متسلسلة بالمر: خطوط طيف الهيدروجين المرئية

1 · توقّع

إلكترون في ذرة هيدروجين يهبط من مستوى طاقة أعلى إلى المستوى n = 2، بادعًا فوتونًا (متسلسلة بالمر — خطوط الهيدروجين الوحيدة المرئية للعين البشرية). هل يعتمد الطول الموجي المنبعث على المستوى الذي بدأ منه الإلكترون؟

• نعم — مستويات بداية مختلفة تعطي أطوالًا موجية مختلفة متباعدة بشكل منفصل (خطوط بالمر Hα وHβ وHγ...).
• لا — كل انتقال نحو n = 2 يبعث الطول الموجي نفسه.
• يمكن أن يكون الطول الموجي أي قيمة في مدى متصل، لا قيمًا منفصلة.

2 · التجهيز

1. افتح مسبق ألفا بالمر واضغط إعادة الضبط. الانتقال الافتراضي لهذا المسبق هو n = 3 → n = 2 (Hα، خط بالمر الأحمر).
2. فعّل قراءة الطول الموجي المنبعث.
3. اضبط مستوى الطاقة الابتدائي n_initial لكل محاولة (نزولًا إلى n_final = 2) وسجل الطول الموجي المنبعث.

3 · اجمع البيانات

ارسم 1/λ (المحور y) مقابل 1/n_i² (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل الخط مستقيم؟

4 · حلّل

1. لمحاولة واحدة، احسب 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) باستخدام ثابت ريدبرغ R = 1.09678×10⁷ m⁻¹ و n_f = 2. قارن بالجدول.
2. اشرح لماذا تقصر الأطوال الموجية (طاقة أعلى) مع ازدياد n_i، لكن التباعد بين الخطوط المتتالية (Hα وHβ وHγ) يتقلص — فهي تتقارب نحو حد المتسلسلة بدل التباعد بلا نهاية.

5 · وسّع

1. متسلسلة بالمر هي سلسلة الهيدروجين الوحيدة الواقعة في الطيف المرئي (نحو 400–700 nm) — ولهذا هي التي اكتُشفت أولًا تاريخيًا، على يد يوهان بالمر عام 1885، قبل وجود النظرية الذرية المفسِّرة أساسًا. اشرح لماذا تقع متسلسلة ليمان (النزول إلى n = 1) ومتسلسلة باشن (النزول إلى n = 3) خارج الضوء المرئي.
2. يحدد الفلكيون الهيدروجين في النجوم البعيدة برصد أطوال موجات بالمر هذه بعينها في أطياف ضوء النجوم. اشرح لماذا يخبر العثور على طول موجة بالمر-ألفا مزاح (لا مطابق) في طيف نجم الفلكيينَ بأن النجم يتحرك نسبة إلى الأرض (تأثير دوبلر).

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة

138 ورقة عمل فيزياء مجانية قابلة للطباعة