高中物理实验十六氢原子光谱研究
高中物理氢原子光谱知识点
高中物理氢原子光谱知识点一、氢原子光谱的发现历程。
1. 巴尔末公式。
- 1885年，巴尔末发现氢原子光谱在可见光区的四条谱线的波长可以用一个简单的公式表示。
巴尔末公式为(1)/(λ)=R((1)/(2^2) - (1)/(n^2))，其中λ是谱线的波长，R称为里德伯常量，R = 1.097×10^7m^-1，n = 3,4,5,·s。
- 巴尔末公式的意义在于它反映了氢原子光谱的规律性，表明氢原子光谱的波长不是连续的，而是分立的，这是量子化思想的体现。
2. 里德伯公式。
- 里德伯将巴尔末公式推广到更一般的形式(1)/(λ)=R((1)/(m^2)-(1)/(n^2))，其中m = 1,2,·s，n=m + 1,m + 2,·s。
当m = 1时，对应赖曼系（紫外区）；当m = 2时，就是巴尔末系（可见光区）；当m = 3时，为帕邢系（红外区）等。
二、氢原子光谱的实验规律与玻尔理论的联系。
1. 玻尔理论对氢原子光谱的解释。
- 玻尔提出了三条假设：定态假设、跃迁假设和轨道量子化假设。
- 根据玻尔理论，氢原子中的电子在不同的定态轨道上运动，当电子从高能级E_n向低能级E_m跃迁时，会发射出频率为ν的光子，满足hν=E_n-E_m。
- 结合氢原子的能级公式E_n=-(13.6)/(n^2)eV（n = 1,2,3,·s），可以推出氢原子光谱的波长公式，从而很好地解释了氢原子光谱的实验规律。
例如，对于巴尔末系，当电子从n（n>2）能级跃迁到n = 2能级时，发射出的光子频率ν满足hν = E_n-E_2，进而可以得到波长与n的关系，与巴尔末公式一致。
2. 氢原子光谱的不连续性与能级量子化。
- 氢原子光谱是分立的线状光谱，这一现象表明氢原子的能量是量子化的。
在经典理论中，电子绕核做圆周运动，由于辐射能量会逐渐靠近原子核，最终坠毁在原子核上，且辐射的能量是连续的，这与实验观察到的氢原子光谱不相符。
高中人教物理选择性必修二专题16 光电效应和原子结构——教师版
专题16 光电效应和原子结构（教师版）一、目标要求目标要求 重、难点 光电效应 重难点 康普顿效应 原子的核式结构模型 重点 氢原子光谱与玻尔氢原子模型重点二、知识点解析1．光电效应(1)光电效应现象：光照射在金属板上，金属板表面有电子逸出的现象，把这种电子叫做光电子； (2)爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦认为，光是由一个个不可分割的能量子组成，频率为ν的光的能量子为hν，h 为普朗克常量，这些能量子称为光子．光电效应中，金属中电子吸收一个光子获得能量，其中一部分用于克服金属原子引力做功，剩下的能量表现为光电子的初动能E k ：0E h W k ν=-其中W 0称为金属的逸出功，是使电子脱离金属原子束缚所需做功的最小值，不同金属的逸出功不相同．(3)光电效应的规律：如图1所示①饱和电流逐渐增大两板之间的电压，电流表示数开始时逐渐增大，后保持不变，说明单位时间从K 板逸出的电图1子个数是确定的；光电流的最大值称为饱和电流；入射光的光照强度越大，单位时间内发生光电效应的光电子数目越多，饱和光电流越大；②遏止电压设光电子逸出时的初速度为v 0，改变两极板的电性，使光电子逸出后做减速运动，当电流表示数恰好为零时，两极板间的电压称为遏止电压，用U c 表示：20012c e eU m v h W ν==-可见遏止电压与入射光的频率和金属种类有关，与入射光的光照强度无关； 光电流与电压的关系如图2所示：③截止频率（极限频率）只有入射光的频率超过某一极限值时才会发生光电效应，这个极限值称为入射光的截止频率ν0； 令E k =0，即0=hν0－W 0，解得00W hν=，可见截止频率与金属的种类有关； 若某频率的光照射金属板时不发生光电效应，则无论怎样增大光照强度都不能使金属逸出光电子；而若某频率的光能使金属发生光电效应，极微弱的光照强度也能产生光电子．④瞬时性：当入射光的频率超过截止频率，无论入射光光照强度如何，从照射到逸出光电子的时间不超过10-9s ，即光电效应几乎是瞬时的．2．康普顿效应(1)光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，从而使得传播方向发生变化，这种现象称为光的散射； (2)康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X 射线的散射作用时，发现部分散射光的波长变长了，经过大量的实验，康普顿提出，光子除了具有能量ε=hν外，同时具有动量p ，如图3所示；图2图3光子的动量为：h pλ=康普顿效应中，光子与晶体中的电子发生碰撞，将一部分动量转移给电子，从而光子的动量减小，对应的波长增大．3．原子结构(1)电子的发现：英国物理学家J．J．汤姆孙认为阴极射线是一种带电粒子流，并在1897年测定了组成阴极射线的粒子的比荷，并将其命名为电子．(2)原子核式结构①汤姆孙的“枣糕模型”：汤姆孙认为原子是一个实心球体，正电荷弥漫性地均匀分布在球体内部，电子镶嵌其中，如图4所示．但“枣糕”模型不能解释高速电子流能透过原子的现象．②卢瑟福的“核式结构”：1911年新西兰英籍物理学家卢瑟福在用α粒子轰击金箔时，发现大部分粒子都穿透金箔，少数粒子有偏转，极少数粒子有较大角度的偏转；卢瑟福认为：在原子内部，正电部分仅占很小的空间，通过计算，原子的直径大约为10-10m，但带正电的核的直径仅有10-15m，而电子充斥在原子空旷的内部中高速运动，如图5所示，这就是卢瑟福提出的原子核式结构．