سری لیمان: خطوط فرابنفش هیدروژن

1 · پیش‌بینی

الکترون‌هایی که تمام‌وکمال تا حالت پایه (n = 1) پایین می‌آیند سری لیمن را گسیل می‌کنند. در مقایسه با سری بالمر (فرود به n = 2)، انتظار دارید فوتون‌های لیمن انرژی بیشتر داشته باشند یا کمتر؟

• انرژی کمتر از گذارهای بالمر.
• انرژی بیشتر (طول موج کوتاه‌تر) — فرود به حالت پایه شکاف انرژی بزرگ‌تری نسبت به فرود به n = 2 آزاد می‌کند.
• همان انرژی گذارهای معادل بالمر.

2 · آماده‌سازی

1. پیش‌تنظیم lyman-alpha را باز کنید و Reset را بفشارید. گذار پیش‌فرض این پیش‌تنظیم n = 2 → n = 1 است (لیمن-آلفا).
2. قرائت طول موج گسیلی را فعال کنید.
3. تراز انرژی آغازین n_initial را برای هر آزمایش تنظیم کنید (با فرود به n_final = 1) و طول موج گسیل‌شده را ثبت کنید.

3 · گردآوری داده

برای سه آزمایش، طول موج گسیلی λ (محور y) را بر حسب تراز آغازین n_i (محور x) رسم کنید.

4 · تحلیل

1. برای یک آزمایش، 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) را با n_f = 1 حساب کنید. با جدول مقایسه کنید. تأیید کنید هر سه طول موج زیر 122 nm می‌افتند — فرابنفش عمیق، نامرئی برای چشم.
2. طول موج‌های لیمن خود را با طول موج‌های نور مرئی آزمایش balmer-alpha مقایسه کنید. توضیح دهید چرا فرود به n = 1 (شکاف انرژی بسیار بزرگ‌تر از فرود به n = 2) همیشه فوتون‌های پرانرژی‌تر با طول موج کوتاه‌تر تولید می‌کند.

5 · گسترش

1. نور فرابنفش سری لیمان پیش از رسیدن به زمین تقریباً کامل توسط جو زمین جذب می‌شود. توضیح دهید چرا برای دیدن گسیل لیمان-آلفای هیدروژن از اجرام نجومی دور، تلسکوپ‌های فضایی (نه زمینی) لازم‌اند.
2. وقتی n_i ← ∞، مقدار 1/λ دقیقاً به R می‌رسد (حد سری)، متناظر با الکترونی که به‌سختی از اتم کامل می‌گریزد (یونش) نه گذاری مشخص. با فرمولتان توضیح دهید چرا حد سری، انرژی یونش از حالت پایه است.

فیزیک پشت این آزمایش

← بازگشت به آزمایش

138 برگهٔ کار چاپی فیزیک رایگان