2018-2019高中物理 第18章 原子結構 18.3 氫原子光譜課件 新人教版選修3-5.ppt

3 氫原子光譜,【自主預習】 1.光譜: (1)光譜:用_可以把各種顏色的光按_ 展開,獲得光的_和_分布的記錄。,光柵或棱鏡,波長,波長(頻率),強度,(2)分類: 線狀譜:光譜是一條條的_。 連續(xù)譜:光譜是_的光帶。 (3)線狀譜與原子:各種原子的發(fā)射光譜都是_, 不同原子的亮線位置_,說明原子只發(fā)出幾種_ _的光,不同原子的發(fā)光頻率_,光譜中的亮 線稱為原子的_。,亮線,連在一起,線狀譜,不同,特定,頻率,不一樣,特征譜線,(4)應用:由于每種原子都有自己的_,可以利 用它來鑒別物質和確定物質的_。這種方法稱 為光譜分析,它的優(yōu)點是_高,樣本中一種元素的 含量達到_時就可以被檢測到。,特征譜線,組成成分,靈敏度,10-10g,2.氫原子光譜的實驗規(guī)律與經典電磁理論的困難: (1)氫原子光譜的實驗規(guī)律: 許多情況下光是由原子內部電子的運動產生的,因此 光譜研究是探索_的一條重要途徑。,原子結構,氫原子光譜的實驗規(guī)律滿足 巴耳末公式: (n=3,4,5) 式中R為_常量,R=1.10107m-1,n取整數。 巴耳末公式的意義:以簡潔的形式反映了氫原子的 _光譜,即輻射波長的_特征。,里德伯,線狀,分立,(2)經典理論的困難: 經典電磁理論無法解釋原子核外的電子高速繞核轉 動而又_電磁波而處于穩(wěn)定狀態(tài)。 經典電磁理論無法解釋原子光譜的_特征。,不輻射,分立,【預習小測】 1.(多選)關于光譜,下列說法中正確的是() A.熾熱的液體發(fā)射連續(xù)光譜 B.明線光譜和暗線光譜都可以用來對物質進行分析 C.太陽光譜中的暗線,說明太陽中缺少與這些暗線相對應的元素 D.發(fā)射光譜一定是連續(xù)光譜,【解析】選A、B。熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜,故A正確;每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光,各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對應,因此吸收光譜中的暗譜線,也是原子的特征譜線,可以用來光譜分析,B正確;太陽光譜中的暗線,說明太陽大氣中含有與這些暗線相對應的元素,C錯誤;發(fā)射光譜有連續(xù)光譜和明線光譜,D錯誤。,2.關于線狀譜,下列說法中正確的是() 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。每種原子都有自己的結構,只能發(fā)出由內部結構決定的自己的特征譜線,不會因溫度、物質不同而改變,C正確。,3.(多選)有關氫原子光譜的說法正確的是() A.氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜 B.氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光 C.氫原子光譜說明氫原子能級是分立的 D.氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差無關,【解析】選B、C。原子的發(fā)射光譜是原子躍遷時形成的,由于原子的能級是分立的,所以氫原子的發(fā)射光譜不是連續(xù)譜,原子發(fā)出的光子的能量正好等于原子躍遷時的能級差,故氫原子只能發(fā)出特定頻率的光,綜上所述,選項A、D錯,B、C對。,主題一光譜 【互動探究】 1.不同物質具有不同的光譜形式,那么光譜有哪些種類? 提示: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。 連續(xù)譜;線狀譜(原子光譜)。 (2)吸收光譜。,2.不同種類的光譜是如何產生的? 提示:(1)發(fā)射光譜:物體發(fā)光直接產生的光譜。它又分為連續(xù)譜和線狀譜。 連續(xù)譜:這種光譜看起來不是一條條分立的譜線,而是連在一起的光帶,我們把它叫作連續(xù)譜。熾熱的固體、液體和高壓氣體所產生的光譜都是連續(xù)譜。,線狀譜:由一條條亮線構成,它是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的,因此也稱為原子光譜。 (2)吸收光譜:高溫的固體或液體發(fā)出的光(其中含可見光的一切波長的光)通過低溫物質時,某些波長的光被該物質吸收后所形成的光譜稱為吸收光譜。,3.什么是光譜分析?用哪種光譜可以進行光譜分析? 提示: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物質和確定它的化學組成,這種方法叫作光譜分析。