（浙江專(zhuān)版）2018年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 氫原子光譜學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、 第3節(jié) 氫原子光譜 光譜 [探新知·基礎(chǔ)練] 1．光譜定義 用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)展開(kāi)，獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。 2．分類(lèi) (1)線狀譜：由一條條的亮線組成的光譜。 (2)連續(xù)譜：由連在一起的光帶組成的光譜。 3．特征譜線 各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，且不同原子的亮線位置不同，故這些亮線稱為原子的特征譜線。 4．光譜分析 由于每種原子都有自己的特征譜線，可以利用它來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，這種方法稱為光譜分析。它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，樣本中一種元素的含量達(dá)到10－10_g時(shí)就可以被檢測(cè)到。 [辨是非](對(duì)的劃“√”，錯(cuò)

2、的劃“×”) 1．光譜分析可以利用連續(xù)光譜。(×) 2．利用光譜分析可以鑒別物質(zhì)。(√) [釋疑難·對(duì)點(diǎn)練] 1．光譜的分類(lèi) 2．太陽(yáng)光譜 (1)太陽(yáng)光譜的特點(diǎn)：在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線，是一種吸收光譜。 (2)對(duì)太陽(yáng)光譜的解釋?zhuān)宏?yáng)光中含有各種顏色的光，但當(dāng)陽(yáng)光透過(guò)太陽(yáng)的高層大氣射向地球時(shí)，太陽(yáng)高層大氣中含有的元素會(huì)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(dá)地球的這些譜線看起來(lái)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(diǎn)：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達(dá)10－10 g。 (2)應(yīng)用：①應(yīng)用光譜分析發(fā)現(xiàn)新元素；②鑒別物質(zhì)的組成成分；

3、研究太陽(yáng)光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)中存在鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素；③應(yīng)用光譜分析鑒定食品優(yōu)劣。 [特別提醒]　某種原子線狀光譜中的亮線與其吸收光譜中的暗線是一一對(duì)應(yīng)的，兩者均可用來(lái)作光譜分析。 [試身手] 1．對(duì)原子光譜，下列說(shuō)法不正確的是(　　) 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．各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同 D．分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含哪些元素 解析：選B　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(cuò)誤，C正確；據(jù)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成，D正

4、確。故選B。 氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律、經(jīng)典理論的困難 [探新知·基礎(chǔ)練] 1．氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。 (2)巴耳末公式：＝R(－)(n＝3,4,5，…)。 (3)巴耳末公式的意義：以簡(jiǎn)潔的形式反映了氫原子的線狀光譜，即輻射波長(zhǎng)的分立特征。 2．經(jīng)典理論的困難 (1)核式結(jié)構(gòu)模型的成就：正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)。 (2)經(jīng)典理論的困難：經(jīng)典物理學(xué)既無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性，又無(wú)法解釋原子光譜的分立特征。 [辨是非](對(duì)的劃“√”，錯(cuò)的劃“×”) 1．氫原子光譜

5、的實(shí)驗(yàn)規(guī)律表明氫原子的光譜是連續(xù)光譜。(×) 2．由氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋原子光譜的分立特征。(√) [釋疑難·對(duì)點(diǎn)練] 1．氫原子的光譜 從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜，如圖所示。 2．氫原子光譜的特點(diǎn) 在氫原子光譜圖中的可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來(lái)越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。巴耳末對(duì)氫原子光譜的譜線進(jìn)行研究得到了下面的公式，該公式稱為巴耳末公式：＝R(n＝3,4,5,6，…)。 (1)公式中n只能取整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長(zhǎng)也只會(huì)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(lèi)似的關(guān)系式。

6、[試身手] 2．(多選)關(guān)于巴耳末公式＝R(－)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(shí)發(fā)現(xiàn)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只能取不小于3的整數(shù)值，故氫原子光譜是線狀譜 D．公式不但適用于氫原子光譜的分析，也適用于其他原子的光譜 解析：選AC　此公式只適用于氫原子光譜，且n只能取大于等于3的整數(shù)，則λ不能取連續(xù)值，故氫原子光譜是線狀譜。故A、C正確。 光譜和光譜分析 [典例1]　(多選)關(guān)于光譜和光譜分析，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜是線狀譜 B．煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜

7、是線狀譜 C．進(jìn)行光譜分析時(shí)，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(xué)組成 [思路點(diǎn)撥]　由各種光譜產(chǎn)生的條件對(duì)說(shuō)法做出分析判斷，光譜分析中應(yīng)為物體發(fā)光的光譜，而月亮不發(fā)光，它是靠反射太陽(yáng)光而“明亮”。 [解析]選BC　太陽(yáng)光譜是吸收光譜，A錯(cuò)誤；煤氣燈火焰中鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜屬稀薄氣體發(fā)光，是線狀譜，B正確；光譜分析時(shí)，可利用線狀譜或吸收光譜，不能用連續(xù)譜，C正確；由于月亮反射太陽(yáng)光，其光譜無(wú)法確定月亮的化學(xué)組成，D錯(cuò)誤。 氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 [典例2]　巴耳末通過(guò)對(duì)氫原子光譜的研究總結(jié)出巴耳末公式＝R(n＝3,4,5，…)。對(duì)此，下列說(shuō)法正確的是(

8、　　) A．巴耳末依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)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(jù)氫光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式 D．巴耳末公式全面反映了氫原子發(fā)光的實(shí)際，其波長(zhǎng)的分立值并不是人為規(guī)定的 [解析]選C　巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中的一個(gè)線系波長(zhǎng)，不能描述氫原子發(fā)出的各種光的波長(zhǎng)，也不能描述其他原子發(fā)出的光，故D錯(cuò)；巴耳末公式是根據(jù)當(dāng)時(shí)已知的可見(jiàn)光中的部分氫原子譜線總結(jié)出來(lái)的，但它適用于整個(gè)巴耳末線系，故A錯(cuò)，C對(duì)；巴耳末公式中的n不能連續(xù)取值，反映了氫原子發(fā)光的分立特征，B錯(cuò)。 巴耳末公式的應(yīng)用方法及注意問(wèn)題 (1)巴耳末公式反映氫原子發(fā)光的規(guī)律特征，

9、不能描述其他原子。 (2)公式中n只能取不小于3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，因此波長(zhǎng)也只是分立的值。 (3)公式是在對(duì)可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線分析總結(jié)出來(lái)的，在紫外區(qū)的譜線也適用。 [課堂對(duì)點(diǎn)鞏固] 1．太陽(yáng)光光譜中有許多暗線，它們對(duì)應(yīng)著某些元素的特征譜線，產(chǎn)生這些暗線是由于(　　) A．太陽(yáng)表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素 B．太陽(yáng)內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素 C．太陽(yáng)表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素 D．太陽(yáng)內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素 解析：選C　吸收光譜的暗線是連續(xù)光譜中某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的。太陽(yáng)光的吸收光譜應(yīng)是太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)出的強(qiáng)光經(jīng)較低溫度的太陽(yáng)大氣層時(shí)，某些波長(zhǎng)的光被太陽(yáng)大氣層含

10、有的元素原子吸收而產(chǎn)生的。C正確。 2．(多選)有關(guān)氫原子光譜的說(shuō)法正確的是(　　) A．氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜 B．氫原子的發(fā)射光譜是線狀譜 C．氫原子光譜說(shuō)明氫原子只發(fā)出特定頻率的光 D．氫原子光譜線的頻率都相同 解析：選BC　氫原子的發(fā)射光譜是線狀譜，說(shuō)明氫原子只能發(fā)出特定頻率的光，但所有譜線的頻率各不相同，A、D錯(cuò)誤，B、C正確。 3．關(guān)于線狀譜，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．每種原子處在不同溫度下發(fā)光的線狀譜不同 B．每種原子處在不同的物質(zhì)中的線狀譜不同 C．每種原子在任何條件下發(fā)光的線狀譜都相同 D．兩種不同的原子發(fā)光的線狀譜可能相同 解析：選C　每種原