图4(3)质子的发现：1918年，提出原子核式结构的卢瑟福用α粒子轰击氮核得到质子；(4)中子的发现：自卢瑟福发现质子后，科学界认为原子核是由质子组成的，但这与原子的质量有较大的差异，因此卢瑟福预言，原子核内还应有一种不带电的粒子，这种粒子的质量与质子相近；1932年由英国物理学家查德威克利用α粒子轰击铍核得到了这种粒子，并命名为中子．4．玻尔的原子模型利用经典物理学解释原子结构仍然有一定的困难，丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说．(1)轨道量子化电子的轨道半径不是连续的，而是有特定的半径，即电子的轨道是量子化的而不是连续的，原子核内存在分立的轨道；若电子绕原子运动的最小半径为r1，则第n条轨道的半径满足：r n=n2r1电子只能在这些特定的轨道中运动，不可能出现在任意相邻两条轨道之间．(2)能量量子化电子在不同轨道运动时，原子具有不同的能量，玻尔将这些不同的能量值称为能级，原子中具有确定能量的稳定状态称为定态；当电子在最低轨道中运动时，原子具有最小的能量，把原子处于最低能量的状态称为基态，其他能量状态称为激发态；以氢原子核为例，已知电子带电荷量为－e，氢原子核带电荷量为+e，相距为R的Q和q之间具有的电势能为p kQqER=，设电子的轨道半径为r n根据库仑力提供向心力：222nen nv ek mr r=可得电子的动能：22k122e nnkeE m vr==，以及电势能：2p2nkeEr=-故电子在第n条轨道上时，原子的能量为2k p2 nnke E E Er =+=-图5结合r n=n2r1，可知各能级之间的能量满足：12 nE En=氢原子中，E1=－13.6eV．(3)能级跃迁①跃迁：原子由一个能量状态变为另一个能量状态的过程叫做跃迁，对应内部电子轨道的变化，这个过程是不连续的；②频率条件：当电子从某高能级E n向低能级E m跃迁时，会放出能量为hν的光子，hν的大小由前后两个能级的能量差决定：hν=E n－E m，这个规律叫做频率条件；同样，电子从低能级向高能级跃迁时，需要吸收的光子的能量也由频率条件决定，若光子的能量不符合任意两能级的能量差值，电子不会吸收该光子．图6是氢原子的能级图，电子从n=3跃迁至n=1能级；③光子种类：大量电子从第n激发态向基态跃迁时，辐射出的光子种类为(1)2n nk-=种，即跃迁过程中会辐射k种频率的光．④电离：以氢原子为例，使电子彻底脱离原子核束缚的过程称为电离，恰好使电子脱离原子核所需要的能量称为电离能，电子处于不同能级所需要的电离能不相同，即E电=－E n三、考查方向题型1：光电效应的图像分析典例一：（2019高考理综天津卷）如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测的光电流和电压的关系。
高中物理 18.3氢原子光谱详解
高中物理 | 18.3氢原子光谱详解氢原子光谱早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。
光谱光谱是电磁辐射(不论是在可见光区域还是在不可见光区域)的波长成分和强度分布的记录。
有时只是波长成分的记录。
1发射光谱定义：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。
分类：发射光谱可分为两类：连续光谱和明线光谱。
连续光谱连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。
炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。
例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。
明线光谱只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。
明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。
稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。
明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。
实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。
2吸收光谱高温物体发出的白光(其中包含连续分布的一切波长的光)通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。
各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。
这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。
因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。
太阳的光谱是吸收光谱。
3 光谱分析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的化学组成。
这种方法叫做光谱分析。
原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。
氢原子光谱氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
巴耳末公式：经典理论的困难卢瑟福原子核式模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了α粒子散射实验。
但是。
