人教版高二物理選修3-5：18.3-氫原子光譜

1、18.318.3 氫原子光譜氫原子光譜早在早在1717世紀(jì)，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通世紀(jì)，牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實驗過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把實驗中得到的中得到的彩色光帶彩色光帶叫做叫做光譜光譜平行光管標(biāo)度管三棱鏡觀察管分光鏡分光鏡實驗儀器實驗儀器分光鏡原理分析標(biāo)度管一、光譜一、光譜光譜光譜是用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲是用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光按波長（或頻率）成分和強度分布的記錄。得光按波長（或頻率）成分和強度分布的記錄。1.1.發(fā)射光譜發(fā)射光譜：物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜。（1 1）連續(xù)光譜（連續(xù)譜）連續(xù)光譜（連續(xù)譜）定義：由連續(xù)分布的

2、一切波長的光組成的光譜定義：由連續(xù)分布的一切波長的光組成的光譜產(chǎn)生：產(chǎn)生：熾熱的固體、液體及高壓氣體發(fā)射熾熱的固體、液體及高壓氣體發(fā)射的光譜的光譜（如白熾燈絲、燭焰、熾熱的鋼水發(fā)出的光如白熾燈絲、燭焰、熾熱的鋼水發(fā)出的光）（2）線狀）線狀光光譜譜（線狀譜線狀譜）： 定義：只含有一些定義：只含有一些不連續(xù)的亮線不連續(xù)的亮線的光譜叫做線的光譜叫做線狀譜。線狀譜中的亮線叫譜線，各條譜線對應(yīng)不同波狀譜。線狀譜中的亮線叫譜線，各條譜線對應(yīng)不同波長的光。長的光。線狀譜是線狀譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的，也叫，也叫原子光譜原子光譜。 產(chǎn)生：產(chǎn)生：稀薄氣體或金屬蒸氣的發(fā)射光譜稀薄氣體或金屬

3、蒸氣的發(fā)射光譜是明線是明線光譜。光譜。各種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，各種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光，線狀譜的譜線也叫原子的特征譜線線狀譜的譜線也叫原子的特征譜線（原子光譜原子光譜）。2 .吸收光譜吸收光譜定義：高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的定義：高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長的光）通過物質(zhì)時，一切波長的光）通過物質(zhì)時，某些波長的光被物質(zhì)某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜。實驗表明，實驗表明，低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時發(fā)出的光。原子在高溫時發(fā)出的

4、光。因此吸收光譜中的暗譜線因此吸收光譜中的暗譜線與與明線相對應(yīng)明線相對應(yīng)，也是原子的特征譜線。，也是原子的特征譜線。產(chǎn)生：產(chǎn)生：太陽的光譜是吸收光譜。太陽的光譜是吸收光譜。氫 氣 的 吸 收 光 譜氫氣吸吸 收收 光光 譜譜鈉蒸氣光譜中產(chǎn)生的一組暗線，每條光譜中產(chǎn)生的一組暗線，每條暗線的波長都跟那種氣體原子暗線的波長都跟那種氣體原子的特征譜線相對應(yīng)。的特征譜線相對應(yīng)。 光光 譜譜發(fā)射光譜發(fā)射光譜定義：由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜定義：由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜連續(xù)光譜連續(xù)光譜產(chǎn)生：產(chǎn)生：熾熱的固體、液體熾熱的固體、液體和和高壓氣體高壓氣體發(fā)光發(fā)光光譜的形式：光譜的形式：連續(xù)連續(xù)分布，一切波長的光都有分布

5、，一切波長的光都有線狀光譜線狀光譜（原子光譜原子光譜）產(chǎn)生：產(chǎn)生：稀薄氣體發(fā)光稀薄氣體發(fā)光形成的光譜形成的光譜光譜形式：一些光譜形式：一些不連續(xù)的明線不連續(xù)的明線組成，不同組成，不同元素的明線光譜不同（又叫特征光譜）元素的明線光譜不同（又叫特征光譜）吸收光譜吸收光譜定義：連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的定義：連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜光譜產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件：熾熱的白光通過溫度較白光低熾熱的白光通過溫度較白光低的氣體后，的氣體后，再再色散色散形成的形成的光譜形式：用分光鏡觀察時，見到連續(xù)光譜背景上光譜形式：用分光鏡觀察時，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)出現(xiàn)一些暗線一些暗線（與（

6、與特征譜線特征譜線相對應(yīng)）相對應(yīng)） 各種光譜的特點及成因：（1）由于由于每種原子都有自己的特征譜線每種原子都有自己的特征譜線，因此可，因此可以以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的化學(xué)化學(xué)組成組成成分成分。這種方法叫做。這種方法叫做光譜分析光譜分析。（2 2）光譜分析法由）光譜分析法由基爾霍夫基爾霍夫開創(chuàng)的。開創(chuàng)的。 （3 3）優(yōu)點：）優(yōu)點：靈敏度高靈敏度高。樣本中一種元素的含量達(dá)。樣本中一種元素的含量達(dá)到到1010-10-10g g時就可以被檢測到。時就可以被檢測到。（4 4） 同種物質(zhì)吸收光譜中的暗線與它明線光譜同種物質(zhì)吸收光譜中的暗線與它明線光譜中的明線相對應(yīng)，明

