3.氢原子光谱
课堂探究
探究一光谱分类和光谱分析
问题导引
如图所示，白光通过三棱镜后，由于棱镜对不同色光的折射率不同，从而使白光分解成单色光，形成从红到紫依次按顺序排列的彩色光带，这种复色光分解为单色光的现象叫光的色散，形成的彩色光带称为光谱。由于光波是原子内部电子运动产生的，各种物质原子内部的电子运动不同，因而产生的光波不同，故研究各种物质发光的光谱，对认识物质内部结构及其运动规律具有重要意义。那么光谱可以分为哪几种？
提示：可以分为发射光谱和吸收光谱。
名师精讲
1．光谱的分类
2．线状谱和连续谱的不同之处
线状谱
连续谱
形状特征
一条条分立的谱线
连在一起的光带
4
组成
某些特定频率的谱线，不同元素的线状谱线不同
一切波长的光都有
应用
可用于光谱分析
不能用于光谱分析
3.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暗了，这就形成了连续谱背景下的暗线。
4．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。③应用光谱分析鉴定食品优劣。
警示某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的，两者均可用作光谱分析。
【例题1】 下列说法中正确的是( )
A．进行光谱分析，可以用线状谱，也可以用吸收光谱
B．光谱分析的优点是非常灵敏而迅速
C．使一种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气，取得吸收光谱，就可以对前者的化学组成进行分析
D．摄下月球的光谱，可以分析出月球是由哪些元素组成的
解析：由于每种元素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，所以光谱分析可以用线状谱或者吸收光谱，A项正确；光谱分析的优点是灵敏而迅速，B项正确；分析某种物质的组成，可用白光照射其低压蒸气产生的吸收光谱进行，C项错误；月球不能发光，它只能反射太阳光，故其光谱是太阳光谱，不是月球的光谱，不能用来分析月球上的元素，D项错误。
答案：AB
反思 解决光谱和光谱分析的问题，应从分析光谱成因入手，理解不同谱线的特征。
探究二氢原子光谱的规律和应用
问题导引
氢原子是自然界中最简单的原子，对它的光谱线的研究获得的原子内部结构的信息，对于研究更复杂的原子的结构有指导意义。从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示，氢原子的光谱为线状谱。
4
试分析氢原子光谱的分布特点？
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。
名师精讲
1．在氢原子光谱图的可见光区内，有四条谱线，分别用Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示。Hα～Hδ间距越来越小，表现出明显的规律。巴耳末对氢气放电得到的氢原子光谱的四条谱线进行研究，发现了下面的公式，该公式被称为巴耳末公式：
＝R(－) n＝3,4,5，…
巴耳末公式中n只能取整数，波长λ也只能是分立的值。
公式中的R称为里德伯常量，R＝1.10×107 m－1。
由它确定的这一组谱线称为巴耳末系。其中Hα、Hβ、Hγ、Hδ这四条谱线分别对应公式中n取3、4、5、6。
2．其他谱线：除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
警示巴耳末系是氢原子在可见光区的一组谱线，在红外光区和紫外光区也有类似的谱线系。
【例题2】 在可见光范围内，氢原子光谱中波长最长的2条谱线所对应的基数分别为n1、n2。
(1)它们的波长各是多少？
(2)其中波长最长的光对应的光子能量是多少？
点拨：巴耳末公式＝R(－)是反映可见光范围内氢原子发光规律的，n越小对应的波长越长，光子能量由ε＝h确定。
解析：(1)谱线对应的n越小，波长越长，故氢原子光谱中波长最大的2条谱线所对应的基数分别为n1＝3，n2＝4。
当n1＝3时，＝1.10×107×(－) m－1
解得λ1＝6.5×10－7 m。
当n2＝4时，＝1.10×107×(－) m－1
解得λ2＝4.8×10－7 m。
(2)n＝3时，对应着氢原子巴耳末系中波长最长的光，因此
4
ε＝hν＝h＝J＝3.06×10－19 J。
答案：(1)6.5×10－7 m 4.8×10－7 m
(2)3.06×10－19 J
反思巴耳末公式是求解氢原子发光的依据。
触类旁通在例题2中，两条可见光中n等于几的能量大？能量大的可见光的频率是多大？
答案：4 6.25×1014 Hz
4
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