高，樣本中一種元素的含量達到10－10_g時就可以被檢測到。 [辨是非](對的劃“√”，錯

2、的劃“×”) 1．光譜分析可以利用連續(xù)光譜。(×) 2．利用光譜分析可以鑒別物質(zhì)。(√) [釋疑難·對點練] 1．光譜的分類 2．太陽光譜 (1)太陽光譜的特點：在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線，是一種吸收光譜。 (2)對太陽光譜的解釋：陽光中含有各種顏色的光，但當(dāng)陽光透過太陽的高層大氣射向地球時，太陽高層大氣中含有的元素會吸收它自己特征譜線的光，然后再向四面八方發(fā)射出去，到達地球的這些譜線看起來就暗了，這就形成了連續(xù)譜背景下的暗線。 3．光譜分析 (1)優(yōu)點：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達10－10 g。 (2)應(yīng)用：①應(yīng)用光譜分析發(fā)現(xiàn)新元素；②鑒別物質(zhì)的組成成分；

3、研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)了太陽中存在鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素；③應(yīng)用光譜分析鑒定食品優(yōu)劣。 [特別提醒]　某種原子線狀光譜中的亮線與其吸收光譜中的暗線是一一對應(yīng)的，兩者均可用來作光譜分析。 [試身手] 1．對原子光譜，下列說法不正確的是(　　) A．原子光譜是不連續(xù)的 B．由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的 C．各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同 D．分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素 解析：選B　原子光譜為線狀譜，A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故B錯誤，C正確；據(jù)各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成，D正

4、確。故選B。 氫原子光譜的實驗規(guī)律、經(jīng)典理論的困難 [探新知·基礎(chǔ)練] 1．氫原子光譜的實驗規(guī)律 (1)許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運動產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。 (2)巴耳末公式：＝R(－)(n＝3,4,5，…)。 (3)巴耳末公式的意義：以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜，即輻射波長的分立特征。 2．經(jīng)典理論的困難 (1)核式結(jié)構(gòu)模型的成就：正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了α粒子散射實驗。 (2)經(jīng)典理論的困難：經(jīng)典物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立特征。 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”) 1．氫原子光譜

5、的實驗規(guī)律表明氫原子的光譜是連續(xù)光譜。(×) 2．由氫原子光譜的實驗規(guī)律發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典物理學(xué)無法解釋原子光譜的分立特征。(√) [釋疑難·對點練] 1．氫原子的光譜 從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜，如圖所示。 2．氫原子光譜的特點 在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。巴耳末對氫原子光譜的譜線進行研究得到了下面的公式，該公式稱為巴耳末公式：＝R(n＝3,4,5,6，…)。 (1)公式中n只能取整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長也只會是分立的值。 (2)除了巴耳末系，氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線，也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式。

6、[試身手] 2．(多選)關(guān)于巴耳末公式＝R(－)的理解，正確的是(　　) A．此公式是巴耳末在研究氫原子光譜特征時發(fā)現(xiàn)的 B．公式中n可取任意值，故氫原子光譜是連續(xù)譜 C．公式中n只能取不小于3的整數(shù)值，故氫原子光譜是線狀譜 D．公式不但適用于氫原子光譜的分析，也適用于其他原子的光譜 解析：選AC　此公式只適用于氫原子光譜，且n只能取大于等于3的整數(shù)，則λ不能取連續(xù)值，故氫原子光譜是線狀譜。故A、C正確。 光譜和光譜分析 [典例1]　(多選)關(guān)于光譜和光譜分析，下列說法正確的是(　　) A．太陽光譜和白熾燈光譜是線狀譜 B．煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜

7、是線狀譜 C．進行光譜分析時，可以利用線狀譜，不能用連續(xù)譜 D．觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學(xué)組成 [思路點撥]　由各種光譜產(chǎn)生的條件對說法做出分析判斷，光譜分析中應(yīng)為物體發(fā)光的光譜，而月亮不發(fā)光，它是靠反射太陽光而“明亮”。 [解析]選BC　太陽光譜是吸收光譜，A錯誤；煤氣燈火焰中鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜屬稀薄氣體發(fā)光，是線狀譜，B正確；光譜分析時，可利用線狀譜或吸收光譜，不能用連續(xù)譜，C正確；由于月亮反射太陽光，其光譜無法確定月亮的化學(xué)組成，D錯誤。 氫原子光譜的實驗規(guī)律 [典例2]　巴耳末通過對氫原子光譜的研究總結(jié)出巴耳末公式＝R(n＝3,4,5，…)。對此，下列說法正確的是(

