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單
元
回
顧
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- 物理學緒論
- 物質的組成
- 物體的運動
- 物質間的基本交互作用
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一分鐘準備段考
- 清楚每個物理名詞的定義
- 公式不要死記，要能推導
- 整理比較，如聲波和光波的特徵、介質中的傳遞速度等
- 利用名師學院系列產品，反覆觀看、補強弱點
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物理學緒論
1. 物理學範疇：
- 古典物理（1900年以前）：力學、熱學、光學、電磁學
- 近代物理（1900年以前）：量子力學、相對論
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1900年代以前
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古典物理學
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領域
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主要研究內容
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相關科學家
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力學
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研究力與運動間的關係
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克卜勒、伽利略、牛頓等
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熱學
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研究熱能、溫度相關的部分
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瓦特、焦耳、波以耳、克耳文、波茲曼等
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光學
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由幾何光學而至波動光學，及證實光即為電磁波
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司乃耳、牛頓、惠更斯、楊氏、都卜勒、赫茲等
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電磁學
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由靜電、電流、磁場、電磁感應的演進，而建立起完整的電磁學理論
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富蘭克林、庫侖、歐姆、厄斯特、安培、法拉第、冷次、馬克士威等
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1900年代以後
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近代物理學
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領域
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主要研究內容
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相關科學家
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量子力學
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量子力學及相對論堪稱為近代物理的兩大基石。不同於以往的古典物理，探討微小尺度下的物理現象。光電效應、光量子論、物質波、量子化概念等為其討論範疇
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普朗克、愛因斯坦、湯姆森、密立坎、拉塞福、波耳、查兌克、德布羅意、海森堡、薛丁格、湯川秀樹、丁肇中等
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相對論
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2. 國際單位制（SI制）：1971年國際度量衡會議選定七個基本量的單位系統，稱為SI制，七個基本物理量與其基本單位如表所示：
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物理量
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中文
名稱
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單位
符號
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最新定義
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時間
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秒
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s
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採用銫( )的兩個最近能階間躍遷所發射出的電磁波振盪週期的9,192,631,770次所經過的時間為1秒
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長度
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公尺
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m
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以光在299,792,458分之1秒內在真空中行進的長度為1公尺
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質量
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公斤
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kg
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依標準鉑銥合金圓柱體的質量定義為1公斤
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溫度
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克耳文
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K
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取純水在三相點的溫度定義為273.16 K，即0.01ºC，絕對零度表示成0 K
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電流
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安培
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A
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真空中相距1米的兩無限長直導線間每公尺長度上產生的力等於 牛頓時，導線上電流定義為1安培
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顆粒數
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莫耳
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mol
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定義為0.012 kg的 所含有的原子個數
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光度
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燭光
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cd
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頻率為 Hz的單色點光源，在每一立體角內有 的輻射強度
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3. 輔助單位：包含平面角與立體角
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物理量名稱
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單位名稱
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代號
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單位縮寫
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單位全名
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平面角
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弧度
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θ
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rad
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radian
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立體角
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球面度
