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

3氢原子光谱学习目标素养提炼1.知道光谱、连续谱和线状谱的区别．2.知道氢原子光谱的实验规律．3.了解经典物理的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱的分立特性.物理观念：光谱、连续光谱、线状谱、光谱分析．科学思维：经典理论解释原子光谱时的困难．科学探究：氢原子光谱的实验规律.01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、光谱1．定义：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．2．分类(1)线状谱：由组成的光谱．(2)连续谱：由的光带组成的光谱．3．特征谱线：各种原子的发射光谱都是，且不同原子的亮线位置，故这些亮线称为原子的谱线．波长一条条的亮线连在一起线状谱不同特征4．光谱分析：由于每种原子都有自己的，可以利用它来鉴别物质和确定物质的，这种方法称为光谱分析，它的优点是高，样本中一种元素的含量达到时就可以被检测到．特征谱线组成成分灵敏度10－10g[判断辨析](1)各种原子的发射光谱都是连续谱．()(2)不同原子的发光频率是不一样的．()(3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质．()×√×二、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，因此光谱研究是探索的一条重要途径．2．气体放电管：玻璃管中稀薄气体的分子在强电场的作用下会，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成，导电时会这样的装置叫作．3．巴耳末公式：1λ＝(n＝3,4,5，…)，其中R叫里德伯常量，其值为R＝1.10×107m－1.4．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，即辐射波长的特征．原子结构电离导体发光气体放电管R(122－1n2)分立[判断辨析](1)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．()(2)稀薄气体的分子在强电场的作用下会变成导体并发光．()(3)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数．()×√×三、经典理论的困难1．核式结构模型的成就：正确地指出了原子核的存在，很好地解释了．2．经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的，又无法解释原子光谱的．α粒子散射实验稳定性分立特征[思考]原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾给予我们什么启示？提示：这些矛盾的存在，不仅表明这一模型还不完善，而且还预示着原子世界需要有一个不同于经典物理学的理论．要点一光谱和光谱分析[探究导入]如图所示为不同物体发出的不同光谱．(1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别？(2)铁电极弧光灯的光谱、氢光谱、钡光谱的特征相同吗？提示：(1)钨丝白炽灯的光谱是连续的，中间没有暗线或亮线．而其他三种光谱是由一些不连续的亮线组成的．(2)这三种光谱中亮线的位置是不同的，即特征不同．1．光谱的分类(1)发射光谱：物质发光直接获得的光谱，分为连续光谱和线状光谱(或原子光谱)．(2)吸收光谱：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱．2．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明线组成，不同元素的明线光谱不同(又叫特征光谱)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比较光谱产生条件光谱形式应用吸收光谱炽热的白光通过温度较白光低的气体后，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3.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，这就形成了连续谱背景下的暗线．4．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．[典例1](多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，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[解析]太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱，正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致，白炽灯发出的是连续谱，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和吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱分析的，所以选项C正确；煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱，选项B正确．[答案]BC[总结提升](1)太阳光谱是吸收光谱，是阳光透过太阳的高层大气层时而形成的，不是地球大气造成的．(2)某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的，两者均可用来做光谱分析．1．(多选)关于原子光谱，下列说法正确的是()A．原子光谱是不连续的，是由若干频率的光组成的B．大量原子发光的光谱是连续的，少量原子发光的光谱是不连续的C．由于原子都是由原子核和核外电子组成，所以各种原子的原子光谱是相同的D．由于各种原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同解析：原子光谱是线状谱，光谱是一系列不连续的亮线，每条亮线对应一个频率，原子光谱是由若干频率的光组成的，故A对，B错；各种原子都有自己的特征谱线，不同元素的原子特征谱线不同，故C错，D对．答案：AD2．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成分组成解析：物体发光的发射光谱分为连续谱和线状谱，A、B错；做光谱分析可使用吸收光谱也可以使用线状谱，D错．答案：C要点二氢原子光谱的规律和应用[探究导入]如图所示为氢原子的光谱．(1)仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？(2)阅读课本，指出氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？提示：(1)从右至左，相邻谱线间的距离越来越小．(2)可见光区域的四条谱线的波长满足巴耳末公式：1λ＝R(122－1n2)，n＝3,4,5，….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．[典例2]试计算氢原子光谱中巴耳末系的最长波和最短波的波长各是多少？(R＝1.10×107m－1)[解析]根据巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)(n＝3,4,5，…)可得λ＝1R122－1n2当n＝3时波长最长，其值为λ＝1R122－132＝1536R＝1536×1.10×107m≈6.55×10－7m.当n→∞时，波长最短，其值为λ＝1R122－0＝4R＝41.10×107m≈3.64×10－7m.[答案]6.55×10－7m3.64×10－7m[总结提升]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的，在红外和紫外区的其他谱线也适用．(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.3．氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为E1，其次为E2，则E1E2为()A.2027B.2720C.23D.32解析：由1λ＝R(122－1n2)得：当n＝3时，波长最长，1λ1＝R(122－132)，当n＝4时，波长次之，1λ2＝R(122－142)，解得λ1λ2＝2720，由E＝hcλ得E1E2＝λ2λ1＝2027.答案：A4．(多选)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．巴耳末公式反映了氢原子发光的不连续性解析：巴耳末公式是由当时已知的氢光谱中可见光中的部分谱线总结出来的，式中的n只能取整数，不能连续取值，反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征，故C、D对．答案：CD1．(原子光谱的产生)(多选)下列光谱中属于原子光谱的是()A．太阳光谱B．放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱C．白炽灯的光谱D．酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱解析：放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱、酒精灯中燃烧的钠蒸气产生的光谱分别是由汞蒸气、钠蒸气发光产生的，均是原子光谱，故选项B、D对．答案：BD2．(光谱的理解)关于光谱，下列说法正确的是()A．大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光是线状谱B．线状谱由不连续的若干波长的光组成C．作光谱分析时只能用发射光谱，不能用吸收光谱D．作光谱分析时只能用吸收光谱，不能用发射光谱解析：原子发出的光谱是特征光谱，是线状谱，A错；线状谱只包含对应波长的若干光，B对；作光谱分析一定要用线状谱，既可以是发射光谱也可以是吸收光谱，C、D错．答案：B3．(光谱分析)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：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；某种物质发光的线状谱中的亮线是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，因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应，D错误．答案：B4．(氢原子光谱的实验定律)(多选)关于巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)的理解，正确的是()A．此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的B．公式中n可取任意值，故氢光谱是连续谱C．公式中n只能取整数值，故氢光谱是线状谱D．公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光谱解析：此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区的四条谱线时得到的，只适用于氢光谱的分析，且n只能取大于等于3的整数，则λ不是连续值，故氢原子光谱是线状谱．答案：AC