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，如能量轉換、量子現象、宇宙間星體觀測等特性
- 利用名師學院系列產品，反覆觀看、補強弱點
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能量
一、功W
功是一種能量傳遞的量，而作功是指造成能量轉移的過程。
1. 公式：  。其中  為施力，  為位移，「‧」為內積符號，即二者取平行有效量，  為力與位移之間的夾角，  為餘弦函數  。 二、動能 Ek
動能 Ek：物體因運動而具有的能量，單位為焦耳。
公式： Ek ，，其中 m 為物體質量； v 為物體運動速度的大小，恆為正值。 三、位能 U 物體所具有的潛在能量，隨形狀或位置的變化而改變，單位為焦耳。
1. 地表附近的重力位能：Ug = mgh ，其中 m 為物體質量； g 為重力加速度； h 為距離地面的鉛直高度。
2. 彈力位能（彈性體發生形變而具有的能量）：  ，其中 k 為力常數； x 為彈簧的形變量。 四、力學能守恆
力學能為動能與位能的總合，在不計阻力而僅有重力作功的情況下，動能 + 重力位能 = 定值，即物體增加的動能等於減少的位能，反之，減少的動能亦等於增加的位能。
五、常見的能量形式
常見的能量形式：能量以多種不同的形式存在於生活中，如：熱能、化學能、輻射能、電磁能、核能與力學能。不同能量間可以互相轉換，甚至物質的質量也可以轉換成能量（質能互換）。
六、熱的概念
巨觀來說，熱表示物體溫度的高低，物體愈熱，可轉移的能量愈多；微觀來說，熱代表粒子（原子、分子）的運動程度。
七、溫標
表達物體溫度高低的標準。常用的溫標為 攝氏溫標、 華氏溫標與 絕對溫標。若某溫度以攝氏溫標表示為 x、以華氏溫標表示為 y、以絕對溫標表示為 z，則各溫標間的轉換比例式為：  ，理論上的最低溫度稱為 絕對零度（0K =-273.15°C ) 八、熱量變化
1. 熱由溫度高的物體移至溫度低的物體，物體吸熱或放熱造成溫度改變，所含的熱量也會改變。
2. 公式：  ，其中  為熱量的變化， m 為物體質量， s 為物體的比熱，  為溫度的變化。 3. 熱平衡：在無熱量散失的情況下，吸熱量 = 放熱量 
九、核分裂
重原子核受中子撞擊而分裂，並產生巨大能量。反應前後質量數與原子序會守恆。核分裂主要應用於核電廠發電與原子彈。
1. 核反應方程式：  2. 連鎖反應：核反應放出的中子持續撞擊其他鈾235原子核，造成新的核分裂反應，促使反應速率加快；核反應爐中會使用金屬鎘棒來控制反應速率。
3. 核分裂反應的核廢料具有輻射性，目前尚無法有效處理核廢料問題。
十、核融合
又稱核聚變，為較輕原子核結合成較大原子核的過程。須在溫度達到約1億度的狀況下進行，目前尚無法有效控制核融合反應。反應所產生的能量比核分裂更大，且無輻射汙染問題，為純淨的能量來源。
十一、質能互換
物質與能量為一體的兩面，兩者間可以相互轉換。公式可表示為：  ，，其中 E 代表產生的能量，  代表質量變化， c 則代表光速  。所以1公克的質量虧損可以轉換為約  焦耳的能量。 十二、核輻射
核反應會伴隨產生三種輻射線：α射線、β射線、 γ射線，這些輻射進入人體細胞之後，可能會造成細胞病變或死亡。
十三、放射性元素衰變
自然界中某些不穩定原子核會有衰變的形情，而放射出 α射線、β射線及γ射線等，稱為放射性元素。
十四、初級能源與次級能源
經過開採收集便可使用的能源，稱為初級能源，如：石油、煤、天然氣等。將初級能源加工處理所產生的能源，稱為次級能源，如：電能、汽油等。
十五、不可再生能源
用完即枯竭的能源。如：石油、天然氣、煤與核能。
十六、可再生能源
可再生能源：不虞耗竭的能源，排碳量很少，是非常環保的能量來源。如：太陽能、風力、水力、潮汐、海洋溫差、地熱及生質能。
十七、能源的有效利用
能源的有效利用：目前人類所需的能源大部分來自於不可再生能源，大量消耗的結果，使人類面臨能源危機的問題。提升能源轉換效率、減少能源的浪費，以及開發新的環保能源，是非常重要的課題。
量子現象
一、光電效應
照射光照射金屬表面，使表面電子獲得能量而脫離金屬表面，形成光電子，而產生光電流的現象。光電效應的特性如下：
1. 光電效應無法以波動性來解釋。
2. 照射光的頻率需大於低限頻率（與金屬材質有關），才能產生光電流。
3. 照射光的頻率若小於低限頻率時，不論光源的強度大小與照射時間如何，皆無法產生光電流。
4. 照射光的頻率大於低限頻率時，即使光源的強度很小，也幾乎能立即產生光電流；此時照射光的強度愈大，所產生的光電流也愈大。
二、愛因斯坦的光量子論
1. 光是由一顆一顆的能量粒子所組成，稱為光量子或光子。
2. 每一光子的能量：  ，其中  為光子的頻率， h 稱為 普朗克常數
 。 3. 每一光子的動量：  ，其中 c 為光速， λ 為光子的波長。 4. 密立坎以實驗證實了光量子論，使得波粒二象性更為科學界所接受。
5. 使金屬產生光電效應，且脫離金屬表面所需提供的能量，稱為 功函數W，當光子能量大於功函數時，光子提供電子脫離金屬表面後所剩餘的能量，有部分或全部會變成電子的動能，此動能最大值為  ，其中 Vs稱為 截止電壓，為光電效應中，欲使光電流為零時所需提供的外加電壓。 6. 電子的能量極小，通常以電子伏特表示，  。 7. 光電效應的應用包括了太陽能計算機、太陽能電池、自動門感應系統等。
三、波粒二象性
波耳整合波動與粒子兩種理論，提出互補原理，說明光具有波動與粒子兩種性質，當光的其中一種性質較明顯時，另一種性質便會減弱或是觀測不到。
四、物質波
德布羅意認為，物質除了具有粒子性質外，也具有波動的性質。
1. 戴維森與格末以電子束照射鎳金體晶體的實驗結果，證實電子的波動性。
2. G. P. 湯姆森利用電子束照射多晶體金屬薄膜表面，證實德布羅意的物質波理論。
3. 電子具有波粒二象性，且與光一樣，無法同時呈現粒子性與波動性。
4. 物質波波長：  ，其中 h 稱為普朗克常數， m 為物體的質量， v 為物體的速度， mv 則為物體的動量 p 。 5. 物質波是機率波，可用來描述粒子在空間中分布的機率。
五、量子化觀點
1. 物質是由原子所組成。
2.電量必為基本電荷的整數倍，基本電荷為  3. 能量轉移有最小的基本單元。
六、連續光譜
利用三稜鏡折射太陽光或觀察熱輻射現象時，可得到的連續譜線。
七、暗線光譜
夫朗和斐研究太陽光，發現太陽光譜的暗線，稱為夫朗和斐線；而本生與克希何夫發現元素皆有其特定的特徵光譜，夫朗和斐線即為太陽光被太陽表面的原子吸收所造成。
八、明線光譜
觀察特定元素所發出的電磁波時，出現在光譜上特定位置的條紋；不同元素在不同位置皆有其特定的條紋譜線。
九、巴耳末發現...
巴耳末發現氫原子四條光譜線波長的規律，發現波長愈短，光譜線的間距愈小。
十、馬克士威的電磁理論
帶電粒子作加速運轉時，會同時發射出電磁波而散失能量，所以依據拉塞福的原子模型，電子繞原子核運行而散失能量的結果，會使電子最終撞毀於原子核上，消失不見，但事實上並非如此。
十一、波耳的氫原子模型
1. 電子繞原子核運轉時，具有特定的軌道，各軌道有其對應的能量狀態，稱為能階，其中能量最低的狀態稱為基態，其能階為第一能階，其他則稱為受激態，如第一受激態、第二受激態、……，分別對應第二能階、第三能階、……。此種現象稱為量子化。
2. 電子藉由吸收或放出電磁波可以改變能階，此情形稱為躍遷，吸收或放出的能量為兩能階的能量差。
3. 波耳的氫原子模型中，若計算在穩定軌道上運動的電子之物質波波長，可發現電子軌道的圓周長恰為電子物質波波長的整數倍。
宇宙學簡介
一、不同的宇宙論點
人類自古即有觀測星體的紀錄，隨著觀測的進步，也逐漸發展出各種不同的宇宙論點。
1. 渾天說：中國古籍認為宇宙的形狀為天圓地方。
2. 托勒米的地心說：認為地球為宇宙的中心，所有天體皆以完美圓軌道繞地球運行。
3. 哥白尼的日心說：認為太陽為宇宙的中心，所有的星體皆是繞太陽運行。伽利略發現金星的盈虧現象、木星的四顆衛星等，成為支持日心說的證據（如今我們知道太陽也並非宇宙的中心）。
二、近代星體結構學說
自從伽利略發明望遠鏡觀測星空開始，對於星體的研究也更加精確，並發展出許多天體運行所依循的定律，包括了：克卜勒行星運動定律、牛頓萬有引力定律等。
三、天球坐標
假想天空為一巨大的球，天空中的物體皆投影在球面上，稱為天球。利用類似於地球經緯度的概念，地球赤道投射至天球稱為天球赤道，地球南北極處的投射則稱為天球南極與天球北極。天球坐標常用名詞介紹如下：
1. 天球黃道面：黃道面為地球繞太陽公轉的軌道面，將黃道面向外擴展與天球的交面，即稱為天球黃道面。
2. 天球赤道面：將地球赤道向外延伸至與天球面相交的大圓，即稱為天球赤道面。
3. 赤緯：根據地球赤道，將地球分為南天球與北天球，以天球赤道為 0° ，向天球北極劃分成 +90° ，向天球南極劃分成 -90°。
4. 赤經：天球赤道面與天球黃道面的兩個交點，稱為春分點與秋分點，並將通過春分點的經線定義為 0 h（小時），通過秋分點的經線定義為 12 h，地球的自轉週期為 24 小時，故赤經 1 h的角度為 15°。
5. 在天球上定義的赤經與赤緯，是用以表示星體的坐標，表達星體所在的位置。
四、常用的天文距離單位
1. 天文單位（AU）：地球與太陽的平均距離，約為  公里。
2. 光年（ly）：光行走一年的距離，約為  公里。
3. 秒差距（pc）：長度為一天文單位的圓弧，若其夾角為1角秒時，則其半徑定義為1秒差距，約等於206265天文單位或3.26光年。
五、星色
恆星表面的顏色，與其表面溫度有關，表面溫度愈高，則星球顏色愈偏向藍色，反之愈偏向紅色。
六、視星等
恆星明暗的程度，肉眼所見最亮者稱為一等星，最暗者為六等星。一等星的亮度約為六等星的100倍，每相差一個星等，亮度增減2.512倍。
七、絕對星等
代表恆星本身發光的強弱。
1. 任何恆星假設在距離地球32.6光年（10秒差距）處時，觀測者所觀察到的恆星星等，稱為絕對星等。
2. 亮度與發光強度的關係：  ， I 代表恆星發出的光到達地球表面的明暗程度（亮度，與視星等有關）； E 代表恆星本身的發光強度（光度，與絕對星等有關）； r 則代表恆星與地球的距離。 八、宇宙中的結構
由小至大依序為：恆星 → 行星系 → 星團 → 星系 → 星系團 → 宇宙
1. 行星系（尺度約為  ）：環繞恆星運轉的星體所構成的體系，稱為行星系，如我們的太陽系。太陽系距離銀河中心約為3萬光年。 2. 星團（尺度約為  ）：鄰近的恆星組成的體系稱為星團，可分為 疏散星團與 球狀星團。 3. 星系（尺度約為  ）：由星團、恆星與塵埃所組成。星系依外觀可分為： 棒狀星系、旋渦狀星系、橢圓狀星系與 不規則星系。我們的銀河系約介於棒狀星系與旋渦狀星系之間，直徑約為 10 萬光年。
4. 星系團（尺度約為  ）：由鄰近星系所共同組成，更進一步可組成超星系團，大小可達數百萬光年。
九、天體結構的尺度
宇宙天體的尺度大小動輒數光年，甚至數百光年以上，在表達天體結構尺度時，一般常以天文單位、光年及秒差距來表示。
十、哈伯定律
1. 所有星體都有遠離地球的趨勢。且離地球愈遠的星體，遠離地球的速度愈快。公式：  ，其中 v 為星體遠離地球的速度， H0 稱為哈伯常數，數值約為 70 (km/s)/Mpc， r 則為星體與地球之間的距離。 2. 哈伯利用都卜勒效應分析各星系的光譜，發現紅移現象，離地球愈遠的星系，紅移現象愈顯著，可知宇宙正在不斷地膨脹中。
十一、霹靂說
1. 霹靂說認為宇宙大約在136億年前形成，由一團溫度極高、密度極大的能量爆炸後形成，並漸漸形成恆星、星系，乃至於我們今日所見到的宇宙，且宇宙至今仍不斷在膨脹擴張中。霹靂說提出宇宙的演化時期可分為：創生、原子核形成、輻射主控時代、物質主控時代。
2. 證據：紅移現象、宇宙微波背景輻射。
3. 宇宙微波背景輻射：宇宙大爆炸後，溫度逐漸下降，至今大約殘留數 K 的輻射，屬於微波的波段，稱為 3K 背景輻射。
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180°施力作負功。
