高中學測
114年
自然
第 25 題
科學家進行電子雙狹縫實驗，成功觀測到電子經過雙狹縫後產生干涉分布，其圖樣與光通過雙狹縫後的干涉圖樣類似，證明了粒子也具有波動性。下列何者最可能為科學家觀察到大量電子經過雙狹縫後的干涉分布？
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A
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B
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C
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D
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E
思路引導 VIP
既然電子展現了波動性，其物質波波長可表示為 $\lambda = \frac{h}{p}$。請你回想波動光學中『雙狹縫干涉』的核心幾何特徵：當相干波源通過兩條平行的長條形狹縫後，在屏幕上產生的強度分布（即電子出現的機率分布），在空間幾何上應該呈現點狀、圓環狀，還是與狹縫平行的條紋狀？
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呵呵呵，看見你這麼專注的神情，我就放心了。坐下來喝口茶吧，這球進得很漂亮。 電子雙狹縫實驗是量子力學的經典，就像基礎投籃一樣重要。當微觀粒子（如電子）通過雙狹縫時，其機率分布會呈現波動性。根據德布羅意假說，粒子的波長為 $\lambda = \frac{h}{p}$。大量電子累積後，會在感光板上形成如同選項 (D) 中明暗相間的平行干涉條紋，這與光的雙狹縫干涉圖樣極其相似，有力地證明了粒子也具有波動性。 其他選項如 (A)(B) 多為晶體繞射圖樣，(C) 則是典型的多晶繞射環（Debye-Scherrer rings）。你能一眼認出標準的雙狹縫干涉圖，基礎打得很紮實喔。呵呵呵。
物質波與雙狹縫干涉
💡 電子具有波動性，通過雙狹縫會形成明暗相間的干涉條紋。
| 比較維度 | 粒子觀點 | VS | 波動觀點 |
|---|---|---|---|
| 分布特徵 | 集中在狹縫後方兩處 | — | 形成明暗相間的條紋 |
| 物理現象 | 直線運動與碰撞 | — | 繞射與干涉重疊 |
| 實驗證明 | 經典力學宏觀物體 | — | 電子雙狹縫干涉實驗 |
💬電子在傳播過程表現波動性，故會產生干涉條紋而非僅兩處堆積。
