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3氢原子光谱[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道什么是光谱，掌握连续谱和线状谱的区别.2.记住氢原子光谱的实验规律.3.知道什么是光谱分析．科学思维：应用巴耳末公式进行简单计算．科学态度：知道经典物理学在解释原子的稳定性和原子光谱分立特性上的困难．一、光谱1．定义：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(频率)和强度分布的记录．2．分类(1)线状谱：光谱是一条条的亮线．(2)连续谱：光谱是连在一起的光带．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不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线．4．应用：利用原子的特征谱线，可以鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10－10g时就可以被检测到．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原子结构的一条重要途径．2．氢原子光谱的实验规律满足巴耳末公式：1λ＝R(122－1n2)(n＝3,4,5…)式中R为里德伯常量，R＝1.10×107m－1，n取整数．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，即辐射波长的分立特征．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α粒子散射实验．2．经典理论的困难：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．判断下列说法的正误．(1)各种原子的发射光谱都是连续谱．(×)(2)各种原子的发射光谱都是线状谱，并且只能发出几种特定频率的光．(√)(3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质．(×)(4)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分．(√)(5)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数．(×)一、光谱和光谱分析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、分子状态的氢光谱、钡光谱的特征相同吗？答案(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．光谱的分类光谱发射光谱连续谱线状谱吸收光谱2．几种光谱的比较比较光谱产生条件光谱形式及应用发射光谱线状谱稀薄气体发光形成的光谱由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，一切波长的光都有吸收光谱炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后，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，这就形成了明亮背景下的暗线．4．光谱分析(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10－10g.(2)应用：a.发现新元素；b.鉴别物质的组成成分．(3)用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱．例1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组成成分答案C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．稀薄气体发出的光谱是线状谱，此光谱是一些不连续的亮线，仅含有一些特定频率的光．线状谱中不同的谱线对应不同的频率，不同元素的原子产生的线状谱不同，因而可以用线状谱来确定物质的成分．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上的亮线与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系答案B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，故A错误；某种物质发射的线状谱中的亮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，因此同一物质线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应，D错误．二、氢原子光谱的实验规律及应用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？答案(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公式：1λ＝R(122－1n2)(n＝3,4,5，…)，该公式称为巴耳末公式．式中R叫做里德伯常量，实验值为R＝1.10×107m－1.(2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值．巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征．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3(多选)下列关于巴耳末公式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只能取大于或等于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，也适用于其他原子光谱的分析答案AC解析此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，A对，D错；公式中n只能取大于或等于3的整数，λ不能连续取值，故氢原子光谱是线状谱，B错，C对．例4已知氢原子光谱中巴耳末系第一条谱线Hα的波长为656.47nm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中的光速c＝3×108m·s－1.(1)试推算里德伯常量的值；(2)利用巴耳末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量．答案(1)1.097×107m－1(2)4.102×10－7m(或410.2nm)4.85×10－19J解析(1)巴耳末系中第一条谱线对应n＝31λ1＝R122－132R＝365λ1≈1.097×107m－1.(2)巴耳末系中第四条谱线对应n＝6，则：1λ4＝R122－162解得λ4＝92R＝92×1.097×107m≈4.102×10－7m≈410.2nmE＝hν4＝hcλ4≈4.85×10－19J.1．(原子光谱的理解)对原子光谱，下列说法中不正确的是()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．由于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答案B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；根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D对．2．(光谱和光谱分析)(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中正确的是()A．光谱包括发射光谱、连续谱、线状谱、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线状谱C．利用太阳光谱可以分析太阳的化学组成D．各种原子的发射光谱都是线状谱答案BD解析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谱和线状谱，线状谱和吸收光谱都能体现不同原子的特征，称为原子光谱，各种原子的发射光谱都是线状谱，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线状谱，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，故C错误．3．(氢原子光谱的实验规律)(多选)巴耳末通过对氢原子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．巴耳末依据氢原子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分立性，其波长的分立值并不是人为规定的答案CD解析巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的．氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性，即辐射波长的分立特征，选项C、D正确．4．(经典电磁理论与氢原子光谱的关系)(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答案BC解析根据经典电磁理论：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．氢原子光谱并没有完全否定经典电磁理论，而是引入了新的概念．故正确答案为B、C.一、选择题考点一光谱和光谱分析1．(多选)下列物质中产生线状谱的是()A．炽热的钢水B．发光的日光灯管C．点燃的蜡烛D．极光答案BD解析炽热的钢水、点燃的蜡烛能产生连续谱，发光的日光灯管能产生水银蒸气的线状谱，极光是宇宙射线激发的气体发光，能产生线状谱．选项B、D正确．2．太阳的连续谱中有许多暗线，它们对应某些元素的特征谱线．产生这些暗线的原因是()A．太阳表面大气层中缺少相应的元素B．太阳内部缺少相应的元素C．太阳表面大气层中存在相应的元素D．太阳内部存在相应的元素答案C解析由于对太阳光谱的成因认识不清，易误认为暗线是由于太阳内部缺少相应的元素产生的，因此错误地选择B.实际上太阳内部进行着激烈的核反应，它发出的连续谱经过温度比较低的太阳大气层时产生吸收光谱，我们通过对太阳光谱中暗线的分析，把它跟各种原子的特征谱线对照，就知道太阳大气层中含有氢、氮、氦、碳、镁、硅、钙、钠等几十种元素．因此正确答案为C.3．(多选)下列关于光谱的说法正确的是()A．连续谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱B．通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分C．连续谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光D．通过对线状谱的明线光谱分析或吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分答案CD解析连续谱是指光谱由连续分布的一切波长的光组成的，而不是指光源是连续的．连续谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的，同理线状谱是指光谱是由一些不连续的亮线组成的，由稀薄气体或金属蒸气所发出的光产生的，而不是指光源是线状的，A错，C对；光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法，连续谱含有一切波长的光，不是原子的特征谱线，不能用来进行光谱分析，而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线，所以可以用来进行光谱分析，鉴定物质成分，其优点是灵敏度很高，在发现和鉴定元素上有着重大的意义，B错，D对．4.如图1甲所示为a、b、c、d四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为()图1A．a元素B．b元素C．c元素D．d元素答案B解析由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素的谱线在该线状谱中不存在，故B正确．与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素．考点二氢原子光谱的实验规律