2019-2020学年高中物理 第十八章 3 氢原子光谱课件 新人教版选修3-5

3氢原子光谱1.了解光谱、连续谱和线状谱等概念。2.知道氢原子光谱的实验规律。3.知道经典理论的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分立特征。一二三一、光谱1.定义:用光栅或棱镜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,即光谱。2.分类:有些光谱是一条条的亮线,这样的亮线叫谱线,这样的光谱叫线状谱。有的光谱看起来不是一条条分立的谱线,而是连在一起的光带,这样的光谱叫作连续谱。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是不一样的,因此这些亮线称为原子的特征谱线。4.光谱分析:利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分,这种方法称为光谱分析。一二三某种原子线状谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线具有什么关系?提示：某种原子线状谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的。一二三二、氢原子光谱的实验规律1.研究光谱的意义: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重要途径。3.巴耳末系:一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系。4.巴耳末公式的意义:巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状谱,即辐射波长的分立特征。2.巴耳末公式:1𝜆=𝑅122-1𝑛2(𝑛=3,4,5,…)。巴耳末是依据核式结构理论总结出巴耳末公式的吗?提示：巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的,不是依据核式结构理论总结出来的。一二三三、经典理论的困难1.卢瑟福核式学说的成就:卢瑟福的核式结构模型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.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。一二一、光谱的分类和光谱分析1.光谱的分类。物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类:(1)发射光谱——物体直接发出的光通过分光后产生的光谱。它可分为连续光谱和线状谱。①连续光谱——由连续分布的一切波长的光(一切单色光)组成的光谱。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱,如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。一二②线状谱——只含有一些分立亮线的光谱。它是由游离状态的原子发射的,因此也叫原子光谱。稀薄气体或金属蒸气的发射光谱是线状谱。实验证明,每种元素的原子都有一定特征的线状谱。可以使用光谱管观察稀薄气体发光时的线状谱。不同元素的原子产生的线状谱是不同的,但同种元素原子产生的线状谱是相同的,这意味着,某种物质的原子可用其线状谱加以鉴别。因此称某种元素原子的线状谱的谱线为这种元素原子的特征谱线。一二(2)吸收光谱——高温物体发出的白光通过温度较低的物质时,某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱。这种光谱的特点是在连续光谱的背景上由若干条暗线组成。例如太阳光谱就是太阳内部发出的强光经温度较低的太阳大气层时产生的吸收光谱。实验表明,各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的线状谱中的一条明线相对应,即某种原子发出的光与吸收的光的频率是特定的,因此吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线。一二2.线状谱和连续谱的不同之处。项目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某些特定频率的谱线,不同元素的线状谱线不同一切波长的光都有应用可用于光谱分析不能用于光谱分析3.光谱分析。(1)优点:灵敏度高,分析物质的最低含量达10-10g。(2)应用:①应用光谱分析发现新元素。②鉴别物体的物质成分。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。③应用光谱分析鉴定食品优劣。一二二、氢原子光谱光谱巴耳末公式1λ=𝑅122-1n2(𝑛=3,4,5,…)式中n只能取大于等于3的整数,里德伯常量R=1.10×107m-1规律1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2在巴耳末线系中n值越大,对应的波长λ越短,即n=3时,对应的波长最长3除了巴耳末系,氢原子光谱在红外区和紫外区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式类型一类型二光谱问题分析【例题1】(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是()A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱C.进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续谱D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分点拨:了解连续谱、线状谱、吸收光谱的产生条件,光谱形式及应用是分析此类问题的关键。类型一类型二解析:太阳和白炽灯发出的是连续光谱,选项A错误;月球本身不会发光,靠反射太阳光才能使我们看到它,所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分,选项D错误;光谱分析只能是线状谱,连续谱是不能用来作光谱分析的,所以选项C正确;煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯都是稀薄气体发出的光,产生的光谱都是线状谱,选项B正确。答案:BC题后反思要明确光谱和物质发光的对应关系,炽热的固体、液体和高压气体产生的是连续谱,而稀薄气体产生的是线状谱。类型一类型二对巴耳末公式的理解与应用【例题2】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分别为n1、n2。(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?点拨:巴耳末公式1𝜆=𝑅122-1𝑛2(𝑛=3,4,5,…)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ε=ℎ𝑐𝜆确定。类型一类型二解析:(1)谱线对应的n越小,波长越长,故氢原子光谱中波长最长的2条谱线所对应的基数分别为n1=3,n2=4。当n1=3时,1𝜆1=1.10×107×122-132m-1解得λ1=6.5×10-7m。当n2=4时,1𝜆2=1.10×107×122-142m-1解得λ2=4.8×10-7m。(2)n=3时,对应着氢原子巴耳末系中波长最长的光,因此ε=hν=ℎ𝑐𝜆1=6.626×10-34×3×1086.5×10-7J≈3.06×10-19J。答案:(1)6.5×10-7m4.8×10-7m(2)3.06×10-19J题后反思巴耳末公式是求解可见光范围内氢原子发光的依据。类型一类型二触类旁通在例题2中,2条可见光中n等于几的能量大?能量大的可见光的频率是多大?答案:46.25×1014Hz