第4章 第3节 光谱 氢原子光谱（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

该高中物理课件围绕光谱及氢原子光谱展开，涵盖连续光谱、线状谱等类型，氢原子光谱规律及巴尔末公式，通过情境创设（如牛顿色散实验）导入，衔接原子结构知识，以预读填空、情境思考等为学习支架。 其亮点在于分层落实核心素养，通过典例与针对训练强化关键能力，融入跨教材素材及实际应用案例（如光谱分析鉴别文物），培养科学思维与探究能力，助力学生构建物理观念，也为教师提供系统教学资源。

光谱　氢原子光谱 第 3 节 核心素养导学 物理观念 (1)了解连续光谱、线状谱和吸收光谱的概念。 (2)知道氢原子光谱的实验规律。 (3)了解巴尔末公式及里德伯常量。 科学思维 通过氢原子光谱分析，推断原子的内部结构。 科学探究 探究氢原子光谱的实验规律。 [四层]学习内容1 落实必备知识 [四层]学习内容2 强化关键能力 01 02 CONTENTS 目录 [四层]学习内容3 ·4 浸润学科素养和核心价值 课时跟踪检测 03 04 [四层]学习内容1 落实必备知识 一、光谱的几种类型 1.光谱：复色光通过分光镜后，分解为一系列________，而且按_______的顺序排列成一条光带，称为光谱。 2.光谱的分类 (1)连续光谱：连续的彩色光带，由___________分布的光组成。 (2)明线光谱：分立的彩色亮线，称为光谱线，对应一定______的单色光。 单色光 波长 波长连续 波长 (3)发射光谱：连续光谱和明线光谱都是由_______物质所发的光直接产生的，称为发射光谱。 (4)吸收光谱：观察到在较强的连续光谱的背景上分立的_______。 (5)线状谱：__________和_________通称为线状谱。 (6)原子光谱：同一种原子发射光谱中的明线与吸收光谱中的暗线的位置是_______的，称为这种原子的特征光谱。 发光 暗线 发射光谱 吸收光谱 相同 二、光谱分析的应用 1.定义：由于每种原子都有独自的特征谱线，可以利用它来鉴别物质或确定物质的化学________，这种方法称为光谱分析。 2.优点：灵敏度高，精确度远高于___________和其他分析手段，样本中一种元素的含量达到10-10 g时就可以被检测到。 组成 化学分析 三、氢原子光谱 1.氢原子光谱特点 (1)在高压电场激发下，稀薄氢气的氢原子会________。 (2)氢原子光谱在可见光范围内存在______分立的谱线。 2.巴尔末公式 =RH(n=3，4，5，…)，其中RH称为______________，数值为RH=1.10×107 m-1。 发光 4条 里德伯常量 1.早在17世纪，牛顿就发现了白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作光谱，如图所示。请对以下说法作出判断。 (1)白光通过三棱镜后可得到连续谱。 ( ) (2)不同的原子发出的线状谱不相同。( ) (3)同种原子发出的光谱中的亮线对应的频率不相同。( ) (4)可以用连续谱进行光谱分析。( ) √ √ √ × 2.利用白炽灯的光谱，能否检测出灯丝的成分？ 提示：不能，白炽灯的光谱是连续谱，不是原子的特征谱线，因而无法检测出灯丝的成分。 3.根据氢原子光谱的特点和巴尔末公式判断以下说法正误： (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)巴尔末公式中的n既可以取整数也可以取小数。 ( ) √ × × [四层]学习内容2 强化关键能力 如图所示为不同物体发出的不同光谱。 新知学习(一)|光谱和光谱分析 任务驱动 (1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别？ 提示：钨丝白炽灯的光谱为连续谱，其他三种光谱为线状谱。 (2)铁电极弧光的光谱、氢光谱、钡光谱的特征相同吗？ 提示：不同。 1.光谱的分类 (1)发射光谱：物质发光直接获得的光谱，分为连续光谱和明线光谱。 (2)吸收光谱：连续光谱中某些波长的光被吸收后出现的暗线。 重点释解 2.三种光谱的比较 光谱 产生条件 光谱形式 应用 线状谱 稀薄气体发光形成的光谱 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 光谱 产生条件 光谱形式 应用 连续光谱 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 不能用于光谱分析 吸收光谱 炽热的白光通过温度较白光低的气体后，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：在连续光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，所以到达地球的这些谱线看起来就弱了，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，精确度高，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无损检测文物的组成成分，分析药物的组成等； ③应用光谱分析鉴定食品优劣、空气质量等。 [典例]　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光谱 C.稀薄气体发出的光谱是线状光谱 D.做光谱分析时，利用连续光谱和线状光谱都可以鉴别物质和确定物质的化学组成 典例体验 √ [解析]　不同光源发出的光谱有连续光谱，也有线状光谱，故A、B错误；稀薄气体发出的光谱是线状光谱，C正确；只有应用线状光谱才可以进行光谱分析，D错误。 /易错警示/ 对光谱分析的三点提醒 (1)光谱分析只能用线状谱。 (2)光谱分析的方法是用白光照射被鉴定物质的低压蒸气。 (3)吸收光谱是由高温物体发出的白光通过低温物质，某些波长的光被吸收后产生的光谱。光谱在连续谱的背景下有若干暗线，而这些暗线与线状谱的亮线一一对应，因而吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线。 1.(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是 (　 ) A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱 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，不能利用连续谱 D.观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成 针对训练 √ √ 解析：太阳光谱是吸收光谱，白炽灯光谱是连续光谱，故A项错误；炽热气体发出的光是线状光谱，则霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状光谱，故B项正确；光谱分析是用元素的特征谱线与光谱对比来分析物体的化学成分，进行光谱分析时，可以利用线状谱但不能利用连续谱，故C项正确；月光是被反射的太阳光，月球没有大气层，故观察月亮光谱，不能确定月亮的化学组成，故D项错误。 2.下列说法正确的是 (　 ) A.线状光谱中的亮线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线 B.各种原子的线状光谱中的亮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光谱 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光谱中的亮线相对应，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亮线少，所以A正确，B错误；气体发光，若为高压气体则产生连续光谱，若为稀薄气体则产生线状光谱，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。 