氢原子光谱 课件

【思路点拨】 解答本题应明确 (1)巴耳末公式的适用范围。 (2)公式中n取整数的物理意义。
【解析】选B、C。此公式只适用于巴耳末系，其他氢光谱的谱 线满足广义巴耳末公式，巴耳末系的一部分光在可见光区，因 此A、D错误，B正确；公式中n取不连续的整数，因此对应的 波长也取不连续值，C也正确。
经典电磁理论的困难 1.经典理论无法解释原子的稳定性 卢瑟福的原子结构很好地解释了α粒子散射实验，核外的电子 绕核高速旋转，这个结构和经典的电磁理论有什么矛盾？ 【思路分析】通过电子和原子核间作用力的作用效果，考虑到 电子做圆周运动，结合经典的电磁理论推导电子能量的变化和 最后的结果，再比较实际情况，分析问题的所在。
2.经典理论无法解释原子光谱是分立的线状谱 通过对氢原子光谱特点的分析，氢原子光谱是分立的线状谱， 并符合巴耳末公式，这和经典的电磁理论又有什么对立之处？ 经典的电磁理论不能解释哪些地方？
提示：电子绕核运动时辐射电磁波的频率应等于电子绕核转动 的频率→电子越转能量越小→轨道半径不断减小→运行频率不 断改变→这个变化有连续性→原子辐射电磁波的频率也要不断 变化→大量原子发光的光谱应该是连续谱。据经典理论，以上 推理都是正确的，但推出的结果与现实不相符，说明经典理论 可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释原子世界的现象。
(4)任何原子的特征谱线都遵从一定的规律，氢原子在可见光 区的四条谱线遵从巴耳末公式。故(4)错。 (5)根据经典的电磁理论电子辐射的电磁波频率就是它绕核转 动的频率，并且由于它不断地辐射电磁波能量越来越小，离原 子核也越来越近，转动得也越来越快，辐射的电磁波的频率应 是连续的，最后因失去能量而落到原子核里，从而这个系统应 是不稳定的，但氢原子的光谱是分立的，氢原子是稳定的，故 经典电磁理论不完善。故(5)错。
光谱
1.光谱的种类 我们知道不同物质具有不同的光 谱形式，那么光谱有哪些种类？ 它们是如何产生的？
点拨：因为不同元素的 原子发出的光谱不同， 线状谱也就代表了原子 的特征,因而线状谱又叫 原子的特征谱。
提示：(1)发射光谱:物体发光直接产生的光谱。它又分为连续
谱和线状谱。①连续谱:这种光谱看起来不是一条条分立的谱线,
1.经典理论无法解释原子的稳定性： (1)电子绕核高速旋转，根据经典电磁理论要辐射电磁波。 (2)电子辐射电磁波能量要减小，轨道降低，最后要落入原子 核，与事实不符。 2.经典理论无法解释原子光谱是分立的线状谱： 电子绕核旋转的轨道是任意的，根据经典电磁理论，辐射的电 磁波的频率是连续的，与氢原子的分立光谱不符。
【误区警示】此处学生容易认为只有发射光谱才能做光谱分析， 出现此种错误的原因有两个：一是不明确吸收光谱也是原子的 特征谱线；二是不明确吸收光谱的暗线和发射光谱明线的对应 关系。
【知识点拨】 三种光谱的产生条件 (1)连续谱(连续光谱)。 产生条件:炽热的固体、液体和高压气体发光形成的。 (2)线状谱(明线光谱或原子光谱)。 产生条件:稀薄气体或金属的蒸气发光形成的。 (3)吸收光谱。 产生条件:白光通过温度较低的气体后,再色散形成的。
【知识点拨】 经典电磁理论的局限 按照经典的电磁理论,电子绕原子核做圆周运动。库仑力提供向 心力,原子向外辐射电磁波,可得出以下结论: (1)原子不稳定。
(2)原子光谱应该是连续的。 实际上原子是稳定的,并且原子光谱是不连续的,经典电磁理论 与事实不符，说明了经典电磁理论还不完善，不适用于我们研 究的原子世界，原子世界需要一个不同于经典电磁理论的新理 论。
2.光谱分析 什么是光谱分析?光谱分析有何优点和意义? 提示：(1)光谱分析:每种原子都有自己的特征谱线,因此可以利 用它来鉴别物质和确定物质的组成成分,这种方法叫做光谱分析。 (2)优点:灵敏度高,分析物质的最低量达10-10 g。(3)意义：① 应用光谱分析发现新元素。②光谱分析对鉴别化学元素有着重 大的意义,许多化学元素,如铯、铷、铊、铟、镓等，都是在实 验室里通过光谱分析发现的。③天文学家将光谱分析应用于恒 星,证明了宇宙中物质构成的统一性。④光谱分析还为深入研究 原子世界奠定了基础,近代原子物理学正是从原子光谱的研究中 开始的。
【判一判】
(1)连续光谱是由各种不同频率的光组成的各种颜色的光带。
()
(2)我们能用连续光谱来鉴定物质的组成成分。
()
(3)研究线状谱也是探究原子结构的一条重要途径。 ( )
(4)氢原子光谱是一些分立的不连续的线状谱，但没有什么规
律。
()
(5)经典的电磁理论非常完美，可解释一切与之有关的现象和
规律。
氢原子光谱
一、光谱及应用
项目 定义
内容
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
分类
线状谱 连续谱
光谱是一条条的亮线 光谱是连在一起的光带
项目
内容
线状谱 与原子
各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的 亮线位置不同，说明原子只发出几种特定频率 的光，不同原子的发光频率不一样，光谱中的 亮线称为原子的特征谱线
【典例1】下列关于光谱的说法正确的是( ) A.连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状 光源产生的光谱 B.通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分 C.连续光谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的 光 D.通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析，可 鉴定物质成分
【思路点拨】 解答本题应把握以下三点 (1)弄清连续谱和线状谱的产生和概念。 (2)正确区分连续谱和线状谱。 (3)知道哪些谱线可以用来做光谱分析。
应用
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10-10g时就可以被检测到
二、氢原子光谱的实验规律与经典理论的困难
1.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
间的距离越来越小，表现出明显的规律性。巴耳末对放电的氢
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：
1

