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

该高中物理课件聚焦光谱与氢原子光谱，涵盖连续光谱、线状光谱、吸收光谱的概念及特征谱线，通过巴耳末公式解析氢原子光谱规律，以“质疑辨析”“情境思考”导入，衔接光的色散知识，搭建从宏观现象到微观原子结构的学习支架。 其亮点在于以任务驱动（如比较不同光谱差异）和典例分析（如巴耳末公式计算波长）培养科学思维，通过“题点全练清”强化科学推理与论证能力。学生能深化对原子光谱分立特征的理解，教师可依托结构化内容提升教学效率。

光谱与氢原子光谱 (赋能课——精细培优科学思维) 第 3 节 课标要求 学习目标 会对氢原子光谱进行分析。 1.通过对光谱线的分析，知道连续光谱、线状光谱和吸收光谱的概念。 2.通过对氢原子光谱的分析，推断原子的内部结构。 3.了解巴耳末公式及里德伯常量。 课前预知教材 课堂精析重难 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 课前预知教材 一、不同的光谱 1.光谱的定义：复色光通过棱镜或光栅后，被色散开的单色光按_______ (或_____)大小依次排列的图案，称为光谱。 2.分类 (1)线状光谱：由_____________组成的光谱。 (2)连续光谱：包含有各种色光且______分布的光谱。 3.特征谱线：各种原子的发射光谱都是__________，且不同原子的亮线位置______，故这些亮线称为原子的_____谱线。 波长 频率 一条条的亮线 连续 线状光谱 不同 特征 4.光谱分析 (1)定义：由于每种原子都有独自的__________，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，样本中一种元素的含量达到10-10 g时就可以被检测到。 5.吸收光谱：高温物体发出的包含连续分布的各种波长的光通过其他物质时，某些波长的光会被该物质吸收，在连续光谱中相应波长的位置上便出现了______，这样的光谱称为吸收光谱。利用吸收光谱可以知道各种元素的存在。 特征谱线 组成 暗线 [质疑辨析] 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光谱。 ( ) (2)不同的原子发出的线状光谱不相同。( ) (3)同种原子发出的光谱中的亮线对应的频率不相同。( ) (4)可以用连续光谱进行光谱分析。( ) √ √ √ × 二、氢原子光谱 1.氢原子光谱的特点 (1)从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线；Hα~Hδ的这几个波长数值成了_______的“印记”，不论是何种化合物的光谱，只要它里面含有___________的光谱线，就能断定这种化合物里一定含有氢。 (2)从长波到短波，Hα~Hδ两相邻光谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。 氢原子 这些波长 2.巴耳末公式 =R(n=3，4，5，…)，其中R称为____________，数值为R=1.096 775 81×107 m-1。 里德伯常量 [情境思考] 仔细观察，氢原子在可见光区域的光谱具有什么特点?氢原子光谱的谱线波长具有什么规律? 提示：氢原子光谱在Hα~Hδ两相邻光谱线间的距离越来越小。 氢原子光谱的谱线波长符合巴耳末公式。 课堂精析重难 如图所示为不同物体发出的不同光谱。 任务驱动 强化点(一)　光谱和光谱分析 (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光谱，其他三种光谱为线状光谱。 (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。 1.三种光谱的比较 要点释解明 光谱 产生条件 光谱形式 应用 线状 光谱 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 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 2.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。 [典例]　(双选)关于光谱，下列说法正确的是 (　　) A.进行光谱分析，可以用线状光谱，也可以用吸收光谱 B.光谱分析的优点是非常灵敏而迅速 C.使一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，就可以对前者的化学组成进行分析 D.摄下月球的光谱，可以分析出月球是由哪些元素组成的 √ √ [解析]　光谱分析非常灵敏且迅速，由于每种元素都有自己的特征光谱，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学成分，所以光谱分析可以用线状光谱或者吸收光谱。分析某种物质的化学组成，可以使白光通过这种物质的低温蒸气取得吸收光谱进行分析。月亮的光谱是太阳的反射光谱，故不能分析月球是由哪些元素组成的。故A、B正确，C、D错误。 [误区警示] 解答光谱类问题应注意以下两个误区 (1)每种元素都有自己的特征光谱，进行光谱分析可以用线状光谱，也可以用吸收光谱。 (2)吸收光谱能够分析的是吸收者的元素组成，不是被吸收者的元素组成。 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光谱 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 题点全练清 √ 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；只有应用线状光谱或吸收光谱才可以进行光谱分析，D错误。 2.(双选)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.气体发出的光只能产生线状谱 √ √ 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；霓虹灯属于稀薄气体发光，产生的是线状谱，煤气灯火焰中的钠蒸气也属于稀薄气体发光，是线状谱，故B项正确；光谱分析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，不能利用连续谱，故C项正确；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谱，故D项错误。 