8、　　) A．巴耳末依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)出巴耳末公式 B．巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的連續(xù)性 C．巴耳末依據(jù)氫光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式 D．巴耳末公式全面反映了氫原子發(fā)光的實際，其波長的分立值并不是人為規(guī)定的 [解析]選C　巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中的一個線系波長，不能描述氫原子發(fā)出的各種光的波長，也不能描述其他原子發(fā)出的光，故D錯；巴耳末公式是根據(jù)當(dāng)時已知的可見光中的部分氫原子譜線總結(jié)出來的，但它適用于整個巴耳末線系，故A錯，C對；巴耳末公式中的n不能連續(xù)取值，反映了氫原子發(fā)光的分立特征，B錯。 巴耳末公式的應(yīng)用方法及注意問題 (1)巴耳末公式反映氫原子發(fā)光的規(guī)律特征，

9、不能描述其他原子。 (2)公式中n只能取不小于3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，因此波長也只是分立的值。 (3)公式是在對可見光區(qū)的四條譜線分析總結(jié)出來的，在紫外區(qū)的譜線也適用。 [課堂對點鞏固] 1．太陽光光譜中有許多暗線，它們對應(yīng)著某些元素的特征譜線，產(chǎn)生這些暗線是由于(　　) A．太陽表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素 B．太陽內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素 C．太陽表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素 D．太陽內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素 解析：選C　吸收光譜的暗線是連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的。太陽光的吸收光譜應(yīng)是太陽內(nèi)部發(fā)出的強光經(jīng)較低溫度的太陽大氣層時，某些波長的光被太陽大氣層含

10、有的元素原子吸收而產(chǎn)生的。C正確。 2．(多選)有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是(　　) A．氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜 B．氫原子的發(fā)射光譜是線狀譜 C．氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光 D．氫原子光譜線的頻率都相同 解析：選BC　氫原子的發(fā)射光譜是線狀譜，說明氫原子只能發(fā)出特定頻率的光，但所有譜線的頻率各不相同，A、D錯誤，B、C正確。 3．關(guān)于線狀譜，下列說法中正確的是(　　) A．每種原子處在不同溫度下發(fā)光的線狀譜不同 B．每種原子處在不同的物質(zhì)中的線狀譜不同 C．每種原子在任何條件下發(fā)光的線狀譜都相同 D．兩種不同的原子發(fā)光的線狀譜可能相同 解析：選C　每種原

11、子都有自己的結(jié)構(gòu)，只能發(fā)出由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的自己的特征譜線，不會因溫度、構(gòu)成物質(zhì)不同而改變，C正確。 4．(多選)關(guān)于光譜和光譜分析的說法中，正確的是(　　) A．太陽光譜和白熾燈光譜都是發(fā)射光譜 B．氣體放電管發(fā)出的光，其譜線是線狀譜 C．光譜都可以用于物質(zhì)成分的分析 D．分析恒星光的光譜，可以確定該恒星的化學(xué)成分 解析：選BD　太陽光譜是吸收光譜，氣體放電管的光譜是線狀譜，連續(xù)光譜不能用于物質(zhì)成分的分析，恒星自身發(fā)光，其光譜為原子光譜，可用于光譜分析。綜上所述，B、D正確。 [課堂小結(jié)]- - - - - - - - - - - - - - - [課時跟蹤檢測十一]

12、 一、單項選擇題 1．關(guān)于光譜，下列說法正確的是(　　) A．一切光源發(fā)出的光譜都是連續(xù)譜 B．一切光源發(fā)出的光譜都是線狀譜 C．稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜 D．作光譜分析時，利用連續(xù)譜和線狀譜都可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的化學(xué)組成 解析：選C　不同光源發(fā)出的光譜有連續(xù)譜，也有線狀譜，故A、B錯誤；稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜，C正確；連續(xù)譜不可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的化學(xué)組成，D錯誤。 2．關(guān)于特征譜線的說法正確的是(　　) ①明線光譜中的明線和吸收光譜中的暗線都是特征譜線 ②明線光譜中的明線是特征譜線，吸收光譜中的暗線不是特征譜線　③明線光譜中的明線不是特征譜線，吸收光譜中的暗

13、線是特征譜線?、芡辉氐拿骶€光譜的明線與吸收光譜的暗線是相對應(yīng)的 A．只有① B．只有③ C．只有①④ D．只有②④ 解析：選C　明線光譜和吸收光譜都是原子的特征譜線，且明線與暗線是一一對應(yīng)關(guān)系。故C正確。 3．下列對氫原子光譜實驗規(guī)律的認識中，正確的是(　　) A．因為氫原子核外只有一個電子，所以氫原子只能產(chǎn)生一種波長的光 B．氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列波長不連續(xù)的譜線 C．氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列亮度不連續(xù)的譜線 D．氫原子產(chǎn)生的光的波長大小與氫氣放電管放電強弱有關(guān) 解析：選B　氫原子光譜是線狀譜，波長是一系列不連續(xù)的、分立的特征譜線，并不是只含有一種波長的光，也