经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。
按经典物理学电子绕核旋转，做加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。
最新人教版高中物理选修3-5：18.3 氢原子光谱 知识点总结及课时练习
3氢原子光谱记一记氢原子光谱知识体系1个公式——巴耳末公式2种谱线——线状谱、连续谱1个实验规律——氢原子光谱实验规律辨一辨1.各种原子的发射光谱都是线状谱，并且只能发出几个特定的频率．(√)2．可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分．(√) 3．光是由原子核内部的电子运动产生的，光谱研究是探索原子核内部结构的一条重要途径．(×)4．稀薄气体的分子在强电场的作用下会变成导体并发光．(√) 5．巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数．(×)想一想1.什么是光谱？研究光谱对了解原子结构有什么作用？提示：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长和强度分布记录．许多情况下光是由原子内部电子运动产生的，因此光研究是探索原子结构的一条重要途径．2．经典理论在解释氢原子光谱时遇到了什么困难？提示：经典物理学无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征．3．仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？提示：氢原子光谱从左向右谱线间的距离越来越大．氢原子光谱的谱线波长符合巴耳末公式．思考感悟：练一练1.(多选)下列物质中产生线状谱的是()A．炽热的钢水B．发光的日光灯管C．点燃的蜡烛D．极光解析：炽热的钢水、点燃的蜡烛能产生连续谱，发光的日光灯管能产生水银蒸气的线状谱，极光是宇宙射线激发的气体发光，能产生线状谱，选项B、D正确．答案：BD2．关于光谱，下列说法正确的是()A．一切光源发出的光谱都是连续谱B．一切光源发出的光谱都是线状谱C．稀薄气体发出的光谱是线状谱D．作光谱分析时，利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的化学组成解析：不同光源发出的光谱有连续谱，也有线状谱，故A、B 错误；稀薄气体发出的光谱是线状谱，C正确；只有应用线状谱才可以进行光谱分析，D错误．答案：C3．(多选)要得到钠元素的特征谱线，下列做法正确的是() A．使固体钠在空气中燃烧B．将固体钠高温加热成稀薄钠蒸气C．使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气D．使炽热固体发出的白光通过高温钠蒸气解析：炽热固体发出的是连续谱，燃烧固体钠不能得到特征谱线，A错误；稀薄气体发光产生线状谱，B正确；强烈的白光通过低温钠蒸气时，某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱，C 正确，D错误．答案：BC4．根据巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)讨论，随着n的增大，氢原子所发出的光的波长如何变化？光子的能量如何变化？解析：随着n的增大，由巴耳末公式可得波长越小，再由波长与频率的关系，频率与光子能量的关系，可得随着n的增大，光子的能量越大．答案：见解析要点一对光谱和光谱分析的理解1.(多选)关于光谱，下列说法正确的是()A．炽热的液体发射连续谱B．发射光谱一定是连续谱C．线状谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析D．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱解析：炽热的液体发射的光谱为连续谱，选项A正确．发射光谱可以是连续谱也可以是线状谱，选项B错误．线状谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱，都可以对物质成分进行分析，选项C 正确．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱，选项D正确．答案：ACD2．下列说法正确的是()A．线状谱中的亮线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线B．各种原子的线状谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应C．气体发出的光只能产生线状谱D．甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成了甲物质的吸收光谱解析：吸收光谱中的暗线和线状谱中的明线相对应，都是特征谱线，但通常吸收光谱中的暗线要比线状光谱中的明线少，所以A正确，B错误；气体发光，若为高压气体则产生连续谱，若为稀薄气体则产生线状谱，所以C错误；甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成了乙物质的吸收光谱，所以D错误，综上所述，应选A.答案：A3．[2019·江苏期末](多选)对原子光谱，下列说法正确的是()A．线状谱和吸收光谱可用于光谱分析B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同D．发射光谱可以用来鉴别物质中含哪些元素解析：线状谱和吸收光谱都含有原子的特征谱线，因此可用于光谱分析，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错误，C正确；发射光谱分为线状谱和连续谱，对线状谱进行光谱分析可鉴别物质组成，连续谱不能用于光谱分析，D错误．答案：AC4．(多选)通过光栅或棱镜获得物质发光的光谱，光谱() A．按光的波长顺序排列B．按光的频率顺序排列C．按光子质量的大小排列D．按光子能量的大小排列解析：由于光谱是将光按波长展开，而波长与频率相对应，故A、B正确；光子没有质量，故C错误；由爱因斯坦的光子说可知，光子的能量与光子频率相对应，D正确．答案：ABD要点二氢原子光谱的规律应用5.[2019·通州月考]氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的波长为λ1，波长次之为λ2，则λ1λ2为()A.2027 B.2720C.23 D.32解析：由1λ＝R(122－1n2)得：当n＝3时，波长最长，1λ1＝R(122－132)．当n＝4时，波长次之，1λ2＝R(122－142)，解得λ1λ2＝2720.答案：B6．(多选)下列关于巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)的理解，正确的是()A．此公式是巴耳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谱C．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱D．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子的光谱解析：此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，A对，D错；公式中n只能取大于等于3的整数，λ不能连续取值，故氢原子光谱是线状谱，B错，C对．答案：AC7．[2019·湛江检测]如图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为()A．a元素B．b元素C．c元素D．d元素解析：把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b 元素的谱线在该线状谱中不存在，故选项B正确，与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中缺少该元素．答案：B8．根据巴耳末公式，指出氢原子光谱巴耳末线系的最长波长和最短波长所对应的n，并计算其波长．解析：对应的n越小，波长越长，故当n＝3时，氢原子发光所对应的波长最长．当n＝3时，1λ1＝1.10×107×(122－132) m－1解得λ1＝6.55×10－7 m.当n＝∞时，波长最短，1λ2＝R(122－1n2)＝R×14，λ2＝4R＝41.1×107m＝3.64×10－7 m.答案：当n＝3时，波长最长为6.55×10－7 m 当n＝∞时，波长最短为3.64×10－7 m基础达标1.白炽灯发光产生的光谱是()A．连续光谱B．明线光谱C．原子光谱D．吸收光谱解析：白炽灯发光是由于灯丝在炽热状态下发出光，是连续光谱．A正确，B、C、D错误．答案：A2．[2019·万州检测](多选)对于光谱，下面的说法中正确的是()A．连续光谱和线状光谱都是发射光谱B．线状谱由不连续的若干波长的光组成C．太阳光谱是连续谱D．太阳光谱是线状谱解析：吸收光谱也是线状谱，原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论多少，发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错；B项是线状谱的特征，故B正确；太阳周围的低温蒸气吸收了相应频率的光，故太阳光谱是线状谱，故D对，C错．答案：BD3．(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是() A．光谱包括连续谱和线状谱B．太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱C．线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析D．光谱分析帮助人们发现了许多新元素解析：光谱包括连续谱和线状谱，线状谱可用作光谱分析，太阳光谱是吸收光谱，光谱分析可以发现新元素和鉴定物质成分．故正确答案为A、C、D.答案：ACD4．氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为()A.59 B.49C.79 D.29解析：由巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)，n＝3,4,5，…当n＝∞时，最小波长1λ1＝R 122，当n＝3时，最大波长1λ2＝R(122－132)，得λ1λ2＝59，选项A正确．答案：A5．(多选)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系，下列说法正确的是()A．经典电磁理论可以解释原子的稳定性B．根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断地释放能量，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．