1.巴耳末公式 强化点(二)　氢原子光谱的规律和应用 要点释解明 氢原子 光谱 巴耳末 公式 =R(n=3，4，5，6，…) 式中n只能取整数，最小值为3，里德伯常量R=1.096 775 81 ×107m-1 规 律 ① 巴耳末系的四条谱线都处于可见光区 ② 在巴耳末系中n值越大，对应的波长λ越短，即n=3时，对应的波长最长 ③ 除了巴耳末系，氢原子光谱在红外区和紫外区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式 续表 2.赖曼系和帕邢系：氢原子光谱除了存在巴耳末系外，还存在其他一些线系。例如， 赖曼系(在紫外区)：=R(n=2，3，4，…) 帕邢系(在红外区)：=R(n=4，5，6，…) [典例]　巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式=R(n=3，4，5，6，…)，在氢原子光谱可见光区(巴耳末系的前四条谱线在可见光区)，最长波长与最短波长之比为(　　) A.　　　　　　　　　 B. C. D. √ [解析]　在巴耳末系中，根据=R知，当n=3时，光子能量最小，λ最大；当n=6时，光子能量最大，波长最小，则有= R==R=，所以=，故A正确，B、C、D错误。 [误区警示] 对巴耳末公式的两点提醒 (1)巴耳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。 1.如图为氢原子发射光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条谱线，下列说法正确的是 (　　) A.氢原子发射光谱属于连续光谱 B.Hα谱线对应光子的能量最大 C.Hδ谱线对应光子的频率最小 D.该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生 题点全练清 √ 解析：氢原子发射光谱属于线状谱，故A错误；Hα谱线对应光子的波长最长，频率最小，所以光子能量最小，故B错误；Hδ谱线对应光子的波长最短，频率最大，故C错误；该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生，故D正确。 2.氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系、帕邢系等，如图所示。其中帕邢系的公式为=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。(结果均保留三位有效数字) (1)n=6时，对应的波长是________ m。  答案： 1.09×10-6　 解析：根据帕邢系公式=R(n=4，5，6，…)，当n=6时，代入数据解得λ≈1.09×10-6 m。 (2)帕邢系形成的谱线在n=6时，传播频率为________Hz。  答案：2.75×1014 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c=3×108 m/s，由c=λν，解得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.(双选)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以鉴别物质中的元素，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.下列说法正确的是 (　　) A.烧红的煤块和白炽灯发光产生的光谱都是连续光谱 B.生活中试电笔内氖管和霓虹灯发光产生的光谱都是连续光谱 C.用光谱管观察酒精灯火焰上钠盐的光谱可以看到钠的连续光谱 D.神舟十八号飞船内的三名航天员在绕着地球飞行中能够观察到太阳的连续光谱 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：烧红的煤块和白炽灯发光产生的光谱都是连在一起的光带，是连续光谱，故A正确；生活中试电笔内氖管和霓虹灯发光产生的光谱属于线状光谱，故B错误；在燃烧的酒精灯芯上放上少许食盐，用光谱管观察可看到钠的线状光谱，故C错误；太阳光谱中有许多的暗线，不是连续光谱，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 3.(2025·南平高二检测)包含各种波长的复合光，被原子吸收了某些波长的光子后，连续光谱中这些波长的位置上便出现了暗线，这样的光谱叫作吸收光谱。传到地球表面的太阳光谱就是吸收光谱 (　　) A.太阳光谱中的暗线是太阳大气中的原子吸收光子后产生的 B.太阳光谱中的暗线是地球大气中的原子吸收光子后产生的 C.利用太阳光谱可以分析地球大气中含有哪些元素 D.利用太阳光谱可以分析太阳光中含有哪些元素 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：太阳光谱中的暗线是太阳大气中的原子吸收光子后产生的，且太阳光谱中的许多暗线与太阳大气中存在的金属元素的特征谱线相对应，于是可以知道太阳大气中存在哪些元素，故选A。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 4.巴耳末公式反映了氢原子光谱的 (　　) 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：巴耳末公式中的n只能取整数，得到的波长是一些分立的值，反映了氢原子光谱的分立特征。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 5.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.巴耳末公式准确反映了氢原子实际发的光，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：巴耳末公式是根据在可见光区域氢原子的四条谱线总结出的规律，氢原子光谱是线状光谱，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(也称广义巴耳末公式)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.