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1、 9 / 8 2019最新粵教版高中物理選修(3-5)第三章《氫原子光譜》學案 ［學習目標定位］1. 了解氫原子光譜的特點.2.知道巴耳末公式及里德伯常量 .3. 了解原 子光譜及光譜分析的應用. 溫故追本溯源推陳方可知新 知識?儲備區(qū) 1 .三棱鏡的分光原理 如圖1所示,白光通過三棱鏡后,由于棱鏡對不同色光的折射率不同 ,從而使白光分解成 單色光，形成從紅到紫依次按順序排列的彩色光帶 ，這種復色光分解為單色光的現象叫 光的色散. 2 .各種色光按波長由大到小的排列順序是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫 ，頻率和波長 的關系是c=Af. 新知星現

2、 3 .氫原子光譜 (1)氫光譜的獲得：在充有稀薄氫氣的放電管兩極間加上 2 kV?3 kV的高壓，使氫氣放 電,氫原子在電場的激發(fā)下發(fā)光 ，再通過分光鏡觀察氫原子的光譜. (2)光譜的特點 ①氫原子光譜在可見光區(qū)內有四條譜線 ，這些譜線是幾條分立的亮線. ②氫原子受激發(fā)只能發(fā)出幾種特定頻率的光. 4 .氫原子光譜的實驗規(guī)律 1 (1)氫原子在可見光區(qū)的四條譜線的波長可用一個簡單的公式一一巴耳末公式表示： 一 = R22中，n = 345,6「式中的常數R稱為 (2)廣義巴耳末公式： 工=R《—工)，式中m和n均為正整數，且n>m 入 m n 5 .原子光譜

3、 (1)每種原子的氣體通電后都可以發(fā)光并產生固定不變的光譜 ,稱為原子光譜. (2)每種原子都有自己特定的原子光譜 ，不同的原子，其原子光譜均不相同.因而 ，原子 光譜被稱為原子的“指紋”.我們可以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. 學習T采究區(qū) 基砒自學再實更點互動探究 知識探究 一、氫原子光譜的實驗規(guī)律 1 .巴耳末公式： —=R( Z2— 72), n = 3,4,5…式中 R叫做里德伯常量,實驗值為 R= A 2 n 1.097 x 107 m 1. (1)公式特點：第一項都是 22； (2)巴耳末公式說明氫原子光譜的波長只能取分立

4、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. 2 .其他公式 氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線滿足與巴耳末公式類似的關系式.如萊曼系 在紫外光區(qū)，公式為:=R1"一 n2 ,其中n = 2,3,4,… 二、原子光譜和光譜分析 1 .光譜分類 物質的光譜按其產生方式不同可分為兩大類： (1)發(fā)射光譜一一物體直接發(fā)出的光通過分光后產生的光譜.它分為連續(xù)譜和明線光譜 (線狀譜). ①連續(xù)譜一一由連續(xù)分布的一切波長的光組成的光譜.熾熱的固體、液體和高壓氣體 的發(fā)射光譜是連續(xù)譜，如燈絲發(fā)出的光、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)譜. ②線狀

5、譜一一只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜.各種原子的發(fā)射光譜 (由稀薄氣體發(fā)出) 都是線狀譜.每種原子都有自己的特征譜線 ,不同元素線狀譜不同. (2)吸收光譜一一高溫物體發(fā)出的白光通過溫度較低的物質時 ，某些波長的光被該物質 吸收后產生的光譜.這種光譜的特點是在連續(xù)譜的背景上有若干條暗線.這些暗線與 特征譜線相對應. 2 .光譜分析 (1)由于每種原子都有自己的特征譜線 ，因此可以根據光譜來鑒別不同的原子和確定物 質的化學組成，這種方法叫做光譜分析. (2)可用于光譜分析的光譜：明線光譜和吸收光譜. 3 .太陽光譜的特點 (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

6、線 ，是一種吸收光譜. (2)產生原因：當陽光透過高層大氣射向地球時 ，高層大氣中含有的元素會吸收它自己 特征譜線的光. 典例精析 、氫原子光譜分析 例1 (雙選)巴耳末通過對氫光譜的研究總結出巴耳末公式 3,4,5,…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是人為規(guī)定的 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

