《光谱与氢原子光谱》示范课教学设计【物理鲁科版高中选择性必修第三册(新课标)】

3 光谱与氢原子光谱
一、教学目标
1. 了解光谱、连续谱和线状谱等概念。

2. 知道氢原子光谱的实验规律。

二、教学重点及难点
重点：
氢原子光谱的实验规律。

难点：
氢原子光谱的实验规律。

三、教学用具
多媒体课件
四、相关资源
【情境素材】食盐燃烧
五、教学过程
新课引入
教师播放视频：【情境素材】食盐燃烧。

（此图为视频资源截图，请下载使用【情境素材】食盐燃烧.mp4。

）教师讲述：食盐放在火中灼烧，会发出黄色的光。

食盐为什么发黄光而不发其他颜色的光呢？本节课我们就来具体研究一下。

新课讲授
（一）光谱
教师展示图片并讲述：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）大小依次排列的图案，称为光谱。

插入图片：【教学图片】光谱的形成.png
教师展示图片并讲述：有的光谱含有各种色光，并且连续分布，看起来是连在一起的光带，叫作连续光谱。

有的光谱是不连续的，由条条的亮线组成，叫作线状光谱。

插入图片：【教学图片】连续光谱.png
插入图片：【教学图片】线状光谱.png
教师讲述：物体自身发光形成的光谱都是线状光谱，说明原子只发出几种特定频率的光。

不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此，这些亮线称为原子的特征谱线。

食盐灼烧发出黄光就是因为Na原子的特征谱线中有一条亮线对应可见光中的黄色光。

教师讲述：既然每种原子都有自己的特征谱线，我们就可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分。

这种方法称为光谱分析。

它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-13kg时就可以被检测到。

教师讲述：事实上，原子吸收光时也有跟发射光谱一样的特征，包含各种波长的光被物质吸收后，在连续光谱中相应波长的位置上就出现了暗线，这样的光谱叫做吸收光谱；同种原子的吸收光谱中的暗线与发射光谱中的亮线是一一对应的。

插入图片：【教学图片】吸收光谱.png
19世纪初，人们在研究太阳光谱时，发现它的连续谱中有许多暗线。

德国物理学家夫琅禾费利用他的分光镜标记了多达500余条暗线，后来被称为“夫琅禾费线”。

在人们发现了吸收光谱的成因后才知道，这是太阳发出的连续光谱被大气层中的物质吸收的结果，通过分析这些暗线，人们就知道大气层中存在钠、镁、铜、锌、镍等元素。

插入图片：纪念夫琅禾费的邮票
（二）氢原子光谱的实验规律
教师讲述：许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。

实验：观察气体放电管发光
如图所示，当感应圈给放电管两端加
上高压，管内气体分子在电场作用下发生
电离就会发光。

将金属导杆分别接触不同放电管，观
察不同物质的稀薄气体的发光情况。

教师总结：不同物质的稀薄气体发光的颜色不同，有不同的特征谱线，19世纪的许多物理学家相信这里面蕴含着原子结构的奥秘，由于氢是最轻的元素，且氢光谱相对简单，他们对氢原子光谱进行了很多研究。

教师讲述：如图所示是氢原子光谱中的可见光部分的几条谱线，这些谱线之间的间距表现出比较明显的规律性。

插入图片：【教学图片】氢原子在可见光区域的光谱线.png
教师讲述：1885年，瑞士科学家巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线作了分析，发现这些谱线的波长λ满足一个简单的公式，即巴耳末公式：
1λ
=R （122−1
n 2） n=3,4,5，… 教师讲述：式中R 叫作里德伯常量，R =1.096 775 81×107m −1，这个公式称为巴耳末公式。

式中的n 有两层含义，一是n 取一个值，可求出氢光谱中一条谱线的波长，说明每一个n 值分别对应一条谱线；二是n 值只能取正整数值3，4，5，…，而不能取连续值，说明原子光谱波长的分立特性。

巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。

教师讲述：除了巴耳末系，后来发现的氢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。

1889年，里德伯提出了一个更普遍的公式： 221
11()(1,2,3,...;n m 1,m 2,m 3,...)R m m n λ=-==+++
巴耳末公式是里德伯公式中m=2的情况，人们后来在实验中发现的氢原子其他谱线系，也都符合里德伯公式。

里德伯公式是经验公式，却与实验事实符合得很好。

这些优美的规律背后，是什么样的原子结构呢？我们下节课再来学习。

典题剖析
例．氢是自然界中最简单的元素，下列关于氢原子光谱的说法正确的是( )
A ．氢原子光谱是连续谱
B ．氢原子光谱是氢原子的特性谱线
C ．氢原子的发射光谱可能产生暗线
D ．不同化合物中的氢的光谱不同
解析：氢原子光谱是线状谱，不是连续谱，故A 选项错误；不同原子的原子光谱是不同的，氢原子光谱是氢原子的特性谱线，故B 选项正确；原子的发射光谱都是现状光谱，故C 选项错误；不同化合物中的氢的光谱相同，氢原子光谱是氢原子的特性谱线，故D 选项错误。

答案：B
六、课堂小结
（一）光谱——复色光被色散开的单色光按照波长（频率）依次排列的图案
1．含有各种色光且连续分布的光谱，叫做连续光谱；有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫作线状光谱。

2．原子发射的线状光谱是原子的特征光谱，每种原子都有自己的特征光谱，所以光谱分析可以鉴别物质。

（二）氢原子光谱的实验规律——巴耳末公式
1λ=R（1
22
−1
n2
）n=3,4,5，…
其中，里德伯常量R=1.096 775 81×107m−1。