原子激發與電離模擬器 (Excitation and Ionization of Atom Simulator) – 探索波耳模型(Bohr Model)

這個互動式原子激發與電離模擬器 (Excitation and Ionization of Atom Simulator) 旨在幫助學生視覺化量子物理學中的波耳模型 (Bohr Model)。透過這個工具,你可以清楚地觀察到氫原子 (Hydrogen atom) 中的電子如何吸收特定能量的光子 (Photon) 進行能階躍遷 (Energy level transition),以及能量過大時發生的電離現象 (Ionization)

Excitation of Atom Simulator
原子激發模擬

Billy Sir's Interactive Physics: Bohr Model & Ionization.
物理互動:波耳模型與電離

Set Energy & Fire
設定能量並發射
Input Energy (E) | 輸入能量
10.20 eV
Kinetic Energy (KE) | 動能
0.00 eV
Photon Energy 光子能量 10.20 eV
IONIZATION (13.6 eV)
0 eV Tip: Click the markers on the track for exact energies 16 eV

如何使用 (How to Use):

  • 調整光子能量 (Photon Energy): 拖曳滑桿設定入射光子的能量(單位為電子伏特 eV)。你可以點擊軌道上的標記來快速選擇特定的激發能量 (Excitation energy) 或電離能 (Ionization energy)。
  • 發射光子 (Fire Photon): 點擊「FIRE PHOTON」按鈕,將光子射向原子。
  • 觀察電子狀態 (Observe Electron State):
    • 若能量不匹配,光子將直接穿透 (Pass through)。
    • 若能量剛好等於能階差,電子會吸收光子並躍遷至高能階 (Higher energy level),隨後重新發射光子並回到基態 (Ground state)。
    • 若能量大於或等於 13.6 eV,電子將脫離原子核束縛發生電離 (Ionization)。
  • 檢視動能 (Kinetic Energy): 當發生電離時,觀察剩餘的能量如何轉換為自由電子的動能 (Kinetic energy)。

觀察與討論 (Reflection / Observation):
在觀察模擬器時,請特別注意電子對光子能量的「挑剔」程度:
根據波耳模型 (Bohr Model),原子內的電子只能存在於特定的離散能階 (Discrete energy levels) 中。因此,電子只會吸收能量完全等於兩個能階能量差的光子。這就是為什麼許多能量的光子會直接穿透原子(透明/Mismatch)。
然而,當光子能量超過電離能 (Ionization Energy, 13.6 eV) 時,電子不再受限於特定軌道,而是被完全釋放 (Freed)。此時,多餘的能量並不會消失,而是根據能量守恆定律 (Conservation of energy),轉換為該自由電子的動能 (Kinetic Energy)

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