7、正確. 答案 CD 例2 (單選)氫原子光譜巴耳末系最小波長與最大波長之比為 ( ) A.5 B. 9 解析 由巴耳末公式 n=3,4,5, 當n = 時，有最小波長 入i,：=吊, 入1 2  當n = 3時，有最大波長 k2,--= Ri亍一F，得 J =孱 入 2 \2 3 ； 入 2 9 答案 A 二、光譜分析 例3 （雙選）關于光譜和光譜分析，下列說法中正確的是（ ） A.霓虹燈產生的是線狀譜 B.進行光譜分析時，只能用明線光譜 C.進行光譜分析時，不可以用吸收光譜 D.同一元素吸收光譜的暗線與明線光譜的位置是一一對應的 解析 霓虹燈管內充有

8、稀薄氣體 ，產生的光譜為線狀譜,A正確.同一種元素的吸收光 譜的暗線與明線光譜位置相對應，所以進行光譜分析時既可以用明線光譜 ，也可以用吸 收光譜,D正確. 答案 AD 您課堂要點小結 ‘氫原子光譜的實驗規(guī)律 巴耳末系 ;其他譜線 巴耳末公式 , 連續(xù)譜 氫原子光譜〈 發(fā)射光3〔線狀譜 .明線光譜 :吸收光譜 原子光譜｛吸收光譜 | .、電八始利用 光譜分析 > 自我■檢測區(qū) 橫測學習效果體驗成功快樂 1.（單選）巴耳末公式簡潔顯示了氫原子光譜的 （ ） A.分立特征 B.連續(xù)特征 C.既連續(xù)又分立 D.既不連續(xù)又不分立 答案 A 解

9、析 巴耳末公式中的n只能取正整數，得到的波長是一些分立的值. 2.（雙選）對原子光譜，下列說法正確的是（ ） A.原子光譜是連續(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 CD 解析 原子光譜為明線光譜，選項A錯誤；各種原子都有自己的特征譜線 ，故選項B錯 誤，選項C正確；據各種原子的特征譜線進行光譜分析可鑒別物質的化學組成 ，選項D 正確. 3 .（單選）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

10、列說法中正確的是（ ） A.利用高溫物體的連續(xù)光譜就可以鑒別其組成成分 B.利用物質的明線光譜就可以鑒別其組成成分 C.高溫物體發(fā)出的光通過某物質后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組成成分 D.我們觀察月亮射來的光譜，可以確定月亮的化學組成 答案 B 解析 由于高溫物體的連續(xù)光譜包括了各種頻率的光 ，與其組成成分無關，故A錯誤； 某種物質發(fā)光的明線光譜中的亮線是與某種原子發(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 ，這些暗線與所經物質有關，與高溫物體無關,C錯 誤；月亮

11、反射到地面的光是太陽光譜 ，D項錯誤. 1 1 4 .氫原子光譜除了巴耳末系外 ，還有萊曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式為 —=R^-2 入 3 —，），n=4,5,6,…，R= 1.10X107 mJ若已知帕邢系的氫原子光譜在紅外區(qū) ，試求： （1） n = 6時，對應的波長？ （2）帕邢系形成的譜線在真空中的波速為多少？ n= 6時，傳播頻率為多大？ 答案 （1）1.09 X 10 6 m （2）3X108 m/s 2.75X1014 Hz ? 一 …一一 ,.1 1 1 解析（1）由帕邢系公式 丁= R（T2--）, 入 3 n 當 n = 6 時，得 入= 1.0

12、9 X 10 6 m （2）帕邢系形成的譜線在紅外區(qū) ，而紅外線屬于電磁波，在真空中以光速傳播，故波速為 光速 c=3xi08 m/s, 得 = 3X108 14 1.09 X 10 6 Hz =2.75 X 10 Hz. 40分鐘課時作業(yè) ［概念規(guī)律題組］ 1 .（單選）白熾燈發(fā)光產生的光譜是（ ） A.連續(xù)譜 B .明線光譜 C.原子光譜 D .吸收光譜 答案 A 解析 白熾燈發(fā)光是由于燈絲在熾熱狀態(tài)下發(fā)出的光 ，是連續(xù)譜. 2 .（雙選）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)出的光生成連續(xù)譜 B.各種原子的線狀譜中的明線和它的吸