1 R( 22

1 n2
)(n

3, 4,5)
式中n只能取整数，在可见光区内，n的最大值为6，最小值为
3，R称为里德伯常量,R=1.10×107 m-1。
(1)巴耳末线系的四条谱线都处于可见光区。 (2)在巴耳末线系中n值越大，对应的波长λ越短，即n=3时， 对应的波长最长；n=6时，对应的波长最短。 (3)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。
【典例3】关于经典电磁理论与原子的核式结构之间的关系,下 列说法正确的是( ) A.经典电磁理论很容易解释原子的稳定性 B.根据经典电磁理论,电子绕原子核转动时,电子会不断释放能 量,最后被吸附到原子核上 C.根据经典电磁理论,原子光谱应该是连续的 D.原子的核式结构模型彻底否定了经典电磁理论
【思路点拨】 解决本题的关键是 (1)了解原子的核式结构中电子的运动规律。 (2)能分析经典电磁理论与现实不符的事实。
1.光谱： (1)连续谱：由各种频率或波长的可见光组成，是一条连续的 光带。 (2)线状谱：由特定的频率或波长的光组成，是一条条分立的 亮线。
2.光谱分析： (1)原子的特征谱线：原子只发出几种特定频率的光，不同原 子的亮线位置不同。 (2)物质的鉴定：利用原子的特征谱线可以鉴别物质和确定物 质的组成成分。
【解析】选B、C。根据经典电磁理论,电子在绕核做加速运动 的过程中,要向外辐射电磁波,因此能量要减少,电子的轨道半径 要减小,最终会落到原子核上,因而原子是不稳定的。电子在转 动过程中,随着转动半径不断减小,转动频率不断增大,辐射电磁 波的频率不断变化,因而大量原子发光的光谱应该是连续谱。事 实上,原子是稳定的,原子光谱也不是连续谱,而是线状谱。故A 错，B、C正确。经典理论可以很好地应用于宏观物体,但不能 用于解释原子世界的现象,故D错。
也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
【典例2】氢原子光谱的实验结果中，巴耳末总结出谱线的
波长满足公式
1

