Серията на Балмер: видими спектрални линии на водорода

1 · Предскажи

Електрон във водороден атом пада от по-високо енергетично ниво до ниво n = 2, излъчвайки фотон (серията на Балмер — единствените водородни линии, видими за човешкото око). Зависи ли излъчената дължина на вълната от нивото, от което електронът е тръгнал?

• Да — различни начални нива дават различни, дискретно разположени дължини на вълните (линиите на Балмер Hα, Hβ, Hγ...).
• Не — всеки преход до n = 2 излъчва същата дължина на вълната.
• Дължината на вълната може да е каквото и да е в непрекъснат обхват, не дискретни стойности.

2 · Постановка

1. Отвори настройката Балмер Алфа и натисни Нулирай. Преходът по подразбиране на тази настройка е n = 3 → n = 2 (Hα, червената линия на Балмер).
2. Включи показанието за излъчена дължина на вълната.
3. Задай началното енергетично ниво n_initial за всеки опит (падайки до n_final = 2) и запиши излъчената дължина на вълната.

3 · Събери данни

Чертай 1/λ (ос y) спрямо 1/n_i² (ос x) за трите си опита. Права ли е линията?

4 · Анализирай

1. За един опит изчисли 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) с константата на Ридберг R = 1.097×10⁷ m⁻¹ и n_f = 2. Сравни с таблицата.
2. Обясни защо дължините на вълните стават по-къси (по-висока енергия) с нарастване на n_i, но разстоянието между последователните линии (Hα, Hβ, Hγ) се свива — те се сближават към граница на серията, вместо да се разпръскват неограничено.

5 · Надгради

1. Серията на Балмер е единствената водородна серия, която попада във видимия спектър (приблизително 400–700 nm) — затова е тази, открита исторически първа, от Йохан Балмер през 1885 г., преди да съществува лежащата в основата атомна теория. Обясни защо серията на Лиман (падане към n = 1) и серията на Пашен (падане към n = 3) попадат извън видимата светлина.
2. Астрономите идентифицират водород в далечни звезди, детектирайки точно тези дължини на вълните на Балмер в спектрите на звездната светлина. Обясни защо намирането на изместена (не точна) Балмер-алфа дължина на вълната в спектъра на звезда казва на астрономите, че звездата се движи спрямо Земята (ефект на Доплер).

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат