高中物理 18.3氢原子光谱（探究导学课型）课件 新人教版选修35.ppt

3氢原子光谱 1 了解光谱 连续谱和线状谱等概念 2 知道氢原子光谱的实验规律 3 知道经典物理学的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱分立特性 4 让学生进一步体会物理规律是在接受实践检验的过程中不断地发展和完善的 一 光谱及应用1 光谱 用 可以把各种颜色的光按 展开 获得光的 和 分布的记录 2 分类 1 线状谱 光谱是一条条的 2 连续谱 光谱是 的光带 光栅或棱镜 波长 波长 频率 强度 亮线 连在一起 3 线状谱与原子 各种原子的发射光谱都是 不同原子的亮线位置 说明原子只发出几种 的光 不同原子的发光频率 光谱中的亮线称为原子的 4 应用 由于每种原子都有自己的 可以利用它来鉴别物质和确定物质的 这种方法称为光谱分析 它的优点是 高 样本中一种元素的含量达到 时就可以被检测到 线状谱 不同 特定频率 不一样 特征谱线 特征谱线 组成成分 灵敏度 10 10g 二 氢原子光谱的实验规律与经典理论的困难1 氢原子光谱的实验规律 1 许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的 因此光谱研究是探索 的一条重要途径 原子结构 2 氢原子光谱的实验规律满足 巴耳末公式 n 3 4 5 式中r为 常量 r 1 10 107m 1 n取整数 3 巴耳末公式的意义 以简洁的形式反映了氢原子的 光谱 即辐射波长的 特征 里德伯 线状 分立 2 经典理论的困难 1 经典电磁理论无法解释原子核外的电子高速绕核转动而又 电磁波而处于稳定状态 2 经典电磁理论无法解释原子光谱的 特征 不辐射 分立 1 判一判 1 连续光谱是由各种不同频率的光组成的各种颜色的光带 2 我们能用连续光谱来鉴定物质的组成成分 3 研究线状谱是探究原子结构的一条重要途径 4 氢原子光谱是一些分立的不连续的线状谱 但没有什么规律 提示 1 连续光谱中的频率是连续的 所以是含有各种颜色的连续的彩色光带 2 因为每种原子都有自己的特征谱线 我们能用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分 而连续光谱含有各种频率的光 不具有原子的特征谱线 故不能用来鉴定物质的组成成分 3 因为许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的 因此线状谱研究是探究原子结构的一条重要途径 4 任何原子的特征谱线都遵从一定的规律 氢原子在可见光区的四条谱线遵从巴耳末公式 2 想一想 1 利用白炽灯的光谱 能否检测出灯丝的成分 提示 不能 白炽灯的光谱是连续谱 不是原子的特征谱线 因而无法检测出灯丝的成分 2 根据经典的电磁理论 原子的光谱是怎样的 而实际看到的原子的光谱是怎样的 提示 根据经典理论 原子可以辐射各种频率的光 即原子的光谱应该总是连续的 实际看到的原子的光谱是分立的线状谱 主题一光谱 问题探究 1 不同物质具有不同的光谱形式 那么光谱有哪些种类 提示 物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类 1 发射光谱 连续谱 线状谱 原子光谱 2 吸收光谱 2 上题中不同种类的光谱是如何产生的 提示 1 发射光谱 物体发光直接产生的光谱 它又分为连续谱和线状谱 连续谱 这种光谱看起来不是一条条分立的谱线 而是连在一起的光带 我们把它叫作连续谱 炽热的固体 液体和高压气体所产生的光谱都是连续谱 线状谱 是由一条条亮线构成 我们把它们叫作谱线 这样的光谱叫线状谱 它是由游离状态的原子发射的 因此也称为原子光谱 稀薄气体或金属的蒸汽发射的光谱就是线状谱 2 吸收光谱 高温的固体或液体发出的光 其中含可见光的一切波长的光 通过低温物质时 某些波长的光被该物质吸收后所形成的光谱称为吸收光谱 例如 太阳光谱就是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱 低温气体原子吸收的光恰好是这种原子在高温时发出的光 因此 吸收光谱中的谱线 暗线 也是原子的特征谱线 只是通常情况在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中少 3 什么是光谱分析 用哪种光谱可以进行光谱分析 提示 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 这种方法叫作光谱分析 做光谱分析时 可以利用线状谱 也可利用吸收光谱 4 光谱分析有何优点和意义 提示 1 优点 灵敏度高 分析物质的最低量达10 10g 2 意义 应用光谱分析发现新元素 光谱分析对鉴别化学元素有着重大的意义 许多化学元素 如铯 铷 铊 铟 镓等 都是在实验室里通过光谱分析发现的 天文学家将光谱分析应用于恒星 证明了宇宙中物质构成的统一性 光谱分析还为深入研究原子世界奠定了基础 近代原子物理学正是从原子光谱的研究中开始的 探究总结 光谱分析的应用 1 线状谱是由稀薄气体或金属蒸汽产生的 线状谱中每条光谱线对应着一种频率 不同元素的原子产生的线状谱不同 因而可以用线状谱来确定物质的成分 2 吸收光谱是由高温物体发出的白光通过低温物质 某些波长的光被吸收后产生的光谱 是在连续谱的背景下有若干暗线 而这些暗线与线状谱的亮线一一对应 因而吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线 因而吸收光谱也可用来确定物质的成分 即时训练 1 多选 关于光谱 下列说法中正确的是 a 太阳光谱是连续光谱b 稀薄的氢气发光产生的光谱是线状谱c 煤气灯上燃烧的钠盐汽化后的钠蒸汽产生的光谱是线状谱d 白光通过钠蒸汽产生的光谱是线状谱 解题探究 1 由炽热的固体 液体和高压气体直接发光形成的光谱是 2 稀薄气体或金属的蒸汽发射的光谱是 连续谱 线状谱 解析 选b c 太阳光谱是太阳光产生的白光通过太阳周围温度较低的大气时 某些波长的光被太阳大气层中的某些元素吸收从而产生的吸收光谱 故a错 稀薄的氢气发光产生的光谱是原子光谱又叫明线光谱 故b正确 钠蒸汽产生的光谱是原子光谱 故c正确 白光通过钠蒸汽产生的光谱是吸收光谱 故d错 2 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 选a 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 主题二氢原子光谱的实验规律 问题探究 1 氢原子光谱是怎样的光谱 它是如何获取的 提示 氢原子光谱是线状谱 用氢气放电管和光谱仪可以获得氢原子光谱 如图所示 2 从氢原子光谱图中可以看出氢原子光谱有什么特点 它符合什么规律 能否用公式表示出这个规律 提示 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 巴耳末对氢气放电管中的氢原子光谱的谱线进行研究得到了巴耳末公式 n 3 4 5 式中n只能取整数 在可见光区内 n的最大值为6 最小值为3 r称为里德伯常量 r 1 10 107m 1 3 所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应吗 为什么 提示 不是 巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系波长 不能描述氢原子发出的各种波长 也不能描述其他原子的发光 4 巴耳末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长吗 提示 不是 巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的 但它适用于整个巴耳末线系 该线系包括可见光和紫外光 探究总结 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 因此波长也只是分立的值 3 公式是在对可见光区的四条谱线分析时总结出来的 在紫外光区的谱线也适用 4 应用时熟记公式 当n取不同值时求出一一对应的波长 即时训练 1 巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式 n 3 4 5 对此 下列说法正确的是 a 巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式b 巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性c 巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式d 巴耳末公式准确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 解题探究 1 巴耳末依据对 的分析总结出巴耳末公式 2 巴耳末公式反映氢原子发光的 氢光谱 分立性 解析 选c 巴耳末公式是依据对氢光谱的分析得出的 而不是依据核式结构总结出的 a错 c对 巴耳末公式只确定了氢原子发光中的一个线系波长 不能描述氢原子发出的各种光的波长 此公式反映出氢原子发光是不连续的 b d错 2 多选 关于巴耳末公式 n 3 4 5 的理解 正确的是 a 此公式只适用于氢原子发光b 公式中的n可以是任意数 故氢原子发光的波长是任意的c 公式中的n是大于等于3的正整数 所以氢原子光谱不是连续的d 该公式包含了氢原子的所有光谱线 解析 选a c 巴耳末公式是分析氢原子的谱线得到的一个公式 它只反映氢原子谱线的一个线系 故a对 d错 公式中的n只能取不小于3的正整数 b错 c对 主题三经典电磁理论的困难 问题探究 1 卢瑟福的原子结构很好地解释了 粒子散射实验 核外的电子绕核高速旋转 这个结构和经典的电磁理论有什么矛盾 提示 核外电子被库仑力吸引 电子以很大速度绕核运动 绕核运动的加速度不为零 电磁场周期性变化 向外辐射电磁波 绕核转动的能量以电磁波的形式辐射出去 能量减少 电子绕核运行轨道半径减小 电子做螺旋线运动 最后落入原子核中 但是原子是稳定的 并没有原子核外的电子落入原子核内 所以 经典的电磁理论不能解释原子核外的电子的运动情况和原子的稳定性 2 通过对氢原子光谱特点的分析 氢原子光谱是分立的线状谱 并符合巴耳末公式 这和经典的电磁理论又有什么对立之处 经典的电磁理论不能解释哪些地方 提示 电子绕核运动时辐射电磁波的频率应等于电子绕核转动的频率 电子越转能量越小 轨道半径不断减小 运行频率不断改变 这个变化有连续性 原子辐射电磁波的频率也要不断变化 大量原子发光的光谱应该是连续谱 据经典理论 以上推理都是正确的 但推出的结果与现实不相符 说明经典理论可以很好地应用于宏观物体 但不能用于解释原子世界的现象 探究总结 经典电磁理论的局限按照经典的电磁理论 电子绕原子核做圆周运动 库仑力提供向心力 原子向外辐射电磁波 可得出以下结论 1 原子不稳定 2 原子光谱应该是连续的 实际上原子是稳定的 并且原子光谱是不连续的 经典电磁理论与事实不符 说明了经典电磁理论还不完善 不适用于我们研究的原子世界 原子世界需要一个不同于经典电磁理论的新理论 即时训练 1 多选 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 解题探究 1 经典理论 选填 能 或 不能 解释原子的稳定性 2 经典理论能 选填 能 或 不能 应用于宏观物体 选填 能 或 不能 用于解释微观世界的现象 不能 不能 解析 选b c 根据经典电磁理论 电子在绕核做加速运动的过程中 要向外辐射电磁波 因此能量要减少 电子的轨道半径要减小 最终会落到原子核上 因而原子是不稳定的 电子在转动过程中 随着转动半径不断减小 转动频率不断增大 辐射电磁波的频率不断变化 因而大量原子发光的光谱应该是连续谱 事实上 原子是稳定的