莱曼系列：紫外线氢气线
1·预测
电子一路下降到基态 (n = 1) 发出莱曼级数。与巴尔默系列（下降到 n = 2）相比，您期望莱曼光子具有更多还是更少的能量？
- 比巴尔默跃迁能量更少。
- 更多的能量（更短的波长）——下降到基态比下降到 n = 2 释放更大的能隙。
- 与等效巴尔默跃迁相同的能量。
2·设置
- 打开「莱曼系列：紫外线氢气线（lyman-alpha）」预设并按重置。此预设的默认过渡是 n = 2 → n = 1 (Lyman-alpha)。
- 启用发射波长读数。
- 设置每次试验的起始能级 n_initial（降至 n_final = 1）并记录发射波长。
3·收集数据
| 起始级别 n_i | 发射波长λ (nm) |
|---|---|
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
针对三次试验，绘制发射波长λ（y轴）相对起始能级n_i（x轴）的关系图。
4·分析
- 对于一次试验，使用 n_f = 1 计算 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²)。与表进行比较。确认所有三个波长均低于 122 nm（深紫外线，肉眼不可见）。
- 将你的莱曼系波长与balmer-alpha实验中可见光波长进行比较。请解释为什么跃迁到n = 1（比跃迁到n = 2的能级差大得多）总是产生能量更高、波长更短的光子。
5·扩展
- 莱曼系紫外光在到达地面之前，几乎完全被地球大气吸收。请解释为什么要观测遥远天体发出的氢莱曼-α发射，需要使用太空望远镜而不是地面望远镜。
- 当 n_i → ∞ 时，1/λ 精确地接近 R（级数极限），对应于电子几乎完全逃离原子（电离）而不是特定的跃迁。使用您的公式，解释为什么级数极限代表基态的电离能。
这个实验背后的物理原理
莱曼系列（基态跃迁）
终态为n_f = 1的跃迁会释放出氢原子中可能的最大能级差，因为基态远低于所有激发态——由此产生波长最短（能量最高）的谱线系，完全落在紫外波段。