对氢原子光谱的分析彻底否定了经典电磁理论解析：根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断地释放能量，最后被吸附到原子核上，原子不应该是稳定的，并且发射的光谱应该是连续的．对氢原子光谱的分析只是证明经典电磁理论不适用于对微观现象的解释，并没有完全否定经典电磁理论．综上，选项B、C正确．答案：BC6．太阳的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线．产生这些暗线是由于()A．太阳表面大气层中缺少相应的元素B．太阳内部缺少相应的元素C．太阳表面大气层中存在着相应的元素D．太阳内部存在着相应的元素解析：太阳光谱中的暗线是由于太阳内部发出的强光经过温度较低的太阳大气层时产生的，表明太阳大气层中含有与这些特征谱线相对应的元素，故选项C正确．答案：C7．[2019·河南周口月考]下列对氢原子光谱实验规律的认识中，正确的是()A．因为氢原子核外只有一个电子，所以氢原子只能产生一种波长的光B．氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线C．氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线D．氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关解析：氢原子发射的光的波长取决于光子的能量E，由于氢原子发射的光子的能量E＝E n－E m(下一节将学到)，所以发射的光子的能量是不连续的，故氢原子只能产生特定波长的光，即氢原子产生的光谱是一系列不连续的谱线，故A、D错误，B正确．光谱是不连续的，与亮度无关，故C错误．答案：B8．(多选)关于巴耳末公式，下列说法正确的是()A．巴耳末依据原子的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．巴耳末依据氢原子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光谱在可见光区的实际情况，其波长的分立值并不是人为规定的解析：巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的4条谱线分析总结出来的巴耳末公式，并不是依据原子的核式结构理论总结出来的，巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实际只发出若干特定频率的光，由此可知C、D正确．答案：CD9．[2019·湖南岳阳模拟]关于巴耳末公式：1λ＝R(122－1n2)(n＝3,4,5，…)，理解正确的是()A．式中n只能取整数，R称为巴耳末常量B．巴耳末系的4条谱线位于红外区C．在巴耳末系中n值越大，对应的波长λ越短D．巴耳末系的4条谱线是氢原子从n＝2的能级向n＝3、4、5、6能级跃迁时辐射产生的解析：巴耳末公式中n为量子数，不可以取任意值，只能取整数，且n≥3，式中R叫做里德伯常量，故A错误；巴耳末系的4条谱线位于可见光区，故B错误；根据巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)，可知n值越大，对应的波长λ越短，故C正确；公式只适用于氢原子从n≥3的能级向n＝2的能级跃迁时发出的光谱，故D错误．答案：C10．(多选)下列关于特征谱线的几种说法，正确的有()A．明线光谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线B．明线光谱中的明线是特征谱线，吸收光谱中的暗线不是特征谱线C．明线光谱中的明线不是特征谱线，吸收光谱中的暗线是特征谱线D．同一元素的明线光谱的明线与吸收光谱的暗线是相对应的E．每种原子都有自己的特征谱线，可以用其来鉴别物质解析：明线光谱中的明线与吸收光谱中的暗线均为特征谱线，并且实验表明各种元素吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的明线光谱中的一条明线相对应，A 、D 正确，每种原子都有自己的特征谱线，可以用其来鉴别物质，E 正确．答案：ADE能力达标11.可见光的波长范围为400～700 nm ，根据巴耳末公式1λ＝R (122－1n 2)，当n 取何值时氢原子所发出的光用肉眼能直接观察到？(R ＝1.10×107 m －1)解析：把波长等于400 nm ，代入巴耳末公式可得，n ＝6.7，把波长等于700 nm ，代入巴耳末公式可得，n ＝2.9，而n 只能取整数，所以n ＝3,4,5,6时氢原子发出的光用肉眼直接观察的到．答案：3,4,5,612．氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为1λ＝R (132－1n 2)(n ＝4,5,6，…)，R ＝1.10×107 m－1.已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域．(1)n ＝6时，对应的波长为多少？(2)帕邢系的氢原子光谱谱线对应的波在真空中的波速为多少？n ＝6时，传播频率为多大？解析：(1)根据帕邢系公式1λ＝R (132－1n 2)当n ＝6时，有λ≈1.09×10－6 m.(2)帕邢系形成的谱线在红外线区域，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速c ＝3×108 m/sν＝c λ＝3×1081.09×10－6 Hz ≈2.75×1014 Hz. 答案：(1)1.09×10－6 m(2)3×108 m/s 2.75×1014 Hz13．