高二物理人教版选修3-5课时训练12 氢原子光谱 Word版含解析
人教版高中物理选修3-5同步练测：第十八章第三节氢原子光谱(含答案).docx
高中物理学习材料桑水制作第三节氢原子光谱建议用时实际用时满分实际得分90分钟100分一、选择题（本题包括10小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共40分）1.关于光谱，下面说法中正确的是（）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气产生的光谱是线状谱D.白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱2.关于太阳光谱，下列说法正确的是（）A.太阳光谱是吸收光谱B.太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的C.根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成D.根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素3.氢原子光谱巴尔末系最小波长与最大波长之比为（）A.59 B.49C.79D.294.关于光谱，下面说法中正确的是（）A.炽热的液体发射连续光谱B.太阳光谱中的暗线说明太阳内部缺少与这些暗线相对应的元素C.线状光谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析D.发射光谱一定是连续光谱5.根据光谱的特征谱线，可确定物质的化学组成和鉴别物质，以下说法正确的是（）A.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B.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C.明线光谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线D.同一元素的明线光谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是一一对应的6.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.线状谱和暗线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光谱7.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光谱特征时发现的B.公式中n可取任意值，故氢光谱是连续性C.公式中n只能取不小于3的整数值，故氢光谱是线状谱D.公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光谱8.有关原子光谱，下列说法正确的是（）A.原子光谱反映了原子结构特征B.氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的C.太阳光谱是连续谱D.鉴别物质的成分可以采用光谱分析9.对于巴耳末公式下列说法正确的是（）A.所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B.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C.巴耳末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光D.巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长10.如图1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（）图1A.a元素B.b元素C.c元素D.d元素二、填空题（本题共2小题，每小题6分，共12分.请将正确的答案填到横线上）11.用摄谱仪拍摄的太阳，可以分析太阳大气的成分，这是利用太阳光的光谱.（填“明线”或“吸收”）12.氢原子的谱线系间接地反映了 .三、计算与简答题（本题共4小题，共48分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）13.（11分）从原子核式结构出发能否解释氢原子光谱. 14.（12分）根据巴耳末公式，指出氢原子光谱中巴耳末系的最短波长和最长波长所对应的n值，并计算出这两个波长.15.（14分）处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时会发出一系列不同频率的光，称为氢光谱.氢光谱的波长λ可以用下面的巴耳末—里德伯公式表示：1λ＝R(1k2−1n2)，n、k分别表示氢原子跃迁后所处状态的量子数，k=1、2、3…对每一个k，有n=k+1、k+2、k+3…R称为里德伯常量，是一个已知量.对于k=1的一系列谱线其波长处在紫外线区，称为赖曼系；k=2的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系.求氢原子赖曼系光谱中最长的波长和最短的波长. 16.(11分)在可见光范围内波长最长的2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？第三节氢原子光谱答题纸得分：一、选择题二、填空题11． 12.三、计算与简答题13.14.15.16.第三节氢原子光谱参考答案一、选择题1. BC 解析：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，所以A不正确；稀薄的氢气发光产生的光谱是原子光谱又叫明线光谱，所以B正确；钠蒸气产生的光谱是原子光谱C正确；白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱，所以D不正确.应选B、C.2. AB 解析：太阳光谱是吸收光谱.因为太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察的太阳光谱是吸收光谱，所以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，而对某种物质要观察到它的吸收光谱，要求它的温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度很低，所以太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子所吸收.上述选项中正确的是A、B.3. A 解析：由巴尔末公式1λ＝R(122−1n2)n=3，4，5，…得当n=∞时，最短波长1λ1＝R122，当n=3时，最长波长1λ2=R(122−132)得λ1λ2=59,故选项A正确.4. AC 解析：炽热的固体，液体的高压气体发出的是连续光谱，故A正确.太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续光经过太阳大气层时产生的吸收光谱.太阳中存在的某些元素发出的光谱被大气层存在的对应元素吸收，故B不正确.线状光谱和吸收光谱都是原子的特征光谱，都可以用于对物质成分进行分析，故C正确.发射光谱可能是连续光谱，也可能是明线光谱，故D不正确.5.CD6.ACD7. AC 解析：此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区的14条谱线中得到的，只适用于氢光谱的分析，且n只能取大于等于3的整数，则λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱.8.ABD 解析：原子光谱的特征间接地反映了原子的结构特征，不同元素的原子结构是不同的，产生的光谱也不相同，正因如此，我们可以利用光谱来鉴别物质的化学组成.故A、B、D正确.9.C 解析：巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，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，A、D错误；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，B错误，C正确.10. B 解析：由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B正确.与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素.点拨：每个原子都有自己的特征谱线，利用它可以鉴别物质成分.二、填空题11.吸收解析：太阳周围有一层稀薄的大气，太阳通过这层大气时，某些频率的光被太阳大气中各种元素的原子吸收，形成吸收光谱，通过对照各种元素原子的特征谱线就会分析出大气成分，因此是利用了太阳的吸收光谱.12.氢原子的内部结构解析：由于光谱是原子受激发而发出的，不同原子受激发，发出的光谱不同，所以氢原子谱线系间接反映了氢原子的内部结构.三、计算与简答题13.卢瑟福的核式结构模型不能解释氢原子的光谱的谱线结构.解析：根据卢瑟福提出的核式结构，带负电的电子在核外空间运动，由于电子绕核旋转，当原子受到激发发光时，其自身能量会减少，轨道半径会减小，最终会落到核上，因此这种核式结构是不稳定的，与实际情况不符，可见卢瑟福的核式结构模型不能解释氢原子光谱的谱线结构.14.364.7 nm 656.5 nm 解析：在巴耳末线系中，当n=∞时对应的波长最短，最短波长为λmin,1λmin=R(122−0)，解得λmin=3.647×10-7 m=364.7 nm；当n=3时对应的波长最长，最长波长为1λmax＝R(122−132)，解得λmax＝6.565×10-7 m=656.5 nm.15.1.2×10-7m 9.1×10-8m 解析：由赖曼公式1λ＝R(112−1n2)，n=2,3,4…得n=2时波长最长为λ2＝43×1.10×107 m≈1.2×10-7 m,n=∞时，波长最短为λ∞＝11×1.10×107m≈9.1×10-8 m.点拨：用数学公式或函数来表述物理规律是最常用的方法和手段，并且用数学公式或函数表述物理规律有时显得更直观、更简洁.在利用此公式解题时，公式多以信息的形式呈现出来，考查学生的理解能力.16.见解析解析：据公式1λ＝R(122−1n2)，n=3,4,5…得当n=3时，波长λ最大，其次是n=4时，当n=3时，1λ1＝1.10×107(14−19),解得λ1＝6.5×10-7 m.当n=4时，1λ2＝1.10×107(14−116),解得λ2＝4.8×10-7 m.氢原子光谱是由一系列不连续的谱线组成的线状谱.。
