Tài liệu này bao gồm các chủ đề SL đã chọn cho khóa học lần đầu đánh giá trong 2025; đây không phải là toàn bộ chương trình.
Điều kiện tiên quyết: đọc các đại lượng và đơn vị được nêu, và sử dụng phép toán cùng các điều kiện mô hình bên dưới.
Các ví dụ là gốc và hư cấu: chúng không phải là số đo thực tế hay các cuộc điều tra của học sinh thực tế.
12.2
Dịch chuyển quang phổ: ước tính thiên văn tốc độ thấp
Giải thích hiện tượng này là gì?
Một vạch quang phổ dễ nhận thấy xuất hiện ở bước sóng dài hơn trong một nguồn xa. Sự dịch chuyển này có thể cung cấp bằng chứng về sự rời xa dọc theo đường nhìn.
Xây dựng mô hình
Chuyển động tương đối giữa nguồn và người quan sát làm thay đổi tần số hoặc bước sóng quan sát được.
Đối với ánh sáng có vận tốc tương đối nhỏ hơn nhiều so với c, độ lớn của độ dịch chuyển bước sóng phân đoạn xấp xỉ v/c.
Sự lùi xa tương ứng với bước sóng dài hơn, và sự tiến lại gần tương ứng với bước sóng ngắn hơn.
dịch chuyển đỏ: Sự dịch chuyển của một vạch xác định về phía bước sóng dài hơn.
bước sóng nghỉ: Bước sóng của vạch đo khi không có chuyển động tương đối của nguồn.
Mọi vạch đều dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn: z = Δλ/λ, và v ≈ cz ở tốc độ thấp
Chọn bằng chứng để kiểm định mô hình
So sánh một vạch xác định với bước sóng nghỉ phòng thí nghiệm của nó.
Sử dụng z = (quan sát − nghỉ)/nghỉ, sau đó v xấp xỉ cz trong mô hình tốc độ thấp đã nêu.
Không áp dụng xấp xỉ này mà không kiểm tra chế độ hoặc coi dịch chuyển đỏ vũ trụ học là vận tốc chính xác đơn giản.
Trong phòng thí nghiệm: Sử dụng phổ có gắn nhãn kèm hiệu chuẩn và nhận diện vạch. So sánh nhiều vạch để có sự dịch chuyển nhất quán. Nêu độ bất định và phân biệt chuyển động dọc theo đường nhìn tương đối với thành phần ngang chưa đo được.
Bắt đầu từ các đại lượng đã biết
Đã biết: một vạch nghỉ 500 nm được quan sát ở 501 nm. z = (501−500)/500 = 0.002.
Với c=3.0×10⁸ m/s, v xấp xỉ 6.0×10⁵ m/s rời xa.
Công thức mẫu số nguồn âm thanh không phải là xấp xỉ ánh sáng SL cần thiết.
Lượt của bạn: Một vạch nghỉ 600 nm được quan sát ở 601.2 nm. Tìm z=(quan sát−nghỉ)/nghỉ.
Kiểm tra kết luận và giới hạn của nó
Mối liên hệ dịch chuyển xấp xỉ không cho thấy ánh sáng truyền nhanh hơn từ nguồn tiến lại gần.
Một vạch duy nhất chưa xác định không thể an toàn thiết lập dịch chuyển đỏ.
Không đúng: Dịch chuyển đỏ quan sát được có nghĩa là tốc độ ánh sáng tăng lên. Tốc độ ánh sáng trong chân không như nhau đối với mọi người quan sát. Dịch chuyển đỏ là sự thay đổi bước sóng quan sát được do chuyển động tương đối (hoặc không gian giãn nở), không phải ánh sáng đi nhanh hơn hay chậm hơn.
Tóm tắt:
Chuyển động tương đối giữa nguồn và người quan sát làm thay đổi tần số hoặc bước sóng quan sát được.
So sánh một vạch xác định với bước sóng nghỉ phòng thí nghiệm của nó.
Lưu ý: mối liên hệ dịch chuyển xấp xỉ không cho thấy ánh sáng truyền nhanh hơn từ nguồn tiến lại gần.
Viết từ một dịch chuyển đỏ 0.005
Vạch nghỉ 500 nm được quan sát ở 502.5 nm.
Tìm z. Hiệu ứng dịch chuyển đỏ không có nghĩa là tốc độ ánh sáng tăng lên.
Viết từ dịch chuyển xanh 0.001
Một đường nghỉ 600 nm được quan sát tại 599.4 nm.
z = (599.4 − 600) ÷ 600 = −0.001, do đó v ≈ 0.001c = 3.0 × 10⁵ m s⁻¹ HƯỚNG về phía người quan sát — dấu mang ý nghĩa chỉ hướng.
Viết từ một kiểm tra đơn vị trên z
Một bài tập ghi z = 0.002 "nanometre".
z = Δλ ÷ λ là tỷ lệ KHÔNG có đơn vị: trình bày v dưới dạng phân số của c trước (0.002c), chỉ chuyển sang mét trên giây ở cuối cùng.
Khám phá
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.
