PAGE8-第3節(jié)氫原子光譜1．光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)綻開(kāi)，獲得光的波長(zhǎng)(或頻率)和強(qiáng)度分布的記錄。2．線狀譜：光譜是一條條的亮線。3．連讀譜：光譜為連在一起的光帶。4．各種原子的放射光譜都是線狀譜，不同原子的亮線位置不同，這些亮線稱為原子的特征譜線。5．巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))n＝3,4,5，…一、光譜1．定義用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)綻開(kāi)，獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。2．分類(1)線狀譜：由一條條的亮線組成的光譜。(2)連續(xù)譜：由連在一起的光帶組成的光譜。3．特征譜線各種原子的放射光譜都是線狀譜，且不同原子的亮線位置不同，故這些亮線稱為原子的特征譜線。4．光譜分析由于每種原子都有自己的特征譜線，可以利用它來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，這種方法稱為光譜分析，它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，樣本中一種元素的含量達(dá)到10－10_g時(shí)就可以被檢測(cè)到。二、氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律1．很多狀況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，因此光譜探討是探究原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。2．巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5，…)。3．巴耳末公式的意義：以簡(jiǎn)潔的形式反映了氫原子的線狀光譜，即輻射波長(zhǎng)的分立特征。三、經(jīng)典理論的困難1．核式結(jié)構(gòu)模型的成就：正確地指出了原子核的存在，很好地說(shuō)明了α粒子散射試驗(yàn)。2．經(jīng)典理論的困難：經(jīng)典物理學(xué)既無(wú)法說(shuō)明原子的穩(wěn)定性，又無(wú)法說(shuō)明原子光譜的分立特征。1．自主思索——判一判(1)各種原子的放射光譜都是線狀譜，并且只能發(fā)出幾個(gè)特定的頻率。(√)(2)可以利用光譜分析來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分。(√)(3)光是由原子核內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，光譜探討是探究原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。(×)(4)淡薄氣體的分子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下會(huì)變成導(dǎo)體并發(fā)光。(√)(5)巴耳末公式中的n既可以取整數(shù)也可以取小數(shù)。(×)2．合作探究——議一議利用白熾燈的光譜，能否檢測(cè)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(wú)法檢測(cè)出燈絲的成分。對(duì)光譜和光譜分析的理解1．光譜的分類(1)放射光譜：物質(zhì)發(fā)光干脆獲得的光譜，分為連續(xù)光譜和線狀光譜(或原子光譜)。(2)汲取光譜：連續(xù)光譜中某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)汲取后產(chǎn)生的光譜。2．太陽(yáng)光譜(1)太陽(yáng)光譜的特點(diǎn)：在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線，是一種汲取光譜。(2)對(duì)太陽(yáng)光譜的說(shuō)明：陽(yáng)光中含有各種顏色的光，但當(dāng)陽(yáng)光透過(guò)太陽(yáng)的高層大氣射向地球時(shí)，太陽(yáng)高層大氣中含有的元素會(huì)汲取它自己特征譜線的光，然后再向四面八方放射出去，到達(dá)地球的這些譜線看起來(lái)就暗了，這就形成了連續(xù)譜背景下的暗線。3．光譜分析(1)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達(dá)10－10g。(2)應(yīng)用：①應(yīng)用光譜分析發(fā)覺(jué)新元素；②鑒別物體的物質(zhì)成分：探討太陽(yáng)光譜時(shí)發(fā)覺(jué)了太陽(yáng)中存在鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素；③應(yīng)用光譜分析鑒定食品優(yōu)劣。[典例][多選]下列關(guān)于光譜和光譜分析的說(shuō)法中，正確的是()A．