在可见光范围内氢原子发光的波长最长的2条谱线所对应的n .(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？(3)氢原子光谱有什么特点？解析：(1)设当n＝3,4时，氢原子发光所对应的波长分别为λ1、λ2，由巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)(n＝3,4,5…)知当n＝3时，1λ1＝1.10×107×(122－132) m－1，解得λ1＝6.5×10－7 m当n＝4时，1λ2＝1.10×107×(122－142) m－1，解得λ2＝4.8×10－7 m.(2)当n＝3时，对应着氢原子巴耳末系中的波长最长，即为λ1，因此ε1＝h cλ1＝6.63×10－34×3×1086.5×10－7J＝3.06×10－19 J.(3)除巴耳末系外，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，即1λ＝R(1a2－1n2)，其中a分别为1,3,4…对应不同的线系，由此可知氢原子光谱是由一系列线系组成的不连续的线状谱．答案：(1)6.5×10－7 m 4.8×10－7 m(2)3.06×10－19 J(3)由一系列线系组成的不连续的线状谱。
2025《高中物理总复习》16.2原子结构 氢原子光谱
动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是 __不__连_续___的．
3．氢原子的能量和能级跃迁 (1)氢原子的能极图：如图所示．
例1“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升 空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义．如图所示 为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级 Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟 跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受 激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态．该原子 钟产生的钟激光的频率ν2为( )
考点一 考点三
考点二 考点四
考点一
考点一 原子的核式结构模型 ●———【必备知识·自主落实】———● 1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙研究_阴__极__射_线__发现了电子，证 明了原子可以再分．
2．原子的核式结构： (1)α粒子散射实验[注意关键词语“绝大多数”“少数”等]：1909～ 1911年，英国物理学家__卢__瑟_福___和他的助手进行了用α粒子轰击金箔 的实验，实验发现__绝_大__多__数_α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前 进，但有少数α粒子发生了__大__角__度__偏转，偏转的角度甚至大于90°， 也就是说它们几乎被“撞”了回来．(如图所示)
答案：D
3．[2023·黑龙江哈尔滨哈师大附中校考三模]在α粒子散射实验中， 下列图景正确的是( )
答案：B
考点二
考点二 氢原子光谱 、 氢原子能级图及原子跃迁 ●———【必备知识·自主落实】———●
1．氢原子光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长(频率)展开，获 得光的___波__长___(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类
高中物理 氢原子光谱
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的
吸 光谱
收 光
产生条件：炽热的白光通过温度较白光低的气体后,
谱 再色散形成的
光谱形式：用分光镜观察时,见到连续光谱背景上 出现一些暗线[与特征谱线相对应]
光谱分析：
一、光谱分析：由于每一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.这种方法叫做光谱分析.
MN上分别会聚成不同颜色的像[谱线].通过望远
镜B的目镜L三,就看到了放大的光谱像.
[一]连续光谱
连续分布的包含有从红光到紫光各种 色光的光谱叫做连续光谱.
炽热的固体、液体和高压气体的发射 光谱是连续光谱.例如白炽灯丝发出的 光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形 成连续光谱.
三]吸收光谱
物体发出的白光通过物质时,某些波长的光 被物质吸收后产生的光谱,叫做吸收光谱. 各原子的吸收光谱中每一条暗线都跟该种 原子的发射光谱中的一条明线相对应. 这表明,低温气体原子吸收的光,恰好就是 这种原子在高温时发出的光. 因此吸收光谱中的暗谱线,也是原子的特征 谱线.太阳的光谱是吸收光谱.
一八八五年,巴耳末对当时已知的,在可见光区的四条
谱线作了分析,发现这些谱线的波长可以用一个公式表
示：
1R (2 1 2n 1 2) n3 ,4 ,5 ,...
三、氢原子光谱的实验规律
一八八五年,巴耳末对当时已知的,在可见光区的四条
谱线作了分析,发现这些谱线的波长可以用一个公式表
示：
1R (2 1 2n 1 2) n3 ,4 ,5 ,...
