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1、3 氢原子光谱,一、光谱 1.定义 用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。 2.分类 (1)线状谱:由一条条的亮线组成的光谱。 (2)连续谱:由连在一起的光带组成的光谱。 3.特征谱线 各种原子的发射光谱都是线状谱,且不同原子的亮线位置不同,故这些亮线称为原子的特征谱线。 4.光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线,可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分,这种方法称为光谱分析,它的优点是灵敏度高,样本中一种元素的含量达到10-10 g时就可以被检测到。,二、氢原子光谱的实验规律 1.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的,因此光谱研究是探

2、索原子结构的一条重要途径。,3.巴耳末公式的意义:以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱,即辐射波长的分立特征。 三、经典理论的困难 1.核式结构模型的成就:正确地指出了原子核的存在,很好地解释了粒子散射实验。 2.经典理论的困难: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。,自我检测 1.思考辨析。 (1)火焰上燃烧的钠盐汽化后的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是吸收光谱。 ( ) 解析:钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱。 答案: (2)氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的。 ( ) 解析:不同的原子发出的谱线不同,每一种原子都有自己的特征谱线。 答案: (3)帕邢系谱线对应的光波在真

3、空中的波速小于光速。( ) 解析:帕邢系形成的谱线在红外区域,而红外线属于电磁波,在真空中以光速传播。 答案:,(4)各种原子的发射光谱都是线状谱,并且只能发出几个特定的频率。 ( ) 解析:各种原子只能发出几个特定频率的光,不同原子的亮线位置不同,说明不同原子的发光频率是不同的,光谱中的亮线成为原子的特征谱线。 答案: (5)光是由原子核内部的电子运动产生的,光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径。 ( ) 解析:许多情况下光是由原子内部电子(即原子核外电子)的运动产生的,原子核内部没有电子,因此光谱的研究是探索原子结构的一条重要途径。 答案:,2.探究讨论。 根据经典的电磁理论,原子的

4、光谱是怎样的?而实际看到的原子的光谱是怎样的? 答案:根据经典电磁理论,原子可以辐射各种频率的光,即原子光谱应该是连续的,而实际上看到的原子的光谱总是分立的线状谱。,探究一,探究二,光谱 问题探究 早在17世纪时,牛顿就发现了太阳光通过三棱镜后的色散现象,并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。1814年,德国物理学家夫琅禾费对太阳光谱进行了细心的检验,并自己编绘了太阳光谱图。这个光谱图内有多条黑线,夫琅禾费对其中8条重要的黑线做了标识。这些黑线后来就成为比较不同玻璃材料折射率的标准,并为光谱精确测量提供了基础,此后,许多科学家对光谱进行了实验研究,认识到光谱与物质的化学成分有关,从而促进了光谱分析

5、技术的应用,请你上网查询结合对光谱的认识,谈一谈在日常生活中光谱有哪些应用?,探究一,探究二,要点提示:光谱分析可以检测半导体材料硅和锗是不是达到高纯度要求;光谱分析可以帮助人们发现新元素;光谱分析可以研究天体的成分,光谱分析可以鉴定食品的优劣;光谱分析可以鉴定文物等。,探究一,探究二,知识归纳 1.光谱的分类和比较,探究一,探究二,2.太阳光谱 (1)太阳光谱的特点:在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线,是一种吸收光谱。 (2)产生原因:当阳光透过太阳的高层大气射向地球时,太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光,这就形成了连续谱背景下的暗线。,探究一,探究二,3.光谱分析 由于每种

6、原子都有自己的特征谱线,可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分,这种方法称为光谱分析。 (1)优点:灵敏度高,样本中一种元素的含量达到10-10 g时就可以被检测到。 (2)应用:a.发现新元素;b.鉴别物体的物质成分。 (3)用于光谱分析的光谱:线状谱和吸收光谱。连续谱不能用于光谱分析,光谱分析只能用特征谱线来分析。,探究一,探究二,典例剖析 【例题1】 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是( ) A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱 B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱 C.进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续光谱 D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分

