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

第3节氢原子光谱学习目标1．理解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末公式和里德伯常量．2．掌握光谱、线状谱、连续谱、特征谱线、光谱分析等概念．3．知道经典物理学的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱的分立特征．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、光谱1．按照光的1_____________(频率)和强度分布展开排列的记录，即光谱．2．分类：有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫2_____________，这样的光谱叫3_____________.有的光谱不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，这样的光谱叫做4_____________.波长谱线线状谱连续谱3．特征谱线：各种原子的发射光谱都是5__________，说明原子只发出几种特定频率的光．不同原子发射的线状谱的亮线位置不同，说明不同原子的6_____________频率是不一样的，因此这些7___________称为原子的特征谱线．4．光谱分析：利用原子的8_____________来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫做光谱分析．线状谱发光亮线特征谱线二、氢原子光谱的实验规律与经典理论的困难1．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9_____________研究是探索原子结构的重要途径．(2)巴耳末公式：1λ＝10_____________(n＝3,4,5，…)，式中R叫里德伯常量，其值为R＝1.10×107m－1.(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11_____________特征．光谱R122－1n2分立2．经典理论的困难(1)核式结构模型的成就：正确地指出了12_________的存在，很好地解释了13_____________实验．(2)困难：经典物理学既无法解释原子的14__________，又无法解释原子光谱的15_____________特征．原子核α粒子散射稳定性分立|基础小题·做一做|1．正误判断(1)各种原子的发射光谱都是线状谱，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组成成分．()(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)稀薄气体的分子在强电场的作用下会变成导体并发光.()(5)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数．()√×2．关于光谱，下列说法正确的是()A．一切光源发出的光谱都是连续谱B．一切光源发出的光谱都是线状谱C．稀薄气体发出的光谱是线状谱D．做光谱分析时，利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的化学组成解析：选C炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱，稀薄气体发出的光谱是线状谱，所以A、B选项错误，C选项正确；在鉴别物质和确定物质的化学组成时是利用原子的特征谱线进行分析，原子的特征谱线是线状谱，所以D选项错误．3．(多选)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系，下列说法正确的是()A．经典电磁理论很容易解释原子的稳定性B．根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上C．根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的D．氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论解析：选BC根据经典电磁理论：电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上，原子不应该是稳定的，并且发射的光谱应该是连续的．可知根据经典电磁理论无法解释原子的稳定性．氢原子光谱并没有彻底否定经典电磁理论．故选BC.4．利用白炽灯的光谱，能否检测出灯丝的成分？提示：不能，白炽灯的光谱是连续谱，不是原子的特征谱线，因而无法检测出灯丝的成分．|核心知识·记一记|1．光谱：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(或频率)和强度分布的记录．2．线状谱：光谱是一条条的亮线．3．连读谱：光谱为连在一起的光带．4．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的亮线位置不同，这些亮线称为原子的特征谱线．5．巴耳末公式：1λ＝R122－1n2(n＝3,4,5，…)．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一光谱和光谱分析|要点归纳|1．光谱的分类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)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，所以到达地球的这些谱线看起来就弱了，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鉴别物体的物质组成成分：研究太阳光谱时发现了太阳大气层中存在钠、镁、锌、镍等金属元素；③应用光谱分析鉴定食品优劣．|例题展示|【例1】下列关于光谱的说法正确的是()A．月光是连续光谱B．日光灯产生的光谱是连续光谱C．酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱是线状谱D．白光通过温度较低的钠蒸气所产生的光谱是线状谱[解析]月光是反射的太阳光，不是连续光谱，故选项A错误；日光灯是稀薄气体发光，所以产生的是线状谱，故选项B错误；酒精灯中燃烧的钠蒸气属于稀薄气体发光，产生线状谱，故选项C正确；白光通过温度较低的钠蒸气产生的是吸收光谱，故选项D错误．[答案]C【例2】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谱就可鉴别其组成成分B．利用物质的线状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与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系[解析]由于高温物体的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谱中的明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，这些暗线与光通过的物质有关，C错误；某种物质能发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应，D错误．