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高考申論題 111年 [天文] 近代物理

第 一 題

📖 題組:
楊氏雙狹縫干涉實驗的重要性。
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請詳細闡述此實驗裝置和實驗結果。(15 分)

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看到此題,應立即聯想到物理光學的核心基礎:波的疊加原理。解題需分兩層次:首先具體描述實驗的物理配置(單狹縫至雙狹縫的同調光源建立),接著利用幾何光學的近似條件($L \gg d$)推導光程差公式,最後定量給出亮暗條紋的位置與間距,並點出其在近代物理(波粒二象性)中的歷史地位。

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【破題】 楊氏雙狹縫干涉實驗(Young's double-slit experiment)為證明光具備波動性質的決定性實驗。其核心物理概念在於利用同調光源產生相位差穩定的兩束波,透過「波的疊加原理」在空間中形成建設性與破壞性的干涉圖樣。 【論述】

小題 (二)

此實驗被選為十大物理經典實驗之一,請問此實驗為何經典?重要性為何?(10 分)

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看到此題,應將思考分為「古典物理」與「近代物理」兩個層次。古典層面需點出其推翻牛頓微粒說並確立光波動說的歷史意義;近代物理層面則必須論述「單光子/電子雙狹縫實驗」如何完美揭示量子力學的核心奧秘——「波粒二象性」與「觀測者效應」。

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【破題】 楊氏雙狹縫實驗之所以被列為十大物理經典實驗,在於它以極為簡潔的實驗裝置,不僅在古典物理中解決了光本性的百年爭議,其後續的變體實驗更在近代物理中成為揭示量子力學核心概念——「波粒二象性」的完美演示。 【論述】

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