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？ 新知学习(二)|氢原子光谱的规律和应用 任务驱动 提示：氢原子光谱从左向右谱线间的距离越来越大。 (2)氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？ 提示：氢原子光谱的谱线波长符合巴尔末公式。 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：=RH(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。 重点释解 3.其他谱线 除了巴尔末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴尔末公式类似的关系式。 [典例]　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 典例体验 √ [解析]　氢原子发射的光的波长取决于光子的能量E，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。 1.对于巴尔末公式，下列说法正确的是 (　 ) A.所有氢原子光谱的波长都与巴尔末公式相对应 B.巴尔末公式只确定了氢原子发光中的可见光部分的光波长 C.巴尔末公式确定了氢原子发光中的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光 D.巴尔末公式确定了各种原子发光中的光的波长 针对训练 √ 解析：巴尔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发光中的光的波长，A、D错误；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，但它适用于整个巴尔末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确。 2.目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为En=，其中E1=-13.6 eV。如图是按能量排列的电磁波谱，要使n=20的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是(　 ) A.红外线波段的光子　　 B.可见光波段的光子 C.紫外线波段的光子 D.X射线波段的光子 √ 解析：由题意知氢原子第20能级的能量为E20== eV=-3.4× 10-2eV，则处于第20能级的氢原子恰好失去一个电子变成氢离子(即电离)，需要吸收的光子能量应为3.4×10-2eV，结合电磁波谱可知被吸收的光子为红外线波段的光子，A正确。 [四层] 学习内容3·4浸润 学科素养和核心价值 1.(选自人教版教材课后练习)什么是线状光谱，什么是连续光谱？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？ ◉物理观念——光谱的认识 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 提示：线状光谱是一条条的亮线，连续光谱是连在一起的光带；原子的发射光谱都是线状光谱；不同原子的发射光谱不可能相同。 2.(选自鲁科版教材课后练习)利用光谱分析的方法能鉴别物质的组成成分。关于光谱分析，下列说法正确的是 (　 ) A.利用高温物体的连续光谱可鉴别其组成成分 B.利用物质的线状光谱可鉴别其组成成分 C.吸收光谱的暗线反映高温物体的组成成分 D.同一种物质线状光谱的亮线与吸收光谱的暗线没有联系 ◉科学思维——光谱分析的应用 √ 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；某种物质发出的线状谱中的亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，故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，故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，故D错误。 1.每种原子都有自己的特征谱线，所以运用光谱分析可以鉴别物质和进行深入研究。氢原子光谱中巴尔末系的谱线波长公式为：=，n=3，4，5，…，E1为氢原子基态能量，h为普朗克常量，c为光在真空中的传播速度。锂离子Li+的光谱中某个线系的波长可归纳成一个公式：=，m=9，12，15，…，E1'为锂离子Li+基态能量，经研究发现这个线系光谱与氢原子巴尔末光谱完全相同。由此可以推算出锂离子Li+基态能量与氢原子基态能量的比值为(　 ) 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 A.3　　　　　　　　　 B.6 C.9 D.12 √ 解析：因为该锂离子Li+线系光谱与氢原子巴尔末系光谱完全相同，则可知对应的各个谱线波长都是相同的，由数学知识可知=，可得E1'=9E1，故选C。 2.氢原子光谱除了巴尔末系外，还有赖曼系、帕邢系等，如图所示。其中帕邢系的公式为=RH，(n=4，5，6，…)，RH=1.10×107 m-1。若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域。 (1)请分析n=6时，对应的波长是多少？ 答案：1.09×10-6 m 解析：根据帕邢系公式=RH，(n=4，5，6，…)，当n=6时，代入数据得λ≈1.09×10-6 m。 (2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少？n=6时，传播频率为多大？ 答案： 3×108 m/s　2.75×1014 Hz 解析：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c=λν得ν=≈2.75×1014 Hz。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1.(多选)对原子光谱，下列说法正确的是 (　 ) A.线状光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 √ √ 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 解析：线状光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；发射光谱分为线状光谱和连续光谱，对线状光谱进行光谱分析可鉴别物质组成，连续光谱不能用于光谱分析，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 2.(多选)关于光谱的产生，下列说法正确的是 (　 ) A.正常发光的霓虹灯是稀薄气体发光，产生的是线状光谱 B.白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱 C.撒上食盐的酒精灯火焰发出的光是线状光谱 D.炽热高压气体发光产生的是线状光谱 √ √ √ 解析：炽热的固体、液体和高压气体的光谱是连续光谱，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 3.