現代物理
ライマン α 線
紫外ライマン系列—基底状態への遷移。
ライマン α 線 — インタラクティブな現代物理シミュレーション。紫外ライマン系列—基底状態への遷移。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
ライマン系列
紫外ライマン系列 — 基底状態への遷移です。
n = 1 への遷移はバルマー系列より短い波長の紫外ライマン線を生じます。121.6 nmのLyman-αは天体物理学的な水素雲で顕著で、銀河間物質を探る鍵となりました。
- UV遷移
- n → 1
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
電子が基底状態 n = 1 まで落ちるとライマン系列を放出します。n = 2 へ落ちるバルマー系列と比べ、ライマン光子のエネルギーは大きいか小さいでしょうか？
検討する予測
- バルマー遷移より小さいエネルギーです。
- 大きい（短波長）。基底状態への大きなエネルギー差が放出されます。
- 対応するバルマー遷移と同じエネルギーです。
可変的な役割
設定するもの：
- 初期準位 n_i
測定するもの：
- 放出波長 λ (nm)
実験の進め方
- lyman-alpha プリセットを開いて Reset を押します。既定遷移は n = 2 → n = 1 です。
- 放出波長読み出しを有効にします。
- 各試行で初期準位 n_initial を設定し（n_final = 1へ落下）、放出波長を記録します。
支配方程式
ライマン系列（基底状態遷移） — λ = hc/ΔE
n_f = 1 で終わる遷移は水素で最大のエネルギー差を放出し、最短波長・最高エネルギーの紫外スペクトル系列になります。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- n_f = 1 として 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) を計算します。3波長が122 nm未満の深紫外で目に見えないことを確認します。
- バルマーの可視波長と比較し、n = 1への落下が大きなエネルギー差となり高エネルギー・短波長光子を必ず生む理由を説明します。
実験以外での活用
- ライマン紫外線は地上に届く前に地球大気のほぼ全てに吸収されます。遠方天体の水素ライマンα放出を観測するには地上でなく宇宙望遠鏡が必要な理由を説明します。
- n_i → ∞ で 1/λ は R に近づき、特定遷移でなく電子が原子からほぼ脱出する電離に対応します。式から系列限界が基底状態の電離エネルギーを表す理由を説明します。
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.1 Structure of the atom
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- ライマン系列へようこそ
- 原子を選択
- 再生
- 紫外遷移
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。