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Ω
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sr
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steradian
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4. 除基本單位外，其他可由基本單位導出的單位，稱為導出單位。如：速度的單位為m/s，力的單位為 N，即為 。
5. 前綴詞：SI 制單位採十進位，在單位符號之前以不同的前綴詞表示分數或倍數。例如：
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前綴詞
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符號
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中文名稱
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10的次方
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giga
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G
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十億
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mega
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M
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百萬
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kilo
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k
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千
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hecto
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h
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百
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deka
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da
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十
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deci
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d
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分
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centi
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c
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厘
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milli
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m
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毫
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micro
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μ
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微
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nano
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N
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奈
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物質的組成
1. 原子的概念是由希臘哲學家所提出，其字面意義為「不能分割」。
2. 原子的世界以「埃 (Å，1 Å＝ m＝
cm)」及「奈米 (nm，1 nm＝ m=10Å)」為常用單位。
3. 物質三態：
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狀態
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結構
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能量（溫度）
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例子
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固態
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固定排列的分子（晶體）
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低
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冰
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液態
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較鬆散，無固定排列
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中
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水
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氣態
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自由移動的分子
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高
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水蒸氣
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※電漿態
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將氣體持續加熱，使中性原子外層的電子分離，所形成由離子、電子與未電離粒子組成的粒子團
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最高
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火焰的上部
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4. 溫度在一般狀態下是物體冷熱程度的表現，在微觀下是原、分子之運動（振動）的劇烈程度。
5. 原子的種類以原子核內的質子數目決定，該數目等於元素的原子序。
6. 湯姆森陰極射線實驗發現帶電粒子束（即電子）；密立坎測得基本電量；拉塞福α粒子散射實驗確認了原子中的原子核，並確認質子的存在；查兌克由實驗發現中子。
原子的結構：
7. 基本電荷是自然情況下不可分割的最小電量單位，其值為 庫侖。
8. 原子的質量幾乎集中在原子核。
9. 1964年物理學家蓋爾曼提出夸克理論，目前共分成六種：
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種類
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第一代
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第二代
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第三代
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中文名稱
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上
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下
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魅
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奇
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頂
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底
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英文名稱
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up
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down
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charm
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strange
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top
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bottom
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符號
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u
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d
