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1、高届高级版步步高35高中物理第二章 33光谱氢原子光谱学习目标1.知道什么是光谱, 能说出连续谱和线状谱的区别.2.能记住氢原子光谱的实验规律.3.了解光谱分析在科技与生活中的应用.一、光谱与光谱的几种类型1.光谱(1)光谱:复色光通过棱镜分光后, 分解为一系列单色光, 而且按波长长短的顺序排列成一条光带, 称为光谱.(2)光谱线:每一波长的单色光在光谱中形成一条亮线, 称为光谱线.2.光谱的类型(1)发射光谱连续谱:连续分布着的包含着由波长连续分布的各种色光的光谱.明线光谱:在光谱中出现的由一些彩色亮线组成的光谱, 每一条亮线称为光谱线.不同原子的明线光谱是不同的.发射光谱:连续谱和明线光谱

2、都是由发光物质直接产生的光谱, 所以也称为发射光谱.(2)吸收光谱:让高温光源发出的白光通过温度较低的钠的蒸气, 在连续谱的背景下有一些暗线, 这是由于高温钠盐产生的蒸气吸收了白光中的一些特定频率的光而形成的谱线, 称为吸收光谱.(3)原子光谱:线状谱:同一原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的谱线, 称为线状谱.原子光谱:同一种原子的发射和吸收的线状谱位置相同, 不同原子的线状谱位置不同(填“相同”或“不同”), 说明不同原子的发光频率不同, 这样的谱线称为原子光谱.二、光谱分析的应用1.光谱分析:由于原子发光的频率只与原子结构有关, 因此可以把某种原子的光谱当作该原子的“指纹”, 用来鉴别物质

3、的化学组成中是否存在这种原子, 含量的多少等, 这种方法叫做光谱分析.2.光谱分析的特点:极为灵敏, 它可以在不破坏、不接触研究对象的情况下, 获取其内部信息.3.光谱分析的应用:利用光谱分析, 可以发现许多元素, 比如准确推测出了太阳的元素组成；在医学、食品检测等方面也有重要应用.三、氢原子光谱1.广义巴尔末公式:RH()(m1,2,3；nm1, m2, m3), 其中RH叫做里德伯常量.2.1895年, 里德伯将巴尔末公式写为RH()(n3,4,5,6).即学即用判断下列说法的正误.(1)各种原子的发射光谱都是线状谱, 并且只能发出几种特定频率的光.()(2)可以利用光谱分析来鉴别物质和确

4、定物质的组成成分.()(3)巴尔末公式中的n既可以取整数也可以取小数.()(4)在紫外区和红外区发现了一些新的氢原子谱线系, 如赖曼系、帕邢系、布喇开系, 也符合巴尔末公式的简洁和优美.()一、光谱和光谱分析导学探究如图1所示, 使用分光镜, 分组进行下面的活动.图1活动1:让白炽灯发出的强光通过一个狭缝进入分光镜, 记录观察到的现象.活动2:在暗室中点燃酒精灯, 在火焰上撒一些钠盐, 使用分光镜观察火焰, 记录观察到的现象.活动3:用弧光灯发出的白光, 照射钠蒸气(在酒精灯的灯芯上撒上一些钠盐, 钠盐受热分解产生钠蒸气), 用分光镜观察通过钠蒸气后的强光, 记录观察到的现象.在以上三个活动中

5、, 你所观察到的光谱有什么不同？答案在活动1中, 观察到的是连续彩色光带, 这种光谱称为连续谱, 它是由波长连续分布的光组成的.在活动2中, 可以观察到在光谱中出现一些彩色亮线.在活动3中, 可以观察到在连续的彩色背景下有一些暗线.知识深化1.光谱的分类光谱2.几种光谱的比较 比较光谱产生条件光谱形式及应用发射光谱线状谱稀薄气体发光形成的光谱一些不连续的亮线组成, 不同元素的明线光谱不同(又叫特征光谱), 可用于光谱分析连续谱炽热的固体、液体和高压气体发光形成的光谱连续分布, 一切波长的光都有吸收光谱炽热的白光通过温度较白光低的气体后, 再色散形成的光谱用分光镜观察时, 见到连续光谱背景上出现

6、一些暗线(与特征谱线相对应), 可用于光谱分析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, 这就形成了明亮背景下的暗线.4.原子光谱:对于同一种原子, 线状谱的位置相同, 不同原子的谱线位置不同, 这样的谱线叫原子光谱, 它只决定于原子的内部结构, 也称为原子的特征谱线.5.光谱分析可用于光谱分析的光谱:明线光谱和吸收光谱.例1(多选)下列关于光谱和

7、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, 不能用连续谱D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分答案BC解析太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续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谱, 选项A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, 选项D错误；光谱分析只能是线状谱或吸收光谱, 连续谱是不能用来进行光谱分析的, 选项C正确；煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓

8、虹灯产生的光谱都是线状谱, 选项B正确.针对训练1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.做光谱分析时, 利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的组成成分答案C解析物体发光的发射光谱分为连续谱和线状谱, A、B错；做光谱分析可使用吸收光谱, 也可以使用线状谱, D错, C对.二、氢原子光谱的实验规律及应用1.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.2.巴尔末公式(1)巴尔末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了公式:RH()(n3,4,5

9、, ), 该公式称为巴尔末公式.(2)巴尔末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值, 不能取连续值.巴尔末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状谱, 即辐射波长的分立特征.3.其他谱线:除了巴尔末系, 氢原子光谱在红外区和紫外区的其他谱线, 也都满足与巴尔末公式类似的关系式.例2(多选)下列关于巴尔末公式RH()的理解, 正确的是()A.此公式是巴尔末在研究氢原子光谱特征时发现的B.公式中n可取任意值, 故氢原子光谱是连续谱C.公式中n只能取大于或等于3的整数值, 故氢原子光谱是线状谱D.公式不但适用于氢原子光谱的分析, 也适用于其他原子光谱的分析答案AC解析此公式是巴尔末在研究氢原子光谱在可见光区

10、的四条谱线中得到的, 只适用于氢原子光谱的分析, A对, D错；公式中n只能取大于等于3的整数, 不能连续取值, 故氢原子光谱是线状谱, B错, C对.针对训练2氢原子光谱巴尔末系最小波长与最大波长之比为()A. B. C. D.答案A解析由巴尔末公式RH, n3,4,5, 当n时, 有最小波长1, RH, 当n3时, 有最大波长2, RH, 得.1.(原子光谱的产生)(多选)下列光谱中属于原子光谱的是()A.太阳光谱B.放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱C.白炽灯的光谱D.酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱答案BD解析放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱、酒精灯中燃烧的钠蒸气产生的光谱分别是由汞蒸气、钠蒸气

11、发光产生的, 均是原子光谱, 故选项B、D对.2.(光谱的理解)(多选)关于光谱, 下列说法中正确的是()A.炽热的液体发射连续谱B.线状谱和吸收光谱都可以对物质进行光谱分析C.太阳光谱中的暗线说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素D.发射光谱一定是连续谱答案AB解析炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱, 故A正确；线状谱和吸收光谱都可以用来进行光谱分析, B正确；太阳光谱中的暗线说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素, C错误；发射光谱分为连续谱和线状谱, D错误.3.(光谱分析)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

12、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, 它们没有关系答案B解析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, A错误；某种物质发光的线状谱中的亮线是与某种原子发出的某频率的光有关, 通过这些亮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, 这些暗线由所经过的物质决定, 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

13、吸收光谱中的暗线相对应, D错误.4.(氢原子光谱的实验规律)(多选)巴尔末通过对氢原子光谱的研究总结出巴尔末公式RH(), n3,4,5, 对此, 下列说法正确的是()A.巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式B.巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性C.巴尔末依据氢原子光谱的分析总结出巴尔末公式D.巴尔末公式反映了氢原子发光的分立性, 其波长的分立值并不是人为规定的答案CD解析巴尔末公式是根据氢原子光谱总结出来的.氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性, 即辐射波长的分立特征, 选项C、D正确.考点一光谱和光谱分析1.(多选)下列物质中产生线状谱的是()A.炽热的钢水 B.发光的日光灯管

14、C.点燃的蜡烛 D.极光答案BD解析炽热的钢水、点燃的蜡烛能产生连续谱, 发光的日光灯管能产生水银蒸气的线状谱, 极光是宇宙射线激发的气体发光, 能产生线状谱.选项B、D正确.2.太阳的连续谱中有许多暗线, 它们对应着某些元素的特征谱线.产生这些暗线的原因是()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.太阳内部存在着相应的元素答案C解析太阳内部进行着激烈的热核反应, 它发出的连续谱经过温度比较低的太阳大气层时产生吸收光谱, 我们通过对太阳光谱中暗线的分析, 把它跟各种原子的特征谱线对照, 就知道太阳大气层中含有氢、氮、氦、碳、镁、硅、钙

15、、钠等几十种元素.因此正确答案为C.3.对原子光谱, 下列说法错误的是()A.原子光谱是不连续的B.由于原子都是由原子核和电子组成的, 所以各种原子的原子光谱是相同的C.各种原子的原子结构不同, 所以各种原子的原子光谱也不相同D.分析物质发光的光谱可以鉴别物质中含哪些元素答案B解析原子光谱为线状谱, A正确；各种原子都有自己的特征谱线, B错误, C正确；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成, D正确.4.(多选)下列关于光谱的说法正确的是()A.连续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.连续谱包括一切波长的光,

16、 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吸收光谱的暗线分析, 可鉴定物质成分答案CD解析连续谱是指光谱由连续分布的一切波长的光组成的, 而不是指光源是连续的.连续谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的, 线状谱是指光谱是由一些不连续的亮线组成的, 由稀薄气体或金属蒸气所发出的光产生, 而不是指光源是线状的, A错, C对；光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法, 连续谱含有一切波长的光, 不是原子的特征谱线, 不能用来进行光谱分析, 而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线, 所以可以用来进行光谱分析, 鉴定物质成分, 其优点是灵敏

17、度高, 在发现和鉴定元素上有着重大的意义, B错, D对.5.如图1甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线, 图乙是某矿物的线状谱, 通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为()图1A.a元素 B.b元素C.c元素 D.d元素答案B解析由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照, b元素的谱线在该线状谱中不存在, 故B正确.与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素.6.(多选)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形成连续谱B.各种原子的线状谱中的亮线和它的吸收光谱中的暗线是一一对应的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

18、质蒸气可得到甲物质的吸收光谱答案AB解析吸收光谱中的暗线与线状谱中的亮线是一一对应的, 所以B正确.炽热的固体、液体和高压气体发光形成连续谱, 稀薄气体发光形成线状谱, 故A正确, C错误.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, D错误.考点二氢原子光谱的实验规律7.下列对氢原子光谱实验规律的认识中, 正确的是()A.因为氢原子核外只有一个电子, 所以氢原子只能产生一种波长的光B.氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线C.氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线D.氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关答案B解析氢原子光谱是线状谱, 波长是一系列不连续

19、的、分立的特征谱线, 并不是只含有一种波长的光, 也不是亮度不连续的谱线, B对, A、C错；氢原子光谱是氢原子的特征谱线, 只要是氢原子发出的光的光谱就相同, 与放电管的放电强弱无关, D错.8.氢原子光谱的巴尔末系中波长最长的光波的光子能量为E1, 其次为E2, 则为()A. B. C. D.答案A解析由RH得:当n3时, 波长最长, RH, 当n4时, 波长次之, RH, 解得:, 由Eh得:.9.(多选)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系, 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.氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论答案BC解析根据经典电磁理论: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, 原子不应该是稳定的, 并且发射的光谱应该是连续的.氢原子光谱并没有完全否定经典电磁理论, 而是引入了新的概念.故正确答案为B、C.