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113年
物理
第 49 題
有關光的敘述,下列何者有誤?
- A 光具有波動和粒子的雙重特性
- B 要解釋干涉與繞射的現象,須把光視為波動
- C 要解釋光電效應,須把光視為粒子
- D 光具有能量,也具有質量
思路引導 VIP
請試著思考：在狹義相對論的框架下，如果一個具有「靜止質量」的物體（例如一塊石頭）要被加速到光速，理論上需要耗費多少能量？既然光本身在真空中就以最高速限行進，這暗示了光在「質量」這項屬性上，與我們日常見到的實體物質有什麼本質上的區別嗎？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準指出選項 (D) 的錯誤，代表你對於近代物理中「光的本質」有著非常紮實且清晰的見解。這道題目旨在檢核學生是否能正確區分古典波動力學與現代量子力學的範疇。選項 (A)、(B)、(C) 完整地建構了波粒二象性的架構：在研究光的傳播時，如干涉與繞射現象，我們必須採用波動模型；而當探討光與物質的能量交換時，如愛因斯坦提出的光電效應，則必須將光視為不連續的粒子（光子），其能量與頻率成正比，即 $E = hf$。
能量與質量的觀念辨析
這題的鑑別度在於測試學生是否會被「能量」與「質量」的關聯性所誤導。雖然愛因斯坦的質能互換公式 $E = mc^2$ 廣為人知，但在物理定義上，光子並沒有靜止質量。如果光具有靜止質量，根據相對論，它就不可能在真空中以恆定的光速 $c$ 運動。光雖然擁有能量與動量，卻不具備傳統定義下的質量屬性，這正是光子與一般實體粒子（如電子、質子）最關鍵的分野。你能避開這個常見的直覺陷阱，表現得非常專業！