2020-2021学年高二人教版物理选修3-5学案：第十八章 3 氢原子光谱 Word版含解析
3氢原子光谱一、光谱1．定义用光栅或棱镜把可见光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．2．分类有些光谱是一条条的亮线，这样的亮线叫谱线，这样的光谱叫线状谱．有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连续在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱．3．特征光谱各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发射特定频率的光．不同原子发射的线状谱的亮线位置不同，说明不同原子发光频率是不一样的，因此这些亮线称为原子的特征光谱．4．光谱分析利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫做光谱分析．我们看到这样的情景：在太阳光下，我们用一个玻璃棱镜放在水平面上，在棱镜的背面会看到彩色的光带，你知道这种现象是如何产生的吗？提示：这是一种光的色散现象．白光为复色光，是由七种颜色的光复合而成，复色光分解为单色光的现象叫做光的色散，形成的彩色光带称为光谱．二、氢原子光谱的实验规律 1．研究光谱的意义光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的重要途径． 2．巴耳末公式从氢气放电管可以得到氢原子光谱，在可见光区的氢光谱符合巴耳末公式，用波长的倒数写出的公式为1λ＝R (122－1n 2)，n ＝3,4,5，….式中的R 为里德伯常量，实验值为R ＝1.10×107m －1.可以看出，n 只能取正整数，不能连续取值，波长也只能是分立的值．3．其他线系除了巴耳末线系，发现氢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公式．4．巴耳末公式的意义巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立性．光谱研究的鼻祖是鼎鼎大名的科学家牛顿，1663年，当他还是一个剑桥大学21岁的大学生时就开始研究色与光的问题．三年后，他做了有名的三棱镜光散射实验，将一束太阳光经一块三角形玻璃棱镜折射后，在墙上分布成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色的彩色光带．当再倒放一个三棱镜于第一个三棱镜后面时，各颜色又重新组合成为一束白光.1672年，在伦敦皇家学会上发表的第一篇论文《光和色的新理论》中，牛顿将这种彩虹色带命名为光谱，并正确地解释了它的成因．光谱分析可以用于鉴别物质和确定物质的组成成分，而且历史上有些元素就是利用光谱分析发现的，你能说出两种通过光谱分析发现的元素吗？提示：铷和铯． 三、经典理论的困难 1．卢瑟福核式学说的成就卢瑟福的核式结构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． 2．经典理论的困难经典的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．随着原子核式结构模型的建立与氢原子光谱规律的研究，经典理论出现了哪些困难？ 提示：(1)在核式结构模型中，电子绕原子核做圆周运动，电子具有加速度．根据经典电磁理论，电子加速运动时，要向外辐射电磁波，要辐射能量．这样，能量就会不断减少，轨道半径会越来越小，最终电子会坠入原子核中，原子将不复存在！(2)根据经典电磁理论，电子辐射电磁波的频率，就是它绕核转动的频率，电子越转能量越小，它离原子核就越来越近，转得也就越来越快，这个变化是连续的，也就是说，我们应该看到原子辐射各种频率的光，即原子的光谱应该总是连续的，而实际我们得到的氢原子光谱是分立的线状谱．考点一光谱和光谱分析1．光谱的分类按光谱的产生方式可分为发射光谱和吸收光谱，见下表：发射光谱吸收光谱连续谱线状谱定义物体直接发出的光通过分光后产生的光谱高温物体发出的白光通过低温物质时，某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱．吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线由连续分布的一切波长的光(一切单色光)组成的光谱只含有一些不连续的亮线的光谱．它是由游离态的原子发射的，因此也叫原子光谱．某种元素原子线状谱的谱线称为该元素原子的特征谱线举例炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱都是连续谱，如电灯灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光形成的光谱稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱都是线状谱太阳光谱应用不能用于光谱分析可用于光谱分析可用于光谱分析形成：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．应用：分析太阳光谱中的暗线，可以确定太阳大气层中含有的成分．2．光谱分析(1)定义：每种原子都有自己的特征谱线，可以利用光谱来鉴别物质和确定物质的组成成分．(2)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达10－10 g.(3)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．【例1】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吸收光谱的暗线是连续谱中某些波长的光波被物质吸收后产生的．【答案】 C【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应的元素．总结提能太阳光谱是吸收光谱，不是连续谱．通过太阳光谱中的暗线与发射光谱的明线相对应，可确定太阳大气层的组成．(多选)关于光谱，下列说法正确的是(ACD)A．各种原子的发射光谱都是线状谱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．由于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．根据各种原子发光的特征谱线进行光谱分析，可以鉴别物质和确定物质组成成分解析：每种原子都有自己的特征谱线，所以才能根据光谱来鉴别物质．考点二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，如图所示．2．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．巴耳末对放电的氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式，该公式称为巴耳末公式：1λ＝R (122－1n2)(n ＝3、4、5、6…)(1)公式中n 只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分立的值．(2)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．【例2】 在可见光范围内，氢原子发光的波长最长的2条谱线的波长各为多少？氢原子的光谱有什么特点？根据巴耳末公式进行计算．【答案】 6.5×10－7 m 4.8×10－7 m 不连续的线状谱 【解析】 巴耳末公式为1λ＝R (122－1n 2)，n ＝3,4,5…因此，n 取两个最小值3和4时，对应的波长最长，即 n ＝3时，1λ1＝1.10×107×(122－132)m －1解得λ1＝6.5×10－7 mn ＝4时，1λ2＝1.10×107×(122－142) m －1解得λ2＝4.8×10－7 m.由于公式中的n 只能取从3开始的整数，因此计算得到的氢原子光谱是由一系列线系组成的不连续的线状谱．总结提能 应用巴耳末公式进行计算时，一定要理解公式中n 的取值与波长λ的对应关系．(多选)关于巴耳末公式1λ＝R (122－1n 2)的理解，正确的是( AC )A ．此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的B ．公式中n 可取任意值，故氢光谱是连续谱C ．公式中n 只能取不小于3的整数值，故氢光谱是线状谱D ．