Этот раздаточный материал охватывает выбранные темы SL для курса, впервые оцениваемого в 2025; он не является полным syllabus (учебной программой).
Предварительные требования: читать указанные количества и единицы, использовать арифметику и моделированные условия ниже.
Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.
12.2
Спектральные сдвиги: оценка для низкоскоростных астрономических объектов
Что могло бы объяснить это наблюдение?
Узнаваемая спектральная линия появляется на большей длине волны в удалённом источнике. Её смещение может служить доказательством удаления вдоль линии зрения.
Постройте модель
Относительное движение источника и наблюдателя изменяет наблюдаемую частоту или длину волны.
Для света при относительной скорости, значительно меньшей c, величина долевой сдвига длины волны приблизительно равна v/c.
Удаление соответствует большей длине волны, а приближение — меньшей.
Красное смещение: Сдвиг установленной спектральной линии в сторону большей длины волны.
Длина волны покоя: Длина волны линии, измеренная при отсутствии относительного движения источника.
Каждая линия смещается в сторону большей длины волны: z = Δλ/λ, а v ≈ cz при малых скоростях
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Сравните установленную линию с её лабораторной длиной волны покоя.
Используйте z = (наблюдаемая − покоя)/покоя, затем v ≈ cz в указанной модели малых скоростей.
Не применяйте это приближение без проверки режима или интерпретации космологического красного смещения как простой точной скорости.
В лаборатории: Используйте атрибутированные спектры с калибровкой и идентификацией линий. Сравните несколько линий для получения согласованного сдвига. Укажите неопределённость и различайте относительное движение вдоль линии зрения и неизмеренную поперечную компоненту.
Работайте с известными величинами
Дано: линия покоя 500 нм наблюдается на 501 нм. z = (501 − 500) / 500 = 0.002.
При c = 3.0 × 10 ⁸ м/с, v ≈ 6.0 × 10 ⁵ м/с удаления.
Формула знаменателя для источника звука не является требуемым приближением для света SL.
Ваш ход: Линия покоя 600 нм наблюдается на 601.2 нм. Найдите z = (наблюдаемая − покоя) / покоя.
Проверьте вывод и его границы применимости
Приближённая связь сдвига не показывает, что свет распространяется быстрее от приближающегося источника.
Одна неустановленная линия не может надёжно подтвердить красное смещение.
Неверно: Наблюдаемое красное смещение означает увеличение скорости света. Скорость света в вакууме одинакова для всех наблюдателей. Красное смещение — это изменение наблюдаемой длины волны вследствие относительного движения (или расширения пространства), а не более быстрое или медленное распространение света.
Ключевые моменты:
Относительное движение источника и наблюдателя изменяет наблюдаемую частоту или длину волны.
Сравните установленную линию с её лабораторной длиной волны покоя.
Обратите внимание: приближённая связь сдвига не показывает, что свет распространяется быстрее от приближающегося источника.
Записать на основе красного смещения 0.005
Линия покоя 500 нм наблюдается на длине волны 502.5 нм.
Найдите z. Красное смещение не означает увеличения скорости света.
Write from a blue shift of 0.001
Наблюдается линия покоя 600 нм при 599.4 нм.
z = (599.4 − 600) ÷ 600 = −0.001, so v ≈ 0.001c = 3.0 × 10⁵ m s⁻¹ TOWARD the observer — the sign carries the direction.
Записать на основе размерной проверки z
В рабочем листе указано z = 0.002 "нанометры".
z = Δλ ÷ λ — это отношение без размерности: сначала укажите v как долю c (0.002c), переводя в метры в секунду только в конце.
Исследовать
Shift the wavelength, keep light speed fixed
A 500 nm rest line observed at 501 nm gives z = 0.002 and an approximate radial velocity of 600000 m/s away. Compare identified lines, approach, recession and zero shift.