7、【思考问题】 光谱分析用的是什么谱线? 提示:是线状谱或吸收光谱这一类的特征谱线。,探究一,探究二,解析:太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱,正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致,白炽灯发出的是连续谱,选项A错误;月球本身不会发光,靠反射太阳光才能使我们看到它,所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分,选项D错误;光谱分析只能是线状谱和吸收光谱,连续谱是不能用来进行光谱分析的,所以选项C正确;煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱,选项B正确。 答案:BC 特别提醒某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的,两者均可用作

8、光谱分析。,探究一,探究二,变式训练1(多选)关于太阳光谱,下列说法正确的是( ) A.太阳光谱是吸收光谱 B.太阳光谱中的暗线,是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的 C.根据太阳光谱中的暗线,可以分析太阳的物质组成 D.根据太阳光谱中的暗线,可以分析地球大气层中含有哪些元素 解析:太阳是一个高温物体,它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时,会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收,从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱,所以分析太阳光谱可知太阳大气层的物质组成。 答案:AB,探究一,探究二,氢原子光谱的实验规律 问题探究 氢原子是自然界中最简单的原子,对它的光谱线的研究获得的原

9、子内部结构的信息,对于研究更复杂的原子的结构有指导意义。从氢气放电管可以获得氢原子光谱,如图所示,氢原子的光谱为线状谱。试分析氢原子光谱的分布特点。 要点提示:在氢原子光谱图中的可见光区内,由右向左,相邻谱线间的距离越来越小,表现出明显的规律性。,探究一,探究二,知识归纳 1.巴耳末公式,(2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值,不能取连续值。巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱,即辐射波长的分立特征。 2.其他公式,探究一,探究二,巴耳末公式仅反映了氢原子的线状光谱,不能描述其他原子。,探究一,探究二,典例剖析 【例题2】 (多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式

10、 ,对此,下列说法正确的是( ) A.巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式 B.巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性 C.巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式 D.巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性,其波长的分立值并不是人为规定的 【思考问题】 巴耳末公式是怎样总结出来的? 提示:巴耳末公式是利用在可见光区的14条谱线总结出的氢原子谱线规律。,探究一,探究二,解析:巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的。氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性,即辐射波长的分立特征,选项C、D正确。 答案:CD,探究一,探究二,变式训练2氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( ),1,2,3,4

11、,1.对原子光谱,下列说法正确的是( ) A.原子光谱是连续的 B.由于原子都是由原子核和电子组成的,所以各种原子的原子光谱是相同的 C.各种原子的原子结构不同,但各种原子的原子光谱可能是相同的 D.分析物质发光的光谱,可以鉴别物质中含哪些元素 解析:原子光谱为线状谱,A错误;各种原子都有自己的特征谱线,故B、C均错误;据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成,D正确。 答案:D,1,2,3,4,2.(多选)要得到钠元素的特征谱线,下列做法正确的是 ( ) A.使固体钠在空气中燃烧 B.将固体钠高温加热成稀薄钠蒸气 C.使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气 D.使炽热固体发出的白光通过高温

12、钠蒸气 解析:炽热固体发出的是连续谱,燃烧固体钠不能得到特征谱线,A错误;稀薄气体发光产生线状谱,B正确;强烈的白光通过低温钠蒸气时,某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱,C正确,D错误。 答案:BC,1,2,3,4,3.下列说法正确的是( ) A.所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出 B.巴耳末公式中的n可以连续取值 C.巴耳末系是氢原子光谱中的不可见光部分 D.氢原子光谱是线状谱的一个例证 答案:D,1,2,3,4,4.氢原子光谱除了巴耳末系外,还有莱曼系、帕邢系等,其中帕邢系,氢原子光谱在红外线区域,试求n=6时,对应的波长为多大?,当n=6时,得1.0910-6 m。 答案:1.0910-6 m,