1、第4節(jié)氫原子光譜與能級(jí)結(jié)構(gòu)目標(biāo)定位1.知道氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解巴爾末公式及里德伯常量.2.理解玻爾理論對(duì)氫原子光譜規(guī)律的解釋一、氫原子光譜1氫原子光譜的特點(diǎn)：(1)從紅外區(qū)到紫外區(qū)呈現(xiàn)多條具有確定波長(zhǎng)的譜線；(2)從長(zhǎng)波到短波，HH等譜線間的距離越來(lái)越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性2巴爾末公式：R(n3,4,5，)其中R叫做里德伯常量，其值為R1.096 775 81107 m1.二、玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋1巴爾末系氫原子從n3的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)得到的線系2玻爾理論的局限性玻爾理論解釋了原子結(jié)構(gòu)和氫原子光譜的關(guān)系，但無(wú)法計(jì)算光譜的強(qiáng)度，對(duì)于其他元素更為復(fù)雜的光譜，理論與實(shí)驗(yàn)差別很大.一、

2、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1氫原子的光譜從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜，如圖1所示 圖12氫原子光譜的特點(diǎn)：在氫原子光譜圖中的可見光區(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3巴爾末公式(1)巴爾末對(duì)氫原子光譜的譜線進(jìn)行研究得到了下面的公式：R() n3,4,5該公式稱為巴爾末公式(2)公式中只能取n3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長(zhǎng)是分立的值4賴曼線系和帕邢線系：氫原子光譜除了存在巴爾末線系外，還存在其他一些線系例如：賴曼線系(在紫外區(qū))：R(n2,3,4，)帕邢線系(在紅外區(qū))：R(n4,5,6，)【例1】關(guān)于巴耳末公式R()的理解，下列說(shuō)法正確的是()A所有氫原子光譜的波長(zhǎng)都可由巴

3、耳末公式求出B公式中n可取任意值，故氫原子光譜是連續(xù)譜C公式中n只能取不小于3的整數(shù)值，故氫原子光譜是線狀譜D公式不但適用于氫原子光譜的分析，也適用于其他原子光譜的分析答案C解析只有氫原子光譜中可見光波長(zhǎng)滿足巴耳末公式，氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線不滿足巴耳末公式，滿足的是與巴耳末公式類似的關(guān)系式，A、D錯(cuò)；在巴耳末公式中的n只能取不小于3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長(zhǎng)也只能是分立的值，故氫原子光譜不是連續(xù)譜而是線狀譜，B錯(cuò)，C對(duì)二、玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋1理論導(dǎo)出的氫光譜規(guī)律：按照玻爾的原子理論，氫原子的電子從能量較高的軌道n躍遷到能量較低的軌道2時(shí)輻射出的光子能量hEnE2，又En

4、，E2，由此可得hE1，由于，所以上式可寫作，此式與巴爾末公式比較，形式完全一樣由此可知，氫光譜的巴爾末線系是電子從n3,4,5，等能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)輻射出來(lái)的2玻爾理論的成功之處(1)運(yùn)用經(jīng)典理論和量子化觀念確定了氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量，并由此畫出了氫原子的能級(jí)圖(2)處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷輻射出光子，輻射光子的能量與實(shí)際符合得很好，由于能級(jí)是分立的，輻射光子的波長(zhǎng)是不連續(xù)的(3)導(dǎo)出了巴爾末公式，并從理論上算出了里德伯常量R的值，并很好地解釋甚至預(yù)言了氫原子的其他譜線系(4)能夠解釋原子光譜，每種原子都有特定的能級(jí)，原子發(fā)生躍遷時(shí)，每種原子都有自己的特征譜線，即原子光譜是線狀光

