2019-2020学年高中物理 第18章 原子结构 3 氢原子光谱课件 新人教版选修3-5

3氢原子光谱卢瑟福的原子核式结构模型打开了人们研究原子结构的思维，而α粒子散射实验正是启发卢瑟福建立这一模型的根源．我们知道，α粒子射入金箔时难免会与电子碰撞，试通过计算定量地说明这种碰撞时对α粒子速度的影响．答案：设α粒子初速度为v，质量为M，与电子碰后速度为v1，电子质量为m，与α粒子碰后速度为v2，由动量守恒定律得Mv＝Mv1＋mv2，①由能量守恒得12Mv2＝12Mv21＋12mv22，②由①②得碰后α粒子速度v1＝M－mM＋mv，因M≫m，所以v1≈v，α粒子与电子碰撞后速度几乎不变．一、光谱和光谱分析1．光谱：用________或________可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录．可以用________得到光谱的照片．【答案】光栅棱镜摄谱仪2．光谱分类(1)发射光谱①连续谱：________着的包含着从红光到紫光的各种色光的光谱．产生：是由________的固体、液体、________气体发光而产生的．②线状谱：只含有一些________的亮线的光谱．其亮线称为谱线．产生：由________气体或________蒸汽(即处于游离状态下的原子)发光而产生的．(2)吸收光谱：________物体发出的白光通过物质后，________的光波被物质吸收后产生的光谱．产生：由________物体(或高压气体)发出的白光通过________较低的气体后产生．【答案】(1)①连续分布炽热高压②不连续稀薄金属(2)高温某些波长炽热温度特别提醒：各种原子的吸收光谱的暗线和线状谱的亮线相对应．3．光谱分析(1)特征谱线：不同元素的原子产生的线状谱是________的，同种元素的原子产生的谱线是________的，说明每种原子只能发射其本身特征的某些波长的光，因此线状谱中的光谱也叫元素的特征谱线．特别提醒：吸收光谱中的暗线也叫特征谱线．(2)光谱分析：根据________来鉴别物质或确定物质的________________，这种方法称为光谱分析，它的优点是______________，______________.【答案】(1)不同相同(2)光谱化学组成成分灵敏度高快捷方便【答案】1.10×107m－12．红外区和紫外区：其谱线也都遵循与巴耳末公式类似的关系式．二、氢原子光谱1．巴耳末公式：1λ＝R122－1n2(n＝3,4,5，…)，其中R叫里伯德常量，数值为R＝________________.三、经典理论的困难1．经典物理学无法解释原子的________．【答案】稳定性2.经典物理学无法解释原子光谱的________．【答案】分立特征1．线状谱(1)产生：稀薄气体或金属蒸气所发出的光为线状光谱，又称原子光谱．(2)特点：光谱是一条条分立的亮线．各种光谱的产生与特点2．连续谱(1)产生：由炽热的固体、液体和高压气体所辐射的光谱均为连续光谱．(2)特点：光谱不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带．3．吸收谱(1)产生：连续光谱中某波长的光被吸收后出现的暗线，让高温的物体所发出的白光通过某种物质后获得的光谱就为吸收谱．(2)特点：是连续光谱背景下的一些暗线．4．特征谱线(1)各种原子的发射光谱都是线状谱，不同元素的谱线不同，故线状谱的亮线称为原子的特征谱线．(2)吸收谱的暗线与线状谱的亮线一一对应，也是一种特征谱线．5．光谱分析(1)利用不同原子都有自己的特定谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度高，方便性好，在发现和鉴别元素上有重大意义．(2)光谱分析利用特征谱线，即利用线状谱或吸收谱．1．(2017大理质检)关于原子的特征谱线，下列说法不正确的是()A．不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线B．原子的特征谱线可能是由于原子从高能态向低能态跃迁时放出光子而形成的C．可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分D．原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据【答案】D解析：每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质，故A正确．原子的特征谱线可能是由于原子从高能态向低能态跃迁时放出光子而形成的，故B正确．利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分，不可以深入了解原子的内部结构，故C正确，D错误．本题选错误的，故选D．如何理解经典理论解释原子稳定性和原子光谱分立时遇到的困难1．用经典理论研究原子的稳定性核外电子没被库仑力吸引到原子核上⇒电子以很大速度绕核运动电磁场变化⇒向外辐射电磁波能量减少⇒电子绕核运行轨道半径减小⇒电子做螺旋线运动，最后落到原子核上.电子消失，而实际上原子是个很稳定的核式结构系统.2．用经典理论研究原子光谱电子绕核运动时辐射电磁波的频率应等于电子绕核运行的频率，电子越转能量越小，轨道半径不断减小，运行频率不断改变，这个变化有连续性⇒原子辐射电磁波的频率也要不断变化⇒大量原子发光的光谱应该是连续谱．但原子光谱却是线状光谱．3．根据经典理论，以上推理都是正确的，但推出的结果与现实不相符，说明经典理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释微观世界的现象．2．按经典的电磁理论，关于氢原子光谱的描述应该是()A．线状谱B．连续光谱C．吸收光谱D．发射光谱【答案】B【解析】按经典电磁理论应该是连续光谱，而实际上观察到是线状谱，说明了经典理论在解释原子世界时不适用．例1对原子光谱，下列说法正确的是()A．原子光谱是不连续的B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素光谱及光谱分析解析：原子光谱为线状谱，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错，C对；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D正确．答案：ACD反思领悟：明确原子光谱、线状谱、连续谱及特征谱线的关系是解此题的关键．1．(2017年自贡检测)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光谱B．氢原子光谱说明氢原子可以发出各种频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关【答案】C解析：由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级En＝1n2E1，故氢原子的能级是不连续的，即是分立的，故A、B错误，C正确；根据频率条件，有En－Em＝hν，显然n、m的取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差有关，故D错误．例2在可见光范围内，氢原子发光的波长最长的两条谱线所对应的波长各是多少？频率各是多少？氢原子光谱的实验规律解析：利用巴耳末公式计算波长1λ＝R(122－1n2)．当n＝3、4时，氢原子发光所对应的波长最长；当n＝3时，1λ1＝1.10×107×(122－132)m－1，解得λ1≈6.54×10－7m；当n＝4时，1λ2＝1.10×107×(122－142)m－1，解得λ2≈4.85×10－7m，由波速公式c＝λν，得ν1＝cλ1＝3.0×1086.54×10－7Hz≈4.59×1014Hz，ν2＝cλ2＝3.0×1084.85×10－7Hz≈6.19×1014Hz.答案：λ1＝6.54×10－7m，λ2＝4.85×10－7m；ν1＝4.59×1014Hz，ν2＝6.19×1014Hz反思领悟：巴耳末公式是用来计算氢原子光谱中的可见光范围，记牢巴耳末系公式及条件是解好此类题的关键．2．(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原子光谱特征时发现的B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱C．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱D．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子的光谱【答案】AC【解析】此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的14条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，且n只能取大于等于3的整数，则λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱．