2017-2018學年高中物理第18章原子結構3氫原子光譜學案新人教版選修VIP

1、3氫原子光譜學習目標 1.知道什么是光譜，能說出連續(xù)譜和線狀譜的區(qū)別.2.能記住氫原子光譜的實驗規(guī)律.3.能說出經典物理學在解釋原子的穩(wěn)定性和原子光譜分立特性上的困難一、光譜和光譜分析知識梳理1定義：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄2分類(1)線狀譜：光譜是一條條的亮線(2)連續(xù)譜：光譜是連在一起的光帶3特征譜線：各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，說明原子只發(fā)出幾種特定頻率的光，不同原子的亮線位置不同，說明不同原子的發(fā)光頻率不一樣，光譜中的亮線稱為原子的特征譜線4應用：利用原子的特征譜線，可以鑒別物質和確定物質的組成成分，這種方法稱為光譜分析，它的優(yōu)點

2、是靈敏度高，樣本中一種元素的含量達到1010 g時就可以被檢測到即學即用判斷下列說法的正誤(1)各種原子的發(fā)射光譜都是連續(xù)譜()(2)不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的()(3)線狀譜和連續(xù)譜都可以用來鑒別物質()二、氫原子光譜的實驗規(guī)律導學探究如圖1所示為氫原子的光譜圖11仔細觀察，氫原子光譜具有什么特點？答案從右至左，相鄰譜線間的距離越來越小2閱讀課本，指出氫原子光譜的譜線波長具有什么規(guī)律？答案可見光區(qū)域的四條譜線的波長滿足巴耳末公式：eq f(1,)R(eq f(1,22)eq f(1,n2)，n3,4,5，知識梳理1氫原子光譜的特點：在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內，由右向左，相鄰譜線間的距離越

3、來越小，表現出明顯的規(guī)律性2巴耳末公式(1)巴耳末對氫原子光譜的譜線進行研究得到了下面的公式：eq f(1,)R(eq f(1,22)eq f(1,n2)(n3,4,5，)，該公式稱為巴耳末公式式中R叫做里德伯常量，實驗值為R1.10107 m1.(2)巴耳末公式說明氫原子光譜的波長只能取分立值，不能取連續(xù)值巴耳末公式以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜，即輻射波長的分立特征3其他譜線：除了巴耳末系，氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線，也都滿足與巴耳末公式類似的關系式即學即用判斷下列說法的正誤(1)光是由原子核內部的電子運動產生的，光譜研究是探索原子核內部結構的一條重要途徑()(2)稀薄氣體的

4、分子在強電場的作用下會電離，使氣體變成導體()(3)巴耳末公式中的n既可以取整數也可以取小數()三、經典理論的困難導學探究盧瑟福的原子結構很好地解釋了粒子散射實驗，核外的電子繞核高速旋轉，這個結構和經典的電磁理論有什么矛盾？答案核外電子被庫侖力吸引電子以很大速度繞核運動(繞核運動的加速度不為零)電磁場周期性變化向外輻射電磁波(繞核運動的能量以電磁波的形式輻射出去)能量減少電子繞核運動的軌道半徑減小電子做螺旋線運動，最后落入原子核中，但是實際上原子是穩(wěn)定的，并沒有原子核外的電子落入原子核內所以，經典的電磁理論不能解釋原子核外的電子的運動情況和原子的穩(wěn)定性知識梳理1核式結構模型的成就：正確地指出了

5、原子核的存在，很好地解釋了粒子散射實驗2經典理論的困難：經典物理學既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立特征.一、光譜和光譜分析1光譜的分類光譜eq blcrc (avs4alco1(發(fā)射光譜blcrc (avs4alco1(連續(xù)光譜,線狀光譜),吸收光譜)2幾種光譜的比較比較光譜產生條件光譜形式及應用線狀光譜稀薄氣體發(fā)光形成的光譜一些不連續(xù)的明線組成，不同元素的明線光譜不同(又叫特征光譜)，可用于光譜分析連續(xù)光譜熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的連續(xù)分布，一切波長的光都有吸收光譜熾熱的白光通過溫度較白光低的氣體后，再色散形成的用分光鏡觀察時，見到連續(xù)光譜背景上出現一些暗線(與特征

6、譜線相對應)，可用于光譜分析3.太陽光譜(1)太陽光譜的特點：在連續(xù)譜的背景上出現一些不連續(xù)的暗線，是一種吸收光譜(2)對太陽光譜的解釋：陽光中含有各種顏色的光，但當陽光透過太陽的高層大氣射向地球時，太陽高層大氣中含有的元素會吸收它自己特征譜線的光，然后再向四面八方發(fā)射出去，到達地球的這些譜線看起來就暗了，這就形成了明亮背景下的暗線4光譜分析(1)優(yōu)點：靈敏度高，分析物質的最低量達1010 g.(2)應用：a.發(fā)現新元素；b.鑒別物體的物質成分(3)用于光譜分析的光譜：線狀光譜和吸收光譜例1(多選)下列關于光譜和光譜分析的說法中，正確的是()A太陽光譜和白熾燈光譜都是線狀譜B煤氣燈火焰中燃燒的

