鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第4章 第3节 光谱与氢原子光谱课件 23张PPT

第3节　光谱与氢原子光谱
核心素养
物理观念
科学态度与责任
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.知道巴耳末公式及里德伯常量。
了解光谱分析在科技与生活中的应用。
[观图助学]
如图，一束太阳光经三棱镜折射后投射到光屏上，从上到下，不同色光的频率、波长各有什么特点？
1.不同的光谱
波长
(1)光谱：复色光通过棱镜或光栅后，被色散开的单色光按 (或频率)大小依次排列的图案，称为光谱。
(2)光谱的类型
①连续光谱：包含有 且连续分布的光谱称为连续光谱。
②线状光谱：有些光谱不是连续的，而是由一条条的 组成，这种光谱称为线状光谱。
③发射光谱：物体自身 形成的光谱称为发射光谱，发射光谱又分为 和 。
各种色光
亮线
发光
连续光谱
线状谱
④吸收光谱：高温物体发出的包含连续分布的各种波长的光通过其他物质时，某些波长的光被该种物质吸收后，在连续光谱中相应波长的位置上便出现了 ，这样的光谱称为吸收光谱。
(3)光谱分析
原子的发射光谱都是线状光谱，这些亮线称为原子的 。每种原子都有独自的特征谱线，人们利用特征谱线来鉴别物质或确定物质的 ，这种方法称为光谱分析。
暗线
特征谱线
化学组成
2.氢原子光谱
(1)氢原子光谱的特点
①Hα～Hδ的这n个波长数值构成了 的“印记”，不论是何种化合物的光谱，只要它里面含有 的光谱线，就能断定这种化合物里一定含有氢。
②从长波到短波，Hα～Hδ两相邻光谱线间的距离 ，表现出明显的规律性。
氢原子
这些波长
越来越小
里德伯
[思考判断]
(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定物质的组成成分。( )
(3)线状谱和连续光谱都可以用来鉴别物质。( )
(4)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数。( )
√
√
×
×
[问题探究]
如图所示为不同物体发出的不同光谱。
核心要点
光谱和光谱分析
(1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别？
(2)铁电极弧光灯的光谱、分子状态的氢光谱、钡光谱的特征相同吗？
答案　(1)钨丝白炽灯的光谱是连续的中间没有暗线或亮线。而其他三种光谱是由一些不连续的亮线组成的。
(2)这三种光谱中亮线的位置是不同的，即特征不同。
[探究归纳]
1.几种光谱的比较
比较
光谱　
产生条件
光谱形式
应用
线状谱
稀薄气体发光形成的光谱
一些不连续的亮线组成，不同元素的亮线光谱不同(又叫特征谱线)
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
连续分布，一切波长的光都有
不能用于光谱分析
吸收光谱
炽热的白光通过温度比白光低的气体后，再色散形成的
用分光镜观察时，见到连续谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应)
可用于光谱分析
2.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弱了，就形成了连续谱背景下的暗线。
3.光谱分析
(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达10－10 g。
(2)应用
①应用光谱分析发现新元素。
②鉴别物体的物质组成成分：研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素。
[经典示例]
[例1] 下列关于光谱的说法正确的是(　　)
A.到达地球上的太阳光的光谱是连续谱
B.日光灯产生的光谱是连续谱
C.酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱是线状谱
D.白光通过温度较低的钠蒸气，所产生的光谱是线状谱
解析　太阳发出的白光本来是连续谱，但在经过温度比较低的太阳大气层时，被大气层内存在着的从太阳蒸发出来的多种元素的气体吸收，到达地球的是吸收光谱，故选项A错误；日光灯是通过汞蒸气辐射的紫外线激发灯管上的荧光粉发出的荧光，其光谱不是连续谱，缺少两端的谱线，故选项B错误；酒精灯中燃烧的钠蒸气属于低压气体，所产生的光谱是线状谱，故选项C正确；白光通过温度较低的钠蒸气，所产生的光谱是吸收光谱，故选项D错误。
答案　C
规律总结
(1)每种原子都有其特定原子谱线，该谱线与原子所处状态无关。
(2)由于每种原子的线状光谱与吸收光谱一一对应，光谱分析中既可以用线状光谱，也可以用吸收光谱。
[针对训练1] (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，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
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虹灯产生的光谱都是线状谱，选项B正确。
答案　BC
[要点归纳]
1.氢原子的光谱
从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示。
核心要点
氢原子光谱
2.氢原子光谱的特点
A.此公式是巴耳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
解析　此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，A正确，D错误；公式中n只能取大于等于3的整数，不能连续取值，波长λ也只会是分立的值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确。
答案　AC
规律总结　巴耳末公式的应用方法及注意问题
(1)巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子。
(2)公式中n只能取整数，不能连续取值，因此波长也是分立的值。
(3)公式是在对可见光区的四条谱线分析时总结出的，在紫外区的谱线也适用。
(4)应用时熟记公式，当n取不同值时求出一一对应的波长λ。
[针对训练2] 氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为(　　)