11、子都有自己的結(jié)構(gòu)，只能發(fā)出由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的自己的特征譜線，不會(huì)因溫度、構(gòu)成物質(zhì)不同而改變，C正確。 4．(多選)關(guān)于光譜和光譜分析的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜都是發(fā)射光譜 B．氣體放電管發(fā)出的光，其譜線是線狀譜 C．光譜都可以用于物質(zhì)成分的分析 D．分析恒星光的光譜，可以確定該恒星的化學(xué)成分 解析：選BD　太陽(yáng)光譜是吸收光譜，氣體放電管的光譜是線狀譜，連續(xù)光譜不能用于物質(zhì)成分的分析，恒星自身發(fā)光，其光譜為原子光譜，可用于光譜分析。綜上所述，B、D正確。 [課堂小結(jié)]- - - - - - - - - - - - - - - [課時(shí)跟蹤檢測(cè)十一]

12、 一、單項(xiàng)選擇題 1．關(guān)于光譜，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．一切光源發(fā)出的光譜都是連續(xù)譜 B．一切光源發(fā)出的光譜都是線狀譜 C．稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜 D．作光譜分析時(shí)，利用連續(xù)譜和線狀譜都可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的化學(xué)組成 解析：選C　不同光源發(fā)出的光譜有連續(xù)譜，也有線狀譜，故A、B錯(cuò)誤；稀薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜，C正確；連續(xù)譜不可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的化學(xué)組成，D錯(cuò)誤。 2．關(guān)于特征譜線的說(shuō)法正確的是(　　) ①明線光譜中的明線和吸收光譜中的暗線都是特征譜線 ②明線光譜中的明線是特征譜線，吸收光譜中的暗線不是特征譜線?、勖骶€光譜中的明線不是特征譜線，吸收光譜中的暗

13、線是特征譜線?、芡辉氐拿骶€光譜的明線與吸收光譜的暗線是相對(duì)應(yīng)的 A．只有① B．只有③ C．只有①④ D．只有②④ 解析：選C　明線光譜和吸收光譜都是原子的特征譜線，且明線與暗線是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。故C正確。 3．下列對(duì)氫原子光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)律的認(rèn)識(shí)中，正確的是(　　) A．因?yàn)闅湓雍送庵挥幸粋€(gè)電子，所以氫原子只能產(chǎn)生一種波長(zhǎng)的光 B．氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列波長(zhǎng)不連續(xù)的譜線 C．氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列亮度不連續(xù)的譜線 D．氫原子產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)大小與氫氣放電管放電強(qiáng)弱有關(guān) 解析：選B　氫原子光譜是線狀譜，波長(zhǎng)是一系列不連續(xù)的、分立的特征譜線，并不是只含有一種波長(zhǎng)的光，也

14、不是亮度不連續(xù)的譜線，B對(duì)，A、C錯(cuò)；氫原子光譜是氫原子的特征譜線，氫原子發(fā)出的光的波長(zhǎng)與放電管的放電強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，D錯(cuò)。 4．月亮的光通過(guò)分光鏡所得到的光譜是(　　) A．連續(xù)光譜 B．吸收光譜 C．明線光譜 D．原子光譜 解析：選B　月亮的光是反射太陽(yáng)的，太陽(yáng)的光是吸收光譜。故B正確。 5．氫原子光譜的巴耳末系中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光波的波長(zhǎng)為λ1，波長(zhǎng)次之為λ2，則為(　　) A. B. C. D. 解析：選B　由＝R(n＝3,4,5，…)得：當(dāng)n＝3 時(shí)，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，＝R，當(dāng)n＝4時(shí)，波長(zhǎng)次之，＝R，解得＝，B正確。 二、多項(xiàng)選擇題 6．下列物質(zhì)中產(chǎn)生線狀譜的是(　