R
(
1 22

1 n2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
)，对此有以下观点，正确的
是( )
A.此公式适用于氢光谱的所有谱线
B.此公式适用于氢光谱在可见光区的谱线
C.此公式中的n只取整数，不连续取值，说明波长的不连续性
D.氢光谱在红外和紫外区的其他谱线也满足此公式
()
提示：(1)连续光谱中的频率是连续的，所以是含有各种颜色 的连续的彩色光带。故(1)对。 (2)因为每种原子都有自己的特征谱线，我们能用原子的特征 谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分。而连续光谱含有各种 频率的光，不具有原子的特征谱线，故不能用来鉴定物质的组 成成分。故(2)错。 (3)因为许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此 光谱研究是探究原子结构的一条重要途径。故(3)对。
氢原子光谱的实验规律 1.氢原子的光谱 氢原子光谱的形式是怎样的？它是如何获取的? 提示：氢原子光谱是线状谱，用氢气放电管和光谱仪可以获得 氢原子光谱，如图所示。
2.试分析氢原子光谱的特点
从氢原子光谱图中可以看出氢原子光谱有什么特点？它符合什
么规律？能否用公式表示出这个规律？
提示：在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线
【知识点拨】
巴耳末公式与其他谱线系
(1)巴耳末公式
1

R
(
1 22
中 nn12只) 能取整数,不能连续取值,波长也
只会是分立的值,这说明原子发光是不连续的,反映出原子内电
子状态变化的不连续性。
(2)其他谱线系:在氢原子光谱中的紫外和红外光区又发现新的
一些谱线系,其中赖曼系对应的是紫外区;帕邢系、布喇开系、
究是探索_原__子__结__构__的一条重要途径。
(2)氢原子光谱的实验规律满足。
巴耳末公式:
1

R
(
1 22

1 n2
)(n

3, 4,5)
式中R为_里__德__伯__常量，R=1.10×107 m-1,n取整数。
(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。 2.经典理论的困难： (1)经典电磁理论无法解释原子核外的电子高速绕核转动而又 _不__辐__射__电磁波而处于稳定状态。 (2)经典电磁理论无法解释原子光谱的_分__立__特征。
普丰特系对应的是红外区。
1.氢原子光谱：
氢原子光谱呈现分立的明线条纹，在可见光区内，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。
2.氢原子光谱的特点：
(1)在可见光区域内，4条谱线符合巴耳末公式
1 R( 1 1 ) n 3, 4,5

22 n2
(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
提示：核外电子被库仑力吸引→电子以很大速度绕核运动(绕 核运动的加速度不为零)→电磁场周期性变化→向外辐射电磁 波(绕核转动的能量以电磁波的形式辐射出去)→能量减少→电 子绕核运行轨道半径减小→电子做螺旋线运动,最后落入原子核 中，但是原子是稳定的，并没有原子核外的电子落入原子核内。 所以，经典的电磁理论不能解释原子核外的电子的运动情况和 原子的稳定性。
而是连在一起的光带,我们把它叫做连续谱。炽热的固体、液体
和高压气体所产生的光谱就是连续谱。
②线状谱:是由一条条亮线构成,我们把它们叫做谱线,这样的光 谱叫线状谱。它是由游离状态的原子发射的,因此也称为原子光 谱。稀薄气体或金属的蒸气发射的光谱就是明线光谱。 (2)吸收光谱:高温的固体或液体发出的光(其中含可见光的一切 波长的光)通过低温物质时,某些波长的光被该物质吸收后所形 成的光谱称为吸收光谱。例如,太阳光谱就是太阳内部发出的强 光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱。低温气体 原子吸收的光恰好是这种原子在高温时发出的光。因此,吸收光 谱中的谱线(暗线),也是原子的特征谱线,只是通常情况在吸收光 谱中看到的特征谱线比明线光谱中少。