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1、11-1 物理學簡史物理史1. 物理學發展史(1) 公元前 420 年，希臘人德莫克利特最早提出原子的觀念，他認為切物質都由不可分割的微小原子組成，組成原子的四大元素為:水、土、火、空氣。(2) 公元前 300 年，希臘人阿基米得已經懂得計算圓周率、圓面積、球體積、圓錐體積，也發現浮力原理及槓桿原理。(3) 16 世紀波蘭人 哥白尼發表以太陽為中心的地動說，受到主張天動說的教會嚴厲的壓制。同時期德國人克卜勒受到哥白尼的影響，歸納天文學家弟谷的觀測資料，提出行星運動的三大定律。(4) 17 世紀義大利人 伽利略，支持哥白尼的地動說，並挑戰亞里斯多德在力學上的學說。伽利略建立一套有系統研究問題的方
2、式，為後代科學的研究奠定基礎。2. 物理學的分類(1) 本世紀之前的物理學，稱為古典物理學，本世紀之後發展的物理學，稱為近代物理學，古典物理學及近代物理學在本質上有極大的差異。(2) 古典物理學可再簡單區分成四大領域，分別是力學、光學、熱學、電磁學。(3) 古典力學在古希臘時期就開始發展，如槓桿原理、物體的重心、物體在液體中所受的浮力等。16 世紀哥白尼及克卜勒對天文物理作出劃時代的重大貢獻。17 世紀伽利略建立研究問題的科學方法，同時期的英國人牛頓承襲伽利略建立的科學方法，對力學、熱學、光學、流體等都有深刻的闡述，並於 1685 年發表一部震古鑠今的巨作自然哲學的數學原理。(4) 在西元前一
3、世紀，光的反射定律已經被發現，但是遲至 17 世紀，荷蘭人司乃耳才發現光的折射定律，同時期牛頓由稜鏡的色散現象，了解不同色光合成的現象，並在光的本質上主張粒子說，同時期荷蘭人海更士則在光的本質上主張波動說，直到 19 世紀初英國人楊格由實驗中發現雙狹縫的干涉現象，提供波動說強力的支持，19 世紀中期英國人馬克士威爾提出電磁波的新概念，並認為光是電磁場的波動現象，後來由德國人赫茲在 19 世紀末由實驗中證實。(5) 在遠古時代，人類就懂得利用熱能烤熟食物，但直到 17 世紀初，熱學才開始有系統化的被研究建立。17 世紀英國人波以耳在研究空氣的彈性時，首先發現氣體在定溫下，體積與壓力成反比，即波以
4、耳2定律。18 世紀時，攝氏溫標與華氏溫標透過實驗訂定出來，同一時期法國人查理發現氣體在定壓時，體積隨著溫度而改變。直到 19世紀中期，英國人焦耳透過實驗證明，熱是一種能量，不是物質，打破爭論已久的熱質說，並由實驗確定熱功當量(1 卡=4.18 焦耳)。同時期英國人克爾文、德國人克勞修士及能士特等科學家，相繼建立熱力學三大定律，第一定律描述將熱能包含在內的能量守恆，第二定律描述熱無法 100%轉成作功，第三定律描述絕對零度無法達到。氣體分子運動論在 19 世紀時經過馬克士威爾及波茲曼的努力，也逐漸成熟。(6) 古希臘時代，人們就已經發現摩擦會使物體帶電的現象，但直到17 世紀初，英國人吉伯特才
5、將摩擦起電的現象歸納出來，並將摩擦後的物體，產生的作用力稱為電力，並由實驗歸納出磁石的性質，進一步瞭解地球是一個大磁鐵。18 世紀法國人庫倫，提出點狀靜電與點狀靜磁的強度反比距離的平方。19 世紀初義大利人伏打，利用鋅、銀及沾食鹽水的棉花，發明電池，為後來電磁學的研究提供個方便的工具。1820 年丹麥人厄司特首先發現電流附近的磁效應，同年，由法國人安培建立安培定律。1830 年美國人亨利發現電磁感應現象，並於 1831 年由英國人法拉第建立電磁感應定律。期間，德國人歐姆於 1826 年建立導體的歐姆定律。直到 1864 年，英國人馬克士威爾集電磁學大成，將所有電磁現象歸納成 4 個基本方程式，
6、並由此導出電磁波。(7) 本世紀之後的物理學新發展，稱為近代物理，主要是因為倆個劃時代的新理論誕生，一是德國人卜朗克提出的量子論，並逐漸發展出成熟的量子力學，另一是猶太人愛因斯坦的相對論，藉由光速恆定的假設，深入探討時間與空間，並顛覆傳統的時間與空間的概念，也說明物體以光速運動時的物理現象。這兩個理論是近代物理學發展的基石，近代物理學也不再依循古典物理學採原理區分領域的方式，而改以研究對象區分不同的領域，如原子核物理、表面物理、等離子體(電漿)物理等。演練1.下列哪個科學家最早否定地球為宇宙中心的學說？(A)哥白尼 (B)亞里斯多德 (C) 牛頓(D)伽立略 (E)克卜勒。A2. (甲)質子(
7、乙 )中子(丙)電子，原子的質量數由哪兩種粒子數決定？(A)甲乙 (B)乙丙(C)甲丙(D)以上皆非。A33.下列哪一位科學家從直接觀測的天文數據中歸納出行星運動三大定律，使日心說獲得佐證？(A)牛頓 (B)克卜勒 (C)伽利略(D)哥白尼。B4.牛頓在自述時曾這樣說：如果我比別人看得更遠，那是因為我站在一些巨人的肩膀上。 下列何人可能是他所謂的巨人之一？(A)庫侖(B)馬克士威爾 (C) 伽立略(D)法拉第。C5.下列哪一位科學家被尊稱為實驗物理之父？(A)哥白尼 (B)牛頓(C)伽利略(D)克卜勒。C6.楊振寧、李政道、丁肇中、吳健雄等四位博士為我國著名物理學家，依各人研究方法之不同分類(
8、A)理論物理學家 3 人，實驗物理學家 1 人(B)理論物理學家 1 人，實驗物理學家 3 人人(C)理論物理學家 2 人，實驗物理學家 2(D)四人皆為實驗物理學家。B7.牛頓提出光的粒子說 ，預測光在水中的速度大於在真空中的速度，結果在1850 年由何人測出光在水中的速度較真空中為慢？(A)楊格(Young)(B) 菲左(Fizeau)(C)佛科(Foucault)(D)海更士(Huygens)。C8.第一個帶動西方物理學做關鍵性發展之科學家是：(A)亞里斯多德 (B)亞基米德 (C) 柏拉圖(D) 加利略(E)牛頓。D9.關於古典物理及近代物理之研究對象，下列敘述何者正確？(A)古典物理
9、研究行星運動原理(B)古典物理研究基本粒子間之作用力(C)古典物理研究夸克性質 (D)近代物理研究歐姆定律 A10. 哪一位科學家發現 x 光，為往後物質結構的分析、醫學的治療等，提供了重要的工具？(A)楊格 (B)侖琴(C)湯木生(D)拉塞福。B11. 首先提出“能量”是不連續的量，而是一束一束孤立的量（即量子）的學者為(A)愛因斯坦 (B)卜朗克 (C)馬士克威 (D)楊格 (E)海更士。B412. 以下是一些物理學家及其發現的理論或定律：甲：馬克士威與電磁理論乙：牛頓與萬有引力定律丙：愛因斯坦與相對論。以下的排列何者符合歷史的先後順序？(A)甲乙丙 (B)乙甲丙 (C) 乙丙甲(D)丙甲
10、乙。B13. 哪一位科學家被尊稱為二十世紀的科學巨人，並由時代雜誌讀者評選為二十世紀的風雲人物？(A)拉塞福 (B)水丁格 (C)愛因斯坦 (D)卜朗克 。C14. 下列敘述何者錯誤？(A)哥白尼 提出日心說 (B)伽利略利用他發明的望遠鏡觀察木星，發現有四個月亮繞木星旋轉 (C)從同一高度落下的物體，不計空氣阻力，重者比輕者先著地(D)富蘭克林 認為會移動的電流體是負電 (D)焦耳認為熱是一種能量。C15. 關於物理史，下列敘述何者正確？(A)哥白尼 創立行星運動三大定律 (B)牛頓從實驗中證明熱是一種能量 (C)馬克士威建利了電磁學的理論體系 (D)楊格證明光的粒子性 (E)居里夫人發現
11、X 光。C16. 下列何者為解釋宇宙現象所必須遵循的理論？(A)古典物理學 (B)量子論 (C) 狹義相對論(D) 廣義相對論。D17. 光兼具哪兩種性質，前者可由光的繞射、干涉等現象，後者可由光電效應等現象，獲得證實。(A)粒子、波動 (B)反射、折射 (C) 折射、反射(D) 波動、粒子。D18. 拉塞福的原子模型理論中是以 粒子來探測金箔，而 粒子所以會散射主要是受到哪種力量的作用？(A)萬有引力 (B)庫侖引力 (C) 摩擦力(D)庫侖斥力 (E)大氣壓力。D51-2 物理學的應用對人類的影響1. 古典物理學的應用(1) 力學的應用歷史久遠，如斧頭及螺紋就是斜面的應用，人類經常利用簡單
