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，如電與磁間的關係、波的傳導反射等特性
- 利用名師學院系列產品，反覆觀看、補強弱點
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電與磁的統一
一、電流的磁效應
1. 1820 年丹麥物理學家厄斯特發現載電流導線會產生磁場，同年法國物理學家比歐、沙伐及安培利用實驗建立起電流磁效應的數學式，安培則建立了磁力的安培定律。
2. 各種載電流導線的電磁場︰
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直線電流的磁場 |
圓形電流的磁場 |
螺線管的磁場 |
| 安培右手定則判斷方向 |
拇指指向電流方向，四指環繞磁力線的方向 |
四指環繞電流的方向，拇指指向中心磁場的方向 |
四指環繞電流的方向，拇指指向 N 極的方向 |
| 磁場量值 B |
其中 I 為電流的大小，r 為與導線的垂直距離 |
（圓心處）
其中 I 為電流的大小，r 為圓形導線的半徑 |
（螺線管內）
其中 N 為線圈的匝數，I 為電流的大小， 為線圈的長度 |
3. 電磁鐵︰將軟鐵棒插入載有電流的螺線管中，則其中心磁場會大幅增強，稱為電磁鐵。可以利用改變通過線圈的電流大小來控制電磁鐵的磁場，可以應用在起重機、電鈴、安培計或伏特計等電表的構造，以及電話的聽筒（即喇叭）等。
二、電磁感應
1. 1831 年英國物理學家法拉第發現當穿過線圈範圍內的磁力線數目（磁通量）發生變化時，線圈會感應產生感應電流，稱為電磁感應現象。而由電磁感應產生的電壓，稱為感應電動勢，具有類似電池的功能。
2. 磁通量大小與線圈的面積、磁場的大小與線圈面與磁場的夾角均有關。
3. 法拉第定律：在一個線圈上所產生的感應電動勢大小，等於磁通量變化的快慢，又稱為磁通量變化率。
4. 冷次定律：感應電流的方向，總是在抵抗磁通量變化的方向。
波
一、波的特性
1. 波具有反射、折射、干涉、繞射的特性，能傳遞訊號、能量、動量，但不能傳遞介質。
2. 波的分類︰
- 需要介質傳遞的波稱為力學波，而不需介質傳遞的波則稱為電磁波
- 介質振動方向與波行進方向相互垂直者稱為橫波，介質振動方向與波行進方向相互平行者稱為縱波
3. 週期波的各項名詞介紹︰
- 振幅 A：介質離平衡點最遠的距離
- 波長 λ：波峰與相鄰波峰間的距離，或波谷與相鄰波谷間的距離，即到下一次波形重覆的距離
- 週期 T：波源每發出一個完整的波所需之時間；波前進一個波長所需的時間；介質振動 4 個振幅所需的時間
- 頻率 f：週期 T 的倒數，即波源每單位時間內所發出的波數
- 波速 v︰波形的行進速度
- 相對關係︰
 ，而波速不等於介質振動的速率；在端點處介質振動的速度為零
4. 水波槽實驗︰
- 平行光線經過類似凸透鏡的波峰會聚集，在白紙上形成亮紋；平行光線經過類似凹透鏡的波谷會發散，在白紙上形成暗紋
- 波峰與相鄰波峰的連線，或波谷與相鄰波谷的連線稱為波前，即白紙上呈現的亮紋及暗紋，兩相鄰波前間的距離，即為水波的波長
- 波前與波的行進方向相互垂直
二、折射、反射與繞射
1. 反射定律：入射線、法線與反射線三者在同一平面上，且入射角等於反射角。
2. 折射定律︰
- 入射角（或折射角）的角度愈大，則波速愈快，波長也愈長，該處介質稱為疏介質
- 入射角（或折射角）的角度愈小，則波速愈慢，波長也愈短，該處介質稱為密介質
- 光速在不同介質內的速率大小︰真空 > 空氣 > 水 > 玻璃
- 相同介質內不同頻率的光之光速︰紫光 < 藍光 < 綠光 < 黃光 < 紅光
- 同一波動在不同介質中，其頻率相同
- 折射定律公式： ，
 其中 、 分別為入射角與折射角， 、 分別為入射波與折射波的速率， 、 則分別為入射波與折射波的波長
3. 水波的折射︰水波在通過水深淺不同的交界處時，可觀察到其行進方向發生改變，且水波的速度在深水區較快，在淺水區較慢，並遵守折射定律。
4. 波的繞射︰當波遇到障礙物時，會從障礙物邊緣改變行進方向的現象。波的波長愈長，愈容易發生繞射現象。
- 水波遇到障礙物發生繞射現象時，行進方向仍垂直於波前
- 光波的波長極短，在通過與波長尺寸相當的縫隙時才會產生繞射；光波繞射會在屏幕上呈現明暗相間的條紋，且中央亮紋寬度最寬、亮度最亮
- 聲波的波長較長，很容易產生繞射現象，如隔牆有耳
5. 波的干涉︰
- 水波干涉圖形中，波峰與波峰重疊、波谷與波谷重疊處的連線，稱為腹線；此連線上水波呈現的光影為最亮與最暗的交替變換
- 水波干涉圖形中，波峰與波谷重疊處的連線，稱為節線；此連線因重疊效果相消，在水面上不振動，其光影效果為不亮也不暗的靜止條紋
- 光的雙狹縫干涉實驗所呈現之圖形為明暗相間，且亮度、寬度大致相同之條紋
- 由光的雙狹縫干涉實驗與單狹縫繞射實驗，均可證明光具有波動性質
6. 都卜勒效應︰
- 定義︰當波源與觀察者具有相對運動時，觀察者所測得的頻率（又稱為視頻率）與波源實際所發出波的頻率不同之現象
- 結論︰
- 觀察者與波源相對接近時，觀察者所測得的頻率變大
- 觀察者與波源相對遠離時，觀察者所測得的頻率變小
- 觀察者與波源無相對運動時，觀察者所測得的頻率不變
三、光的粒子性與波動性
1. 光的本質探討︰牛頓提出微粒說，可解釋光的直進、反射、折射現象，並預測水中的光速較快（錯誤）；惠更斯提出波動說，利用波前理論可解釋光的直進、反射、折射、干涉、繞射等現象。
2. 電磁波譜︰
- 馬克士威整合電磁理論，並提出四大公式說明光為電磁波；後由赫茲經實驗證實電磁波的存在
- 電磁波的性質：電磁波在真空中不需介質即可傳播，速率與光速相同；電磁波具有偏振性，屬於橫波
- 電磁波大致可分類為： γ 射線、X 射線、紫外線、可見光、紅外線、微波與無線電波；其能量及頻率依上述順序為由大至小，波長則為由小至大
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