太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜都是線狀譜B．煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜C．進(jìn)行光譜分析時(shí)，可以用線狀譜，不能用連續(xù)光譜D．我們能通過(guò)光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分[審題指導(dǎo)](1)光譜分析應(yīng)當(dāng)運(yùn)用線狀譜或汲取光譜，不能運(yùn)用連續(xù)光譜。(2)月球反射光的光譜反映的是發(fā)光物——太陽(yáng)的物質(zhì)組成。[解析]太陽(yáng)光譜中的暗線是太陽(yáng)發(fā)出的連續(xù)譜經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣層時(shí)產(chǎn)生的汲取光譜，正是太陽(yáng)發(fā)出的光譜被太陽(yáng)大氣層中存在的對(duì)應(yīng)元素汲取所致，白熾燈發(fā)出的是連續(xù)譜，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；月球本身不會(huì)發(fā)光，靠反射太陽(yáng)光才能使我們看到它，所以不能通過(guò)光譜分析鑒別月球的物質(zhì)成分，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；光譜分析只能是線狀譜和汲取光譜，連續(xù)譜是不能用來(lái)進(jìn)行光譜分析的，所以選項(xiàng)C正確；煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣或霓虹燈產(chǎn)生的光譜都是線狀譜，選項(xiàng)B正確。[答案]BC三種光譜的比較：產(chǎn)生條件光譜形式應(yīng)用線狀光譜淡薄氣體發(fā)光形成的光譜一些不連續(xù)的明線組成，不同元素的明線光譜不同(又叫特征光譜)可用于光譜分析連續(xù)光譜炙熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的連續(xù)分布，一切波長(zhǎng)的光都有不能用于光譜分析汲取光譜炙熱的白光通過(guò)溫度較白光低的氣體后，再色散形成的用分光鏡視察時(shí)，見(jiàn)到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征譜線相對(duì)應(yīng))可用于光譜分析1．關(guān)于光譜，下列說(shuō)法正確的是()A．一切光源發(fā)出的光譜都是連續(xù)譜B．一切光源發(fā)出的光譜都是線狀譜C.淡薄氣體發(fā)出的光譜是線狀譜D．做光譜分析時(shí)，利用連續(xù)譜和線狀譜都可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分解析：選C物體發(fā)光的放射光譜分為連續(xù)譜和線狀譜，A、B錯(cuò)；做光譜分析可運(yùn)用汲取光譜也可以運(yùn)用線狀譜，D錯(cuò)。2．[多選]下列關(guān)于特征譜線的幾種說(shuō)法正確的是()A．明線光譜中的明線和汲取光譜中的暗線都是特征譜線B．明線光譜中的明線是特征譜線，汲取光譜中的暗線不是特征譜線C．明線光譜中的明線不是特征譜線，汲取光譜中的暗線是特征譜線D．同一元素的明線光譜的明線與汲取光譜的暗線是相對(duì)應(yīng)的解析：選AD明線光譜中的明線與汲取光譜中的暗線均為特征譜線，并且試驗(yàn)表明各種元素汲取光譜中的每一條暗線都跟這種原子的明線光譜中的一條明線相對(duì)應(yīng)。所以選項(xiàng)A、D正確。3．下列關(guān)于光譜的說(shuō)法正確的是()A．到達(dá)地球上的太陽(yáng)光的光譜是連續(xù)光譜B．日光燈產(chǎn)生的光譜是連續(xù)光譜C．酒精燈中燃燒的鈉蒸氣所產(chǎn)生的光譜是線狀譜D．白光通過(guò)溫度較低的鈉蒸氣，所產(chǎn)生的光譜是線狀譜解析：選C太陽(yáng)發(fā)出的白光原來(lái)是連續(xù)光譜，但在穿過(guò)太陽(yáng)表面溫度比較低的太陽(yáng)大氣層時(shí)，被大氣層內(nèi)存在著的從太陽(yáng)蒸發(fā)出來(lái)的多種元素的氣體汲取，到達(dá)地球時(shí)形成汲取光譜，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；日光燈是低壓蒸氣發(fā)光，所以產(chǎn)生的是線狀譜，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；酒精燈中燃燒的鈉蒸氣屬于低壓氣體，所產(chǎn)生的光譜是線狀譜，故選項(xiàng)C正確；白光通過(guò)溫度較低的鈉蒸氣，所產(chǎn)生的光譜是汲取光譜，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。氫原子光譜的規(guī)律及應(yīng)用1．