12、機械達到省時或省力的目的，也利用規律的自然變化來計時或減輕工作量，如水車等。(2) 古人很早就已經懂得利用光的反射而研磨出銅鏡，到近代也將反射現象廣泛應用在現代的照明器具，如車燈。折射現象的應用不勝枚舉，如近視眼鏡、折射式望遠鏡、顯微鏡、投影機、攝影機等。干涉與繞射則應用在抗反射膜、雷射標籤、全像片等。(3) 熱的應用從溫度計，到現代利用熱與作功的轉換而製作的熱機，將人類生活帶進新紀元。(4) 電磁學雖然起步較晚，但是應用廣泛，如利用電磁感應製作發電機、利用電流磁效應製作馬達、利用電流熱效應製作電鍋及烤箱、利用電磁波製作收音機及攜帶式行動電話等。2. 近代物理學的應用(1) 雷射利用原子的電子
13、在不同能階之間躍遷，而發出電磁波，在醫學上可用來進行手術，傷口小而且幾乎不會造成流血，也可用在通訊上6傳遞聲音、影像、資訊等。(2) 利用核分裂過程中，高速粒子的質量變化可以轉成能量，來進行發電，是一種經濟又有效率的發電方式，缺點是核廢料具有放射性，未來將朝核融合(氫融合成氦)發電的方向努力。(3) 利用原子內部的能量變化，開發出電晶體，可取代真空管，大幅縮小電器的體積，並大幅增加計算機的工作能力。(4) 超導體是物質在低溫下出現零電阻及零磁導率的現象，用在電力輸送時，將可大幅降低發電的需求，惟超導現象目前只出現在低溫時，尚無法有效的在日常生活中利用。演練1.哪一項發明使現代電子產品走向輕、薄
14、、短、小的趨勢？(A)積體電路 (B)雷射 (C) 光纖(D)電腦。A2.核能發電的原理是利用什麼物質在受控制的情況下，進行核分裂，將釋放出的核能轉變為電能？(A)鈾原子 (B)鈾原子核 (C) 鋇原子(D)鋇原子核。B3.臺灣的電子工業發展蓬勃，我們的日常生活中經常提到IC 板這個名詞，請問IC是什麼東西的縮寫簡稱？(A)微電腦 (B)半導體 (C) 電晶體(D)二極體 (E)積體電路。4.什麼發明造成電子工業革命？(A)二極體 (B)電晶體 (C) 真空管(D)電容器。B5. 1911 年翁內斯發現汞在 4.2K 時，電阻突降為零，這種電阻為零的狀態稱為？(A)半導體 (B)超導體 (C)
15、 雷射(D)光纖。B6.電視機及電腦螢幕顯示器是應用：(A)雷射管 (B)陰極射線管 (C)X 光放射管(D)放射性元素之輻射。B7.下列有關雷射的敘述何者不正確？ (A)雷射是受激輻射而將光增強(B)雷射是應用古典光學知識所做的重大發明(C)雷射用不同的材質製成，可發出不同顏色的光(D)雷射光具準直、光度強、光束不發散的特性。7B8.下列何者並非利用雷射的實例？(A)超市條碼機 (B)電腦光碟機 (C) 微波爐(D) CD 唱片(E)光纖通訊。C9.下列何者為半導體工業的材料？(A)碳(B)磷(C)矽(D)硼。C10. 雷射是近代科學的重大成就之一，下列哪一項不是雷射的特性？ (A)準直 (B)光度強 (C)光束不發散(D)廉價D11. 核分裂和核融合皆因反應後的哪一個物理量比反應前減少，而釋放出巨大的能量？(A)總質量 (B)原子種類 (C) 原子個數(D)總能量。A81-3 測量測量與單位1. 國際公制單位(SI)(1) SI 制的單位可以區分成基本單位及導出單位，SI 制的基本單位有 7個，分別是 m(公尺)、s( 秒 )、kg( 公斤) 、A(安培)、K(絕對溫標)、cd(燭光)、mol( 莫耳)。(2) SI 制的導出單位可以用基本單位表示，如 1N(牛頓)可利用 F=ma表示為 kgm/s 2。其他如速度、加速度、功的單
