Современная физика

Линия Лаймана α

Ультрафиолетовая серия Лаймана — переход в основное состояние.

Линия Лаймана α — интерактивная симуляция (Современная физика). Ультрафиолетовая серия Лаймана — переход в основное состояние. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Серия Лаймана

Ультрафиолетовая серия Лаймана — переход в основное состояние.

Переходы на n = 1 дают ультрафиолетовые линии серии Лаймана с меньшей длиной волны, чем Бальмер. Lyman-α на 121.6 нм заметна в астрофизических водородных облаках и была ключом к зондированию межгалактической среды.

• УФ-переход
• n → 1

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

Электроны, падающие до самого основного состояния (n = 1), испускают серию Лаймана. По сравнению с серией Бальмера (переходы на n = 2) — у фотонов Лаймана энергии больше или меньше?

Прогнозы для взвешивания

• Меньше энергии, чем переходы Бальмера.
• Больше энергии (короче волна) — падение до основного состояния высвобождает больший зазор, чем падение на n = 2.
• Столько же энергии, сколько эквивалентные переходы Бальмера.

Роли переменных

Что вы задали:

• Начальный уровень n_i

Что вы измеряете:

• Испущенная длина волны λ (nm)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет lyman-alpha и нажмите «Сброс». Переход по умолчанию здесь: n = 2 → n = 1 (Lyman-alpha).
2. Включите показание испущенной длины волны.
3. Задайте начальный уровень энергии n_initial для каждой пробы (переход вниз на n_final = 1) и запишите испускаемую длину волны.

Определяющее уравнение

Серия Лаймана (переходы в основное состояние) — λ = hc/ΔE

Переходы, заканчивающиеся на n_f = 1, высвобождают наибольшие возможные энергетические зазоры в водороде, поскольку основное состояние лежит далеко ниже каждого возбуждённого уровня; так возникает самая коротковолновая (самая высокоэнергичная) спектральная серия — целиком в ультрафиолете.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) при n_f = 1. Сравните с таблицей. Убедитесь, что все три длины волны ниже 122 нм — глубокий ультрафиолет, глазу невидимый.
• Сравните свои длины волн Лаймана с видимыми длинами волн эксперимента balmer-alpha. Объясните, почему переход на n = 1 (гораздо больший энергетический зазор, чем переход на n = 2) всегда даёт более энергичные фотоны с меньшей длиной волны.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Ультрафиолет серии Лаймана почти полностью поглощается атмосферой Земли до достижения поверхности. Объясните, почему для наблюдения лайман-альфа испускания водорода от далёких астрономических объектов нужны космические (а не наземные) телескопы.
• При n_i → ∞ 1/λ стремится ровно к R (граница серии), что соответствует электрону, едва покидающему атом (ионизация), а не конкретному переходу. По формуле объясните, почему граница серии представляет энергию ионизации из основного состояния.

• 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 Лайман-альфа
2. Выберите атом
3. Нажмите Play
4. Ультрафиолетовый переход
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