高二物理课件 18.3 《氢原子光谱》 （人教选修3-5）

欢迎进入物理课堂 一 光谱的分类和光谱分析 1 光谱的分类 2 线状谱和连续谱的不同之处 3 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 对太阳光谱的解释 阳光中含有各种颜色的光 但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 然后再向四面八方发射出去 到达地球的这些谱线看起来就暗了 这就形成了连续谱背景下的暗线 4 光谱分析 1 优点 灵敏度高 分析物质的最低量达10 10g 2 应用 应用光谱分析发现新元素 鉴别物体的物质成分 研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠 镁 铜 锌 镍等金属元素 应用光谱分析鉴定食品优劣 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 两者均可用来作光谱分析 典例1 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 解题指导 解答该题的关键是理解太阳光谱的形成机理 知道太阳光谱是太阳光经过太阳大气后产生的 标准解答 选A B 太阳是高温物体 它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时 某些特定频率的光会被太阳大气层中的某些元素吸收 故我们观察到的太阳光谱是吸收光谱 因此 选项A B正确 分析太阳的吸收光谱 可知太阳大气层的物质组成 而某种物质要观测到它的吸收光谱 要求它的温度不能太低 也不能太高 否则会直接发光 由于地球大气层的温度很低 太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸收 故选项C D错误 规律方法 光谱问题的分析方法解决光谱和光谱分析的问题 应从分析光谱成因入手 理解不同谱线的特征 1 连续谱和线状谱都是物体直接发光产生的光谱 同属发射光谱 连续谱由炽热的固体 液体和高压气体直接发光形成 光谱为一条光带 含有各种频率的光 线状谱是由稀薄气体或金属蒸气产生的 光谱是一些不连续的亮线 仅含有一些特定频率的光 线状谱中每条光谱线对应着一种频率 不同元素的原子产生的线状谱不同 因而可以用线状谱来确定物质的成分 2 太阳光谱是吸收光谱 吸收光谱是由高温物体发出的白光通过低温物质 某些波长的光被吸收后产生的光谱 光谱是在连续谱的背景下有若干暗线 而这些暗线与线状谱的亮线一一对应 因而吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线 变式训练 下列关于光谱和光谱分析的说法中 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 解析 选B C 太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续光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光谱 A项错误 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 D项错误 光谱分析只能是明线光谱和吸收光谱 连续光谱是不能用来作光谱分析的 所以C项正确 煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯都是稀薄气体发出的光 产生的光谱都是线状谱 B项正确 二 氢原子光谱的实验规律 2 氢原子光谱的特点 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 巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式 该公式称为巴耳末公式 n 3 4 5 6 1 公式中n只能取整数 不能连续取值 波长也只会是分立的值 2 除了巴耳末系 氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线 也都满足与巴耳末公式类似的关系式 巴耳末系是氢原子在可见光区的一组谱线 在红外光区和紫外光区也有类似的谱线系 典例2 巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式 n 3 4 5 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 巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式D 巴耳末公式准确反映了氢原子发光的实际 其波长的分立值并不是人为规定的 解题指导 解答该题应注意以下几点 1 巴耳末公式的由来 2 巴耳末公式反映氢原子的发光分立性 标准解答 选C 巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一个线系波长 不能描述氢原子发出的各种光的波长 也不能描述其他原子发出的光 故A D错 巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的 但它适用于整个巴耳末线系 包括可见光和紫外线 故B错C对 规律方法 巴耳末公式的应用方法及注意问题 1 巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征 不能描述其他原子 2 公式中n只能取整数 不能连续取值 因此波长也只是分立的值 3 公式是在对可见光区的四条谱线分析总结出的 在紫外区的谱线也适用 4 应用时熟记公式 当n取不同值时求出一一对应的波长 变式训练 关于巴耳末公式n 3 4 5 的理解 正确的是 A 此公式只适用于氢原子发光B 公式中的n可以是任意数 故氢原子发光的波长是任意的C 公式中的n是大于等于3的正整数 所以氢原子光谱不是连续的D 该公式包含了氢原子的所有光谱线 解析 选A C 巴耳末公式是分析氢原子的谱线得到的一个公式 它只反映氢原子谱线的一个线系 故A对D错 公式中的n只能取不小于3的正整数 B错C对 典例 氢原子光谱在可见光的范围内有两条谱线 其波长分别为654 55 10 9m和484 85 10 9m 根据巴耳末公式 求所对应的n 解题指导 根据给出的光谱线对应的波长应用巴耳末公式确定出n 标准解答 据巴耳末公式得解得n1 3 解得n2 4 答案 3 4 一 选择题1 关于原子光谱 下列说法正确的是 A 原子光谱是不连续的 是由若干频率的光组成的B 大量原子发光的光谱是连续的 少量原子发光的光谱是不连续的C 由于原子都是由原子核和核外电子组成的 所以各种原子的原子光谱是相同的D 由于各种原子结构不同 所以各种原子的原子光谱也不相同 解析 选A D 原子光谱是线状谱 光谱是一系列不连续的亮线 