氫原子光譜的特點(diǎn)在氫原子光譜圖中的可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來(lái)越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。2．巴耳末公式(1)巴耳末對(duì)氫原子光譜的譜線進(jìn)行探討得到了下面的公式：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5，…)，該公式稱為巴耳末公式。(2)公式中只能取n≥3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長(zhǎng)是分立的值。3．其他譜線除了巴耳末系，氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線，也都滿意與巴耳末公式類似的關(guān)系式。[典例]巴耳末通過(guò)對(duì)氫光譜的探討總結(jié)出巴耳末公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5，…)，對(duì)此，下列說(shuō)法正確的是()A．巴耳末依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)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(jù)氫光譜的分析總結(jié)出巴耳末公式D．巴耳末公式精確反映了氫原子發(fā)光的分立性，其波長(zhǎng)的分立值并不是人為規(guī)定的[解析]巴耳末公式是依據(jù)對(duì)氫光譜的分析得出的，而不是依據(jù)核式結(jié)構(gòu)總結(jié)出的，A錯(cuò)、C對(duì)；巴耳末公式只確定了氫原子發(fā)光中的一個(gè)線系波長(zhǎng)，不能描述氫原子發(fā)出的各種光的波長(zhǎng)，此公式反映出氫原子發(fā)光是不連續(xù)的，B、D錯(cuò)。[答案]C(1)巴耳末公式反映氫原子發(fā)光的規(guī)律特征，不能描述其他原子。(2)公式中n只能取整數(shù)，不能連續(xù)取值，因此波長(zhǎng)也只是分立的值。(3)公式是在對(duì)可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線分析總結(jié)出來(lái)的，在紫外區(qū)的譜線也適用。1．巴耳末公式簡(jiǎn)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)又不分立解析：選A巴耳末公式中的n只能取整數(shù)，得到的波長(zhǎng)是一些分立的值。2．下列說(shuō)法不正確的是()A．巴耳末系光譜線的條數(shù)只有4條B．巴耳末系光譜線有多數(shù)條C．巴耳末系中既有可見(jiàn)光，又有紫外光D．巴耳末系在可見(jiàn)光范圍內(nèi)只有4條解析：選A巴耳末系中的光譜線有多數(shù)條，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；但在可見(jiàn)光區(qū)域只有4條，選項(xiàng)C、D正確。3．氫原子光譜的巴耳末系中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光波的光子能量為ε1，其次為ε2，則eq\f(ε1,ε2)為()A.eq\f(20,27) B.eq\f(27,20)C.eq\f(2,3) D.eq\f(3,2)解析：選A由eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))得，當(dāng)n＝3時(shí)，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，eq\f(1,λ1)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))，當(dāng)n＝4時(shí)，波長(zhǎng)次之，eq\f(1,λ2)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,42)))，解得eq\f(λ1,λ2)＝eq\f(27,20)，由ε＝heq\f(c,λ)得，eq\f(ε1,ε2)＝eq\f(20,27)，選項(xiàng)A正確。1．白熾燈發(fā)光產(chǎn)生的光譜是()A．連續(xù)光譜 B．明線光譜C．原子光譜 D．汲取光譜解析：選A白熾燈發(fā)光是由于燈絲在炙熱狀態(tài)下發(fā)出光，是連續(xù)光譜。A正確，B、C、D錯(cuò)誤。2．[多選]有關(guān)氫原子光譜的說(shuō)法正確的是()A．氫原子的放射光譜是連續(xù)譜B．氫原子的放射光譜是線狀譜C．氫原子光譜說(shuō)明氫原子只發(fā)出特定頻率的光D．氫原子光譜線的頻率都相同解析：選BC氫原子的放射光譜是線狀譜，說(shuō)明氫原子只能發(fā)出特定頻率的光，但全部譜線的頻率各不相同，A、D錯(cuò)誤，B、C正確。3．