三、氢原子光谱
原子中,电子轨道是怎
BM
S
L一
L二
L
分光镜由平行光管A、三棱镜P和望N远镜筒三 B组
高中物理课件第2章 第4节 氢原子光谱与能级结构
[后思考]
被测电阻值越大，流过电流表表头的电流越小，电流的大小与被测电阻的阻
值成反比，这种说法对吗？为什么？
【提示】
电流I＝
E Rx＋R＋Rg＋r
，Rx越大，电流越小，但二者不是反比关
系．
[合作探讨]
甲
乙
丙
图2-8-2
如图2-8-2所示，甲、乙、丙分别为欧姆表红黑表笔短接、红黑表笔断开、被
测电阻为Rx所对应的电路图．
[再判断] 1．氢原子光谱是不连续的，是由若干频率的光组成的．( √ ) 2．由于原子都是由原子核和核外电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相 同的．( × ) 3．由于不同元素的原子结构不同，所以不同元素的原子光谱也不相同．(√ )
[后思考] 氢原子光谱有什么特征，不同区域的特征光谱满足的规律是否相同？ 【提示】 氢原子光谱是分立的线状谱．它在可见光区的谱线满足巴耳末公 式，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．
[后思考] 玻尔理论的成功和局限是什么？
【提示】 成功之处在于引入了量子化的观念，局限之处在于保留了经典粒 子的观念，把电子的运动看做是经典力作用下的轨道运动．
[核心点击] 1．成功方面 (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能 级图． (2)处于激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出光子，辐射光子的能量与实际符 合的很好，由于能级是分立的，辐射光子的波长也是不连续的． (3)不仅成功地解释了氢光谱的巴尔末系，计算出了里德伯常数，而且，玻尔 理论还预言了当时尚未发现的氢原子的其他光谱线系，这些线系后来相继被发 现，也都跟玻尔理论的预言相符．
[先填空]
1．理论推导
按照玻尔原子理论，氢原子的电子从能量较高的能级跃迁到n＝2的能级上
高中物理氢原子光谱和玻尔的原子模型课后习题答案及解析
高中物理氢原子光谱和玻尔的原子模型课后习题答案及解析练习与应用1．什么是线状谱，什么是连续谱？原子的发射光谱是怎样的光谱？不同原子的发射光谱是否有可能相同？解析：线状光谱是原子中电子的两个束缚态能级之间跃迁所产生的发射或吸收光谱，因为能级之间的间隔是确定的并且是离散的，表现出尖锐的光谱线，叫做线状光谱；连续光谱是原子中处于束缚态的电子跃迁到自由散射态或者相反所产生的发射或吸收光谱，因为没有确定的能级间隔，表现出宽泛的，不确定的光谱带，叫做连续光谱；原子的发射光谱是线状光谱。
且不同原子的发射光谱一定不同，这个特点是判断元素种类的依据之一。
2．参考图4.4-6，用玻尔理论解释，当巴耳末公式n＝5 时计算出的氢原子光谱的谱线，是哪两个能级之间的跃迁造成的？解析：巴耳末公式n=5时计算出的氢原子光谱的谱线是量子数为5的能级跃迁到量子数为2的能级形成的。
3．根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的前两条谱线所对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？答案：n=3时，λ=6.5×10 -7 m ，n=4时，λ=4.8×10 -7 m ，氢原子光谱是由一系列不连续的谱线组成的.4．如果大量氢原子处在n＝3的能级，会辐射出几种频率的光？其中波长最短的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的？解析：3种频率的光，波长最短的光是从n=3的能级跃迁到n=1的能级时发出的光大量原子处在n=3的能级上，能辐射3种频率的光．波长最短的光是从n=3的能级跃迁到n=1的能级时发出的光5．请用玻尔理论解释：为什么原子的发射光谱都是一些分立的亮线？解析：根据玻尔理论，原子从高能级向低能级跃迁时，能量以光子的形式释放出去。
释放的光子能量为跃迁时两能级间能量差，由于原子能级分立而不连续，所以光子能量分立，发射光谱都是一些分立的亮线。
6．要使处于n＝2的激发态的氢原子电离，它需要吸收的能量为多大？氢原子基态能量E1=-13.6eV，由En=E1n2得：E2=E14=-3.4eV，所以要使处于n=2的激发态的氢原子电离，它至少需吸收的能量为3.4eV，吸收的能量等于3.4eV，正好电离，吸收的能量大于3.4eV，氢原子电离，而且还剩余一部分能量以电子的动能形式存在。
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实验十六氢原子光谱研究
一、实验目的
（一）了解光谱定性分析的基本原理及定标曲线的应用；
(二)测定氢光谱中一些谱线（Hα、Hβ、Hγ）的波长，并计算里德堡常数；
（三）学会使用JJY型分光计。
二、实验器材
JJY分光计（1台）玻璃三棱镜（1只）氢灯（1盏）氦灯（1盏）
读数放大镜（1只）水平仪（1只）
三、实验原理和仪器描述
（一）仪器描述
JJY型分光计的构造原理及使用方法参见实验十五。
（二）实验原理
1. 里德堡常数R
氢原子光谱的规律性，早在1885年就被瑞士物理学家巴尔末所发现。
他根据实验结果，总结出在可见光区域内，氢原子光谱线的波长满足巴尔末公式：
，n=3 、4 、5... （16-1）
式中，R=1.096776称为里德堡常数。
n为量子数。
n=3 、4 、5时，上式分别给出了氢原子光谱中可见光区域三条较强的特征谱线的波长。
n =3为线，是红色线；n =4为线，是绿色线；n =5为线，是紫色线。
随着对氢原子光谱的深入研究，除了巴尔末线系外，又在紫外区和红外区发现了其它光谱系，合起来共有五个谱线系，它们的规律都和巴尔末公式相似，可统一表示为：
m=1、2、3、...,n=(m+1)、（m+2）...