公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光谱解析：此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区的14条谱线中得到的，只适用于氢光谱的分析，且n 只能取大于等于3的整数，则波长λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱．重难疑点辨析解决光谱和光谱分析问题的方法1．解决有关光谱和光谱分析的问题，应从深入理解光谱的成因入手，正确理解不同谱线的特点连续谱是由炽热的固体、液体和高压气体直接发光形成的，例如：白炽灯、炽热的铁水．线状谱是由稀薄气体或金属蒸气所发射的光谱，例如：光谱管、霓虹灯、烧钠盐形成的钠气发光．线状谱主要是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子光谱．2．线状谱中每条光谱线对应着一种频率，不同物质的线状谱不同，因此通过测定线状谱可以鉴别物质学习光谱时，易对发射光谱、吸收光谱区别不清，造成错误．避免混淆的关键是正确理解光谱的形成原因．发射光谱是物体直接发出的光通过分光后产生的光谱，吸收光谱是高温物体发出的光通过低温物质时，某些波长的光被该物质吸收后而形成的，它的特点是在连续光谱的背景上呈现暗线．太阳光谱是典型的吸收光谱．【典例】下列说法中正确的是()A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱B．各种原子的线状光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明线光谱D．甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成的是甲物质的吸收光谱【解析】据连续光谱的产生知A正确；由于吸收光谱中的暗线和线状谱中的明线相对应，但通常吸收光谱中看到的暗线要比线状谱中的明线少，所以B不对；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明线光谱，所以C不对；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不对，应选A.【答案】 A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组成某些不连续的波长的光组成一切波长的光都有产生稀薄气体或金属蒸气发光形成炽热的固体、液体、高压气体发光而产生的应用可用于光谱分析不能用于光谱分析1．白炽灯产生的光谱是( A ) A ．连续光谱 B ．线状光谱 C ．原子光谱D ．吸收光谱解析：炽热的固体发出的光谱是连续光谱．2．白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫排列的连续光谱，下列说法不正确的是( A )A ．棱镜使光增加了颜色B ．白光是由各种颜色的光组成的C ．棱镜对各种色光的折射率不同D ．看到白光是因为发光物体发出了在可见光区的各种频率的光解析：白光通过棱镜使各种色光落在屏上的不同位置，说明棱镜对各种色光的折射率不同，形成的连续光谱按波长(或频率)排列，即白光包括各种频率的光，光的颜色是由波长(或频率)决定的，并非棱镜增加了颜色，即B 、C 、D 正确．3．(多选)关于光谱和光谱分析，下列正确的是( CD ) A ．光谱包括连续光谱和线状谱B ．太阳光谱是连续光谱，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：光谱包括发射光谱和吸收光谱，发射光谱又分为线状谱和连续谱，其中线状谱和吸收光谱可用作光谱分析．4．对于巴耳末公式，下列说法正确的是( C ) A ．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B ．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C ．巴耳末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光D ．巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长解析：巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，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，A 、D 错误；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，B 错误，C 正确．5．计算巴耳末系中波长最长的光子的能量是多少？ 答案：3.0×10－19J解析：根据巴耳末公式1λ＝R (122－1n 2)可知，当n ＝3时λ最大，将n ＝3代入得λ＝6.563×10－7 m 据公式c ＝λν及光子能量E ＝hν可知， E ＝hν＝h c λ＝6.63×10－34×3×1086.563×10－7J＝3.0×10－19 J.莘莘学子，最重要的就是不要去看远方模糊的，而要做手边清楚的事。
2021-2022高二物理人教版选修3-5课后作业：18.3 氢原子光谱 Word版含解析
3氢原子光谱1.下列物质中产生线状谱的是()A.酷热的钢水B.发光的日光灯管C.点燃的蜡烛D.极光解析:酷热的钢水、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.淡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;淡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.氢原子光谱巴耳末系最小波长和最大波长之比为()A.59B.49C.79D.29解析:由巴耳末公式1λ=R(122−1n2),n=3,4,5,…。
当n=∞时,波长最短,最短波长满足1λ=R122;当n=3时,波长最长,最长波长满足1λ2=R(122−132),可得λ1λ2=59。
答案:A4.下列说法不正确的是()A.巴耳末线系光谱线的条数只有4条B.巴耳末线系光谱线有很多条C.巴耳末线系中既有可见光,又有紫外光D.巴耳末线系在可见光范围内只有4条解析:巴耳末线系中的光谱线有很多条,但在可见光区域只有4条光谱线,其余都在紫外光区域。
答案:A5.如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱,图乙是某矿物的线状谱,通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是()A.a元素B.b元素C.c元素D.d元素解析:将a、b、c、d四种元素的线状谱与乙图中对比,没有的谱线即是该矿物质中缺少的,可知矿物中缺少b、d元素,故选B、D。
答案:BD6.氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为E1,其次为E2,则E1E2为()A.2027B.2720C.23D.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,由E=h cλ得:E1E2=λ2λ1=2027。
(完整word版)选修3-5玻尔的原子模型习题(含答案)
18.4玻尔的原子模型课后作业1．氢原子从基态跃迁到激发态时，下列论述中正确的是（B）A．动能变大，势能变小，总能量变小B．动能变小，势能变大，总能量变大C．动能变大，势能变大，总能量变大D．动能变小，势能变小，总能量变小2．下列叙述中，哪些符合玻尔理论（ABC）A．电子可能轨道的分布是不连续的B．电子从一条轨道跃迁到另一个轨道上时，原子将辐射或吸收一定的能量C．电子的可能轨道上绕核做加速运动，不向外辐射能量D．电子没有确定的轨道，只存在电子云3．大量原子从n=5的激发态向低能态跃迁时，产生的光谱线数是（ B ）A．4条B．10条C．6条D．8条4．对玻尔理论的评论和议论，正确的是（BC）A．玻尔理论的成功，说明经典电磁理论不适用于原子系统，也说明了电磁理论不适用于电子运动B．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础C．玻尔理论的成功之处是引入量子观念D．玻尔理论的成功之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念5．氢原核外电子分别在第1、2条轨道上运动时，其有关物理量的关系是（BC ）A．半径r1＞r2 B．电子转动角速度ω1＞ω2C．电子转动向心加速度a1＞a2 D．总能量E1＞E26．已知氢原子基态能量为-13.6eV，下列说法中正确的有（ D ）A．用波长为600nm的光照射时，可使稳定的氢原子电离B．用光子能量为10.2eV的光照射时，可能使处于基态的氢原子电离C．氢原子可能向外辐射出11eV的光子D．氢原子可能吸收能量为 1.89eV的光子7．氢原子从能级A跃迁到能级B，吸收频率v1的光子，从能级A跃迁到能级C 释放频率v2的光子，若v2＞v1则当它从能级C跃迁到能级B将（D）A．放出频率为v2-v1的光子B．放出频率为v2+ v1的光子C．吸收频率为v2- v1的光子D．吸收频率为v2+v1的光子8．已知氢原子的基态能量是E1=-13.6eV，第二能级E2=-3.4eV．如果氢原子吸收______eV的能量，立即可由基态跃迁到第二能级．如果氢原子再获得 1.89eV的能量，它还可由第二能级跃迁到第三能级，因此氢原子第三能级E3=_____eV．10.2 -1.511。
2019-2020年人教版物理选修3-5课时分层作业10+氢原子光谱+Word版含解析