13、收光譜中的暗線是一一對應的 C.氣體發(fā)出的光只能產生線狀譜 D.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 AB 解析 吸收光譜中的暗線與線狀譜中的亮線是一一對應的 ，所以B正確.而氣體發(fā)光時 若是高壓氣體發(fā)光則形成連續(xù)譜 ，若是稀薄氣體發(fā)光則形成線狀譜 ，故A正確，C錯 誤.甲物質發(fā)出的白光通過低溫的乙物質蒸氣后 ，得到的是乙物質的吸收光譜 ,D錯 誤. 3 .（雙選）關于光譜和光譜分析，下列說法正確的是（ ） A.太陽光譜與白熾燈光譜都是線狀譜 B.霓虹燈與煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產生的光譜都是線狀譜 C.做光譜分析時，可以用明線光譜，也可以用吸收

14、光譜 D.觀察月亮光譜可以完全確定月球的化學成分 答案 BC 解析 太陽光譜是吸收光譜，白熾燈光譜是連續(xù)譜，選項A錯誤；月亮本身不發(fā)光，不能 測定月球的化學成分，選項D錯誤. 4 .（單選）太陽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（） 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 解析太陽光譜是吸收光譜，是太陽發(fā)出的光線經太陽表面大氣層后形成的 ，我們可以 根據這些暗線分析太陽表面大氣層的組成. ［方法技巧題組］ 、—一—，1 1 1 ,

15、, 一 一一 5 .（雙選）關于巴耳末公式 t=R（22—孑）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.公式不但適用于氫原子光譜的分析，也適用于其他原子的光譜 答案 AC 解析 此公式是巴耳末在研究氫原子光譜在可見光區(qū)的 14條譜線中得到的，只適用于 氫原子光譜的分析，且n只能取大于或等于 3的整數，因此入不能取連續(xù)值，故氫原子 光譜是線狀譜. 6 .（單選）對于光譜，下列說法中正確的是（ ） A.大量原子發(fā)出的光譜是連續(xù)譜 ，少量

16、原子發(fā)出的光譜是線狀譜 B.線狀譜由不連續(xù)的若干波長的光所組成 C.太陽光譜是連續(xù)譜 D.太陽光譜是線狀譜 答案 B 解析原子光譜體現原子的特征，是線》^譜，同一種原子無論有多少其發(fā)光特征都相同 ， 即形成的線狀譜都一樣 ，故A錯誤；B項是線狀譜的特征 ，正確；太陽光譜是吸收 譜,C、D錯誤. 7 .（單選）關于光譜和光譜分析，下列說法正確的是（ ） A.做光譜分析時只能用發(fā)射光譜 ，不能用吸收光譜 8 .做光譜分析時只能用吸收光譜，不能用發(fā)射光譜 C.做光譜分析時既可以用發(fā)射光譜，也可以用吸收光譜 D.同一種物質的線狀譜和吸收光譜上的暗線由于光譜的不同 系 答案

17、C ［創(chuàng)新應用題組］ 8.（雙選）如圖1甲所示，是a、b、c、d四種元素的線狀譜 過光譜分析可以了解該礦物中缺乏的是 （ ） b i i 1rli i i I I I I d I I ill I 11 I Illi II I I I I I I I 甲 . L I 」」—?』一 乙 圖1 A. a元素 B . b元素 C. c元素D . d元素 答案 BD 解析 將甲中的線狀譜與乙中的譜線相對照. 9.在酒精燈的酒精中溶解些食鹽 ，燈焰會發(fā)出明亮的黃光 就會有鈉的 光譜（填“線狀”或“吸收” ）. 答案線狀 ,它們之間不存在對應關 ,圖乙是某礦物的線狀譜，通 ,用攝譜儀拍攝下來的光譜中 解析 黃光是鈉原子的發(fā)射光譜.