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教師: 姓名: 座號: 班級:九年 班 目 錄

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(1)

班級:九年 班 座號:

姓名:

教師:

(2)

編授教師:中興國中 楊秉鈞 Jim 簡報檔網址:http://jim.chjhs.tyc.edu.tw/

目 錄

自然科學第六冊 (理化)

章 次 理 化 課 堂 講 義 頁次

第一章 電流與生活……….………... 1 ~ 35 1-1 電流的熱效應…….………... 1 ~ 6 1-2 生活用電……….………...……… 7 ~ 15 1-3 電池……….….……….. 16 ~ 26 1-4 電流的化學效應……….…….……….. 27 ~ 35 第二章 生活中的電與磁….……….……….. 39 ~ 67 2-1 磁鐵與磁場……….……….……….. 36 ~ 42 2-2 電流的磁效應………….……….……….. 43 ~ 55 2-3 電流與磁場的交互作用.…….….………..……….. 56 ~ 59 2-4 電磁感應……….………... 60 ~ 67

90~110 年基測會考分類試題 68 ~ 92 第一章 電流與生活……….………... 69 ~ 83 第一章 生活中的電與磁….……….……….. 84 ~ 92

附錄 93 ~ 98

常見化學反應式與物質特徵 94 ~ 97

元素週期表 98

(3)

單元主題:電流的熱效應 【第 1-1 節】

 電流的三大效應 1.電流的三大效應:

(1)電流的 :電能轉換為 的現象

(2)電流的 :電能轉換為化學能的現象

(3)電流的 :電能可產生磁場的現象

 電流的熱效應 1.電流的熱效應:

(1)意義:電能轉換為 的現象

(2)應用:吹風機、電熨斗、燈泡、電爐、保利綸切割器…等

2.能量轉換模型:

(1)內容:

當電池內部物質發生 變化,物質的 能會轉換成電子的 能,使 得電子從電池 極流出, 經外電路流回電池的 極,當化學反應持續發生,

電子也持續流動,電池就持續提供電能。

 在迴路中的電荷總數維持 。 (2)能量轉換:

導線中 受電池的 推動,而由電池提供電能:

 遵循 定律:

電池內部化學能=電池提供電能=電器消耗電能=…

(4)

neV V

E  Q 

ne Q

 電池的 能,轉換成電能後,可以再轉換為其他形式的能:

 電鍋、電爐、烤箱:電能轉成 能。

 白熾燈泡:電能轉成 能和 能。

 吹風機:電能轉成 能和 能。

 電能與電功率:

1.電能:

(1)公式與單位:單位: 。

 1 焦耳:1 庫侖電量通過 1 伏特電壓時,所獲得(或消耗)之能量

(2)電壓:驅動電子流動的電位差,以「單位電荷通過電池(或電器)時可獲得(或消耗)

的電能」表示

 1 伏特:1 庫侖電量通過電池(或電器)時,獲得(或消耗)1 焦耳的電能

Q E Q

V V

E  

V

E Q  電能  電量  電壓

(5)

 伏特的意義:

 1.5V=1.5 ,每庫侖電量通過,獲得(或消耗) 焦耳。

 110V=110 ,每庫侖電量通過,獲得(或消耗) 焦耳。

 220V=220 ,每庫侖電量通過,獲得(或消耗) 焦耳。

2.電功率:

(1)意義:單位時間內所供給或消耗的電能,符號: 。  用作衡量電能供給或消耗的 。

(2)公式:

(3)單位:瓦特 W(或瓦)及仟瓦 KW

 = = = = 。

 當電源(或電器)在 1 秒鐘內, (或 )電能 1 焦耳時,

則其電功率是 。

 瓩 KW (雙音節中文字,讀作 )

電能 電量 電壓 電功率 電能 時間

符號 使用單位

t PE

秒 焦耳 時間

電功率  電能 

W KW 1000

1 

(6)