课时分层作业(十)(时间：15分钟分值：50分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分)1．(多选)如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物质的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物质中缺乏的是()甲乙A．a元素B．b元素C．c元素D．d元素[解析]将甲中的线状谱与乙中的谱线相对照，没有的谱线即是该矿物质中缺少的，故选BD.[答案]BD2．(多选)关于太阳的光谱，下列说法正确的是()A．太阳光谱为连续谱B．太阳光谱为吸收光谱C．研究太阳光谱，可以了解太阳大气层的物质成分D．研究太阳光谱，可以了解地球大气层的物质成分[解析]太阳光谱是吸收光谱，太阳光通过太阳大气层后，被太阳大气层中物质吸收后形成的光谱，而吸收光谱的谱线与这种元素的线状谱是对应的，因此分析吸收光谱，也可了解物质的组成．故A、D错，B、C正确．[答案]BC3．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]氢原子光谱是线状谱，波长是一系列不连续的、分立的特征谱线，并不是只含有一种波长的光，也不是亮度不连续的谱线，B对，A、C错；氢原子光谱是氢原子的特征谱线，只要是氢原子发出的光的光谱就相同，与放电管的放电强弱无关，D错．[答案] B4．(多选)关于光谱，下列说法正确的是()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．煤气灯上灼烧的钠盐汽化后的钠蒸气产生的光谱是线状谱D．白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱[解析]太阳光谱是太阳产生的白光，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，不是连续光谱，所以选项A错误；稀薄的氢气发光是原子光谱，是线状谱，所以选项B正确；钠蒸气产生的光谱是原子光谱，是线状谱，选项C正确；白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱，不是线状谱，所以选项D错误．[答案]BC5．以下说法中正确的是()A．进行光谱分析，可以用连续光谱，也可以用吸收光谱B．光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速C．分析某种物质的化学组成，可以使这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进行分析D．摄下月球的光谱，可以分析出月球上有哪些元素[解析]进行光谱分析不能用连续光谱，只能用明线光谱或吸收光谱，A错误；光谱分析的优点是灵敏而且迅速，B正确；分析某种物质的化学组成，可用白光照射其低温蒸气产生的吸收光谱进行分析，通过另一种物质的低温蒸气只能取得另一种物质的吸收光谱，C错误；月球不能发光，它只能反射太阳光，故其反射的光谱是太阳光谱，而不是月球的光谱，不能用来分析月球上的元素，D错误．[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]AC二、非选择题(共14分)7．氢原子光谱在巴耳末系中最长波长的光子能量是多少？[解析]当n＝3时，对应的波长最长，代入巴耳末公式有：1λ1＝1.10×107×⎝⎛⎭⎪⎫122－132解之得λ1≈6.5×10－7 m光子能量为ε1＝hν＝h cλ1＝6.63×10－34×3×1086.5×10－7J＝3.06×10－19 J.[答案] 3.06×10－19 J。
第2章 3.光谱 氢原子光谱 知识点讲解汇总附练习 高中物理选修3-5 Word版含答案
3.光谱氢原子光谱[先填空]1．光谱复色光分解为一系列单色光，按波长长短的顺序排列成一条光带，称为光谱．2．分类(1)连续谱：由波长连续分布的彩色光带组成的光谱．(2)发射光谱：由发光物质直接产生的光谱．(3)吸收光谱：连续光谱中某些特定频率的光被物质吸收而形成的谱线．(4)线状谱：由分立的谱线组成的光谱．(5)原子光谱：对于同一种原子，线状谱的位置是相同的，这样的谱线称为原子光谱．3．光谱分析(1)定义：利用原子光谱的特征来鉴别物质和确定物质的组成部分．(2)优点：灵敏度、精确度高．[再判断]1．各种原子的发射光谱都是连续谱．(×)2．不同原子的发光频率是不一样的．(√)3．线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质．(×)[后思考]为什么通过光谱分析可以鉴别不同的原子，确定物体的化学组成？图231【提示】因为每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子其原子光谱不同，其亮线位置不同，条数不同，称为特征谱线．1．光谱的分类2．光谱分析的应用(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；(4)探索宇宙的起源等．1．(多选)对原子光谱，下列说法正确的是( )A．原子光谱是不连续的B．原子光谱是连续的C．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D．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【解析】原子光谱为线状谱，A正确，B错误；各种原子都有自己的特征谱线，故C 错误，D正确．【答案】AD2．关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )A．太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱B．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以用连续谱D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成【解析】太阳光谱是吸收光谱，而月亮反射太阳光，也是吸收光谱，煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱．由于月亮反射太阳光，其光谱无法确定月亮的化学组成．光谱分析不能用连续谱．【答案】 B3．太阳光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________．【解析】吸收光谱的暗线是连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的．太阳光的吸收光谱应是太阳内部发出的强光经较低温度的太阳大气层时某些波长的光被太阳大气层的元素原子吸收而产生的．【答案】太阳表面大气层中存在着相应的元素太阳光谱是吸收光谱，是阳光透过太阳的高层大气层时而形成的，不是地球大气造成的.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，两者均可用来作光谱分析.[先填空]1．氢原子光谱的获得在真空管中充入稀薄的氢气，在强电场的激发下，氢原子就会发光，通过分光镜就可以观察到氢原子光谱．2．氢原子光谱的规律(1)巴尔末公式：λ＝B n2n2－4(n＝3,4,5， (11)(2)意义：巴尔末公式反应了氢原子光谱的分立特征．(3)广义巴尔末公式：1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫1m 2－1n (m ＝1,2,3，…；n ＝m ＋1，m ＋2，m ＋3，…)R H 为里德伯常量．[再判断]1．氢原子光谱是利用氢气放电管获得的．(√) 2．由巴尔末公式可以看出氢原子光谱是线状光谱．(√) 3．在巴尔末公式中，n 值越大，氢光谱的波长越长．(×) [后思考]1．能否根据巴尔末公式计算出对应的氢光谱的最长波长？【提示】 能．氢光谱的最长波长对应着n ＝3，代入巴尔末公式便可计算出最长波长． 2．巴尔末是依据核式结构理论总结出巴尔末公式的吗？【提示】 不是．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，不是依据核式结构理论总结出来的．1．氢原子的光谱从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图232所示．图2322．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：λ＝Bn 2n 2－4(或1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2)，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．在氢原子光谱的紫外区和红外区，氢原子谱线可用广义巴尔末公式来描述 赖曼系 1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫11－1n (n ＝2,3,4，…)(紫外) 帕邢系1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫132－1n 2(n ＝4,5,6，…)(近红外)布喇开系1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫142－1n 2(n ＝5,6,7，…)(红外) 这些谱线波长公式统一起来，就是广义巴尔末公式： 1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫1m 2－1n 2(m ＝1,2,3，…；n ＝m ＋1，m ＋2，m ＋3，…)由上式，当m ＝1时，得到赖曼系(在紫外区)；当m ＝2时，得到巴尔末系；当m ＝3时，得到帕邢系；当m ＝4时，得到布喇开系．