15、　) A．熾熱的鋼水 B．發(fā)光的日光燈管 C．點(diǎn)燃的蠟燭 D．極光 解析：選BD　熾熱的鋼水、點(diǎn)燃的蠟燭能產(chǎn)生連續(xù)譜，發(fā)光的日光燈管能產(chǎn)生水銀蒸氣的線狀譜，極光是宇宙射線激發(fā)的氣體發(fā)光，能產(chǎn)生線狀譜。選項(xiàng)B、D正確。 7．通過(guò)光柵或棱鏡獲得物質(zhì)發(fā)光的光譜，光譜(　　) A．按光子的頻率順序排列 B．按光子的質(zhì)量大小排列 C．按光子的速度大小排列 D．按光子的能量大小排列 解析：選AD　由于光譜是將光按波長(zhǎng)展開(kāi)得到的，而波長(zhǎng)與頻率相對(duì)應(yīng)，故A正確；光子沒(méi)有質(zhì)量，各種色光在真空(或空氣)中傳播速度相同，B、C錯(cuò)誤；由愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)，可知光子能量與光子頻率相對(duì)應(yīng)，D正確。

16、 8．以下說(shuō)法正確的是(　　) A．進(jìn)行光譜分析可以用連續(xù)光譜，也可以用吸收光譜 B．光譜分析的優(yōu)點(diǎn)是非常靈敏而且迅速 C．線狀光譜和吸收光譜都可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析 D．?dāng)z下月球的光譜可以分析出月球上有哪些元素 解析：選BC　光譜分析常用來(lái)反映原子的特征，譜線既可以用線狀光譜也可以用吸收光譜，但不能用連續(xù)光譜，A錯(cuò)，C對(duì)；利用光譜分析時(shí)，樣品中元素達(dá)到10－10 g就可以被檢測(cè)得到，靈敏度很高，B對(duì)；月亮本身不發(fā)光，它的光是反射的太陽(yáng)光，故通過(guò)分析月亮的光譜可以分析太陽(yáng)的大氣中所含的元素，但分析不出月球上有哪些元素，D錯(cuò)。 9．關(guān)于巴耳末公式＝R(n＝3,4,5，…)的理解，正確的

17、是(　　) A．此公式是巴耳末在研究氫原子光譜特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的 B．公式中的n可以是任意數(shù)，故氫原子發(fā)光的波長(zhǎng)是任意的 C．公式中的n是大于等于3的正整數(shù)，所以氫原子光譜不是連續(xù)的 D．該公式包含了氫原子的所有光譜線 解析：選AC　巴耳末公式是分析氫原子的譜線得到的一個(gè)公式，它只反映氫原子譜線的一個(gè)線系，故A對(duì)，D錯(cuò)。公式中的n只能取不小于3的正整數(shù)，故B錯(cuò)，C對(duì)。 三、非選擇題 10．如圖所示，圖甲是a、b、c、d四種元素的線狀譜，圖乙是某礦物的線狀譜，通過(guò)光譜分析可以了解該礦物中缺乏的是________。 解析：將題圖甲中的a、b、c、d與題圖乙對(duì)比可以看出，a、c中的亮條紋在題圖乙中已出現(xiàn)，而b、d中的亮條紋在題圖乙中未出現(xiàn)，故該礦物質(zhì)中缺乏b、d兩種元素。 答案：b元素和d元素 11．根據(jù)巴耳末公式，指出氫原子光譜在可見(jiàn)光的范圍內(nèi)波長(zhǎng)最長(zhǎng)的2條譜線，其波長(zhǎng)分別為654.55×10－9 m和484.85×10－9 m，求所對(duì)應(yīng)的n。 解析：據(jù)巴耳末公式 ＝R 得＝ 1．10×107 m－1×， 解得n1＝3； ＝1.10×107 m－1×， 解得n2＝4。 答案：3　4 8