高中物理粵教版5第三章原子結構之謎 第3章第3節(jié)氫原子光譜

第三節(jié)氫原子光譜學習目標知識脈絡1.了解氫原子光譜的特點．(重點)2.知道巴耳末公式及里德伯常量．(重點)3.了解原子光譜及光譜分析的應用.氫原子光譜的巴耳末系及其他線系eq\o([先填空])1．巴耳末系(1)公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2))).(式中n＝3,4,5,6…，R＝×107m－1)(2)巴耳末系：符合巴耳末公式的光譜線統(tǒng)稱為巴耳末系．2.其他線系：在紫外區(qū)、紅外區(qū)、近紅外區(qū)發(fā)現了氫原子的某地線系，分別是萊曼系(紫外區(qū))、布喇開系(紅外區(qū))、普豐德系(紅外區(qū))、帕邢系(近紅外區(qū))．3．廣義巴耳末公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,m2)－\f(1,n2)))式中m，n均為正整數且n>m.eq\o([再判斷])1．在充有稀薄氫氣的放電管兩極間加上2～3kV的高壓，使氫氣放電，氫原子在電場的激發(fā)下發(fā)光，再通過分光鏡觀察光譜．(√)2．氫原子受激發(fā)只能發(fā)出幾種特定頻率的光，它的光譜是連續(xù)的亮線．(×)3．n大于6的符合巴耳末公式的光譜線大部分在紫外區(qū)．(√)eq\o([后思考])巴耳末公式反映了氫原子譜線的分立特征，這說明了什么？【提示】譜線的分立特征反映原子內部電子運動的量子化特征，對于研究更復雜的原子結構具有指導意義．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來越小，表現出明顯的規(guī)律性．巴耳末對氫原子光譜的譜線進行研究得到了下面的公式，該公式稱為巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))n＝3、4、5、6…(1)公式中n只能取整數，不能連續(xù)取值，波長也只會是分立的值．(2)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．1．巴耳末通過對氫光譜的研究，總結出巴耳末公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5…)，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．巴耳末依據氫光譜的分析總結出巴耳末公式D．巴耳末公式準確反映了氫原子發(fā)光的分立性，其波長的分立值并不是人為規(guī)定的E．氫光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足巴耳末類似的公式【解析】由于巴耳末是利用當時已知的在可見光區(qū)的4條譜線做了分析總結出的巴耳末公式，并不是依據核式結構理論總結出來的，巴耳末公式反映了氫原子發(fā)光的分立性，也就是氫原子實際只有若干特定頻率的光，C、D、E正確．【答案】CDE2．氫原子光譜的巴耳末系中波長最長的譜線的波長為λ1，其次為λ2，求：(1)eq\f(λ1,λ2)的值等于多少？(2)其中最長波長的光子能量是多少？【解析】(1)由巴耳末公式可得：eq\f(1,λ1)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))eq\f(1,λ2)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,42)))，所以eq\f(λ1,λ2)＝eq\f(\f(1,4)－\f(1,16),\f(1,4)－\f(1,9))＝eq\f(27,20).(2)當n＝3時，對應的波長最長，代入巴耳末公式有：eq\f(1,λ1)＝×107×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))m－1，解得λ1≈×10－7m.光子能量為ε1＝hν＝heq\f(c,λ1)＝eq\f×10－34×3×108,×10－7)J＝×10－19J.【答案】(1)eq\f(27,20)(2)×10－19J巴耳末公式的兩點提醒1．巴耳末公式反映氫原子發(fā)光的規(guī)律特征，不能描述其他原子．2．公式是在對可見光的四條譜線分析時總結出來的，在紫外光區(qū)的譜線也適用．原子光譜eq\o([先填空])1．原子光譜(1)某種原子的氣體通電后可以發(fā)光并產生固定不變的光譜，這種光譜被稱之為原子光譜．(2)科學家觀察了大量的原子光譜，發(fā)現每種原子都有自己特定的原子光譜．不同的原子，其原子光譜均不相同，因而，原子光譜被稱為原子的“指紋”．2．光譜分析及應用(1)光譜分析應用的兩種光譜①明線光譜：它是稀薄氣體發(fā)光直接產生的；②吸收光譜：它是當白光通過物質時，某些波長的光被物質吸收后產生的．③實驗表明：原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該原子的明線光譜中的一條明線相對應．即原子只能釋放出某種特定頻率的光，也只能吸收某種特定頻率的光，而且釋放的光和吸收的光的頻率是相同的．(2)光譜分析①通過對光譜的分析鑒別不同的原子，確定物體的化學組成并發(fā)現新元素．②優(yōu)點：靈敏度高．eq\o([再判斷])1．原子光譜的譜線是一些分立的亮線，是不連續(xù)的．(√)2．每種原子都有自己特定的原子光譜．不同的原子其原子光譜不相同，其亮線位置不同，即特征譜線不同．(√)eq\o([后思考])為什么用棱鏡可以把各種顏色的光展開？【提示】不同顏色的光在棱鏡中的折射率不同，因此經過棱鏡后的偏折程度也不同．1．光譜的分類2．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，這就形成了連續(xù)譜背景下的暗線．3．光譜分析(1)優(yōu)點：靈敏度高，分析物質的最低量達10－10g.(2)應用：①應用光譜分析發(fā)現新元素；②鑒別物體的物質成分；研究太陽光譜時發(fā)現了太陽中存在鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素；③應用光譜分析鑒定食品優(yōu)劣．3．對原子光譜，下列說法正確的是()A．原子光譜是不連續(xù)的B．原子光譜是連續(xù)的C．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D．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E．分析物質發(fā)光的光譜，可以鑒別物質中含哪些元素【解析】原子光譜為線狀譜，A正確，B錯誤；各種原子都有自己的特征譜線，故C錯誤，D正確；據各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質組成，E正確．故選A、D、E.【答案】ADE4．關于光譜和光譜分析，下列說法正確的是()A．太陽光譜和白熾燈光譜是線狀譜B．霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產生的光譜是線狀譜C．進行光譜分析時，可以利用線狀譜，不能用連續(xù)譜D．觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學組成E．太陽光譜是吸收光譜【解析】太陽光譜是吸收光譜，而月亮反射太陽光，也是吸收光譜，煤氣燈火焰中鈉蒸氣產生的光譜屬稀薄氣體發(fā)光，是線狀譜．由于月亮反射太陽光，其光譜無法確定月亮的化學組成．【答案】BCE5．太陽光的光譜中有許多暗線，它們對應著某些元素的特征譜線，產生這些暗線是由于________．【解析】吸收光譜的暗線是連續(xù)光譜中某些波長的光被物質吸收后產生的．