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

本讲义聚焦高中物理“光谱与氢原子光谱”核心知识点，系统梳理连续光谱、线状光谱、吸收光谱的概念及特征，通过氢原子光谱分析推断原子内部结构，构建从光谱现象到规律（巴耳末公式）再到结构推断的学习支架。 资料设计融入“质疑辨析”“任务驱动”等环节，结合光谱图片实例引导学生主动思考，培养科学思维中的质疑创新与科学推理能力。课中辅助教师高效授课，课后通过典例解析和题点练习帮助学生查漏补缺，强化知识应用与科学探究能力。

第3节　光谱与氢原子光谱(赋能课——精细培优科学思维) 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。 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波长(或频率)大小依次排列的图案，称为光谱。 2.分类 (1)线状光谱：由一条条的亮线组成的光谱。 (2)连续光谱：包含有各种色光且连续分布的光谱。 3.特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状光谱，且不同原子的亮线位置不同，故这些亮线称为原子的特征谱线。 4.光谱分析 (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组成，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暗线，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。 [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氢原子的“印记”，不论是何种化合物的光谱，只要它里面含有这些波长的光谱线，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。 2.巴耳末公式 =R(n=3，4，5，…)，其中R称为里德伯常量，数值为R=1.096 775 81×107 m-1。 [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。 强化点(一)　光谱和光谱分析 任务驱动 　　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)铁电极弧光的光谱、氢光谱、钡光谱的特征相同吗? 提示：(1)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)不同。 [要点释解明] 1.三种光谱的比较 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。 [答案]　AB [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。 [题点全练清] 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 解析：选C　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：选BC　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。 强化点(二)　氢原子光谱的规律和应用 [要点释解明] 1.巴耳末公式 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 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。 [答案]　A [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。 [题点全练清] 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 解析：选D　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。  (2)帕邢系形成的谱线在n=6时，传播频率为　　　　 Hz。  解析：(1)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。 答案：(1)1.09×10-6　(2)2.75×1014 学科网（北京）股份有限公司 $