课时作业12 氢原子光谱
1．关于光谱，下列说法正确的是( )
A．炽热的液体发射连续谱
B．发射光谱一定是连续谱
C．线状谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析
D．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱
解析：由光谱的概念和分类知A、D选项正确，而B选项错误。由光谱分析的原理知C选项正确。
答案：A、C、D
2．对于光谱，下面的说法中正确的是( )
A．大量原子发生的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱
B．线状谱是由不连续的若干波长的光所组成
C．太阳光谱是连续谱
D．太阳光谱是线状谱
解析：原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论多少发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错。B项是线状谱的特征，正确。太阳光周围的元素的低温蒸气吸收了相应频率的光，故太阳光谱是吸收光谱，故C、D错。
答案：B
3．关于线状谱，下列说法中正确的是( )
A．每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同
B．每种原子处在不同的物质中的线状谱不同
C．每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同
D．两种不同的原子发光的线状谱可能相同
解析：每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因温度、物质不同而改变，C正确。
答案：C
4．关于光谱分析，下列说法中不正确的是( )
A．进行光谱分析，既可以利用连续谱，也可以利用线状谱
B．进行光谱分析，必须利用线状谱或吸收光谱
C．利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分
D．利用光谱分析可以深入了解原子的内部结构
解析：进行光谱分析，必须利用线状谱或吸收光谱，它们能够反映原子的特征，A错误，B正确；利用光谱分析可以确定物质中含有哪些元素，C正确；光是由原子内部电子的运动产生的，利用光谱分析可以确定电子的运动情况，即原子的内部结构，D正确。
答案：A
5．要得到钠元素的特征谱线，下列做法正确的是( )
A．使固体钠在空气中燃烧
B．将固体钠高温加热成稀薄钠蒸汽
C．使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸汽
D．使炽热固体发出的白光通过高温钠蒸汽
解析：炽热固体发出的是连续谱，燃烧固体钠不能得到特征谱线，A错误；稀薄气体发光产生线状谱，B正确；强烈的白光通过低温钠蒸汽时，某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱，C正确，D错误。
答案：B、C
6．关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是( )
A．光谱包括连续谱和线状谱
B．太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱
C．线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析
D．光谱分析帮助人们发现了许多新元素
解析：由光谱的概念和产生知A选项正确。太阳光谱是吸收光谱，则B选项错误。由光谱分析原理和应用知C、D选项正确。
答案：A、C、D
7．关于物质的吸收光谱和明线光谱之间的关系，下列说法中正确的是( )
A．吸收光谱和明线光谱的产生方法不同，它们的谱线互不相关
B．同种物质吸收光谱中的暗线跟它明线光谱中的明线相对应
C．明线光谱与吸收光谱都是原子光谱，它们的特征谱线相对应
D．明线光谱与吸收光谱都可以用于光谱分析，以鉴别物质和确定化学组成
解析：明线光谱与吸收光谱都是原子的特征谱线，但是明线光谱叫原子光谱，吸收光谱不是原子光谱。
答案：B、D
8．以下说法正确的是( )
A．进行光谱分析可以用连续光谱，也可以用吸收光谱
B．光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速
C．分析某种物质的化学组成可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气取得吸收光谱进行分析
D．摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素
解析：进行光谱分析不能用连续光谱，只能用明线光谱或吸收光谱；光谱分析的优点是灵敏而迅速；分析某种物质的组成，可用白光照射其低温蒸气产生的吸收光谱进行；月球不能发光，它只能反射太阳光，故其光谱是太阳光谱，不是月球的光谱，不能用来分析月球上的元素。
答案：B
9．下列说法中正确的是( )
A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱
B．各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应
C．气体发出的光只能产生明线光谱
D．甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成的是甲物质的吸收光谱
解析：对照连续光谱的特征和产生原理可知A选项正确；对于同一种元素的原子能级结构一定，因此它辐射或吸收的光的能量是一定的，因此B选项正确；高压气体发出的光是连续光谱，低压稀薄气体发出的光是明线光谱，因此C选项错误；甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气。其中有部分波长的光被乙物质的原子吸收，因此暗线是与乙物质的原子的能级差对应，所以这样形成的吸收光谱是乙物质的吸收光谱，D选项错误。
答案：A、B
10．巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式＝R，式中n＝3,4,5，…在氢原子光谱可见光区，最长波长与最短波长之比为多少？
解析：巴耳末系的前四条谱线在可见光区，n的取值分别为3、4、5、6。n越小，λ越大，故n＝3时波长最大，λmax＝；n＝6时波长最小，λmin＝，故＝。
答案：
11．根据巴耳末公式，指出氢原子光谱中巴耳末系的最短波长和最长波长所对应的n值，并计算出这两个波长。
解析：在巴耳末线系中，当n＝∞时对应的波长最短，最短波长为λmin。
＝R。解得λmin＝3.647×10－7 m＝364.7 nm。
当n＝3时对应的波长最长，最长波长为λmax。
＝R。
解得λmax＝6.565×10－7 m＝656.5 nm。
答案：n＝∞，λmin＝364.7 nm n＝3，λmax＝656.5 nm
12．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＝R，式中n＝4,5，6，…R＝1.10×107 m－1。若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求：
(1)n＝6时，对应谱线的波长及其传播频率；
(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速。
解析：(1)将n＝6代入帕邢系公式＝R，
得λ＝＝ m≈1.09×10－6 m，
谱线频率ν＝＝ Hz≈2.75×1014 Hz；
(2)红外线是电磁波，在真空中的波速等于光速c＝3.0×108 m/s。
答案：(1)1.09×10－6 m 2.75×1014 Hz (2)3.0×108 m/s
13．处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时会发出一系列不同频率的光，称为氢光谱。氢光谱线的波长λ可以用下面的巴耳末—里德伯公式表示：＝R，n，k分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数，k＝1,2,3，…对每一个k，有n＝k＋1，k＋2，k＋3，…R称为里德伯常量，是一个已知量。对于k＝1的一系列谱线其波长处在紫外线区，称为赖曼系；k＝2的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系。用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用赖曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U1，当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为U2，已知电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，试求：普朗克常量和该种金属的逸出功。
解析：设金属的逸出功为W，光电效应所产生的光电子最大初动能Ekm。
由动能定理知：Ekm＝eUe。
对于赖曼系，当n＝2时对应的光波长最长，设为λ1。
由题中所给公式有：
＝R＝R。
波长λ1对应的光的频率ν1＝＝Rc。
对于巴耳末线系，当n＝∞时对应的光波长最短，设为λ2，由题中所给公式有：
＝R＝R。
波长λ2的光对应的频率ν2＝＝Rc。
根据爱因斯坦的光电效应方程Ekm＝hν－W知： Ekm1＝hν1－W，Ekm2＝hν2－W。
又Ekm1＝eU1，Ekm2＝eU2，
可解得：h＝，W＝。
答案：h＝ W＝
课件34张PPT。知识与技能
1．知道光谱、线状谱、连续谱、特征谱线的概念。
2．知道利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成。
3．知道氢原子光谱的规律。
4．了解经典理论的困难。过程与方法
1．观察氢原子光谱。
2．用数学方法研究物理问题。
情感、态度与价值观
善于引入新的概念，培养将物理应用于生产、生活的能力。1.光谱：用光栅或棱镜把光按________展开，获得光的________和强度分布的记录，即光谱。
2．有些光谱是一条条的亮线，把它们叫做________，这样的光谱叫做________谱，有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，我们把它叫做________谱。3．各种原子的发射光谱都是________谱，说明原子只发出几种________的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光________是不一样的，因此这些亮线称为原子的________谱线。
4．每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来________物质和确定物质的________，这种方法称为光谱分析。5．在氢原子光谱的可见光区，有四条谱线，这些谱线的波长可用一个公式表示，这个公式可写作： ＝________，n＝3,4,5，…式中R叫做里德伯常量，实验测得的值为R＝________ m－1。答案：
1．波长 波长(频率)
2．谱线 线状 连续
3．线状 特定频率 频率 特征
4．鉴别 组成成分
知识点1 光谱
1．光谱
用光栅或棱镜可以把光波按波长展开，获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱。用摄谱仪可以得到光谱的照片。
物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类：(1)发射光谱：物质直接发出的光通过分光后产生的光谱。它可分为连续光谱和明线光谱(线状光谱)。
①连续光谱：由连续分布的一切波长的光(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光谱。如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都是连续光谱。②明线光谱：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的光谱就是明线光谱。实验证明，每种元素的原子都有一定特征的明线光谱。不同元素的原子产生的明线光谱是不同的，但同种元素的原子产生的明线光谱是相同的，这意味着，某种物质的原子可从其明线光谱加以鉴别。因此称某些元素的原子的明线光谱的谱线为这种元素原子的特征谱线。
(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由若干条暗线组成的。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。实验表明，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线光谱中的一条明线相对应，即某种原子发出的光与吸收的光的频率是特定的，因此吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线。2．光谱分析
由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析。
做光谱分析时，可以利用明线光谱，也可利用吸收光谱。这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。某种元素在物质中的含量达10－10 g，就可以从光谱中发现它的特征谱线将其检查出来。
光谱分析在科学技术中有广泛的应用：(1)检查物体的纯度；(2)鉴别和发现元素等。【例1】对原子光谱，下列说法正确的是
( )
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】ACD【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，故B错C对。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。*对应训练*
1．太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线。产生这些暗线的原因是由于
( )
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．太阳内部存在着相应的元素解析：太阳光谱是吸收光谱，太阳内部射出的光线含有各种颜色的光；当阳光穿过太阳大气层时，大气层中的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再发射出去，不过这次是向四面八方发射，所以到达地球的谱线看起来就弱了；研究太阳光谱可知太阳大气层中有哪些元素，故C正确。
答案：C知识点2 氢原子光谱的实验规律2．其他谱线系
在氢原子光谱中的紫外区和红外区又发现新的一些谱线系，并可用类似公式表示：【答案】A、C
【解析】此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区的14条谱线中得到的，只适用于氢光谱的分析，且n只能取大于等于3的整数，则λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱。*对应训练*
2．在可见光范围内，氢原子发光的波长最长的两条谱线所对应的波长各是多少？频率各是多少？答案：6.54×10－7 m 4.85×10－7 m 4.59×1014 Hz 6.19×1014 Hz知识点3 经典理论的困难
卢瑟福的核式结构模型正确指出了原子核的存在，很好地解释了α粒子散射实验。但是，经典理论既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。困难具体表现在：
(1)按照经典物理学的观点，带有电荷的电子在轨道上做变速运动，一定会以电磁波的形式向外辐射能量，电子的能量会减小，轨道半径会不断变小，最终落在原子核上。即原子是不稳定的，这与实际情况不符，实际上原子是稳定的。(2)按照经典的物理学的观点，电子辐射电磁波的频率应等于其振动或圆周运动的频率。由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率也会连续变化。即我们看到的原子光谱应该总是连续的，但实际测定的结果是电磁波的频率不是连续的，原子光谱是分立的线状谱。【例3】关于经典电磁理论与原子的核式结构之间的关系，下列说法中正确的是
( )
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
【答案】B、C
【解析】由经典理论的困难知B、C选项正确。
对发射光谱和吸收光谱的理解
(1)有的物体能自行发光，由它直接产生的光形成的光谱叫做发射光谱。发射光谱可分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱和连续光谱。线状光谱主要产生于原子，由一些不连续的亮线组成；带状光谱主要产生于分子由一些密集的某个波长范围内的光组成；连续光谱则主要产生于白炽的固体、液体或高压气体受激发发射电磁辐射，由连续分布的一切波长的光组成。(2)在白光通过气体时，气体将从通过它的白光中吸收与其特征谱线波长相同的光，使白光形成的连续谱中出现暗线。此时，这种在连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱被称作吸收光谱。通常情况下，在吸收光谱中看到的特征谱线会少于线状光谱。太阳光光谱是典型的吸收光谱。因为太阳内部发出的强光经过温度较低的太阳大气层时，太阳大气层中的各种原子会吸收某些波长的光而使产生的光谱出现暗线。
氢原子光谱
1．氢光谱的规律
到1885年，人们从光谱仪中观察到的氢光谱线已有14条(下图中我们可以明显分辨出9条)。式中系数B＝364.56 nm，是个经验常数。依此可以计算在可见光区的谱线的波线 。2．巴耳末系及线系极限
根据这个公式算得波长数值在实验误差范围内与测到的数值完全一致。后人称这个公式为巴耳末公式，而将它表达的一组谱线(均落在可见光区)称为巴耳末系。当n→∞时，波长趋近于B，到达了这个线系的极限，这时二邻近波长的差趋近于零，谱线为连续的，如上图所示。由此可计算出巴耳末线系极限为：3．该年大事
巴耳末发现光谱公式的这一年，丹麦的一个物理学后期之秀玻尔诞生。玻尔是哥本哈根学派创始人，对近代物理发展作出了巨大的贡献。
