Перейти к содержанию

Квантовая физика: фотоны, волны материи и неопределённость

Физика 12 класс Сложность 4/5

Начало урока

Квантовые правила для света и вещества

Квантовая физика нужна для обмена энергией и импульсом в микромире. Свет приходит квантами — фотонами. Фотон частоты f и длины волны λ имеет E = hf = hc/λ и p = E/c = h/λ. Более высокая частота означает большую энергию каждого фотона; большая интенсивность при той же частоте обычно означает больше фотонов в единицу времени, а не большую энергию одного фотона.

Фотон
E = hf, p = h/λ
Волна материи
λ = h/p для частицы
Неопределённость
ΔxΔpₓ ≥ ħ/2

Фотоэлектрический эффект

Связанному электрону для выхода из материала нужна как минимум работа выхода φ. Закон сохранения энергии даёт Kmax = hf − φ. Пороговая частота f₀ = φ/h. Задерживающий потенциал Vs удовлетворяет eVs = Kmax. Выше порога увеличение частоты повышает максимальную кинетическую энергию электронов. Увеличение интенсивности при той же частоте повышает скорость эмиссии, но не меняет Kmax. Ниже порога обычное увеличение интенсивности не выбивает электроны в базовой однофотонной модели.

фотоэмиссиялокализованный пакет расширяется

Волны материи и неопределённость

По гипотезе де Бройля частица с импульсом p имеет длину волны λ = h/p. Дифракция электронов и атомов подтверждает волновое поведение. Волновая функция не является материальной рябью; квадрат её модуля задаёт плотность вероятности результатов измерения. Для локализованной частицы нужен волновой пакет из многих длин волн и импульсов. Поэтому ΔxΔpₓ ≥ ħ/2. Это внутреннее свойство квантового состояния, а не только несовершенство приборов.

Дополнительность: один квантовый объект даёт локальные регистрации как частица и интерференцию как волна; экспериментальная установка определяет, какой аспект проявится.

Продолжите этот урок на YourAIZone

В полном уроке — объяснение целиком, разобранные примеры, частые ошибки, тесты с мгновенной проверкой и ИИ-репетитор. Начните сразу как гость или создайте аккаунт, чтобы сохранять прогресс.

В полном уроке

  • Объяснение целиком
  • Разобранные примеры
  • Частые ошибки и как их избежать
  • Тестовые вопросы: 15
  • ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы по теме
  • Отслеживание прогресса для ученика, родителей и учителя