Номер 3, страница 191 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Творческие задания. § 52. Электрический разряд в газах. Глава 6. Квантовая теория электромагнитного излучения и вещества - номер 3, страница 191.

3. Корпускулярно-волновой дуализм — проявление в поведении одного и того же объекта как корпускулярных, так и волновых свойств. Приведите примеры из обыденной жизни, когда в зависимости от ситуации один и тот же объект проявляет различные свойства в поведении.

Решение

Корпускулярно-волновой дуализм — это фундаментальный принцип квантовой механики, согласно которому любой микрообъект материи может проявлять как свойства классической частицы (корпускулы), так и свойства волны. Выбор того, какие свойства проявятся — волновые или корпускулярные — зависит от условий эксперимента или наблюдения.

Классическим примером объекта, демонстрирующего дуализм, является свет.

• С одной стороны, свет проявляет волновые свойства в таких явлениях, как дифракция (огибание волнами препятствий) и интерференция (сложение волн с образованием устойчивой картины максимумов и минимумов). Эти свойства наблюдаются, например, при прохождении света через узкую щель или дифракционную решетку.
• С другой стороны, в явлениях фотоэффекта и эффекта Комптона свет ведет себя как поток частиц — фотонов или квантов света. Энергия каждого фотона связана с частотой света формулой $E = h\nu$, где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота. Фотоэффект, заключающийся в выбивании электронов из вещества под действием света, можно объяснить только с корпускулярной точки зрения, как результат столкновения фотонов с электронами.

Другой яркий пример — электрон.

• Изначально электрон рассматривался исключительно как частица, обладающая массой и электрическим зарядом (корпускулярные свойства). Он оставляет четкий след в камере Вильсона и попадает в определенную точку на экране осциллографа.
• Однако эксперименты по дифракции электронов на кристаллах (опыты Дэвиссона и Джермера) показали, что пучок электронов может вести себя как волна, создавая интерференционную картину, аналогичную той, что создают рентгеновские лучи. Каждому электрону, как и любой другой частице, можно сопоставить волну де Бройля с длиной волны $\lambda = h/p$, где $p$ — импульс частицы.

Таким образом, в зависимости от постановки эксперимента, один и тот же объект (фотон, электрон) может вести себя либо как локализованная в пространстве частица, либо как распределенная в пространстве волна, но никогда не проявляет оба этих свойства одновременно.

По аналогии с этим физическим принципом, можно привести примеры из обыденной жизни, когда один и тот же объект или субъект проявляет совершенно разные свойства в зависимости от ситуации или контекста:

1. Вода (H₂O). В зависимости от температуры и давления, одно и то же химическое вещество может находиться в трех разных агрегатных состояниях, проявляя кардинально различные свойства:

• Как лед (твердое состояние), вода имеет фиксированную форму, она хрупкая и может служить опорой.
• Как жидкость (жидкое состояние), вода текуча, принимает форму сосуда и способна растворять другие вещества.
• Как пар (газообразное состояние), вода не имеет ни формы, ни объема, заполняя все доступное пространство и обладая большим запасом внутренней энергии.

2. Человек. Один и тот же человек проявляет себя по-разному в различных социальных ролях и ситуациях:

• На работе он может быть строгим, требовательным руководителем, действующим в рамках должностной инструкции.
• Дома в кругу семьи — заботливым, мягким и любящим родителем или партнером.
• В компании друзей — веселым, остроумным и раскованным.

Хотя это один и тот же индивид, его поведение и проявляемые качества ("свойства") меняются в зависимости от окружения и контекста.

3. Смартфон. Современный смартфон является многофункциональным устройством, которое в зависимости от запущенного приложения или выполняемой задачи проявляет разные "свойства":

• В режиме телефона он используется для голосовых вызовов.
• В режиме камеры — для создания фото и видео.
• В режиме навигатора — для определения местоположения и прокладки маршрутов.
• В режиме компьютера — для работы с документами, просмотра веб-страниц и игр.

Физический объект остается неизменным, но его функциональность и способ взаимодействия с ним полностью зависят от ситуации использования.

Ответ: Корпускулярно-волновой дуализм — это свойство микрообъектов (например, электронов, фотонов) проявлять в зависимости от условий эксперимента либо волновые свойства (такие как интерференция и дифракция), либо корпускулярные (взаимодействие как локализованной частицы, обладающей массой и энергией). Примером проявления волновых свойств электрона является его дифракция на кристалле, а корпускулярных — его поведение в явлении фотоэффекта. Аналогиями из обыденной жизни, где один и тот же объект проявляет различные свойства в зависимости от ситуации, могут служить: вода, которая в зависимости от температуры бывает твердой (лед), жидкой или газообразной (пар); человек, который ведет себя по-разному в разных социальных ролях (на работе, дома, с друзьями); смартфон, который в зависимости от запущенного приложения функционирует как телефон, камера, навигатор или компьютер.