高二物理 选修3-5 18.3 氢原子光谱

教学目标：（一）知识与技能1．了解光谱的定义和分类。2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。3．了解经典原子理论的困难。（二）过程与方法通过本节的学习，感受科学发展与进步的坎坷。（三）情感、态度与价值观培养我们探究科学、认识科学的能力，提高自主学习的意识。★教学重点：原子光谱的分类★教学难点：经典理论的困难α粒子散射的实验使我们知道原子具有核式结构,但电子在核的周围怎样运动?它的能量怎样变化?这些还要通过其他事实认识。早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，从而得到光的频率和强度的分布图，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。一、光谱用光栅或棱镜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，即光谱。(2)分类：1、发射光谱(1)定义：物体直接发光产生的光谱叫做发射光谱。连续(光)谱线状谱(明线光谱)①连续光谱由波长连续分布的光组成的连在一起的光带叫连续光谱。特点：光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带。即连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。②线状谱只含有一些不连续的亮线的光谱叫做线状谱。线状谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是线状谱。各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只能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，但同种原子的谱线是相同的，因此这些亮线称为原子的特征谱线。原子光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过温度较低的物质时，某些波长的光被低温物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。2、吸收光谱比如将太阳的光谱(太阳内部发出的强光，经过温度较低的太阳大气层时产生的吸收光谱)与已知的光谱相比较，就知道太阳大气层的主要成分。（1）由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱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。（2）光谱分析法由基尔霍夫开创的。（3）优点：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。（4）同种物质吸收光谱中的暗线与它明线光谱中的明线相对应，明线光谱和吸收光谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以用于光谱分析。3、光谱分析原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。二、氢原子光谱的实验规律气体放电管：玻璃管中的稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光。这样的装置叫做气体放电管。1885年，瑞士数学兼物理学家巴耳末对当时已知的，在可见光区的4条谱线作了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示：)5,4,3)(121(122nnRR=1.10×107m-1巴尔末公式巴尔末系谱线)4,3,2)(111(122nnR紫外区莱曼系：红外区帕邢系：布拉开系：普丰特系：)6,5,4)(131(122nnR)7,6,5)(141(122nnR)8,7,6)(151(122nnR里德伯常量)11(122nmRm=1，2，3……n=m+1，m+2，m+3……广义巴尔末公式练习：试计算莱曼系中的最长波和最短波？)111(122maxnRn取值？)111(122minnRn取值？按经典物理学电子绕核旋转，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。但事实上原子是个稳定的系统。卢瑟福原子核式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。但是。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。三、经典理论的困难电子辐射电磁波的频率应该等于其绕核运动的周期，由于电子轨道逐渐减小，辐射电磁波的频率也应是连续变化的，原子光谱应是连续的光谱。而实际上看到的是分立的线状谱。这些矛盾说明尽管经典物理学理论可以很好地应用宏观物休，但它不能解释原子世界的现象，引入新观念是必要的。光谱发射光谱定义：由发光体直接产生的光谱连续光谱｛产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发光形成的光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有线状光谱｛(原子光谱)产生条件：稀薄气体、金属蒸气发光形成的光谱形式：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）吸收光谱定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的光谱形式：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）小结：各种光谱的特点及成因：1在实际生活中，我们可以通过光谱分析来鉴别物质和物质的组成成分。例如某样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被检测到。那么我们是通过分析下列哪种谱线来鉴别物质和物质的组成成分的？A连续谱B线状谱C特征谱线D任意一种光谱（BC）2下列说法正确的是：A通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波长成分的记录，这就是光谱。即光谱与光强度无关。B通过光栅或棱镜可以把光按波长展开，从而获得光的波长成分和强度分布记录，这就是光谱。即光谱不仅记录了光的波长分布，还记录了强度分布。C在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这说明了太阳内部缺少对应的元素。D在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这些暗线与某些元素的特征谱线相对应，这说明了太阳大气层内存在对应的元素。（BD）