做光譜分析時,可以利用線狀譜,也可利用吸收光譜。,4.利用白熾燈的光譜,能否檢測出燈絲的成分? 提示:不能。白熾燈的光譜是連續(xù)譜,不是原子的特征譜線,因而無法檢測出燈絲的成分。,【探究總結】 1.各種光譜的產生條件: (1)連續(xù)譜(連續(xù)光譜)產生條件:熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的。 (2)線狀譜(明線光譜或原子光譜)產生條件:稀薄氣體或金屬的蒸氣發(fā)光形成的。 (3)吸收光譜產生條件:白光通過溫度較低的氣體后,再色散形成的。,2.光譜分析的應用: (1)線狀譜是由稀薄氣體或金屬蒸氣產生的。線狀譜中每條光譜線對應著一種頻率,不同元素的原子產生的線狀譜不同,因而可以用線狀譜來確定物質的成分。,(2)吸收光譜是由高溫物體發(fā)出的白光通過低溫物質,某些波長的光被吸收后產生的光譜,是在連續(xù)譜的背景下有若干暗線,而這些暗線與線狀譜的亮線一一對應,因而吸收光譜中的暗線也是該元素原子的特征譜線,因而吸收光譜也可用來確定物質的成分。,【典例示范】 (多選)下列關于光譜的說法正確的是() A.連續(xù)光譜就是由連續(xù)發(fā)光的物體產生的光譜,線狀譜是線狀光源產生的光譜 B.通過對連續(xù)譜的光譜分析,可鑒定物質成分,C.連續(xù)光譜包括一切波長的光,線狀譜只包括某些特定波長的光 D.通過對線狀譜的明線光譜分析或對吸收光譜的暗線分析,可鑒定物質成分,【解題指南】解答本題應把握以下三點: (1)弄清連續(xù)譜和線狀譜的產生和概念。 (2)正確區(qū)分連續(xù)譜和線狀譜。 (3)知道哪些譜線可以用來光譜分析。,【解析】選C、D。連續(xù)譜是指光譜由連續(xù)分布的一切 波長的光(一切單色光)組成的,而不是指光源是連續(xù) 的。連續(xù)譜是由熾熱固體、液體及高壓氣體發(fā)光產生 的,線狀譜是由一些不連續(xù)的亮線組成的,由稀薄氣體 或金屬蒸氣所發(fā)出的光產生的,而不是指光源是線狀光 源,A錯,C對;光譜分析是根據不同原子都有自己的特征 譜線來鑒別物質和確定物質的組成成分的方法,連續(xù)譜,含有一切波長的光,不是原子的特征譜線,不能用來做光譜分析,而線狀譜和吸收光譜都是原子自身的特征譜線,所以可以用來做光譜分析,鑒定物質成分,其優(yōu)點是靈敏度很高,在發(fā)現(xiàn)和鑒定元素上有著重大的意義,B錯,D對。,【探究訓練】 1.(2018嘉興高二檢測)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,下列說法正確的是(),A.利用高溫物體的連續(xù)譜就可鑒別其組成成分 B.利用物質的線狀譜就可鑒別其組成成分 C.高溫物體發(fā)出的光通過物質后的光譜上的暗線反映了高溫物體的組成成分 D.同一種物質的線狀譜與吸收光譜上的暗線,由于光譜的不同,它們沒有關系,【解析】選B。高溫物體的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)光的線狀譜中 的明線是與某種原子發(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,C錯誤;,某種物質發(fā)出某種頻率的光,當光通過這種物質時它也會吸收這種頻率的光,因此線狀譜中的亮線與吸收光譜中的暗線相對應。D錯誤。,2.下列關于光譜和光譜分析的說法正確的是() A.太陽光產生的光譜是連續(xù)光譜 B.太陽光譜中的暗線說明太陽上缺少與這些暗線相對應的元素 C.我們能通過光譜分析鑒別月球的物質成分 D.連續(xù)光譜是不能用來做光譜分析的,【解析】選D。太陽光譜中的暗線說明太陽大氣層中含有與這些暗線對應的物質,A、B錯;月球不發(fā)光,它反射的是太陽光,故C錯;光譜分析只能用線狀譜或吸收光譜,D正確。,主題二氫原子光譜的實驗規(guī)律 與經典電磁理論的困難 【互動探究】 1.氫原子光譜的形式是怎樣的?它是如何獲取的? 提示:氫原子光譜是線狀譜,用氫氣放電管和光譜儀可以獲得氫原子光譜。,2.試分析氫原子光譜的特點。 提示: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(xiàn)出明顯的規(guī)律性。巴耳末 對放電的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: (n=3,4,5,),式中n只能取整數,最大值為6,最小值為3,R稱為里德伯常量,R=1.10107m-1。,3.