5、譜，利用光譜可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分【例2】氫原子光譜的巴爾末公式是R(n3,4,5，)，對(duì)此，下列說(shuō)法正確的是()A巴爾末依據(jù)核式結(jié)構(gòu)理論總結(jié)出巴爾末公式B巴爾末公式反映了氫原子發(fā)光的連續(xù)性C巴爾末依據(jù)對(duì)氫原子光譜的分析總結(jié)出巴爾末公式D巴爾末公式準(zhǔn)確反映了氫原子所有光譜的波長(zhǎng)，其波長(zhǎng)的分立值不是人為規(guī)定的答案C解析巴爾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)，也不能描述其他原子發(fā)出的光，故D錯(cuò)誤巴爾末公式是由當(dāng)時(shí)已知的可見光中的部分譜線總結(jié)出來(lái)的，但它適用于整個(gè)巴爾末線系，故A、B錯(cuò)誤，C正確借題發(fā)揮巴爾末公式的應(yīng)用方法及注意問(wèn)題(1)巴爾末公式反

6、映了氫原子發(fā)光的規(guī)律特征，不能描述其他原子(2)公式中n只能取大于等于3的整數(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)可見光區(qū)的四條譜線分析時(shí)總結(jié)出的，但在紫外區(qū)的譜線也適用(4)應(yīng)用時(shí)熟記公式，當(dāng)n取不同值時(shí)求出對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng).氫原子光譜的基本概念1(多選)下列有關(guān)氫原子光譜、巴爾末公式和玻爾理論的說(shuō)法，正確的是()A氫原子光譜說(shuō)明氫原子只能發(fā)出特定頻率的光B氫原子光譜說(shuō)明氫原子能級(jí)是分立的C氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差無(wú)關(guān)D所有氫原子光譜的波長(zhǎng)都與巴爾末公式相對(duì)應(yīng)答案AB2(多選)有關(guān)氫原子光譜的說(shuō)法正確的是()A氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B氫原子光譜說(shuō)明氫原子只發(fā)出特定

7、頻率的光C氫原子光譜說(shuō)明氫原子能級(jí)是分立的D氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差無(wú)關(guān)答案BC解析原子的發(fā)射光譜是原子躍遷時(shí)形成的，由于原子的能級(jí)是分立的，所以氫原子的發(fā)射光譜不是連續(xù)譜，原子發(fā)出的光子的能量正好等于原子躍遷時(shí)的能級(jí)差，故氫原子只能發(fā)出特定頻率的光，綜上所述，選項(xiàng)A、D錯(cuò)，B、C對(duì)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律3下列對(duì)于巴爾末公式的說(shuō)法正確的是()A所有氫原子光譜的波長(zhǎng)都與巴爾末公式相對(duì)應(yīng)B巴爾末公式只確定了氫原子發(fā)出的可見光部分的光的波長(zhǎng)C巴爾末公式確定了氫原子發(fā)光的一個(gè)線系的波長(zhǎng)，其中既有可見光，又有紫外光D巴爾末公式確定了各種原子發(fā)光中的光的波長(zhǎng)答案C解析巴爾末公式只確定了氫原子發(fā)

8、光中一個(gè)線系的波長(zhǎng)，不能描述氫原子發(fā)出的各種波長(zhǎng)，也不能描述其他原子的發(fā)光，A、D錯(cuò)誤；巴爾末公式是由當(dāng)時(shí)已知的可見光中的部分譜線總結(jié)出來(lái)的，但它適用于整個(gè)巴爾末線系，該線系包括可見光和紫外光，B錯(cuò)誤，C正確4巴爾末系譜線波長(zhǎng)滿足巴爾末公式R()，n3,4,5，在氫原子光譜可見光(400 nm700 nm)區(qū)，最長(zhǎng)波長(zhǎng)與最短波長(zhǎng)之比為()A. B. C. D.答案D解析巴爾末系的前四條譜線在可見光區(qū)，n的取值分別為3、4、5、6.n越小，越大，故n3時(shí)波長(zhǎng)最大，max；n6時(shí)對(duì)應(yīng)的可見光波長(zhǎng)最小，min，故，D正確.(時(shí)間：60分鐘)題組一對(duì)氫原子光譜和特征譜線的理解1(多選)下列敘述中符合物

