Moderne fysikk

Lyman α-linjen

Ultraviolett Lyman-serie — overgang til grunntilstanden.

Lyman α-linjen — interaktiv Moderne fysikk-simulering. Ultraviolett Lyman-serie — overgang til grunntilstanden. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Lyman-serien

Ultraviolett Lyman-serie — overgang til grunntilstanden.

Overganger til n = 1 produserer ultraviolette Lyman-serielinjer ved kortere bølgelengde enn Balmer. Lyman-α ved 121,6 nm er fremtredende i astrofysiske hydrogen skyer og var nøkkelen til å utforske det intergalaktiske mediet.

• UV-overgang
• n → 1

Undersøkelsesgrunnlag

Planlegg spørsmålet før du åpner labben

Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.

Problemstilling

Elektroner som faller helt ned til grunntilstanden (n = 1) sender ut Lyman-serien. Sammenlignet med Balmer-serien (fallende til n = 2), ville du forvente at Lyman-fotoner har mer eller mindre energi?

Prediksjoner å veie

• Mindre energi enn Balmer-overganger.
• Mer energi (kortere bølgelengde) — å falle til grunntilstanden frigjør et større energihull enn å falle til n = 2.
• Samme energi som tilsvarende Balmer-overganger.

Variabelroller

Hva du setter:

• Startnivå n_i

Hva du måler:

• Utsendt bølgelengde λ (nm)

Hvordan undersøkelsen foregår

1. Åpne Lyman-alfa-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Denne forhåndsinnstillingens standardovergang er n = 2 → n = 1 (Lyman-alfa).
2. Aktiver utsendt-bølgelengde-avlesningen.
3. Sett startenerginivået n_initial for hvert forsøk (fallende ned til n_final = 1) og registrer den utsendte bølgelengden.

Styrende likning

Lyman-serien (grunntilstandsoverganger) — λ = hc/ΔE

Overganger som ender ved n_f = 1 frigjør de størst mulige energihullene i hydrogen, siden grunntilstanden ligger langt under hvert eksitert nivå — og produserer serien med kortest bølgelengde (høyest energi), helt i det ultraviolette.

Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut

• For ett forsøk, beregn 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) med n_f = 1. Sammenlign med tabellen. Bekreft at alle tre bølgelengdene ligger under 122 nm — dyp ultraviolett, usynlig for øyet.
• Sammenlign Lyman-bølgelengdene dine med Balmer-alfa-eksperimentets synlige lys-bølgelengder. Forklar hvorfor fall til n = 1 (et mye større energihull enn fall til n = 2) alltid produserer fotoner med høyere energi og kortere bølgelengde.

Hvor dette dukker opp utenfor labben

• Lyman-seriens ultraviolette lys absorberes nesten helt av Jordens atmosfære før det når bakken. Forklar hvorfor romteleskoper (i stedet for bakkebaserte) trengs for å observere hydrogenets Lyman-alfa-emisjon fra fjerne astronomiske objekter.
• Når n_i → ∞, nærmer 1/λ seg R nøyaktig (seriegrensen), som tilsvarer et elektron som så vidt unnslipper atomet fullstendig (ionisering) i stedet for en spesifikk overgang. Med formelen din, forklar hvorfor seriegrensen representerer ioniseringsenergien fra grunntilstanden.

• 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

1. Velkommen til Lyman-alfa
2. Velg atomene
3. Trykk Spill av
4. Ultraviolett overgang
5. Åpne Egenskaper-panelet
6. Du klarte det!

Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Åpne interaktiv lab →

Last ned arbeidsark →

Bohr-modellen og hydrogen-spektre