2022-2022学年高中物理第十八章原子结构3氢原子光谱课后检测含解析新人教版选修3-5.doc

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.(多项选择)以下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：BD
2．关于光谱，以下说法正确的选项是(　　)
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：C
3．(多项选择)要得到钠元素的特征谱线，以下做法正确的选项是(　　)
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：BC
4．根据巴耳末公式＝R(－)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.(多项选择)关于光谱，以下说法正确的选项是(　　)
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：ACD
2．以下说法正确的选项是(　　)
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，假设为高压气体那么产生连续谱，假设为稀薄气体那么产生线状谱，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：A
3．[2022·江苏期末](多项选择)对原子光谱，以下说法正确的选项是(　　)
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：AC
4．(多项选择)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.[2022·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，那么为(　　)
A.　　　　　　　　　　B.
C. D.
解析：由＝R(－)得：当n＝3时，波长最长，＝R(－)．当n＝4时，波长次之，＝R(－)，解得＝.
答案：B
6．(多项选择)以下关于巴耳末公式＝R(－)的理解，正确的选项是(　　)
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
7．[2022·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，应选项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：B
8．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，＝1.10×107×(－) m－1
解得λ1＝6.55×10－7 m.
当n＝∞时，波长最短，＝R(－)＝R×，
λ2＝＝ m＝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
根底达标
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：A
2．[2022·万州检测](多项选择)对于光谱，下面的说法中正确的选项是(　　)
A．连续光谱和线状光谱都是发射光谱
B．线状谱由不连续的假设干波长的光组成
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，原子光谱表达原子的特征，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：BD
3．(多项选择)关于光谱和光谱分析，以下说法中正确的选项是(　　)
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：ACD
4．氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为(　　)
A. B.
C. D.
解析：由巴耳末公式＝R(－)，n＝3,4,5，…当n＝∞时，最小波长＝R，当n＝3时，最大波长＝R(－)，得＝，选项A正确．
答案：A
5．(多项选择)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系，以下说法正确的选项是(　　)
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认了经典电磁理论
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，并没有完全否认经典电磁理论．综上，选项B、C正确．
答案：BC
6．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．太阳外表大气层中缺少相应的元素
B．太阳内部缺少相应的元素
C．太阳外表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，说明太阳大气层中含有与这些特征谱线相对应的元素，应选项C正确．
答案：C
7．[2022·河南周口月考]以下对氢原子光谱实验规律的认识中，正确的选项是(　　)
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＝En－Em(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：B
8．(多项选择)关于巴耳末公式，以下说法正确的选项是(　　)
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假设干特定频率的光，由此可知C、D正确．
答案：CD
9．[2022·湖南岳阳模拟]关于巴耳末公式：＝R(－)(n＝3,4,5，…)，理解正确的选项是(　　)
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＝R(－)，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：C
10．(多项选择)以下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，并且实验说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＝R(－)，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：3,4,5,6
12．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＝R(－)(n＝4,5,6，…)，R＝1.10×107 m－1.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＝R(－)
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/s
ν＝＝ Hz≈2.75×1014 Hz.
答案：(1)1.09×10－6 m
(2)3×108 m/s　2.75×1014 Hz
13．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
＝R(－)(n＝3,4,5…)知
当n＝3时，＝1.10×107×(－) m－1，
解得λ1＝6.5×10－7 m
当n＝4时，＝1.10×107×(－) 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＝ J＝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＝R(－)，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