7、線光譜和吸收光譜中的譜中的明線相對應(yīng)，明線光譜和吸收光譜中的譜線都是原子的特征光譜，都可以用于光譜分析。線都是原子的特征光譜，都可以用于光譜分析。研究太陽高研究太陽高層大氣層所層大氣層所含元素含元素（3）光譜分析）光譜分析光譜分析的技術(shù)在科學(xué)研究中有廣泛的應(yīng)用，一種元素在樣品中的含量即使很少，也能觀察到它的光譜因此光譜分析可以用來確定樣品中包含哪些元素，這種方法非常靈敏，利用光譜還能確定遙遠(yuǎn)星球的物質(zhì)成分 漆碗：第三文化層（距今65006000年）利用紅外光分析其表面，其光譜圖和馬王堆漢墓出土漆皮的裂解光譜圖相似 X射線照射激發(fā)熒光，通過分析熒光判斷越王勾踐寶劍的成分實實驗驗裝裝置置氫原子是最

8、簡單的原子，其光譜也最簡單氫原子是最簡單的原子，其光譜也最簡單二、氫原子光譜的實驗規(guī)律二、氫原子光譜的實驗規(guī)律氫原子的巴耳末線系照片氣體放電管：氣體放電管：玻璃管中的稀薄氣體的分子在強玻璃管中的稀薄氣體的分子在強電場的作用下會電離，成為自由移動的正負(fù)電電場的作用下會電離，成為自由移動的正負(fù)電荷，于是氣體變成導(dǎo)體，導(dǎo)電時會發(fā)光。這樣荷，于是氣體變成導(dǎo)體，導(dǎo)電時會發(fā)光。這樣的裝置叫做氣體放電管。的裝置叫做氣體放電管。221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量巴耳末公式確定的這組譜線稱為巴耳末系。巴耳末公式確定的這組譜線稱為巴耳末系。式中式中n只取整數(shù)，不能連

9、續(xù)取值。他以簡潔的只取整數(shù)，不能連續(xù)取值。他以簡潔的心事反映了氫原子的線狀光譜，及輻射波長的心事反映了氫原子的線狀光譜，及輻射波長的分立特征。分立特征。原子核式結(jié)構(gòu)模型原子核式結(jié)構(gòu)模型與與經(jīng)典電磁理論經(jīng)典電磁理論的矛盾的矛盾核外電子繞核運動核外電子繞核運動輻射電磁波輻射電磁波電子軌道半徑連續(xù)變小電子軌道半徑連續(xù)變小原子不穩(wěn)定原子不穩(wěn)定輻射電磁波頻率連續(xù)變化輻射電磁波頻率連續(xù)變化事實上事實上：原子是穩(wěn)定的原子是穩(wěn)定的原子光譜是線狀譜原子光譜是線狀譜盧瑟福原子核式模型無法解釋氫原子光譜的規(guī)律。盧瑟福原子核式模型無法解釋氫原子光譜的規(guī)律。課堂效果檢測：課堂效果檢測：1 1 在實際生活中，我們可以通過

10、光譜分析來鑒別在實際生活中，我們可以通過光譜分析來鑒別物質(zhì)和物質(zhì)的組成成分。例如某樣本中一種元物質(zhì)和物質(zhì)的組成成分。例如某樣本中一種元素的含量達(dá)到素的含量達(dá)到1010-10-10g g時就可以被檢測到。那么我時就可以被檢測到。那么我們是通過分析下列哪種譜線來鑒別物質(zhì)和物質(zhì)們是通過分析下列哪種譜線來鑒別物質(zhì)和物質(zhì)的組成成分的？的組成成分的？A A 連續(xù)譜連續(xù)譜B B 線狀譜線狀譜C C 特征譜線特征譜線D D 任意一種光譜任意一種光譜 （B CB C）2 2 下列說法正確的是：下列說法正確的是：A A 通過光柵或棱鏡可以把光按波長展開，從而獲得光的波長通過光柵或棱鏡可以把光按波長展開，從而獲得光

11、的波長成分的記錄，這就是光譜。即光譜與光強度無關(guān)。成分的記錄，這就是光譜。即光譜與光強度無關(guān)。B B 通過光柵或棱鏡可以把光按波長展開，從而獲得光的波長通過光柵或棱鏡可以把光按波長展開，從而獲得光的波長成分和強度分布記錄，這就是光譜。即光譜不僅記錄了光成分和強度分布記錄，這就是光譜。即光譜不僅記錄了光的波長分布，還記錄了強度分布。的波長分布，還記錄了強度分布。C C 在研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)太陽光譜中有許多暗線，這說明了在研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)太陽光譜中有許多暗線，這說明了太陽內(nèi)部缺少對應(yīng)的元素。太陽內(nèi)部缺少對應(yīng)的元素。D D在研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)太陽光譜中有許多暗線，這些暗線與在研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)太陽光譜中有許多暗線，這些暗線與某些元素的特征譜線