[答案]B[易错警示]对光谱分析的三点提醒1．光谱分析只能用线状谱．2．光谱分析的方法是用白光照射被鉴定物质的低压蒸气．3．吸收光谱是由高温物体发出的白光通过低温物质，某些波长的光被吸收后产生的光谱．光谱在连续谱的背景下有若干暗线，而这些暗线与线状谱的亮线一一对应，因而吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线．|对点训练|1．(多选)下列说法中正确的是()A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱B．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C．气体发出的光只能产生明线光谱D．甲物体发出的白光通过乙物质的蒸气形成了乙物质的吸收光谱解析：选ABD炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱，A选项正确；各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线是一一对应的，B选项正确；气体发出的光可以形成连续光谱，C选项错误；甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气后，有一些波长的光被乙物质吸收了，形成乙物质的吸收光谱，D选项正确．2．白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫排列的连续光谱，下列说法不正确的是()A．棱镜使光谱加了颜色B．白光是由各种颜色的光组成的C．棱镜对各种颜色光的偏折不同D．发光物体发出了在可见光区的各种频率的光解析：选A白光通过棱镜使各种颜色的光落在屏上的不同位置，说明棱镜对各种颜色的光偏折不同，形成的连续光谱按波长(或频率)排列，即白光是包括各种频率的光，光的颜色是由波长(或频率)决定，并非棱镜增加了颜色，B、C、D正确．故选A.3．(多选)关于光谱和光谱分析的下列说法中正确的是()A．光谱包括发射光谱、连续光谱、明线光谱、原子光谱、吸收光谱五种光谱B．往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的明线光谱C．利用太阳光谱可以分析太阳的化学组成D．明线光谱又叫原子光谱解析：选BD光谱包括发射光谱和吸收光谱两种，其中发射光谱分为连续光谱和明线光谱，明线光谱称为原子光谱，和吸收光谱都能体现不同原子的特征，选项A错误，D正确；往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的明线光谱，选项B正确；太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的，说明太阳大气层中存在与这些暗线相对应的元素，但是不能分析太阳的化学组成，选项C错误．★要点二氢原子光谱的规律和应用|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(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：1λ＝R122－1n2(n＝3,4,5，…)，该公式称为巴耳末公式．(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．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．|例题展示|【例3】巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式1λ＝R122－1n2(n＝3,4,5，…)，对此，下列说法正确的是()A．巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式B．巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性C．巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式D．巴耳末公式准确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[解析]巴耳末公式是依据对氢光谱的分析得出的，而不是依据核式结构总结出的，A错，C对；巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一个线系波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，此公式反映出氢原子发光是不连续的，B、D错．[答案]C【例4】根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的2条谱线对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？[解析]能够引起人的视觉的可见光波长范围，约为400～700nm之间．根据巴耳末公式1λ＝R122－1n2计算时应注意其波长值必须在可见光范围内．由巴耳末公式1λ＝R122－1n2知，当n＝3和4时对应波长较长．1λ1＝1.10×107×122－1n12，代入n1＝3，则λ1＝654.5nm(λ1在可见光范围内)；1λ2＝1.10×107×122－1n22，代入n2＝4，则λ2＝484.8nm(λ2在可见光范围内)．特点：氢原子光谱是分立的线状谱，它在可见光区的谱线满足巴耳末公式，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．[答案]n为3时，对应波长为654.5nm；n为4时，对应波长为484.8nm光谱特点见解析[规律方法]对巴耳末公式的理解(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，因此波长也只是分立的值．(3)公式是在对可见光区的四条谱线分析总结出来的，在紫外区的谱线也适用．|对点训练|4．(多选)(2019·无锡期末)有关氢原子光谱的说法正确的是()A．氢原子的发射光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光子C．原子明线光谱中的明线和其吸收光谱中的暗线，不是一一对应的D．氢原子光谱线的亮线反映了原子的特征解析：选BD原子光谱是线状谱，只能是一些分立的谱线，不是连续谱，A选项错误；氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光子，B选项正确；各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线是一一对应的，都有各自的特征，即同一元素的吸收光谱的暗线与明线光谱的明线是相对应的，C选项错误；氢原子光谱线的亮线反映了原子的特征，是原子的特征谱线，D选项正确．5．巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式1λ＝R122－1n2，式中n＝3,4,5，…在氢原子光谱可见光区，最长波长与最短波长之比为()A.95B.43C.98D.85解析：选D巴耳末系的前四条谱线在可见光区，n的取值分别为3,4