14、不是亮度不連續(xù)的譜線，B對，A、C錯；氫原子光譜是氫原子的特征譜線，氫原子發(fā)出的光的波長與放電管的放電強弱無關(guān)，D錯。 4．月亮的光通過分光鏡所得到的光譜是(　　) A．連續(xù)光譜 B．吸收光譜 C．明線光譜 D．原子光譜 解析：選B　月亮的光是反射太陽的，太陽的光是吸收光譜。故B正確。 5．氫原子光譜的巴耳末系中波長最長的光波的波長為λ1，波長次之為λ2，則為(　　) A. B. C. D. 解析：選B　由＝R(n＝3,4,5，…)得：當(dāng)n＝3 時，波長最長，＝R，當(dāng)n＝4時，波長次之，＝R，解得＝，B正確。 二、多項選擇題 6．下列物質(zhì)中產(chǎn)生線狀譜的是(　

15、　) A．熾熱的鋼水 B．發(fā)光的日光燈管 C．點燃的蠟燭 D．極光 解析：選BD　熾熱的鋼水、點燃的蠟燭能產(chǎn)生連續(xù)譜，發(fā)光的日光燈管能產(chǎn)生水銀蒸氣的線狀譜，極光是宇宙射線激發(fā)的氣體發(fā)光，能產(chǎn)生線狀譜。選項B、D正確。 7．通過光柵或棱鏡獲得物質(zhì)發(fā)光的光譜，光譜(　　) A．按光子的頻率順序排列 B．按光子的質(zhì)量大小排列 C．按光子的速度大小排列 D．按光子的能量大小排列 解析：選AD　由于光譜是將光按波長展開得到的，而波長與頻率相對應(yīng)，故A正確；光子沒有質(zhì)量，各種色光在真空(或空氣)中傳播速度相同，B、C錯誤；由愛因斯坦的光子說，可知光子能量與光子頻率相對應(yīng)，D正確。

16、 8．以下說法正確的是(　　) A．進行光譜分析可以用連續(xù)光譜，也可以用吸收光譜 B．光譜分析的優(yōu)點是非常靈敏而且迅速 C．線狀光譜和吸收光譜都可以對物質(zhì)進行分析 D．?dāng)z下月球的光譜可以分析出月球上有哪些元素 解析：選BC　光譜分析常用來反映原子的特征，譜線既可以用線狀光譜也可以用吸收光譜，但不能用連續(xù)光譜，A錯，C對；利用光譜分析時，樣品中元素達到10－10 g就可以被檢測得到，靈敏度很高，B對；月亮本身不發(fā)光，它的光是反射的太陽光，故通過分析月亮的光譜可以分析太陽的大氣中所含的元素，但分析不出月球上有哪些元素，D錯。 9．關(guān)于巴耳末公式＝R(n＝3,4,5，…)的理解，正確的

17、是(　　) A．此公式是巴耳末在研究氫原子光譜特征時發(fā)現(xiàn)的 B．公式中的n可以是任意數(shù)，故氫原子發(fā)光的波長是任意的 C．公式中的n是大于等于3的正整數(shù)，所以氫原子光譜不是連續(xù)的 D．該公式包含了氫原子的所有光譜線 解析：選AC　巴耳末公式是分析氫原子的譜線得到的一個公式，它只反映氫原子譜線的一個線系，故A對，D錯。公式中的n只能取不小于3的正整數(shù)，故B錯，C對。 三、非選擇題 10．如圖所示，圖甲是a、b、c、d四種元素的線狀譜，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以了解該礦物中缺乏的是________。 解析：將題圖甲中的a、b、c、d與題圖乙對比可以看出，a、c中的亮條紋在題圖乙中已出現(xiàn)，而b、d中的亮條紋在題圖乙中未出現(xiàn)，故該礦物質(zhì)中缺乏b、d兩種元素。 答案：b元素和d元素 11．根據(jù)巴耳末公式，指出氫原子光譜在可見光的范圍內(nèi)波長最長的2條譜線，其波長分別為654.55×10－9 m和484.85×10－9 m，求所對應(yīng)的n。 解析：據(jù)巴耳末公式 ＝R 得＝ 1．10×107 m－1×， 解得n1＝3； ＝1.10×107 m－1×， 解得n2＝4。 答案：3　4 8