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c
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s
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t
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b
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帶電荷(e)
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質量(amu)
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0.003
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0.005
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1.3
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0.15
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172
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4.2
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發現時間
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1970
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1970
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1974
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1970
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1995
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1977
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質子由二個上夸克和一個下夸克所構成，記為uud；中子由一個上夸克和二個下夸克所構成，記為udd。
10. 至今還未發現夸克及電子是由更基本的粒子所組成，因此夸克與電子目前為基本粒子。
物體的運動
1. 位置、位移、路程：
- 位置：坐標點
- 位移
 ：位置的變化量，為向量；
- 路程 S：物體運動實際所經軌跡（路線）的總長度，為純量
路程≧位移大小 ，兩者相等的條件為方向不變的直線運動、不折返
2. 速度：
- 平均速度
 ：平均每單位時間內的位移；
- 瞬時速度
 ：質點在某一時刻極短時間內的平均速度；
3. 速率：
- 平均速率：平均每單位時間內的路程；
瞬時速率 v：質點在某一時刻極短時間內的平均速率；
4. 速度與速率的比較：
- 速度為向量，速率為純量，平均速度的方向與位移同向
- 平均速度的大小≦平均速率，兩者相等的條件為：運動為直線、不折返
- 瞬時速度的大小＝瞬時速率
5. 加速度：
- 平均加速度
 ：平均每單位時間內的速度變化；
- 瞬時加速度
 ：質點在某一時刻極短時間內的平均加速度；
6. 由加速度 a 與速度 v 的方向關係，判斷物體運動的情形：
- 加速度與速度同向，物體運動變快；加速度與速度反向，物體運動變慢
- 加速度與速度垂直，則物體改變運動方向
7. x-t 函數圖形的斜率：
- 割線斜率 平均速度
- 切線斜率 所對應時間點的瞬時速度
8. v-t 函數圖形的斜率：
- 割線斜率 平均加速度
- 切線斜率 所對應時間點的瞬時加速度
9. 函數圖形面積的意義：
- v-t 函數圖形的面積：代表位移
- a-t 函數圖形的面積：代表速度的變化量
10. 等加速運動三大公式：
11. 自由落體：物體在空中僅受重力作用，由靜止而落下，稱為自由落體。
12. 水平拋射：
- 水平方向：不受力，為等速度運動
- 鉛直方向：僅受重力，為自由落體運動
13. 鉛直上拋：以初速
 ，僅受重力，先上升再下降，為等加速度運動。
- 上升過程減速，下降過程則加速；
（上升與下降過程有對稱性）
- 最高點時速度為 0
14. 斜向拋射：
15. 力的三要素：(1) 大小（量值）；(2) 方向；(3) 作用點。
16. 力的單位：
- 重力單位：公斤重（kgw）
- 絕對單位：牛頓（N）
- 換算：1kgw＝9.8 N（g＝9.8
時），或1kgw＝10 N（g＝10時）
17. 力的效果：
- 使物體變形 → 使用虎克定律
- 使物體改變運動狀態 → 使用牛頓運動定律
18. 虎克定律：彈性體（彈簧）在彈性限度內，其所受外力與變形量成正比。公式： ，其中 k 為彈力常數， ，為變形量。
19. 牛頓運動定律：
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牛頓運動定律
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定律內容
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牛頓第一運動定律
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物體若不受外力（或所受外力的合力為零），則運動狀態不變，即靜者恆靜，動者恆作等速度運動。
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牛頓第二運動定律
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物體若受外力作用，則在沿合力的方向上，產生一個加速度，且此加速度的大小與合力大小成正比，與物體質量成反比。公式表示為： 。
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牛頓第三運動定律
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兩物體彼此間，若有力的交互作用，則同時有作用力與反作用力。
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20. 摩擦力：兩接觸面（非光滑）企圖產生錯動（靜摩擦），或已經有相對錯動（動摩擦）。
- 種類：靜摩擦力( fs )與動摩擦力( fk )
- 方向：阻止錯動的趨勢或錯動的方向
- 大小：
a.靜摩擦力 fs 由外力大小而決定，但有上限
b.動摩擦力
21. 克卜勒行星運動定律：
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克卜勒行星運動定律
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定律內容
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克卜勒第一定律
（1609年，軌道定律）
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行星繞太陽，在以太陽為兩焦點之一的橢圓軌道上運行。
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克卜勒第二定律
（1609年，等面積定律）
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行星繞太陽，其與太陽之連線在相等時間內，掠掃相等的面積。面積速率公式：
若行星在近日點或遠日點上（ ）：
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克卜勒第三定律
（1619年，週期定律）
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各行星繞太陽，其與太陽平均半徑的立方，與週期的平方之比值均相同，與行星大小、性質無關。以公式表示為：
其中平均軌道半徑R︰
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物質間的基本交互作用
1. 萬有引力定律：
- 牛頓提出，任兩物體之間，都有彼此互相吸引的力，稱為萬有引力
- 公式：
- 兩物體間的引力大小相等、方向相反，作用在同一直線、不同物體上。
2. 重力加速度（又稱重力場強度）：
- 由牛頓運動定律 F＝mg，代入萬有引力式
→ 重力加速度
- 地表附近，
重力加速度
3. 等速圓周運動與衛星運動：
- 等速圓周運動：必受有力的作用，此力永遠指向圓心，稱為向心力，與運動方向垂直，不作功。若圓周運動所需的向心力消失，則物體會因慣性作用，沿切線飛出
- 衛星運動：衛星運動以和地球之間的萬有引力，作為向心力的來源。月球與人造衛星的軌道一般均接近正圓，可視為作等速率圓周運動
4. 庫侖定律：
- 內容：兩點電荷間的電力，和兩者電量乘積成正比，和兩者間的距離平方成反比
- 公式：
- Q、q 所受的電力為作用力與反作用力，在計算時不需要代正、負號。
5. 磁性與磁鐵：
- 凡是能夠吸引鐵、鈷、鎳的性質，稱為磁性。而含有鐵、鈷、鎳的物質稱為鐵磁性物質。
- 懸掛的磁鐵棒靜止時，指向北方者稱為指北極，簡稱 N 極，指向南方者稱為指南極，簡稱 S 極。一般磁針（棒）在兩端的磁性最強，稱為磁極
- N 極、S 極不能單獨存在，一根磁鐵棒分成數段後，仍為數個磁鐵
- 磁力：同名極相斥，異名極相吸
6. 磁場與磁力線：
- 磁場：磁力影響所及的空間
- 磁力線：描述磁場在空間中各處強弱分布狀況的幾何圖線，其方向表示磁場的方向性，其密度表示磁場的強度
- 磁力線的性質：
a.從 N 極出發經磁鐵外部到 S 極，再從 S 極經磁鐵內部回到 N 極，必為封閉曲線
b.互斥、收縮、永不相交割
c.磁力線上任一點的切線方向即為該點的磁場方向
d.磁力線愈密集處，磁場強度愈大；愈稀疏處，磁場強度愈弱
7. 地磁：
- 存在於地球周圍的磁場，當磁針靜置於空中時，恆指南北方向
- 地磁的磁極：
a.地磁北極：在地理北極附近，其磁性相當於磁鐵的S極
b.地磁南極：在地理南極附近，其磁性相當於磁鐵的N極
8. 強力：
- 湯川秀樹提出的介子理論，說明原子核內所存在的核力，即強交互作用
- 強力的性質：
a.為短距力，作用範圍約 1fm（ ）左右
b.強力與電荷無關，在質子與中子任兩者間皆有相同性質
c.夸克間結合的作用力亦是強力
9. 弱力：
- 費米提出的弱交互作用，用以解釋β衰變的現象
- 弱力的性質：
a.β衰變無法以重力、電磁力及強力解釋
b弱交互作用會改變受力物體的運動狀態，亦會改變粒子的本質
10. 四大基本交互作用：
- 作用力的強度大小依序為：強力 > 電磁力 > 弱力 > 重力
- 日常生活中所感受到的作用力，主要來自於電磁力的作用，另外則為重力，而強力與弱力由於作用的範圍太短，因此感受不到
- 作用力的範圍大小依序為：重力 > 電磁力 > 強力 > 弱力
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