从氢原子光谱的规律性，人们获悉了氢原子的内部结构和它的发射线光谱的秘密，从而发展了研究物质结构的近代光谱学，打开了研究原子物理的大门。
本实验通过对巴尔末线系三条特征谱线波长的测量，由式16-1可得到里德堡常数R，了解氢原子光谱的规律。
2．定标曲线
在高电压下氦灯中He原子被激发而发光。
经三棱镜色散便可形成光谱。
He原子光谱中较明亮的有9条谱线，其颜色和波长如下表所示：
在分光计的载物平台上放上三棱镜，经三棱镜色散后形成的光谱位置φ用分光计测定,见图16-1。
在直角坐标纸上以光谱线的波长λ为横坐标，以光谱线在分光计望远镜中的方位角φ为纵坐标，按作图要求作φ-λ曲线，如图16-2所示。
这条曲线便是定标曲线。
3 .定标曲线的用途
定标曲线反映了光谱线波长与经三棱镜色散后的光谱线方位角之间的关系。
只要我们保持小平台以及三棱镜的位置不变,其他光源射到三棱镜上，经色散后测得谱线的位置φ，就可以从定标曲线上查得对应
的波长λ。
这就是定标曲线的用途。
本实验利用氦光谱作出定标曲线，来测定氢光谱最明亮的、主量子数n分别为3、4、5的三条谱线的波长、、，其颜色分别是红、绿、紫，谱线符号分别是、、。
测出氢光谱的波长后，由式16-1可得到里德堡常数R
（16-2）
式中n为量子数，是与量子数n相应的波长。
分别代入 n=3,；n=4,；n=5,三组数据，均可算得德堡常数，里德堡常数的标准值为R=1.097×105/厘米。
四、实验步骤
（一）准备工作
（1）旋转望远镜目镜上的透镜框，调节目镜上十字叉丝的焦距，使通过目境能看到清晰的叉丝像。
（2）将分光计移到He灯前，使单缝正对灯管，让灯光透过单缝，经平行光管射出。
（3）把望远镜对准平行光管，调节望远镜管长度，使通过望远镜能看到清晰的单缝像。
（二）测定He谱线的位置，制作定标曲线
（1）把三棱镜放在小平台上，让平行光投射在它的光学面（不是粗磨面）如图16-1所示，入射角大约60度左右，再用眼睛（先不急于用望远镜）在三棱镜的另一光学面一侧寻找色散后的He光谱。
（2）找到光谱后，固定眼的位置不动，把望远镜移到眼前，通过望远镜就可以顺利看到光谱。
（3）旋紧望远镜的制动螺钉。
调节望远镜的微调螺钉，使望远镜叉丝交叉点对准由红到紫的9条谱线，依次读下这些谱线的方位角位置φ，把数据填入表16-1中。
（注意：此时保持载物平台和三棱镜的位置不变，留待下一步实验）
（4）用He光谱的数据作φ-λ定标曲线（此步骤可留待课后进行，便于抓紧时间测定H光谱）。
（三）测定H谱线的位置和波长
(1)点亮H灯。
载物平台和三棱镜的位置必须保持与测He光谱时一致,把分光计移到H灯前,使单缝正对灯管.
(2)始终保持载物平台和三棱镜不动.先用眼睛在三棱镜另一侧直接寻找氢光谱,找到后保持眼睛位置,把望远镜移至眼前,这时通地望远镜就可看见氢光谱线，分别读下氢谱线的位置:、、。
(3)根据、、,从定标曲线φ-λ中查出相应各谱线的波长、、，将数据填入表16-2中。
（四）计算里德堡常数
（1）用、、和它们分别对应的主量子数3、4、5代人公式（16-2）计算里德堡常数，并填入数据表16-2中。
（2）计算里德堡常数平均值，并参照标准值计算百分误差。
五、注意事项
（1）本实验所用电源设备产生高压，可达千伏特以上，注意勿触及其输入、输出端。
（2）三棱镜是贵重精密光学玻璃元件，易碎、易损，切勿用手触摸其透光面，只能触及其毛玻璃表面和三个棱。
防止跌落打碎。
六、数据处理
表16-1 He谱线的位置
表16-2 H谱线波长与里德堡常数
红绿紫
= = =
= = =
3 4
= =
百分误差
七、思考题定标曲线的形状和位置与什么因素有关。