高中物理第2章原子结构第4讲氢原子光谱与能级结构学案鲁科版选修3_5

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1、第4讲　氢原子光谱与能级结构[目标定位]　1.知道氢原子光谱的实验规律，了解巴尔末公式及里德伯常量.2.理解玻尔理论对氢原子光谱规律的解释．一、氢原子光谱1．氢原子光谱的特点：(1)从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线；(2)从长波到短波，Hα～Hδ等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性．2．巴尔末公式：＝R(n＝3,4,5，…)其中R叫做里德伯常量，其值为R＝1.09677581×107m－1.二、玻尔理论对氢原子光谱的解释1．巴尔末系氢原子从n≥3的能级跃迁到n＝2的能级得到的线系．2．玻尔理论的局限性玻尔理论解释了原

2、子结构和氢原子光谱的关系，但无法计算光谱的强度，对于其他元素更为复杂的光谱，理论与实验差别很大.一、氢原子光谱的实验规律1．氢原子的光谱从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图1所示．图12．氢原子光谱的特点：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．3．巴尔末公式(1)巴尔末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：＝R(－)n＝3,4,5…该公式称为巴尔末公式．(2)公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值．4．赖曼线系和帕邢线系：氢原子光谱除了存在巴尔末线系外，还存在其他

3、一些线系．例如：赖曼线系(在紫外区)：＝R(n＝2,3,4，…)帕邢线系(在红外区)：＝R(n＝4,5,6，…)例1　下列关于巴尔末公式＝R的理解，正确的是(　　)A．此公式是巴尔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的光谱C．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是分立的光谱D．公式不但适用于氢原子的光谱，也适用于其他原子的光谱答案　AC解析　此公式是巴尔末在研究氢原子光谱在可见光区的14条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，且n只能取大于等于3的整数，则λ不能取连续值，故氢原子光谱是分

4、立的光谱，故A、C对，B、D错．二、玻尔理论对氢原子光谱的解释1．理论导出的氢光谱规律：按照玻尔的原子理论，氢原子的电子从能量较高的轨道n跃迁到能量较低的轨道2时辐射出的光子能量hν＝En－E2，又En＝，E2＝，由此可得hν＝－E1，由于ν＝，所以上式可写作＝－，此式与巴尔末公式比较，形式完全一样．由此可知，氢光谱的巴尔末线系是电子从n＝3,4,5，…等能级跃迁到n＝2的能级时辐射出来的．2．玻尔理论的成功之处(1)运用经典理论和量子化观念确定了氢原子的各个定态的能量，并由此画出了氢原子的能级图．(2)处于激发态的氢原子向低能级跃

5、迁辐射出光子，辐射光子的能量与实际符合得很好，由于能级是分立的，辐射光子的波长是不连续的．(3)导出了巴尔末公式，并从理论上算出了里德伯常量R的值，并很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系．(4)能够解释原子光谱，每种原子都有特定的能级，原子发生跃迁时，每种原子都有自己的特征谱线，即原子光谱是线状光谱，利用光谱可以鉴别物质和确定物质的组成成分．例2　氢原子光谱的巴尔末公式是＝R(n＝3,4,5，…)，对此，下列说法正确的是(　　)A．巴尔末依据核式结构理论总结出巴尔末公式B．巴尔末公式反映了氢原子发光的连续性C．巴尔末依据对氢原子光

6、谱的分析总结出巴尔末公式D．巴尔末公式准确反映了氢原子所有光谱的波长，其波长的分立值不是人为规定的答案　C解析　巴尔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，也不能描述其他原子发出的光，故D错误．巴尔末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴尔末线系，故A、B错误，C正确．借题发挥　巴尔末公式的应用方法及注意问题(1)巴尔末公式反映了氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子．(2)公式中n只能取大于等于3的整数，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

7、条谱线分析时总结出的，但在紫外区的谱线也适用．(4)应用时熟记公式，当n取不同值时求出对应的波长λ.氢原子光谱的基本概念1．下列有关氢原子光谱、巴尔末公式和玻尔理论的说法，正确的是(　　)A．氢原子光谱说明氢原子只能发出特定频率的光B．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的C．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关D．所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应答案　AB2．仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条不连续的亮线，其原因是(　　)A．氢原子只有几个能级B．氢原子只能发出平行光C．氢原子有时发光，有时不发光D．氢原子辐射的光子的能

8、量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的答案　D氢原子光谱的实验规律3．下列对于巴尔末公式的说法正确的是(　　)A．所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应B．巴尔末公式只确定了氢原子发出的可见光部分的光的波长C．巴尔末公式确定了