关于光谱，下列说法正确的是 (　 ) A.大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱 B.线状谱由若干不连续的波长的光组成 C.进行光谱分析时只能用发射光谱，不能用吸收光谱 D.进行光谱分析时只能用吸收光谱，不能用发射光谱 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：大量原子发出的光谱不一定是连续谱，选项A错误；线状谱只包含对应波长的若干光，选项B正确；作光谱分析一定要用线状谱，既可以是发射光谱，也可以是吸收光谱，选项C、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 4.巴尔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 √ 解析：巴尔末公式中的n只能取整数，得到的波长是一些分立的值。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 5.巴尔末通过对氢光谱的研究总结出巴尔末公式=R，n=3，4，5，…，对此，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实际，其波长的分立值是人为规定的 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：巴尔末公式是根据在可见光区氢原子的四条谱线总结出的规律，氢原子光谱是线状的、不连续的，波长只能是分立的值，故A、B错误，C正确；谱线之间有一定的关系，可用一个统一的公式(也称广义巴尔末公式)表达，每一个谱线的波数都可以表达为两个光谱项之差，其分立值不是人为规定的，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 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 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 7.关于原子的特征谱线，下列说法不正确的是 (　 ) A.不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线 B.使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气，可得到钠元素的特征谱线 C.可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分 D.原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线，A正确；强烈的白光通过低温的钠蒸气时，某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱，故B正确；每种原子都有自己的特征谱线，可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分，故C正确；α粒子散射实验是原子具有核式结构的有力证据，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 √ 8.(多选)图甲是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元素是 (　 ) A.a元素　　　　　　　　 B.b元素 C.c元素 D.d元素 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：将题图甲中a、b、c、d四种元素的线状谱与题图乙对照，没有的谱线即是该矿物中缺少的，可知矿物中缺少b、d元素，故B、D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 9.(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 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：炽热固体发出的是连续光谱，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光谱，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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 10.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汽取得吸收光谱进行分析 D.可以通过太阳光谱分析出太阳内部是由哪些元素组成的 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：连续光谱不能用于光谱分析，故A错误；光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速，B正确；高温物体发出的白光通过低温物质的蒸汽后形成的吸收光谱与所经过的低温物质有关，故C错误；太阳光谱是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时形成的吸收光谱，能反映太阳大气层的成分，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 11.氢原子光谱巴尔末系是指氢原子从n=3，4，5，6，…能级跃迁到n=2能级时发出的光子光谱线系，因瑞士数学教师巴尔末于1885年总结出其波长公式(巴尔末公式)而得名。巴尔末公式为：=RH，其中λ为谱线波长，R为里德伯常量，n为量子数。则氢原子光谱巴尔末系谱线最小波长与最大波长之比为(　 ) A. B. C. D. √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：由巴尔末公式知，最小波长λ1满足：=RH(n取无穷大)，最大波长λ2满足：=RH(n=3)，两式相比得：=，故C正确，A、B、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 12.(8分)可见光的波长范围为400~700 nm，根据巴尔末公式=RH，当n取何值时氢原子所发出的光用肉眼能直接观察到？(RH=1.10×107 m-1) 答案：3，4，5，6 解析：把波长等于400 nm，代入巴尔末公式可得，n=6.7，把波长等于700 nm，代入巴尔末公式可得，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能直接观察到。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 13.(8分)已知氢原子光谱中巴尔末系第一条谱线Hα的波长为656.47 nm(真空中的光速c=3×108 m/s)。 (1)试推算里德伯常量的值；(4分) 答案：1.097×107 m-1 解析：巴尔末系中第一条谱线对应n=3 由=RH 得RH=≈1.097×107 m-1。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (2)利用巴尔末公式求其中第四条谱线的波长。(4分) 答案： 4.102×10-7 m(或410.2 nm) 解析：巴尔末系中第四条谱线对应n=6， 则=RH 解得λ4= m≈4.102×10-7m=410.2 nm。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $