ฟิสิกส์ยุคใหม่

เส้นไลมัน α

อนุกรมลายแมนอัลตราไวโอเลต — เปลี่ยนลงสู่สถานะพื้น

เส้นไลมัน α — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ อนุกรมลายแมนอัลตราไวโอเลต — เปลี่ยนลงสู่สถานะพื้น ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ

อนุกรมไลมัน

อนุกรมไลมันในย่านอัลตราไวโอเลต — การเปลี่ยนระดับสู่สถานะพื้น

การเปลี่ยนระดับพลังงานไปยัง n = 1 ทำให้เกิดเส้นอนุกรมไลแมนในช่วงอัลตราไวโอเลตที่ความยาวคลื่นสั้นกว่าบัลเมอร์ เส้นไลแมน-α ที่ 121.6 นาโนเมตรเด่นชัดในกลุ่มเมฆไฮโดรเจนทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ และเป็นกุญแจสำคัญในการสำรวจมวลสารระหว่างดาราจักร

• การเปลี่ยนระดับพลังงานในช่วงยูวี
• n → 1

สรุปการสืบสวน

วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ

บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้

คำถามขับเคลื่อน

อิเล็กตรอนที่ตกลงถึงสถานะพื้น (n = 1) ปล่อยอนุกรมลีแมน เทียบกับอนุกรมบัลเมอร์ (ตกสู่ n = 2) คุณคาดว่าโฟตอนลีแมนจะมีพลังงานมากกว่าหรือน้อยกว่า

คำทำนายที่ต้องชั่งใจ

• พลังงานน้อยกว่าการเปลี่ยนบัลเมอร์
• พลังงานมากกว่า (ความยาวคลื่นสั้นกว่า) การตกสู่สถานะพื้นปล่อยช่องว่างพลังงานที่ใหญ่กว่าการตกสู่ n = 2
• พลังงานเท่ากับการเปลี่ยนบัลเมอร์ที่เทียบเท่ากัน

บทบาทของตัวแปร

สิ่งที่คุณตั้ง:

• ระดับเริ่มต้น n_i

สิ่งที่คุณวัด:

• ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมา λ (nm)

การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร

1. เปิดพรีเซ็ท lyman-alpha แล้วกดรีเซ็ต การเปลี่ยนระดับดีฟอลต์คือ n = 2 → n = 1 (ลีแมน-อัลฟา)
2. เปิดค่าแสดงความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมา
3. ตั้งระดับพลังงานตั้งต้น n_initial ของแต่ละรอบ (ตกลงสู่ n_final = 1) แล้วบันทึกความยาวคลื่นที่ปล่อยออก

สมการควบคุม

อนุกรมลายแมน (การเปลี่ยนจากสถานะพื้น) — λ = hc/ΔE

การเปลี่ยนระดับที่จบที่ n_f = 1 ปล่อยช่องว่างพลังงานที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ในไฮโดรเจน เพราะสถานะพื้นอยู่ต่ำกว่าทุกระดับกระตุ้นมาก จึงเกิดอนุกรมสเปกตรัมความยาวคลื่นสั้นที่สุด (พลังงานสูงสุด) ทั้งหมดอยู่ในอัลตราไวโอเลต

สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด

• สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) โดยใช้ n_f = 1 เทียบกับตาราง และยืนยันว่าความยาวคลื่นทั้งสามต่ำกว่า 122 nm คืออัลตราไวโอเลตเชิงลึก มองไม่เห็นด้วยตา
• จงเทียบความยาวคลื่นลีแมนของคุณกับความยาวคลื่นแสงที่มองเห็นของการทดลอง balmer-alpha อธิบายว่าทำไมการตกสู่ n = 1 (ช่องว่างพลังงานที่ใหญ่กว่าการตกสู่ n = 2 มาก) จึงให้โฟตอนพลังงานสูงกว่า ความยาวคลื่นสั้นกว่าเสมอ

สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ

• แสงอัลตราไวโอเลตชุดลายแมนถูกชั้นบรรยากาศโลกดูดกลืนเกือบหมดก่อนถึงพื้น อธิบายว่าเหตุใดกล้องโทรทรรศน์อวกาศ (ไม่ใช่บนพื้นโลก) จึงจำเป็นต่อการสังเกตการปล่อยลายแมน-อัลฟาของไฮโดรเจนจากวัตถุดาราศาสตร์ไกล
• เมื่อ n_i → ∞, 1/λ เข้าใกล้ R พอดี (ขีดจำกัดอนุกรม) สอดคล้องกับอิเล็กตรอนที่แทบหลุดพ้นอะตอมทั้งหมด (การแต่ตัวเป็นไอออน) แทนการเปลี่ยนระดับเฉพาะ ใช้สูตรของคุณอธิบายว่าเหตุใดขีดจำกัดอนุกรมจึงแทนพลังงานแตกตัวจากสถานะพื้น

• 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. ยินดีต้อนรับสู่ ไลมันอัลฟา
2. เลือกอะตอม
3. กดเล่น
4. การเปลี่ยนระดับย่านอัลตราไวโอเลต
5. เปิดแผงคุณสมบัติ
6. คุณทำได้แล้ว!

เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ

เปิดห้องแล็บโต้ตอบ →

ดาวน์โหลดใบงาน →

แบบจำลองของบอร์กับสเปกตรัมไฮโดรเจน