ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер p272.5: Фотон. Корпускулярно-волновой дуализм. Волна де Бройля

План решения

Для ответа на вопрос необходимо разделить физические явления света на две группы в соответствии с корпускулярно-волновым дуализмом. Первая группа включает эффекты, где свет проявляет себя как волна (интерференция, дифракция). Вторая группа — явления, которые невозможно объяснить классической волновой теорией и которые требуют представления света как потока частиц (фотонов), обладающих энергией и импульсом.

Вычисление и анализ явлений

1. Явления, объясняемые волновой теорией:

• Интерференция : сложение двух или более когерентных волн, приводящее к усилению или ослаблению интенсивности света в разных точках пространства.
• Дифракция : огибание светом препятствий и проникновение в область геометрической тени, характерное для всех видов волн.
• Поляризация : явление, доказывающее поперечный характер электромагнитных волн света.
• Преломление и отражение : хотя они могут рассматриваться и в лучевой оптике, их строгое количественное описание (законы Снеллиуса) опирается на принцип Гюйгенса–Френеля, то есть на волновую природу.

2. Явления, подтверждающие квантовые свойства света:

• Фотоэффект (внешний) : испускание электронов веществом под действием света. Ключевые особенности: наличие красной границы частоты, мгновенность процесса и зависимость энергии электронов от частоты, а не от интенсивности света. Это прямо следует из формулы Эйнштейна hν=A_вых +E_k.
• Эффект Комптона : изменение длины волны рентгеновского излучения при рассеянии на электронах. Доказывает наличие у фотона импульса p=h/λ и его упругое взаимодействие с частицей.
• Излучение абсолютно чёрного тела : спектральная плотность энергии не описывается классическими законами Рэлея–Джинса (катастрофа в ультрафиолете), а точно соответствует формуле Планка, предполагающей дискретность обмена энергией.
• Атомные спектры : линейчатый характер спектров излучения и поглощения атомов объясняется переходами между дискретными энергетическими уровнями с испусканием или поглощением фотонов определённой энергии.

Проверка и вывод

Разделение явлений корректно: интерференция и дифракция являются фундаментальными свойствами любой волны, тогда как фотоэффект и эффект Комптона демонстрируют дискретную структуру взаимодействия света с веществом, что является прямым подтверждением гипотезы о фотонах. Таким образом, свет обладает двойственной природой.