Learning Objective 15.1.A: Describe the properties and behavior of an object that exhibits both particle-like and wave-like behavior.
- 15.1.A.1 Quantum theory was developed to explain observations of matter and energy that could not be explained using classical mechanics. These phenomena include, but are not limited to, atomic spectra, blackbody radiation, and the photoelectric effect.
- 15.1.A.1.i Quantum theory is necessary to describe the properties of matter at atomic and subatomic scales.
- 15.1.A.1.ii In quantum theory, fundamental particles can exhibit both particle-like and wave-like behavior.
- 15.1.A.2 Light can be modeled both as a wave and as discrete particles, called photons.
- 15.1.A.2.i A photon is a massless, electrically neutral particle with energy proportional to the photon's frequency.
- Relevant equations:
- $E = hf$
- $\lambda = \dfrac{c}{f}$
- 15.1.A.2.ii Photons travel in straight lines unless they interact with matter.
- 15.1.A.2.i A photon is a massless, electrically neutral particle with energy proportional to the photon's frequency.
- 15.1.A.3 The speed of a photon depends on the medium through which the photon travels.
- 15.1.A.3.i The speed of all photons in free space is equal to the speed of light, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
- 15.1.A.3.ii In general, the speed of photons through a given medium is inversely proportional to the index of refraction of that medium.
- 15.1.A.4 Particles can demonstrate wave properties, as shown by variations of Young's double-slit experiment.
- 15.1.A.4.i A wave model of matter is quantified by the de Broglie wavelength, which increases as the momentum of a particle decreases.
- Relevant equation:
- $\lambda = \dfrac{h}{p}$
- 15.1.A.4.ii Quantum theory is necessary to describe systems where the de Broglie wavelength is comparable to the size of the system.
- 15.1.A.4.i A wave model of matter is quantified by the de Broglie wavelength, which increases as the momentum of a particle decreases.
- 15.1.A.5 Values of energy and momentum have discrete, or quantized, values for bound systems described by quantum theory.
Objectif d'apprentissage 15.1.A : Décrire les propriétés et le comportement d'un objet présentant à la fois un comportement semblable à celui d'une particule et semblable à celui d'une onde.
- 15.1.A.1 La théorie quantique a été développée pour expliquer les observations de matière et d'énergie qui ne pouvaient pas être expliquées par la mécanique classique. Ces phénomènes incluent, mais sans s'y limiter, les spectres atomiques, le rayonnement du corps noir et l'effet photoélectrique.
- 15.1.A.1.i La théorie quantique est nécessaire pour décrire les propriétés de la matière aux échelles atomique et subatomique.
- 15.1.A.1.ii Dans la théorie quantique, les particules fondamentales peuvent présenter à la fois un comportement semblable à celui d'une particule et semblable à celui d'une onde.
- 15.1.A.2 La lumière peut être modélisée tantôt comme une onde, tantôt comme des particules discrètes appelées photons.
- 15.1.A.2.i Un photon est une particule sans masse et électriquement neutre dont l'énergie est proportionnelle à la fréquence du photon.
- Équations pertinentes :
- $E = hf$
- $\lambda = \dfrac{c}{f}$
- 15.1.A.2.ii Les photons se déplacent en ligne droite sauf lorsqu'ils interagissent avec la matière.
- 15.1.A.2.i Un photon est une particule sans masse et électriquement neutre dont l'énergie est proportionnelle à la fréquence du photon.
- 15.1.A.3 La vitesse d'un photon dépend du milieu à travers lequel il voyage.
- 15.1.A.3.i La vitesse de tous les photons dans l'espace libre est égale à la vitesse de la lumière, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
- 15.1.A.3.ii En général, la vitesse des photons à travers un milieu donné est inversement proportionnelle à l'indice de réfraction de ce milieu.
- 15.1.A.4 Les particules peuvent démontrer des propriétés ondulatoires, comme le montrent les variantes de l'expérience de la double fente de Young.
- 15.1.A.4.i Un modèle ondulatoire de la matière est quantifié par la longueur d'onde de de Broglie, qui augmente lorsque la quantité de mouvement d'une particule diminue.
- Équation pertinente :
- $\lambda = \dfrac{h}{p}$
- 15.1.A.4.ii La théorie quantique est nécessaire pour décrire les systèmes dont la longueur d'onde de de Broglie est comparable à la taille du système.
- 15.1.A.4.i Un modèle ondulatoire de la matière est quantifié par la longueur d'onde de de Broglie, qui augmente lorsque la quantité de mouvement d'une particule diminue.
- 15.1.A.5 Les valeurs d'énergie et de quantité de mouvement sont discrètes, ou quantifiées, pour les systèmes liés décrits par la théorie quantique.