9、理學(xué)史實(shí)的有()A湯姆孫通過(guò)研究陰極射線實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了電子的存在B盧瑟福通過(guò)對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，證明了原子是可以再分的C巴爾末根據(jù)氫原子光譜分析，總結(jié)出了氫原子光譜可見光區(qū)波長(zhǎng)公式D玻爾提出的原子模型，徹底否定了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)答案AC解析湯姆孫通過(guò)研究陰極射線實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了電子，證實(shí)了原子是可以再分的，A對(duì)、B錯(cuò)；玻爾提出的原子模型繼承了盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的部分內(nèi)容，而不是徹底否定，D錯(cuò)；巴爾末總結(jié)出了氫原子光譜的巴爾末公式，故C正確2下列對(duì)氫原子光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)律的認(rèn)識(shí)中，正確的是()A因?yàn)闅湓雍送庵挥幸粋€(gè)電子，所以氫原子只能產(chǎn)生一種波長(zhǎng)的光B氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列波長(zhǎng)不連續(xù)的

10、譜線C氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列亮度不連續(xù)的譜線D氫原子產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)大小與氫氣放電管放電強(qiáng)弱有關(guān)答案B解析氫原子光譜是線狀譜，波長(zhǎng)是一系列不連續(xù)的、分立的特征譜線，并不是只含有一種波長(zhǎng)的光，也不是亮度不連續(xù)的譜線，B對(duì)，A、C錯(cuò)；氫原子光譜是氫原子的特征譜線，只要是氫原子發(fā)出的光的光譜就相同，與放電管的放電強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，D錯(cuò)3如圖1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() 圖1Aa元素 Bb元素 Cc元素 Dd元素答案B解析由礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進(jìn)行對(duì)照，b元素的譜線在該線狀譜中不存在，故選B.與幾個(gè)元素的特征譜線不

11、對(duì)應(yīng)的線說(shuō)明該礦物中還有其他元素題組二氫原子光譜規(guī)律的應(yīng)用4已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En，其中n2，3，用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長(zhǎng)為()A BC D答案C解析根據(jù)從第一激發(fā)態(tài)到電離狀態(tài)吸收的能量E0，根據(jù)Eh，可知，因此正確答案為C.5氫原子光譜巴爾末系最小波長(zhǎng)與最大波長(zhǎng)之比為()A. B. C. D.答案A解析由巴爾末公式R()，n3,4,5，當(dāng)n時(shí)，有最小波長(zhǎng)1，R，當(dāng)n3時(shí)，有最大波長(zhǎng)2，R()，得.6氫原子光譜的巴爾末系中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光波的光子能量為E1，其次為E2，則為()A. B. C. D.答案A解析由R得：當(dāng)n3

12、時(shí)，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，R，當(dāng)n4時(shí)，波長(zhǎng)次之，R，解得：，由Eh得：，故A對(duì)7(多選)如圖2所示是氫原子的能級(jí)圖，大量處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，一共可以輻射出6種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子，則()圖2A6種光子中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是n4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的B6種光子中有2種屬于巴耳末系C使n4能級(jí)的氫原子電離至少要0.85 eV的能量D從n2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放的光子的能量比從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)釋放的光子的能量小答案BC解析根據(jù)躍遷假說(shuō)在躍遷的過(guò)程中釋放出光子的能量等于兩能級(jí)之差，故從n4躍遷到n3時(shí)釋放出光子的能量最小，頻率最小，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，所以

13、A錯(cuò)誤；由題意知6種光子中有2種屬于巴耳末系，他們分別是從n4躍遷到n2，從n3躍遷到n2時(shí)釋放處的光子，故B正確；E40.85 eV，故n4能級(jí)的電離能等于0.85 eV，所以C正確；由圖知，從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)釋放的光子的能量小于n2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放的光子的能量，所以D錯(cuò)誤8氫原子光譜除了巴爾末系外，還有賴曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式為R，n4、5、6，R1.10107 m1.若已知帕邢系的氫原子光譜在紅外線區(qū)域，試求：(1)n6時(shí)，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；(2)帕邢系形成的譜線在真空中的波速為多大？n6時(shí)，光的頻率為多大？答案(1)1.09106 m(2)3.0108 m/s2.751014 Hz解析(1)由帕邢系公式R，當(dāng)n6時(shí)，得1.09106 m.(2)帕邢系形成的譜線在紅外區(qū)域，而紅外線屬于電磁波，在真空中以光速傳播，故波速為