Сучасна фізика
Лінія Бальмера α (Hα)
Установіть n_i→n_f — колір лінії випромінювання відповідає λ з формули Рідберга.
Лінія Бальмера α (Hα) — інтерактивне моделювання: Сучасна фізика. Установіть n_i→n_f — колір лінії випромінювання відповідає λ з формули Рідберга. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Серія Бальмера
Установіть n_i→n_f — колір лінії випромінювання відповідає λ з формули Рідберга.
Переходи водню до n = 2 випромінюють видимі лінії Бальмера з довжинами хвиль за формулою Рідберга 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²). Hα на 656 nm — найяскравіша червона лінія, використовується в астрономії для ідентифікації водню та вимірювання червоного зсуву.
- 1/λ = R(1/2²−1/n²)
- Червона лінія Hα
Короткий опис дослідження
Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію
Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.
Рушійне запитання
Електрон в атомі водню падає з вищого енергетичного рівня на рівень n = 2, випромінюючи фотон (серія Бальмера — єдині лінії водню, видимі оку). Чи залежить випромінена довжина хвилі від того, з якого рівня стартував електрон?
Прогнози для зважування
- Так — різні стартові рівні дають різні, дискретно розставлені довжини хвиль (лінії Бальмера Hα, Hβ, Hγ…).
- Ні — кожен перехід вниз до n = 2 випромінює ту саму довжину хвилі.
- Довжина хвилі може бути будь-якою в неперервному діапазоні, не дискретною.
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Стартовий рівень n_i
Що ви вимірюєте:
- Випромінена довжина хвилі λ (nm)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет balmer-alpha та натисніть «Скинути». Типовий перехід цього пресета n = 3 → n = 2 (Hα, червона лінія Бальмера).
- Увімкніть показ випроміненої довжини хвилі.
- Задайте початковий енергетичний рівень n_initial для кожного заміру (падіння до n_final = 2) та запишіть випромінену довжину хвилі.
Керівне рівняння
Формула Рідберга (модель Бора) — λ = hc/ΔE
Довжина хвилі світла, випроміненого при падінні електрона водню з рівня n_i на n_f, підпорядковується 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), де R — стала Рідберга — пряме наслідок квантованих енергетичних рівнів моделі Бора.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для одного заміру обчисліть 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) зі сталою Рідберга R = 1.097×10⁷ м⁻¹ та n_f = 2. Порівняйте з таблицею.
- Поясніть, чому довжини хвиль стають коротшими (вища енергія) зі зростанням n_i, але відстань між послідовними лініями (Hα, Hβ, Hγ) стискається — вони збігаються до межі серії, а не розходяться нескінченно.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Серія Бальмера — єдина серія водню, що потрапляє у видимий спектр (приблизно 400–700 nm) — саме тому її історично відкрили першою, Йоганном Бальмером 1885 року, ще до виникнення атомної теорії. Поясніть, чому серія Лаймана (падіння до n = 1) та серія Пашена (падіння до n = 3) лежать поза видимим світлом.
- Астрономи ідентифікують водень у далеких зорях, виявляючи саме ці довжини хвиль Бальмера у спектрах зоряного світла. Поясніть, чому знаходження зсунутої (не точної) довжини хвилі Бальмера-альфа в спектрі зорі каже астрономам, що зоря рухається відносно Землі (ефект 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
- Вітаємо в Бальмер-альфа
- Виберіть атом
- Натисніть «Запустити»
- Видима лінія водню
- Відкрийте панель властивостей
- У вас вийшло!
Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.
Відкрити інтерактивну лабораторію →
Завантажити лабораторний аркуш →