Номер 2, страница 269 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудите, чем различаются свойства волны и частицы и что между ними общего.

Чем различаются свойства волны и частицы

В классической физике понятия волны и частицы кардинально различаются и описывают принципиально разные сущности. Их ключевые отличия можно свести к следующим пунктам:

• Локализация в пространстве:
  • Частица — это материальный объект, который в любой момент времени имеет строго определённое положение в пространстве (координаты). Её движение можно описать траекторией.
  • Волна — это процесс распространения колебаний в среде или поле. Она не локализована в точке, а занимает некоторую область пространства. У волны нет траектории, но есть направление распространения.
• Основные характеристики:
  • Частица характеризуется массой ($m$), скоростью ($v$), импульсом ($p = mv$) и энергией ($E = \frac{mv^2}{2}$).
  • Волна характеризуется длиной волны ($\lambda$), частотой ($\nu$), амплитудой (A) и скоростью распространения.
• Поведение при взаимодействии:
  • При столкновении частицы взаимодействуют друг с другом, изменяя свои импульсы и энергии. Две классические частицы не могут одновременно находиться в одной точке.
  • Волны свободно проходят сквозь друг друга. При этом они накладываются одна на другую (принцип суперпозиции), что приводит к явлениям интерференции (усилению или ослаблению колебаний) и дифракции (огибанию препятствий).

Ответ: В классическом понимании частица — это дискретный, локализованный объект с массой, а волна — это непрерывный, делокализованный процесс переноса энергии, характеризующийся явлениями интерференции и дифракции.

Что между ними общего

Общность свойств волны и частицы была установлена в XX веке с развитием квантовой механики. Фундаментальным открытием стал принцип корпускулярно-волнового дуализма, согласно которому любой физический объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные (частичные) свойства.

• Перенос энергии и импульса: И волна, и частица являются формами переноса энергии и импульса в пространстве. Это их самое главное общее свойство.
• Универсальность дуализма: Любой микрообъект (электрон, протон, фотон и т.д.) не является ни чисто волной, ни чисто частицей. Он представляет собой нечто единое, что в разных экспериментальных условиях проявляет разные стороны своей природы.
• Математическая связь: Квантовая механика установила прямую математическую связь между корпускулярными и волновыми характеристиками объекта.
  • Гипотеза де Бройля связывает импульс частицы ($p$) с её длиной волны ($\lambda$): $ \lambda = \frac{h}{p} $, где $h$ — постоянная Планка.
  • Формула Планка связывает энергию частицы-кванта ($E$) с частотой соответствующей ей волны ($\nu$): $ E = h\nu $.

Таким образом, на фундаментальном уровне различие между волной и частицей стирается. Это две стороны одной и той же физической реальности.

Ответ: Общим свойством является способность переносить энергию и импульс. Согласно принципу корпускулярно-волнового дуализма, все микрообъекты обладают одновременно свойствами и волн, и частиц, которые взаимосвязаны через формулы Планка ($E=h\nu$) и де Бройля ($\lambda = h/p$).