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第十八章 原子結(jié)構(gòu) 第3節(jié) 氫原子光譜 1 了解光譜 連續(xù)光譜和線狀譜等概念 2 知道氫原子光譜的實驗規(guī)律 3 知道經(jīng)典物理的困難在于無法解釋原子的穩(wěn)定性和光譜分立特性 4 讓學生進一步體會物理規(guī)律是在接受實踐檢驗的過程中不斷地發(fā)展和完善的 本節(jié)教材是在了解光譜 連續(xù)譜 線狀譜的概念后 進一步介紹原子的特征光譜和光譜分析 重點講述氫光譜的實驗規(guī)律 對于巴爾末公式應該明確 該公式的出現(xiàn)不是為了讓學生練習計算 而是與前面學習碰撞時的意圖一樣 是為了從公式看出物理量之間的關(guān)系 看出物理量變化的趨勢 即巴爾末公式以簡潔的形式反映了氫原子輻射波長的分立特征 同時它為下一節(jié)氫原子能量分立性做了鋪墊 而原子光譜的事實不能用經(jīng)典物理學理論解釋 必須建立新的原子模型 早在17世紀 牛頓就發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象 并把實驗中得到的彩色光帶叫做光譜 光譜是電磁輻射 不論是在可見光區(qū)域還是在不可見光區(qū)域 的波長成分和強度分布的記錄 有時只是波長成分的記錄 1 發(fā)射光譜 分類 發(fā)射光譜可分為兩類 連續(xù)光譜和明線光譜 定義 物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜 1 連續(xù)光譜 連續(xù)分布的包含有從紅光到紫光各種色光的光譜叫做連續(xù)光譜 熾熱的固體 液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜 例如白熾燈絲發(fā)出的光 燭焰 熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜 2 明線光譜 只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜叫做明線光譜 明線光譜中的亮線叫譜線 各條譜線對應不同波長的光 稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是明線光譜 明線光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的 所以也叫原子的光譜 實踐證明 原子不同 發(fā)射的明線光譜也不同 每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長的光 因此明線光譜的譜線也叫原子的特征譜線 2 吸收光譜 高溫物體發(fā)出的白光 其中包含連續(xù)分布的一切波長的光 通過物質(zhì)時 某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜 叫做吸收光譜 各種原子的吸收光譜中的每一條暗線都跟該種原子的原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對應 這表明 低溫氣體原子吸收的光 恰好就是這種原子在高溫時發(fā)出的光 因此吸收光譜中的暗譜線 也是原子的特征譜線 太陽的光譜是吸收光譜 連續(xù)光譜 H的發(fā)射光譜 Na的發(fā)射光譜 Na的吸收光譜 太陽的光譜 光譜 發(fā)射光譜 定義 由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜 連續(xù)光譜 產(chǎn)生條件 熾熱的固體 液體和高壓氣體發(fā)光形成的 光譜的形式 連續(xù)分布 一切波長的光都有 線狀光譜 原子光譜 產(chǎn)生條件 稀薄氣體發(fā)光形成的光譜 光譜形式 一些不連續(xù)的明線組成 不同元素的明線光譜不同 又叫特征光譜 吸收光譜 定義 連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜 產(chǎn)生條件 熾熱的白光通過溫度較白光低的氣體后 再色散形成的 光譜形式 用分光鏡觀察時 見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線 與特征譜線相對應 3 光譜分析 由于每種原子都有自己的特征譜線 因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定的化學組成 這種方法叫做光譜分析 原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性 所以光譜分析也可以用于探索原子的結(jié)構(gòu) 氫原子是最簡單的原子 其光譜也最簡單 二 氫原子光譜 巴耳末公式 里德伯常量 按經(jīng)典物理學電子繞核旋轉(zhuǎn) 做加速運動 電子將不斷向四周輻射電磁波 它的能量不斷減小 從而將逐漸靠近原子核 最后落入原子核中 但事實上原子是個穩(wěn)定的系統(tǒng) 軌道及轉(zhuǎn)動頻率不斷變化 輻射電磁波頻率也是連續(xù)的 原子光譜應是連續(xù)的光譜 而實際上看到的是分立的線狀譜 盧瑟福原子核式模型正確地指出了原子核的存在 很好地解釋了 粒子散射實驗 但是 經(jīng)典物理學既無法解釋原子的穩(wěn)定性 又無法解釋原子光譜的分立特征 三 經(jīng)典理論的困難 1 在實際生活中 我們可以通過光譜分析來鑒別物質(zhì)和物質(zhì)的組成成分 例如某樣本中一種元素的含量達到10 10g時就可以被檢測到 那么我們是通過分析下列哪種譜線來鑒別物質(zhì)和物質(zhì)的組成成分的 A 連續(xù)譜B 線狀譜C 特征譜線D 任意一種光譜 BC 2 下列說法正確的是 A 通過光柵或棱鏡可以把光按波長展開 從而獲得光的波長成分的記錄 這就是光譜 即光譜與光強度無關(guān)B 通過光柵或棱鏡可以把光按波長展開 從而獲得光的波長成分和強度分布記錄 這就是光譜 即光譜不僅記錄了光的波長分布 還記錄了強度分布C 在研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)太陽光譜中有許多暗線 這說明了太陽內(nèi)部缺少對應的元素D 在研究太陽光譜時發(fā)現(xiàn)太陽光譜中有許多暗線 這些暗線與某些元素的特征譜線相對應 這說明了太陽大氣層內(nèi)存在對應的元素 BD 3 根據(jù)巴耳末公式 指出氫原子光譜在可見光范圍內(nèi)波長最長的兩條譜線所對應的n 這兩條譜線的波長各是多少 氫原子光譜有什么特點 氫原子在可見光范圍內(nèi)的譜線為不連續(xù)的明線