盧瑟福的原子結構很好地解釋了粒子散射實驗,核外的電子繞核高速旋轉,這個結構和經典的電磁理論有什么矛盾?,提示:核外電子被庫侖力吸引電子以很大速度繞核運動(繞核運動的加速度不為零)電磁場周期性變化向外輻射電磁波(繞核轉動的能量以電磁波的形式輻射出去)能量減少電子繞核運行軌道半徑減小電子做螺旋線運動,最后落入原子核中,但是原子是穩(wěn)定的,并沒有原子核外的電子落入原子核內。所以,經典的電磁理論不能解釋原子核外的電子的運動情況和原子的穩(wěn)定性。,4.通過對氫原子光譜特點的分析,氫原子光譜是分立的線狀譜,并符合巴耳末公式,這和經典的電磁理論又有什么對立之處?經典的電磁理論不能解釋哪些地方?,提示:電子繞核運動時輻射電磁波的頻率應等于電子繞核轉動的頻率電子越轉能量越小軌道半徑不斷減小運行頻率不斷改變這個變化有連續(xù)性原子輻射電磁波的頻率也要不斷變化大量原子發(fā)光的光譜應該是連續(xù)譜。據經典理論,以上推理都是正確的,但推出的結果與現(xiàn)實不相符,說明經典理論可以很好地應用于宏觀物體,但不能用于解釋原子世界的現(xiàn)象。,【探究總結】 1.氫原子光譜:氫原子光譜呈現(xiàn)分立的明線條紋,在可見光區(qū)內,由右向左,相鄰譜線間的距離越來越小,表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。,2.氫原子光譜的特點: (1)在可見光區(qū)域內,4條譜線符合巴耳末公式 n=3,4,5 (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。,3.經典理論的局限性: (1)經典理論無法解釋原子的穩(wěn)定性。 (2)經典理論無法解釋原子光譜是分立的線狀譜。,【典例示范】 (多選)關于經典電磁理論與原子的核式結構之間的關系,下列說法正確的是() A.經典電磁理論很容易解釋原子的穩(wěn)定性 B.根據經典電磁理論,電子繞原子核轉動時,電子會不斷釋放能量,最后被吸附到原子核上 C.根據經典電磁理論,原子光譜應該是連續(xù)的 D.原子的核式結構模型徹底否定了經典電磁理論,【解題指南】(1)掌握原子的核式結構中電子的運動規(guī)律。 (2)正確理解經典電磁理論與事實不符的事實。,【解析】選B、C。根據經典電磁理論,電子在繞核做加 速運動的過程中,要向外輻射電磁波,因此能量要減少, 電子的軌道半徑要減小,最終會落到原子核上,因而原 子是不穩(wěn)定的。電子在轉動過程中,隨著轉動半徑不斷 減小,轉動頻率不斷增大,輻射電磁波的頻率不斷變化, 因而大量原子發(fā)光的光譜應該是連續(xù)譜。事實上,原子 是穩(wěn)定的,原子光譜也不是連續(xù)譜,而是線狀譜,故A錯,B、C正確。經典理論可以很好地應用于宏觀物體,但不能用于解釋原子世界的現(xiàn)象,故D錯。,【探究訓練】 1.關于巴耳末公式 的理解,下列說法正確 的是() A.所有氫原子光譜的波長都可由巴耳末公式求出 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 原子光譜的分析,【解題指南】解答本題應把握以下三點: (1)弄清巴耳末公式的適用條件。 (2)理解公式中的各物理量的含義。 (3)公式反映了氫原子光譜的分立性。,【解析】選C。只有氫原子光譜中可見光波長滿足巴耳末公式,氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線不滿足巴耳末公式,滿足的是與巴耳末公式類似的關系式,A、D錯;在巴耳末公式中的n只能取不小于3的整數,不能連續(xù)取值,波長也只能是分立的值,故氫原子光譜不是連續(xù)譜而是線狀譜,B錯,C對。,2.下列對氫原子光譜實驗規(guī)律的認識中,正確的是() A.因為氫原子核外只有一個電子,所以氫原子只能產生 一種波長的光 B.氫原子產生的光譜是一系列波長不連續(xù)的譜線 C.氫原子產生的光譜是一系列亮度不連續(xù)的譜線 D.氫原子產生的光的波長大小與氫氣放電管放電強弱 有關,【解析】選B。氫原子光譜是線狀譜,波長是一系列不連續(xù)的、分立的特征譜線,并不是只含有一種波長的光,也不是亮度不連續(xù)的譜線,B對,A、C錯;氫原子光譜是氫原子的特征譜線,只要是氫原子發(fā)出的光的光譜就相同,與放電管的放電強弱無關,D錯。,【補償訓練】 巴耳末通過對氫光譜的研究總結出巴耳末公式 (n=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,【解析】選C。巴耳末公式是依據對氫光譜的分析得出的,而不是依據核式結構總結出的,A錯、C對;巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中的一個線系波長,不能描述氫原子發(fā)出的各種光的波長,此公式反映出氫原子發(fā)光是不連續(xù)的,B、D錯。,【課堂小結】,