Learning Objective 15.1.A: Describe the properties and behavior of an object that exhibits both particle-like and wave-like behavior.
- 15.1.A.1 Quantum theory was developed to explain observations of matter and energy that could not be explained using classical mechanics. These phenomena include, but are not limited to, atomic spectra, blackbody radiation, and the photoelectric effect.
- 15.1.A.1.i Quantum theory is necessary to describe the properties of matter at atomic and subatomic scales.
- 15.1.A.1.ii In quantum theory, fundamental particles can exhibit both particle-like and wave-like behavior.
- 15.1.A.2 Light can be modeled both as a wave and as discrete particles, called photons.
- 15.1.A.2.i A photon is a massless, electrically neutral particle with energy proportional to the photon's frequency.
- Relevant equations:
- $E = hf$
- $\lambda = \dfrac{c}{f}$
- 15.1.A.2.ii Photons travel in straight lines unless they interact with matter.
- 15.1.A.2.i A photon is a massless, electrically neutral particle with energy proportional to the photon's frequency.
- 15.1.A.3 The speed of a photon depends on the medium through which the photon travels.
- 15.1.A.3.i The speed of all photons in free space is equal to the speed of light, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
- 15.1.A.3.ii In general, the speed of photons through a given medium is inversely proportional to the index of refraction of that medium.
- 15.1.A.4 Particles can demonstrate wave properties, as shown by variations of Young's double-slit experiment.
- 15.1.A.4.i A wave model of matter is quantified by the de Broglie wavelength, which increases as the momentum of a particle decreases.
- Relevant equation:
- $\lambda = \dfrac{h}{p}$
- 15.1.A.4.ii Quantum theory is necessary to describe systems where the de Broglie wavelength is comparable to the size of the system.
- 15.1.A.4.i A wave model of matter is quantified by the de Broglie wavelength, which increases as the momentum of a particle decreases.
- 15.1.A.5 Values of energy and momentum have discrete, or quantized, values for bound systems described by quantum theory.
วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 15.1.A: อธิบายคุณสมบัติและพฤติกรรมของวัตถุที่แสดงทั้งลักษณะคล้ายอนุภาคและคล้ายคลื่น
- 15.1.A.1 ทฤษฎีควอนตัมถูกพัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายการสังเกตเรื่องสสารและพลังงานที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยกลศาสตร์คลาสสิก ปรากฏการณ์เหล่านี้รวมถึง แต่ไม่จำกัดเพียง สเปกตรัมอะตอม การแผ่รังสีของวัตถุดำ และปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
- 15.1.A.1.i ทฤษฎีควอนตัมจำเป็นต่อการอธิบายคุณสมบัติของสสารในระดับอะตอมและระดับย่อยอะตอม
- 15.1.A.1.ii ในทฤษฎีควอนตัม อนุภาคพื้นฐานสามารถแสดงทั้งลักษณะคล้ายอนุภาคและคล้ายคลื่นได้
- 15.1.A.2 แสงสามารถจำลองได้ทั้งในรูปแบบคลื่นและรูปแบบอนุภาคที่แยกส่วนได้ ซึ่งเรียกว่า โฟตอน
- 15.1.A.2.i โฟตอนคืออนุภาคที่ไม่มีมวลและเป็นกลางทางไฟฟ้าที่มีพลังงานแปรผันตามความถี่ของโฟตอน
- สมการที่เกี่ยวข้อง:
- $E = hf$
- $\lambda = \dfrac{c}{f}$
- 15.1.A.2.ii โฟตอนเคลื่อนที่ในเส้นตรงเว้นแต่จะเกิดปฏิกิริยากับสสาร
- 15.1.A.2.i โฟตอนคืออนุภาคที่ไม่มีมวลและเป็นกลางทางไฟฟ้าที่มีพลังงานแปรผันตามความถี่ของโฟตอน
- 15.1.A.3 ความเร็วของโฟตอนขึ้นอยู่กับตัวกลางที่โฟตอนเดินทางผ่าน
- 15.1.A.3.i ความเร็วของโฟตอนทั้งหมดในสุญญากาศมีค่าเท่ากับความเร็วของแสง $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s
- 15.1.A.3.ii โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วของโฟตอนผ่านตัวกลางที่กำหนดจะแปรผกผันกับสัมประสิทธิ์หักเหของตัวกลางนั้น
- 15.1.A.4 อนุภาคสามารถแสดงคุณสมบัติของคลื่นได้ ดังที่เห็นจากการทดลองช่องคู่ของYoung
- 15.1.A.4.i โมเดลคลื่นของสสารถูกกำหนดด้วยค่าความยาวคลื่น de Broglie ซึ่งเพิ่มขึ้นเมื่อโมเมนตัมของอนุภาคลดลง
- สมการที่เกี่ยวข้อง:
- $\lambda = \dfrac{h}{p}$
- 15.1.A.4.ii ทฤษฎีควอนตัมจำเป็นสำหรับการอธิบายระบบที่มีความยาวคลื่น de Broglie เทียบเคียงกับขนาดของระบบ
- 15.1.A.4.i โมเดลคลื่นของสสารถูกกำหนดด้วยค่าความยาวคลื่น de Broglie ซึ่งเพิ่มขึ้นเมื่อโมเมนตัมของอนุภาคลดลง
- 15.1.A.5 ค่าของพลังงานและโมเมนตัมจะมีค่าแบบไม่ต่อเนื่อง หรือเป็นค่าที่แยกส่วนได้ สำหรับระบบที่ถูกยึดติดซึ่งอธิบายโดยทฤษฎีควอนตัม