7、鈉蒸氣或霓虹燈產生的光譜都是線狀譜C進行光譜分析時，可以用線狀譜，不能用連續(xù)光譜D我們能通過光譜分析鑒別月球的物質成分答案BC解析太陽光譜中的暗線是太陽發(fā)出的連續(xù)譜經過太陽大氣層時產生的吸收光譜，正是太陽發(fā)出的光譜被太陽大氣層中存在的對應元素吸收所致，白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜，選項A錯誤；月球本身不會發(fā)光，靠反射太陽光才能使我們看到它，所以不能通過光譜分析鑒別月球的物質成分，選項D錯誤；光譜分析只能是線狀譜或吸收光譜，連續(xù)譜是不能用來進行光譜分析的，所以選項C正確；煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產生的光譜都是線狀譜，選項B正確針對訓練1關于光譜，下列說法正確的是()A一切光源發(fā)出的光譜都是連續(xù)譜

8、B一切光源發(fā)出的光譜都是線狀譜C稀薄氣體發(fā)光形成的光譜是線狀譜D白光通過鈉蒸氣產生的光譜是線狀譜答案C解析由于物質發(fā)光的條件不同，得到的光譜不同，故A、B錯誤；稀薄氣體發(fā)光形成的光譜為線狀譜，C正確；白光通過鈉蒸氣產生的光譜是吸收光譜，D錯誤二、氫原子光譜的實驗規(guī)律例2(多選)巴耳末通過對氫原子光譜的研究總結出巴耳末公式eq f(1,)R(eq f(1,22)eq f(1,n2)，n3,4,5，對此，下列說法正確的是()A巴耳末依據核式結構理論總結出巴耳末公式B巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的連續(xù)性C巴耳末依據氫原子光譜的分析總結出巴耳末公式D巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的分立性，其波長的分立值并不

9、是人為規(guī)定的答案CD解析巴耳末公式是根據氫原子光譜總結出來的氫原子光譜的不連續(xù)性反映了氫原子發(fā)光的分立性，即輻射波長的分立特征，選項C、D正確針對訓練2氫原子光譜巴耳末系最小波長與最大波長之比為()A.eq f(5,9) B.eq f(4,9) C.eq f(7,9) D.eq f(2,9)答案A解析由巴耳末公式eq f(1,)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,n2)n3,4,5，當n時，有最小波長1，eq f(1,1)Req f(1,22)，當n3時，有最大波長2，eq f(1,2)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,32)，得e

10、q f(1,2)eq f(5,9).1(多選)關于光譜，下列說法中正確的是()A熾熱的液體發(fā)射連續(xù)譜B線狀譜和吸收光譜都可以對物質進行光譜分析C太陽光譜中的暗線，說明太陽中缺少與這些暗線相對應的元素D發(fā)射光譜一定是連續(xù)譜答案AB解析熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜，故A正確；線狀譜和吸收光譜都可以用來進行光譜分析，B正確；太陽光譜中的暗線說明太陽大氣中含有與這些暗線相對應的元素，C錯誤；發(fā)射光譜有連續(xù)譜和線狀譜，D錯誤2(多選)下列光譜中屬于原子光譜的是()A太陽光譜B放電管中稀薄汞蒸氣產生的光譜C白熾燈的光譜D酒精燈中燃燒的鈉蒸氣所產生的光譜答案BD解析放電管中稀薄汞蒸氣產生的

11、光譜，燃燒的鈉蒸氣產生的光譜分別是由汞蒸氣、鈉蒸氣發(fā)光產生的，均是原子光譜，故選項B、D對3(多選)下列關于巴耳末公式eq f(1,)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,n2)的理解，正確的是()A此公式是巴耳末在研究氫原子光譜特征時發(fā)現的B公式中n可取任意值，故氫原子光譜是連續(xù)譜C公式中n只能取大于或等于3的整數值，故氫原子光譜是線狀譜D公式不僅適用于氫原子光譜的分析，還適用于其他原子光譜的分析答案AC解析巴耳末公式是巴耳末在研究氫光譜特征時發(fā)現的，故A選項正確；公式中的n只能取大于或等于3的整數值，故氫光譜是線狀譜，B選項錯誤，C選項正確；巴耳末公式只適用于氫

12、光譜的分析，不適用于其他原子光譜的分析，D選項錯誤4根據巴耳末公式，可求出氫原子光譜在可見光的范圍內波長最長的2條譜線，其波長分別為654.55109 m和484.85109 m，求所對應的n值答案n13n24解析據巴耳末公式eq f(1,)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,n2)，n3,4,5，得eq f(1,654.55109)1.10107eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,noal(2,1)，eq f(1,484.85109)1.10107eq blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,noal(2,2)，解得