(R H 为里德伯常量，R H ＝1.096 775 81×107m －1)4．(多选)巴尔末通过对氢光谱的研究总结出巴尔末公式1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…)，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 ．巴尔末依据氢光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发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的 【解析】 由于巴尔末是利用当时已知的在可见光区的4条谱线做了分析总结出的巴尔末公式，并不是依据核式结构理论总结出来的，巴尔末公式反映了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实际只有若干特定频率的光，C 、D 正确．【答案】 CD5．氢原子光谱的巴尔末系中波长最长的光波的波长为λ1，波长次之为λ2，则λ1λ2＝________.【导学号：22482024】【解析】 由1λ＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2得：当n ＝3时，波长最长，1λ1＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－132，当n ＝4时，波长次之，1λ2＝R H ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－142，解得：λ1λ2＝2720. 【答案】27206．已知氢原子光谱中巴尔末线系第一条谱线H α的波长为6 565 A 0，试推算里德伯常量的值．【解析】 巴尔末系中第一条谱线为n ＝3时， 即1λ1＝R H (122－132) R H ＝365λ1＝365×6 565×10－10 m －1＝1.097×107 m －1.【答案】 1.097×107 m－1巴尔末公式的两点提醒(1)巴尔末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子．(2)公式是在对可见光的四条谱线分析时总结出来的，在紫外光区的谱线也适用．3.光的波粒二象性[先填空]1．光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生偏转，这种现象叫光的散射．蔚蓝的天空、殷红的晚霞是大气层对阳光散射形成的，夜晚探照灯或激光的光柱，是空气中微粒对光散射形成的．2．康普顿效应康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除原波长外，还发现了波长随散射角的增大而增大的谱线．X射线经物质散射后波长变长的现象，称为康普顿效应．3．康普顿的理论当光子与电子相互作用时，既遵守能量守恒定律，又遵守动量守恒定律．在碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子，光子能量减少，波长变长．4．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面，为光子说提供了又一例证．[再判断]1．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．(√)2．康普顿效应进一步说明光具有粒子性．(√)3．光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．(×)4．光子发生散射后，其波长变大．(√)[后思考]1．太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的．为什么？【提示】地球上存在着大气，太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方向；而在太空中的真空环境下，光不再散射，只向前传播．2．光电效应与康普顿效应研究问题的角度有何不同？【提示】光电效应应用于电子吸收光子的问题，而康普顿效应应用于讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．1．对康普顿效应的理解(1)实验现象X射线管发出波长为λ0的X射线，通过小孔投射到散射物石墨上．X射线在石墨上被散射，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．(2)康普顿效应与经典物理理论的矛盾按照经典物理理论，入射光引起物质内部带电粒子的受迫振动，振动着的带电粒子从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光．散射光的频率应该等于粒子受迫振动的频率(即入射光的频率)．因此散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应该出现波长变长的散射光．另外，经典物理理论无法解释波长改变与散射角的关系．(3)光子说对康普顿效应的解释假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．①光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．②因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长的改变与散射角有关．2．康普顿的散射理论进一步证实了爱因斯坦的光量子理论，也有力证明了光具有波粒二象性．1．(多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是 ( )A．康普顿效应说明光子具动量B．康普顿效应现象说明光具有波动性C．康普顿效应现象说明光具有粒子性D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加【解析】康普顿效应说明光具有粒子性，B项错误，A、C项正确；光子与晶体中的电子碰撞时满足动量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量转移给电子，光子的能量会减少，D项错误．【答案】AC2．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．如图431给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰后光子可能沿__________方向运动，并且波长________(选填“不变”“变短”或“变长”)．图431【解析】因光子与电子在碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．【答案】 1 变长动量守恒定律不但适用于宏观物体，也适用于微观粒子间的作用；康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性.[先填空]1．光的波粒二象性(1)光既具有波动性又具有粒子性，既光具有波粒二象性．光的波动性是指光的运动形态具有各种波动的共同特征，如干涉、衍射和色散等都有波动的表现．光的粒子性是指光与其他物质相互作用时所交换的能量和动量具有不连续性，如光电效应、康普顿效应等．(2)光子的能量和动量 ①能量：ε＝h ν. ②动量：p ＝hλ.(3)意义能量ε和动量p 是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此ε＝h ν和p ＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．2．光是一种概率波光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小，所以光是一种概率波． [再判断]1．光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．(√) 2．光子数量越大，其粒子性越明显．(×)3．光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．(√) 4．光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些．(√) [后思考]1．由公式E ＝h ν和λ＝hp，能看出波动性和粒子性的联系吗？【提示】 从光子的能量和动量的表达式可以看出，是h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁．2．在光的单缝衍射实验中，在光屏上放上照相底片，并设法控制光的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，曝光时间短时，可看到胶片上出现一些无规则分布的点；曝光时间足够长时，有大量光子通过狭缝，底片上出现一些平行条纹，中央条纹最亮最宽．请思考下列问题：(1)曝光时间短时，说明什么问题？【提示】 少量光子表现出光的粒子性，但其运动规律与宏观粒子不同，其位置是不确定的．(2)曝光时间足够长时，说明什么问题？【提示】 大量光子表现出光的波动性，光波强的地方是光子到达的机会多的地方． (3)暗条纹处一定没有光子到达吗？【提示】 暗条纹处也有光子到达，只是光子到达的几率特别小，很难呈现出亮度．1．对光的认识的几种学说在双缝干涉实验中，光子通过双缝后，对某一个光子而言，不能肯定它落在哪一点，但屏上各处明暗条纹的不同亮度，说明光子落在各处的可能性即概率是不相同的．光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小．这就是说光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，因此说光是一种概率波．3．关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是( )【导学号：22482062】A ．光的频率越高，衍射现象越容易看到B．光的频率越高，粒子性越显著C．大量光子产生的效果往往显示粒子性D．光的波粒二象性否定了光的电磁说【解析】光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的电磁说，只是说某些情况下粒子性明显，某些情况下波动性明显，故D错误．光的频率越高，波长越短，粒子性越明显，波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故B正确、A错误．大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性，故C错误．【答案】 B4．(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在亮纹处D．可能落在暗纹处【解析】根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故只有C、D正确．【答案】CD对光的波粒二象性的两点提醒1．光的干涉和衍射及偏振说明光具有波动性，而光电效应和康普顿效应是光具有粒子性的例证．2．波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．当光与其他物质发生作用时，表现出粒子的性质；少量或个别光子易显示出光的粒子性；频率高波长短的光，粒子性显著．大量光子在传播时表现为波动性；频率低波长长的光，波动性显著．对光子落点的理解1．光具有波动性，光的波动性是统计规律的结果，对某个光子我们无法判断它落到哪个位置，我们只能判断大量光子的落点区域．2．在暗条纹处，也有光子达到，只是光子数很少．3．对于通过单缝的大量光子而言，绝大多数光子落在中央亮纹处，只有少数光子落在其他亮纹处及暗纹处．。
物理同步人教选修3-5全国通用版课时训练12 氢原子光谱+Word版含解析 (2).docx
课时训练12氢原子光谱题组一光谱与光谱分析1.关于线状谱,下列说法中正确的是()A.每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同B.每种原子处在不同的物质中的线状谱不同C.每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同D.两种不同的原子发光的线状谱可能相同解析:每种原子都有自己的独特结构,其特征谱线由自己的内部结构决定,不会因温度、物质不同而改变,C正确。
答案:C2.(多选)关于光谱,下面说法正确的是()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气产生的光谱是线状谱D.白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱解析: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,所以A错误;稀薄的氢气发光是原子光谱,又叫线状谱,所以B 正确;钠蒸气产生的光谱是线状谱,C正确;白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱,所以D错误。
答案:BC3.白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靓、紫排列的连续光谱,下列说法不正确的是()A.棱镜使光增加了颜色B.白光是由各种颜色的光组成的C.棱镜对各种色光的折射率不同D.看到白光是因为发光物体发出了在可见光区的各种频率的光解析:白光通过棱镜使各种色光落在屏上的不同位置,说明棱镜对各种色光的折射率不同,形成的连续光谱按波长(或频率)排列,即白光是包括各种频率的光,光的颜色由波长(或频率)决定,并非棱镜增加了颜色,即B、C、D正确。
答案:A4.利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分。
关于光谱分析,下列说法正确的是()A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C.高温物体发出的光通过某物质后,光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D.同一种物质的线状谱的亮线与吸收光谱上的暗线由于光谱的不同,它们没有关系解析:由于高温物体的光谱包括了各种频率的光,与其组成成分无关,故A错误;某种物质发光的线状谱中的明线与某种原子发出的某频率的光有关,通过这些亮线与原子的特征谱线对照,即可确定物质的组成成分,B正确;高温物体发出的光通过某物质后某些频率的光被吸收而形成暗线,这些暗线与所经物质有关,C错误;某种物质发出某种频率的光,当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光,因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应,D错误。
物理选修3-5 氢原子光谱练习+答案解析
第三节 氢原子光谱[学习目标] 1.知道什么是光谱，能说出连续谱和线状谱的区别.2.能记住氢原子光谱的实验规律.一、氢原子光谱的实验规律[导学探究] 如图1所示为氢原子的光谱.图1(1)仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？(2)阅读课本，指出氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？ 答案 (1)从右至左，相邻谱线间的距离越来越小.(2)可见光区域的四条谱线的波长满足巴耳末公式：1λ＝R (122－1n2)，n ＝3,4,5，…[知识梳理] 1.氢光谱的获得在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2～3 kV 的高压，使氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，通过分光镜观察氢原子的光谱. 2.光谱的特点(1)氢原子光谱在可见光区内有四条谱线，这些谱线是几条分立的亮线. (2)氢原子受激发只能发出几种特定频率的光. 3.氢原子光谱的实验规律氢原子在可见光区的四条谱线的波长可用一个简单的公式——巴耳末公式表示：1λ＝R (122－1n 2)，n ＝3,4,5,6…，式中的常数R 称为里德伯常量. [即学即用] 判断下列说法的正误.(1)某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，称为原子光谱.( √ ) (2)符合巴耳末公式的谱线既有可见光也有紫外光.( √ ) (3)巴耳末公式中的n 既可以取整数也可以取小数.( × )二、氢原子光谱的其他线系自从发现巴耳末系后，人们又在紫外区、红外区及近红外区发现了氢原子的其他线系，分别是莱曼系、帕邢系、布喇开系、普丰德系，这些线系统一的公式为：1λ＝R ⎝⎛⎭⎫1m 2－1n 2，式中m 、n 均为正整数，且n >m ，此式称为广义巴耳末公式，也可以表示为1λ＝T (m )－T (n )，式中T (m )＝R m 2，T (n )＝R n 2称为光谱项. 三、原子光谱1.原子光谱：某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱称为原子光谱.2.每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子，其原子光谱均不相同.3.通过对光谱的分析可鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素. [即学即用] 判断下列说法的正误.(1)各种原子的发射光谱都是连续谱.( × ) (2)不同原子的发光频率是不一样的.( √ ) (3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质.( × )一、氢原子光谱的实验规律例1(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 只能取大于或等于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，也适用于其他原子光谱的分析 答案 AC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.针对训练1 氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( ) A.59 B.49 C.79 D.29 答案 A解析 由巴耳末公式1λ＝R ⎝⎛⎭⎫122－1n 2 n ＝3,4,5，… 当n →∞时，有最小波长λ1，1λ1＝R 122，当n ＝3时，有最大波长λ2，1λ2＝R ⎝⎛⎭⎫122－132，得λ1λ2＝59. 二、光谱和光谱分析 1.光谱分类(1)发射光谱——物体直接发出的光通过分光后产生的光谱.它分为连续谱和明线光谱(线状谱).①连续谱——由连续分布的一切波长的光组成的光谱.炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，如灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续谱.