每条亮线对应一个频率 原子光谱是由若干频率的光组成的 故A对 B错 各种原子都有自己的特征谱线 不同元素的原子特征谱线不同 故C错 D对 2 2011 湖州高二检测 关于光谱 下列说法正确的是 A 大量原子发出的光谱是连续谱 少量原子发出的光谱是线状谱B 线状谱由不连续的若干波长的光组成C 作光谱分析时只能用发射光谱 不能用吸收光谱D 作光谱分析时只能用吸收光谱 不能用发射光谱 解析 选B 原子发出的光谱是特征光谱 是线状谱 A错 线状谱只包含对应波长的若干光 B对 作光谱分析一定要用线状谱 既可以是发射光谱也可以是吸收光谱 C D错 3 关于光谱 下列说法正确的是 A 一切光源发出的光谱都是连续谱B 一切光源发出的光谱都是线状谱C 稀薄气体发出的光谱是线状谱D 月亮的光谱是连续谱 解析 选C 稀薄气体发出的光谱是线状谱 故A错C对 月亮本身不发光 它反射太阳光 而太阳光是吸收光谱 所以月亮光是吸收光谱 D错 高温物体发射的是连续谱 如白炽灯 故B错 4 下列关于光谱的说法正确的是 A 炽热固体 液体和高压气体发出的光谱是连续谱B 各种原子的线状谱中的明线和它的吸收谱中的暗线必定一一对应C 气体发出的光只能产生线状谱D 甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱 解析 选A 由于通常看到的吸收光谱中的暗线比线状谱中的明线要少一些 所以B不对 而气体发光时 若是高压气体发光形成连续光谱 若是稀薄气体发光形成线状谱 故C也不对 甲物质发出的白光通过低温的乙物质蒸气后 得到的是乙物质的吸收光谱 所以D错误 答案为A 5 对于巴耳末公式下列说法正确的是 A 所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B 巴耳末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长C 巴耳末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长 其中既有可见光 又有紫外光D 巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长 解析 选C 巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系波长 不能描述氢原子发出的各种波长 也不能描述其他原子的发光 A D错误 巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的 但它适用于整个巴耳末线系 该线系包括可见光和紫外光 B错误 C正确 6 2011 常州高二检测 利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分 关于光谱分析下列说法正确的是 A 利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B 利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C 高温物体发出的光通过物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D 同一种物质的线状谱与吸收光谱上的暗线由于光谱的不同 它们没有关系 解析 选B 由于高温物体的光谱包括了各种频率的光 与其组成成分无关 故A错误 某种物质发光的线状谱中的明线与某种原子发出的某频率的光有关 通过这些明线与原子的特征谱线对照 即可确定物质的组成成分 B正确 高温物体发出的光通过物质后某些频率的光被吸收而形成暗线 这些暗线与所通过的物质有关 C错误 某种物质发出某种频率的光 当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光 因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应 D错误 7 氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为 解析 选A 由巴耳末公式n 3 4 5 当n 时 最小波长当n 3时 最大波长 8 太阳光的光谱中有许多暗线 它们对应着某些元素的特征谱线 产生这些暗线是由于 A 太阳表面大气层中缺少相应的元素B 太阳内部缺少相应的元素C 太阳表面大气层中存在着相应的元素D 地球大气层中存在着相应的元素 解析 选C 吸收光谱的暗线是连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的 太阳光的吸收光谱 是当太阳内部发出的强光经较低温度的太阳大气层时 某些波长的光被太阳大气层含有的元素吸收而产生的 因此正确答案为C 方法技巧 求解光谱和光谱分析问题的技巧解决有关光谱和光谱分析的问题 应从深入理解光谱的成因入手 正确理解不同谱线的特点 1 发射光谱 物体直接发出的光通过分光镜后产生的光谱 它可分为连续谱和线状谱 连续谱 由连续分布的一切波长的光 一切单色光 组成的光谱 炽热的固体 液体和高压气体的发射光谱是连续谱 如灯丝发出的光 炽热的钢水发出的光等都形成连续谱 线状谱 只含有一些不连续的亮线的光谱 它是由游离状态的原子发射的 因此也叫原子光谱 稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是线状谱 2 吸收光谱 高温物体发出的白光通过温度较低的物质时 某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱 这种光谱的特点是在连续光谱的背景上有若干条暗线 例如太阳光谱就是太阳内部发出的强光经温度较低的太阳大气层时产生的吸收光谱 二 非选择题9 试计算氢原子光谱中巴耳末系的最长波和最短波的波长各是多少 解析 根据巴耳末公式 当n 3时波长最长 其值为当n 时 波长最短 其值为答案 6 55 10 7m3 64 10 7m 10 氢原子光谱除了巴耳末系外 还有赖曼系 帕邢系等 其中帕邢系的公式为n 4 5 6 R 1 10 107m 1 若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域 试求 1 n 7时 对应的波长 2 帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多大 n 7时 传播频率为多大 解析 1 由帕邢系公式 当n 7时 得 1 00 10 6m 2 由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 故波速为光速c 3 108m s 由v f 得答案 1 1 00 10 6m 2 3 108m s3 1014Hz Thankyou 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全