第4章 第3节 光谱与氢原子光谱-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（鲁科版）

第3节　光谱与氢原子光谱 第4章　原子结构   [学习目标]　1.知道什么是光谱,掌握连续谱和线状谱的区别(重点)。 2.记住氢原子光谱的实验规律,能应用巴耳末公式进行简单计算。 课时作业 巩固提升 要点1　光谱和光谱分析 要点2　氢原子光谱的实验规律及应用 内容索引 巩固演练 举一反三 要点1　光谱和光谱分析 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.光谱:当复色光经过棱镜或光栅后,被色散开的单色光按波长(或频率) 　　　　依次排列的图案,称为光谱。  2.光谱的分类 (1)线状光谱:是由一条条的　　　　组成。  (2)连续光谱:包含有各种色光且　　　　　　。  大小 亮线 连续分布 3.特征谱线:各种原子的发射光谱都是　　 　　,说明原子只发出几种 　　　　　　的光,不同原子的亮线位置　　 　　,说明不同原子的 　　 　　　不一样,光谱中的亮线称为原子的　　 　　　　。  4.应用:人们利用　　　 　　　　来鉴别物质或确定物质的　　　　 　　　,这种方法称为　　　 　　　。  线状光谱 特定频率 不同　 发光频率　 特征谱线 特征谱线　 化学组成　 光谱分析 [思考与讨论] 如图所示为不同物体发出的不同光谱。   (1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别? (2)铁电极弧光灯的光谱、分子状态的氢光谱、钡光谱的特征相同吗? 提示:(1)钨丝白炽灯的光谱是连续的,中间没有暗线或亮线,而其他三种光谱是由一些不连续的亮线组成的。 (2)这三种光谱中亮线的位置是不同的,即特征不同。 1.光谱的分类 光谱 归纳 关键能力 合作探究 2.几种光谱的比较 光谱 产生条件 光谱形式及应用 发射 光谱 线状谱 稀薄气体发光形成的光谱 由一些不连续的明线组成,不同元素的明线光谱不同(又叫特征光谱),可用于光谱分析 连续谱 炽热的固体、液体和高压气体发光形成的 连续分布,一切波长的光都有 吸收光谱 炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后,再色散形成的 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),可用于光谱分析 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,这就形成了明亮背景下的暗线。 4.光谱分析 (1)优点:灵敏度高,分析物质的最低含量达10-10 g。 (2)应用:①发现新元素;②鉴别物质的组成成分。 (3)用于光谱分析的光谱:线状谱和吸收光谱。 [例1]　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组成成分 C [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;稀薄气体发出的光谱是线状谱,C对。 总结提升 稀薄气体发出的光谱是线状谱,此光谱是一些不连续的亮线,仅含有一些特定频率的光。线状谱中不同的谱线对应不同的频率,不同元素的原子产生的线状谱不同,因而可以用线状谱来确定物质的成分。 [针对训练]　1.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的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上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 B 解析:高温物体的光谱包括了各种频率的光,与其组成成分无关,A错误;某种物质发射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某物质后某些频率的光被吸收而形成暗线,这些暗线由所经过的物质决定,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,因此同一物质线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应,D错误。 二 要点2　氢原子光谱的实验规律及应用 17 1.氢原子光谱的实验规律满足 巴耳末公式:=R(-)(n=3,4,5,…) 式中R为　　　　　　,R=1.10×107 m-1,n取整数。  2.巴耳末公式的意义:以简洁的形式反映了氢原子的　　　　光谱,即辐射波长的分立特征。  梳理 必备知识 自主学习 里德伯常量 线状 [思考与讨论] 如图所示为氢原子的光谱。   (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? 提示:(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:=R(-),n=3,4,5,… 1.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。 2.巴耳末公式 (1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到公式:=R(-)(n=3,4,5,…),该公式称为巴耳末公式。式中R称为里德伯常量,实验值为R=1.10×107 m-1。 归纳 关键能力 合作探究 (2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值,不能取连续值。巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱,即辐射波长的分立特征。 3.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。 [例2]　(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 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只能取大于或等于3的整数,不能连续取值,故氢原子光谱是线状谱,B错,C对。 [针对训练]　2.已知氢原子光谱中巴耳末系第一条谱线Hα的波长为656.47 nm,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中的光速c=3×108 m·s-1。 (1)试推算里德伯常量的值; (2)利用巴耳末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量。 