②线状谱——只含有一些不连续的亮线的光谱.各种原子的发射光谱(由稀薄气体发出)都是线状谱.每种原子都有自己的特征谱线，不同元素线状谱不同.(2)吸收光谱——高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光被该物质吸收后产生的光谱.这种光谱的特点是在连续的背景上有若干条暗线.这些暗线与特征谱线相对应. 2.光谱分析(1)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物质的组成成分，这种方法叫做光谱分析.(2)应用：a.鉴别物体的物质成分.b.发现新元素. (3)可用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱.(4)优点：灵敏度高，鉴别物质的最低含量达10－10 g.3.太阳光谱的特点(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)产生原因：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.例2(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是()A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱C.进行光谱分析时，可以用线状谱，不能用连续谱D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分答案BC解析太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱，正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致，白炽灯发出的是连续谱，选项A错误；月球本身不会发光，靠反射太阳光才能使我们看到它，所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分，选项D错误；光谱分析只能是线状谱或吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱分析的，所以选项C正确；煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱，选项B正确.针对训练2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.稀薄气体发光形成的光谱是线状谱D.白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱答案C解析由于物质发光的条件不同，得到的光谱不同，故A、B错误；稀薄气体发光形成的光谱为线状谱，C正确；白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱，D错误.1.(氢原子光谱的实验规律)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答案B解析氢原子光谱是线状谱，波长是一系列不连续的、分立的特征谱线，并不是只含有一种波长的光，也不是亮度不连续的谱线，B 对，A 、C 错；氢原子光谱是氢原子的特征谱线，与放电管的放电强弱无关，D 错.2.(光谱和光谱分析)(多选)关于光谱，下列说法中正确的是( ) A.炽热的液体发射连续谱B.线状谱和吸收光谱都可以对物质进行光谱分析C.太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素D.发射光谱一定是连续谱 答案 AB解析 炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，故A 正确；线状谱和吸收光谱都可以用来进行光谱分析，B 正确；太阳光谱中的暗线说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素，C 错误；发射光谱有连续谱和线状谱，D 错误.3.(光谱分析)利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法中正确的是( )A.利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分B.利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分C.高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D.我们观察月亮射来的光的光谱，可以确定月亮的化学组成 答案 B解析 由于高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A 错误；某种物质发光的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，B 正确；高温物体发出的光通过其他物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，与高温物体无关，C 错误；月亮反射到地面的光是太阳光，D 错误.4.(巴耳末公式的应用)根据巴耳末公式，可求出氢原子光谱在可见光的范围内波长最长的2条谱线，其波长分别为654.55×10－9 m 和484.85×10－9 m ，求所对应的n 值(已知里德伯常量R ＝1.10×107 m －1). 答案 n 1＝3 n 2＝4解析 根据巴耳末公式1λ＝R ⎝⎛⎭⎫122－1n 2，n ＝3,4,5，…得1654.55×10－9＝1.10×107×⎝⎛⎭⎫122－1n 1 2， 1484.85×10－9＝1.10×107×⎝⎛⎭⎫122－1n 2 2，解得n1＝3，n2＝4.一、选择题(1～8题为单选题，9～10题为多选题)1.关于原子光谱，下列说法中不正确的是()A.原子光谱是不连续的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.由于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.分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素答案B解析原子光谱为线状谱，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错误，C正确；根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，故D正确.2.巴耳末公式简洁显示了氢原子光谱的()A.分立特征B.连续特征C.既连续又分立D.既不连续又不分立答案A解析巴耳末公式中的n只能取正整数，得到的波长是一些分立的值.3.下列对于巴耳末公式的说法正确的是()A.所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应B.巴耳末公式只确定了氢原子发光中可见光部分的光的波长C.巴耳末公式确定了氢原子发光中一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光D.巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长答案 C解析 巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，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的发光，A 、D 错误；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，B 错误，C 正确.4.下列关于光谱的说法正确的是( )A.炽热固体、液体和高压气体发出的光形成连续谱B.对月光作光谱分析可以确定月亮的化学组成C.气体发出的光只能产生线状谱D.甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱 答案 A5.太阳光谱中有许多暗线，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 答案 C解析 太阳光谱中的暗线是由于太阳发出的连续谱通过太阳表面大气层时某些光被吸收造成的，因此，太阳光谱中的暗线是由于太阳表面大气层中存在着相应的元素，故C 正确，A 、B 、D 均错误.6.氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为E 1，其次为E 2，则E 1E 2为( )A.2027B.2720 C.23 D.32答案 A解析 由1λ＝R ⎝⎛⎭⎫122－1n 2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，由E ＝h c λ得：E 1E 2＝λ2λ1＝2027.7.如图1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( )图1A.a 元素B.b 元素C.c 元素D.d 元素答案 B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还有其他元素.8.1885年瑞士的中学教师巴耳末发现，氢原子光谱中可见光部分的四条谱线的波长可归纳成一个简单的经验公式：1λ＝R (122－1n 2)，n 为大于2的整数，R 为里德伯常量，1913年，丹麦物理学家玻尔受到巴耳末公式的启发，同时还吸取了普朗克的量子假说、爱因斯坦的光子假说和卢瑟福的原子核式结构模型，提出了自己的原理理论.根据玻尔理论，推导出了氢原子光谱谱线的波长公式：1λ＝R (1m 2－1n 2)，m 与n 都是正整数，且n >m .当m 取定一个数值时，不同数值的n 得出的谱线属于同一个线系.如： m ＝1，n ＝2,3,4…组成的线系叫莱曼系； m ＝2，n ＝3,4,5…组成的线系叫巴耳末系； m ＝3，n ＝4,5,6…组成的线系叫帕邢系； m ＝4，n ＝5,6,7…组成的线系叫布喇开系； m ＝5，n ＝6,7,8…组成的线系叫普丰德系； 以上线系只有一个在紫外光区，这个线系是( )A.莱曼系B.帕邢系C.布喇开系D.普丰德系答案 A解析 在真空中，电磁波的波长和频率互成反比例关系，波长最长的频率最小，紫外光区的频率较大，根据氢原子光谱谱线的波长公式：1λ＝R (1m 2－1n 2)得这个线系是莱曼系，故A 正确，B 、C 、D 错误.9.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答案 BC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.10.巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式1λ＝R (122－1n 2)，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.巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式D.巴耳末公式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答案 CD解析 巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的.氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性，即辐射波长的分立特征，选项C 、D 正确.二、非选择题11.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…，里德伯常量R ＝1.10×107 m －1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求：(1)n ＝6时，对应的波长；(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多大？n ＝6时，传播频率为多大？答案 (1)1.09×10－6 m(2)3×108 m/s 2.75×1014 Hz解析 (1)由帕邢系公式1λ＝R ⎝⎛⎭⎫132－1n 2，当n ＝6时，得λ≈1.09×10－6 m. (2)帕邢系形成的谱线在红外区域，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/s ，由v ＝λT ＝λf ，得f ＝v λ＝c λ＝3×1081.09×10－6 Hz ≈2.75×1014 Hz.。
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课时训练12氢原子光谱
题组一光谱与光谱分析
1.关于线状谱,下列说法中正确的是()
A.每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同
B.每种原子处在不同的物质中的线状谱不同
C.每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同
D.两种不同的原子发光的线状谱可能相同
解析:每种原子都有自己的独特结构,其特征谱线由自己的内部结构决定,不会因温度、物质不同而改变,C正确。
答案:C
2.(多选)关于光谱,下面说法正确的是()
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气产生的光谱是线状谱
D.白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱
解析: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,所以A错误;稀薄的氢气发光是原子光谱,又叫线状谱,所以B 正确;钠蒸气产生的光谱是线状谱,C正确;白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱,所以D错误。
答案:BC
3.白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靓、紫排列的连续光谱,下列说法不正确
的是()
A.棱镜使光增加了颜色
B.白光是由各种颜色的光组成的
C.棱镜对各种色光的折射率不同
D.看到白光是因为发光物体发出了在可见光区的各种频率的光
解析:白光通过棱镜使各种色光落在屏上的不同位置,说明棱镜对各种色光的折射率不同,形成的连续光谱按波长(或频率)排列,即白光是包括各种频率的光,光的颜色由波长(或频率)决定,并非棱镜增加了颜色,即B、C、D正确。
答案:A
4.利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分。
关于光谱分析,下列说法正确的是
()
A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分
B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分
C.高温物体发出的光通过某物质后,光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
D.同一种物质的线状谱的亮线与吸收光谱上的暗线由于光谱的不同,它们没有关系
解析:由于高温物体的光谱包括了各种频率的光,与其组成成分无关,故A错误;某种物质发光的线状谱中的明线与某种原子发出的某频率的光有关,通过这些亮线与原子的特征谱线对照,即可确定物质的组成成分,B正确;高温物体发出的光通过某物质后某些频率的光被吸收而形成暗线,这些暗线与所经物质有关,C错误;某种物质发出某种频率的光,当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光,因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应,D错误。
答案:B
题组二氢原子光谱
5.(多选)下列说法正确的是()
A.所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出
B.据巴耳末公式可知,只要n取不同的值,氢原子光谱的谱线可以有无数条
C.巴耳末系是氢原子光谱中的可见光部分
D.氢原子光谱是线状谱的一个例证
解析:氢原子的谱系有好几个,巴耳末系仅是可见光区中的一个,仅四条谱线,故A、B错误,C正确;氢原子光谱是线状光谱,故D正确。
答案:CD
6.(多选)下列关于巴耳末公式=R()的理解,正确的是()
A.此公式是巴耳末发现的
B.公式很好地符合了氢原子的所有线系
C.公式中n只能取不小于3的整数值,故氢光谱是分立的
D.公式不仅适用于氢光谱的分析,也适用于其他原子的光谱分析
解析:巴耳末公式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,即λ不能取连续值,故氢原子光谱是分立的。
答案:AC
7.(多选)有关氢原子光谱的说法正确的是()
A.氢原子的发射光谱是连续谱
B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
解析:氢原子由高能级向低能级跃迁时,会发出某些特定频率的光,形成相应频率的光谱线,是非连续谱,A项错误,B项正确;氢原子光谱的不连续性,说明氢原子能级也是不连续的,即是分立的,C项正确;
光谱线的频率ν=,其中ΔE为原子能级的能量差,说明氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差
有关,D项错误。
答案:BC
8.计算巴耳末系中波长最长的光子的能量是多少?
解析:根据巴耳末公式=R()可知,当n=3时λ最大,将n=3代入得λ=6.563×10-7 m
据公式c=λν及光子能量ε=hν可知,
ε=hν=h=6.63×10-34×
J=3.0×10-19 J。
-
答案:3.0×10-19 J
(建议用时:30分钟)
1.太阳光谱中有许多暗线,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:太阳光谱是吸收光谱,物体发出的白光,通过温度较低的物质时,某些波长的光被该物质吸收后
形成的光谱。
答案:C
2.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.做光谱分析时,利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的化学成分
解析:物体发光的发射光谱分为连续谱和线状谱,A、B错;做光谱分析可使用吸收光谱也可以使用线
状谱,D错。
答案:C
3.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:由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B正确。
与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素。
答案:B
4.下列物质产生线状谱的是()
A.炽热的钢水
B.发亮的白炽灯
C.炽热的高压气体
D.固体或液体汽化成稀薄气体后发光。