關(guān)于線狀譜，下列說(shuō)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(zhì)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(jié)構(gòu)，只能發(fā)出由內(nèi)部結(jié)構(gòu)確定的自己的特征譜線，不會(huì)因溫度、物質(zhì)不同而變更，C正確。4．如圖甲所示的a、b、c、d為四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜，通過(guò)光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為()A．a(chǎn)元素 B．b元素C．c元素 D．d元素解析：選B把礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進(jìn)行比照，b元素的譜線在該線狀譜中不存在，故選項(xiàng)B正確，與幾個(gè)元素的特征譜線不對(duì)應(yīng)的線說(shuō)明該礦物中還有其他元素。5．[多選]關(guān)于經(jīng)典電磁理論與氫原子光譜之間的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是()A．經(jīng)典電磁理論很簡(jiǎn)單說(shuō)明原子的穩(wěn)定性B．依據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電子會(huì)不斷釋放能量，最終被吸附到原子核上C．依據(jù)經(jīng)典電磁理論，原子光譜應(yīng)當(dāng)是連續(xù)的D．氫原子光譜徹底否定了經(jīng)典電磁理論解析：選BC依據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電子會(huì)不斷釋放能量最終被吸附到原子核上，原子不應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的，并且放射的光譜應(yīng)當(dāng)是連續(xù)的。氫原子光譜并沒(méi)有完全否定經(jīng)典電磁理論，經(jīng)典物理學(xué)可以很好地應(yīng)用于宏觀物體。故正確答案為B、C。6．氫原子光譜巴耳末系最小波長(zhǎng)與最大波長(zhǎng)之比為()A.eq\f(5,9) B.eq\f(4,9)C.eq\f(7,9) D.eq\f(2,9)解析：選A由巴耳末公式eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))，n＝3,4，5，…當(dāng)n＝∞時(shí)，最小波長(zhǎng)eq\f(1,λ1)＝Req\f(1,22)，當(dāng)n＝3時(shí)，最大波長(zhǎng)eq\f(1,λ2)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))，得eq\f(λ1,λ2)＝eq\f(5,9)。7．[多選]下列說(shuō)法正確的是()A．全部氫原子光譜的波長(zhǎng)都可由巴耳末公式求出B．巴耳末系譜線均位于可見(jiàn)光波段C．巴耳末系是氫原子光譜中的一部分D．氫原子光譜是線狀譜的一個(gè)例證解析：選CD氫原子光譜包括：巴耳末系、賴曼系、帕邢系等，其中巴耳末系，只是其中的一部分。氫原子光譜指的是氫原子內(nèi)的電子在不同能級(jí)間躍遷時(shí)所放射或汲取的不同波長(zhǎng)、能量的光子時(shí)得到的光譜。氫原子光譜為不連續(xù)的線狀譜，無(wú)線電波、微波、紅外光、可見(jiàn)光、到紫外光區(qū)段都有其譜線，巴耳末系也包括可見(jiàn)光和不行見(jiàn)光區(qū)段的譜線。8．[多選]關(guān)于太陽(yáng)光譜，下列說(shuō)法中正確的()A．太陽(yáng)光譜是汲取光譜B．太陽(yáng)光譜中的暗線，是太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣層時(shí)某些特定頻率的光被汲取后而產(chǎn)生的C．依據(jù)太陽(yáng)光譜中的暗線，可以分析太陽(yáng)的物質(zhì)組成D．依據(jù)太陽(yáng)光譜中的暗線，可以分析地球大氣層中含有哪些元素解析：選AB太陽(yáng)是一個(gè)高溫物體，它內(nèi)部發(fā)出的白光通過(guò)溫度較低的太陽(yáng)大氣層時(shí)，會(huì)被太陽(yáng)大氣層中的某些元素的原子汲取，從而使我們視察到的太陽(yáng)光譜是汲取光譜。因此，選項(xiàng)A、B正確；分析太陽(yáng)的汲取光譜，可知太陽(yáng)大氣層的物質(zhì)組成，而某種物質(zhì)要觀測(cè)到它的汲取光譜，要求它的溫度不能太低，也不能太高。由于地球大氣層的溫度很低，太陽(yáng)光通過(guò)地球大氣層時(shí)不會(huì)被地球大氣層中的物質(zhì)原子汲取，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。9．[多選]下列關(guān)于光譜的說(shuō)法正確的是()A．連續(xù)光譜就是由連續(xù)發(fā)光的物體產(chǎn)生的光譜，線狀譜是線狀光源產(chǎn)生的光譜B．通過(guò)對(duì)連續(xù)譜的光譜