如图所示是原子的发射光谱、原子的吸收 光谱、太阳光谱图像，下列说法正确的是 (　　) A.大多数原子的发射光谱是线状谱 B.太阳光谱中的暗线表明，太阳中正好不存在这些金属 C.可见光谱有分立特征，不可见光的光谱没有分立特征 D.电子绕原子核运动的轨道是不连续的，所以我们看到了原子光谱的分立特征 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：任何原子的发射光谱都是线状谱，A错误；太阳光谱中的许多暗线与太阳大气层中存在的金属元素的特征谱线相对应，太阳光谱中的暗线表明太阳大气层中正好存在这些金属元素，B错误；可见光谱与不可见光谱都有分立特征，C错误；电子绕原子核的运动是不连续变化的，跃迁时发射的光子是不连续变化的，所以我们看到的原子光谱都是线状谱，D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，可以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，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，C正确；α粒子散射实验是原子具有核式结构的有力证据，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 8.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光谱，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 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：把矿物的线状光谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素的特征谱线在该线状光谱中不存在，说明该矿物中缺少b元素，故选B。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 9.与原子光谱有关的物理知识，下列说法正确的是 (　　) A.有些原子的发射光谱是线状光谱，有些原子的发射光谱是连续光谱 B.太阳光谱中的暗线与太阳大气中存在的金属元素的特征谱线相对应 C.巴耳末发现氢原子的可见光谱有分立特征，但氢原子的不可见光谱有连续特征 D.巴尔末系只有4条谱线 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：原子的发射光谱都是线状光谱，A错误；太阳光谱中的暗线与太阳大气中存在的金属元素的特征谱线相对应，于是我们知道太阳大气中存在哪些金属元素，B正确；可见光谱与不可见光谱都有分立特征，没有连续特征，C错误；巴尔末系有很多条谱线，只有4条谱线是可见光，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 10.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 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 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 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 11.巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式= R，式中n=3，4，5，…。后人把可用该公式描述的光谱线称为巴耳末系，氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子频率为ν1，其次为ν2，则为(　　) A.　　　 B.　　　 C.　　 　D. √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：氢原子光谱线的波长满足公式=R(n=3，4，5，…)，当n=3时，波长最长，有=R，当n=4时，波长次之，有=R，解得=，由c=λν得==，故A正确，B、C、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) 答案：3、4、5、6 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，所以当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.(10分)已知氢原子光谱中巴耳末系第一条谱线Hα的波长为6.565×10-7m。(结果均保留三位有效数字，普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，真空中光速c=3×108 m/s) (1)试推算里德伯常量的值；(3分) 答案： 1.10×107 m-1 解析：巴耳末系中第一条谱线为n=3，即=R，解得R== m-1≈1.10×107m-1。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (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；(4分) 答案：4.09×10-7 m　4.86×10-19 J 解析：巴耳末系中第四条谱线对应n=6，则=R，解得λ4= m≈4.09×10-7 m，对应光子的能量E=hν4== J≈4.86×10-19 J。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (3)试计算巴耳末系中波长最短的光对应的波长。(3分) 答案：3.64×10-7 m 解析：在巴耳末系中，当n=∞时，对应的波长最短，即=R，解得λmin≈3.64×10-7 m。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $