萊曼系列：紫外線氫氣線
1·預測
電子一路下降到基態 (n = 1) 發出萊曼級數。與巴爾默系列（下降到 n = 2）相比，您期望萊曼光子具有更多還是更少的能量？
- 比巴爾默躍遷能量少。
- 更多的能量（較短的波長）－下降到基態比下降到 n = 2 釋放更大的能隙。
- 與等效巴爾默躍遷相同的能量。
2·設定
- 開啟 lyman-alpha 預設並按下 Reset。此預設的預設過渡是 n = 2 → n = 1 (Lyman-alpha)。
- 啟用發射波長讀數。
- 設定每次試驗的起始能階 n_initial（降至 n_final = 1）並記錄發射波長。
3·收集數據
| 起始等級 n_i | 發射波長λ (nm) |
|---|---|
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
針對三次試驗，繪製發射波長λ（Y軸）相對起始能階n_i（x軸）的關係圖。
4·分析
- 對於一次試驗，使用 n_f = 1 計算 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²)。與表格進行比較。確認所有三個波長均低於 122 nm（深紫外線，肉眼不可見）。
- 將你的萊曼系波長與balmer-alpha實驗中可見光波長進行比較。請解釋為什麼躍遷到n = 1（比躍遷到n = 2的能階差大得多）總是產生能量更高、波長更短的光子。
5·擴展
- 萊曼系紫外光在到達地面之前，幾乎完全被地球大氣吸收。請解釋為什麼要觀測遙遠天體發出的氫萊曼-α發射，需要使用太空望遠鏡而不是地面望遠鏡。
- 當 n_i → ∞ 時，1/λ 精確地接近 R（級數極限），對應於電子幾乎完全逃離原子（電離）而不是特定的躍遷。使用您的公式，解釋為什麼級數極限代表基態的電離能。
這個實驗背後的物理原理
萊曼系列（基態躍遷）
終態為n_f = 1的躍遷會釋放出氫原子中可能的最大能階差，因為基態遠低於所有激發態——由此產生波長最短（能量最高）的譜線系，完全落在紫外波段。