答案:(1)1.097×107 m-1 (2)4.102×10-7 m(或410.2 nm)　4.85×10-19 J 解析:(1)巴耳末系中第一条谱线对应n=3 =R(-) R=≈1.097×107 m-1。 (2)巴耳末系中第四条谱线对应n=6, 则=R(-) 解得λ4== m≈4.102×10-7 m≈410.2 nm E=hν4=h≈4.85×10-19 J。 三 巩固演练 举一反三 28 1.(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中正确的是(　　) A.光谱包括发射光谱、连续谱、线状谱、原子光谱、吸收光谱五种光谱 B.往酒精灯的火焰上撒精盐,可以用分光镜观察到钠的线状谱 C.利用太阳光谱可以分析太阳的化学组成 D.各种原子的发射光谱都是线状谱 BD 解析:光谱包括发射光谱和吸收光谱两种,其中发射光谱分为连续谱和线状谱,线状谱和吸收光谱都能体现不同原子的特征,称为原子光谱,各种原子的发射光谱都是线状谱,选项A错误,D正确;往酒精灯的火焰上撒精盐,可以用分光镜观察到钠的线状谱,选项B正确;太阳光谱是吸收光谱,其中的暗线,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,说明太阳大气层中存在与这些暗线相对应的元素,但是不能分析太阳的化学组成,故C错误。 2.太阳的连续谱中有许多暗线,它们对应某些元素的特征谱线。产生这些暗线的原因是(　　) 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相应的元素 D.太阳内部存在相应的元素 C 解析:由于对太阳光谱的成因认识不清,易误认为暗线是由于太阳内部缺少相应的元素产生的,因此错误地选择B。实际上太阳内部进行着激烈的核反应,它发出的连续谱经过温度比较低的太阳大气层时产生吸收光谱,我们通过对太阳光谱中暗线的分析,把它跟各种原子的特征谱线对照,就知道太阳大气层中含有氢、氮、氦、碳、镁、硅、钙、钠等几十种元素。因此正确答案为C。 3.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 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,只要是氢原子发出的光,光谱就相同,与放电管的放电强弱无关,D错。 4.(多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式=R(-), 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 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。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 1 [A组　基础巩固练] 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 BD 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。 2 3 4 5 6 7 1 2.(多选)下列关于光谱的说法正确的是(　　) A.连续谱就是由连续发光的物体产生的光谱,线状谱是线状光源产生的光谱 B.通过对连续谱的光谱分析,可鉴定物质成分 C.连续谱包括一切波长的光,线状谱只包括某些特定波长的光 D.通过对线状谱的明线光谱分析或吸收光谱的暗线分析,可鉴定物质成分 2 3 4 5 6 7 1 CD 解析:连续谱是指光谱由连续分布的一切波长的光组成的,而不是指光源是连续的,连续谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的;同理线状谱是指光谱是由一些不连续的亮线组成的,由稀薄气体或金属蒸气所发出的光产生的,而不是指光源是线状的,A错,C对;光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法,连续谱含有一切波长的光,不是原子的特征谱线,不能用来进行光谱分析,而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线,所以可以用来进行光谱分析,鉴定物质成分,其优点是灵敏度很高,在发现和鉴定元素上有着重大的意义,B错,D对。 2 3 4 5 6 7 1 3.如图甲所示为a、b、c、d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 2 3 4 5 6 7 1 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。 2 3 4 5 6 7 1 4.(多选)关于巴耳末公式,下列说法正确的是(　　) A.所有氢原子光谱都遵循这一规律 B.n只能取整数,不能取分数 C.巴耳末公式能解释氢原子的光谱是线状光谱 D.以上说法都错误 解析:由氢原子光谱的实验规律可知选项B、C正确。 2 3 4 5 6 7 1 BC [B组　综合强化练] 5.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. 2 3 4 5 6 7 1 A 解析:由巴耳末公式=R(-)(n=3,4,5…) 当n→∞时,有最小波长λ1,=R, 当n=3时,有最大波长λ2,=R(-),得=。 2 3 4 5 6 7 1 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E1,其次为E2, 则为　　　　。  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=,由E=h得:==。 2 3 4 5 6 7 1 [C组　培优选做练] 7.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。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;n=6时,光波传播的频率。 答案:(1)1.09×10-6 m (2)3×108 m/s　2.75×1014 Hz 2 3 4 5 6 7 1 解析:(1)由帕邢系公式=R(-),当n=6时,得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, 由v==λν,得ν=== Hz≈2.75×1014 Hz。 2 3 4 5 6 7 1 $$