Современная физика

Линия Бальмера α (Hα)

Задайте n_i→n_f — цвет линии испускания соответствует λ из формулы Ридберга.

Линия Бальмера α (Hα) — интерактивная симуляция (Современная физика). Задайте n_i→n_f — цвет линии испускания соответствует λ из формулы Ридберга. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Серия Бальмера

Задайте n_i→n_f — цвет линии испускания соответствует λ из формулы Ридберга.

Переходы водорода на n = 2 испускают видимые линии Бальмера с длинами волн по формуле Ридберга 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²). Hα на 656 нм — самая яркая красная линия; в астрономии по ней находят водород и измеряют красное смещение.

• 1/λ = R(1/2²−1/n²)
• Красная линия Hα

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Электрон в атоме водорода переходит с более высокого энергетического уровня на уровень n = 2 и испускает фотон (серия Бальмера — единичные линии водорода, видимые человеческому глазу). Зависит ли испускаемая длина волны от того, с какого уровня электрон начал переход?

Прогнозы для взвешивания

• Да — разные начальные уровни дают разные дискретно разнесённые длины волн (линии Бальмера Hα, Hβ, Hγ…).
• Нет — любой переход на n = 2 испускает одну и ту же длину волны.
• Длина волны может быть любой в непрерывном диапазоне, а не дискретной.

Роли переменных

Что вы задали:

• Начальный уровень n_i

Что вы измеряете:

• Испущенная длина волны λ (nm)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет balmer-alpha и нажмите «Сброс». Переход по умолчанию в этом пресете: n = 3 → n = 2 (Hα, красная линия Бальмера).
2. Включите показание испущенной длины волны.
3. Задайте начальный уровень энергии n_initial для каждой пробы (переход вниз на n_final = 2) и запишите испускаемую длину волны.

Определяющее уравнение

Формула Ридберга (модель Бора) — λ = hc/ΔE

Длина волны света, испускаемого при переходе электрона водорода с уровня n_i на уровень n_f, подчиняется формуле 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), где R — постоянная Ридберга; это прямое следствие квантованных уровней энергии модели Бора.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), используя постоянную Ридберга R = 1.097×10⁷ м⁻¹ и n_f = 2. Сравните с таблицей.
• Объясните, почему длины волн становятся короче (энергия выше) с ростом n_i, но интервалы между соседними линиями (Hα, Hβ, Hγ) сжимаются — они сходятся к границе серии, а не расходятся бесконечно.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Серия Бальмера — единственная серия водорода, попадающая в видимый диапазон (примерно 400–700 нм); именно поэтому её открыли исторически первой — Иоганн Бальмер в 1885 году, до появления атомной теории. Объясните, почему серия Лаймана (переходы на n = 1) и серия Пашена (переходы на n = 3) лежат вне видимого света.
• Астрономы распознают водород в далёких звёздах, обнаруживая именно эти длины волн Бальмера в спектрах звёздного света. Объясните, почему смещённая (не точная) длина волны Бальмер-альфа в спектре звезды говорит астрономам, что звезда движется относительно Земли (эффект Доплера).

• 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. Добро пожаловать к Бальмер-альфа
2. Выберите атом
3. Нажмите Play
4. Видимая линия водорода
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Модель Бора и спектры водорода