13、n13，n24.一、選擇題(16題為單選題，79題為多選題)1關于原子光譜，下列說法中不正確的是()A原子光譜是不連續(xù)的B由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的C由于各種原子的原子結構不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D分析物質發(fā)光的光譜，可以鑒別物質中含哪些元素答案B解析原子光譜為線狀譜，A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故B錯，C對；根據各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質組成由此知A、C、D說法正確，B說法錯誤2下列關于光譜的說法正確的是()A熾熱固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形成連續(xù)譜B對月光作光譜分析可以確定月亮的化學組成C氣體發(fā)出的光只能產生線狀譜D

14、甲物質發(fā)出的光通過低溫的乙物質蒸氣可得到甲物質的吸收光譜答案A3太陽光譜中有許多暗線，它們對應著某些元素的特征譜線，產生這些暗線是由于()A太陽表面大氣層中缺少相應的元素B太陽內部缺少相應的元素C太陽表面大氣層中存在著相應的元素D太陽內部存在著相應的元素答案C解析太陽光譜中的暗線是由于太陽發(fā)出的連續(xù)譜通過太陽表面大氣層時某些光被吸收造成的，因此，太陽光譜中的暗線是由于太陽表面大氣層中存在著相應的元素，故C正確，A、B、D均錯誤4利用光譜分析的方法能夠鑒別物質和確定物質的組成成分，關于光譜分析，下列說法正確的是()A利用高溫物體的連續(xù)譜就可鑒別其組成成分B利用物質的線狀譜就可鑒別其組成成分C高溫

15、物體發(fā)出的光通過物質后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組成成分D同一種物質的線狀譜與吸收光譜上的暗線由于光譜的不同，它們沒有關系答案B解析由于高溫物體的光譜包括了各種頻率的光，與其組成成分無關，故A項錯誤；某種物質發(fā)光的線狀譜中的明線是與某種原子發(fā)出的某頻率的光有關，通過這些亮線與原子的特征譜線對照，即可確定物質的組成成分，B項正確；高溫物體發(fā)出的光通過物質后某些頻率的光被吸收而形成暗線，這些暗線由所經過的物質決定，C項錯誤；某種物質發(fā)出某種頻率的光，當光通過這種物質時它也會吸收這種頻率的光，因此線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線相對應，D項錯誤5氫原子光譜的巴耳末系中波長最長的光波的光子能量為E

16、1，其次為E2，則eq f(E1,E2)為()A.eq f(20,27) B.eq f(27,20)C.eq f(2,3) D.eq f(3,2)答案A解析由eq f(1,)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,n2)得：當n3時，波長最長，eq f(1,1)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,32)，當n4時，波長次之，eq f(1,2)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,22)f(1,42)，解得：eq f(1,2)eq f(27,20)，由Eheq f(c,)得：eq f(E1,E2)eq f(2,1)eq f(2

17、0,27).6如圖1甲所示的a、b、c、d為四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為()圖1Aa元素Bb元素Cc元素Dd元素答案B解析把礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進行對照，b元素的譜線在該線狀譜中不存在，故選項B正確，與幾個元素的特征譜線不對應的線說明該礦物中還有其他元素7關于光譜和光譜分析，下列說法中正確的是()A發(fā)射光譜包括連續(xù)譜和線狀譜B太陽光譜是連續(xù)譜，氫光譜是線狀譜C只有線狀譜可用作光譜分析D光譜分析幫助人們發(fā)現了許多新元素答案AD解析光譜分為發(fā)射光譜和吸收光譜，發(fā)射光譜分為連續(xù)譜和線狀譜，A正確；太陽光譜是吸收光譜，B錯誤；線狀譜和吸

18、收光譜都可用作光譜分析，C錯誤；光譜分析可以精確分析物質中所含元素，并能幫助人們發(fā)現新元素，D正確8要得到鈉元素的特征譜線，下列做法正確的是()A使固體鈉在空氣中燃燒B將固體鈉高溫加熱成稀薄鈉蒸氣C使熾熱固體發(fā)出的白光通過低溫鈉蒸氣D使熾熱固體發(fā)出的白光通過高溫鈉蒸氣答案BC解析熾熱固體發(fā)出的是連續(xù)譜，燃燒固體鈉不能得到特征譜線，A錯誤；稀薄氣體發(fā)光產生線狀譜，B正確；強烈的白光通過低溫鈉蒸氣時，某些波長的光被吸收產生鈉的吸收光譜，C正確，D錯誤9關于經典電磁理論與氫原子光譜之間的關系，下列說法正確的是()A經典電磁理論很容易解釋原子的穩(wěn)定性B根據經典電磁理論，電子繞原子核轉動時，電子會不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上C根據經典電磁理論，原子光譜應該是連續(xù)的D氫原子光譜徹底否定了經典電磁理論答案BC解析根據經典電磁理論：電子繞原子核轉動時，電子會不斷釋放能量，最后被吸附到原子核上，原子不應該是穩(wěn)定的，并且發(fā)射的光譜應該是連續(xù)的氫原子光譜并沒有完全否定經典電磁理論，而是引入了新的概念故正確答案為B、C.二、非選擇題10氫原子光譜除了巴耳末系外，還有賴曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式為eq f(1,)Req blc(rc)(avs4alco1(f(1,32)f(1,n2)，n4、5、6，R1.10107