基礎公式 V=IR

Q=It E=QV E=Pt 基礎公式

V=IR Q=It E=QV E=Pt

 Vt R t Rt V R

E I I I I

2

 I

 QV Vt Q It

E I 

Pt E 

 R

V R t

t V R V

Vt V E

2

I

I 

Pt E

R t E V

Rt I E

IVt E

V E

2 2

Q

t P E

R P V

R I P

IV P

t P V

2 2

Q

 電能公式推演 [延伸學習]

1.電能公式推演:假設在導線 ab 間,通過的電流 I 安培,耗時 t 秒,則:

(1)通過的電量: 庫侖。

(2)若 ab 間的電壓 V 伏特,則電量 Q 庫侖通過時,該電阻會消耗電能 焦耳 =……..焦耳。

2.常用的電能與電功率公式:

 電能討論 1.電能討論:

(1)討論一:保麗龍切割器是以鐵片串聯電池,再接上切割線(鎳鉻線)、銅片開關組成。

 保麗龍切割器是電能轉換為 能之應用。

 電流通過鐵片、切割線(鎳鉻線)、銅片,以何者電流強度最大? 。

電能 E 電功率 P

(7)

 [延伸學習] 使用時,手壓按銅片開關,鎳鉻絲產生高熱,可用以切割保麗龍,但 壓按銅片,手何以不感覺銅片熱呢?

(2)討論二:電器規格標示

 最佳使用環境:電鍋在 V 下使用時,電功率才有 W。

 電壓過高, ;電壓過低, 。

 各國的電壓:電器連接的實際電壓過高、過低於額定電壓(最佳電壓),都會造成 電器損壞

 範例解說

1.已知一個電子的電量為 1.6×1019庫侖,若在一個電壓為12 伏特的電池中,電子由正極移 動到負極可獲得電能,則若有 5×1010個電子通過電池,可獲得 焦耳電能。

2.一臺電熱水瓶的標示如右圖,則:

 此電熱水器應該接在電壓 伏特下使用,每秒鐘消耗電能 焦耳。

 通電 10 分鐘所消耗的電能為 焦耳。

國家 中華民國 日本 美國 韓國 中國

電壓(V) 110 / 220 100 120 220 220

(8)

3.現有甲、乙兩個電熱水瓶,甲標示 110V、1200W,乙標示 220V、800W,若兩熱水瓶都 分別接在額定電源上,並分別將4 公升 20℃的冷水加熱至沸騰,則:

 甲、乙兩個電熱水瓶,何者所花的時間最少? 。

 甲、乙兩個電熱水瓶,何者最省電? 。

4.如右表所示,同一欄中,上方白熾燈和下方較省 電燈具的照明效果相仿。試回答下列問題:

 根據右表,同一種燈泡的照明效果和其耗電功 率有何關係?

 將 6

0W

的白熾燈泡換成

13W

的省電燈泡,每 小

時可以節約用電多少焦耳?(列式)

 根據右表,請從燈泡的照明效果和耗電功率思考,試說明為何目前世界各國積極 推動以

省電燈泡或

LED

燈取代白熾燈泡?

課程結束……

(9)

單元主題:生活用電 【第 1-2 節】

 直流電與交流電 1.直流電與交流電:

(1)比較:其名稱是以 區分

(2)電流對時間圖:

 直流電:DC  交流電:AC

(3)臺灣地區的家庭電源 :  交流電頻率:60 Hz

 發電機以每秒 次的頻率,來回變換電流的方向和大小  電流對時間圖:

 連續發電時,每次電流方向改變 次

電流類別 直流電 交流電

電源的電極 正、負極固定 正、負極不固定

電流方向 固定不變, 極流出 週期性變化

電流大小 固定不變 週期性變化

英文簡記 發明時間 電路符號

常見電源 電池 家用電源

(10)

發電廠345KV

一次變電所161KV

二次變電所 69KV

住家220/ 110V 22 /11KV 工廠

商 業 大 樓 發電廠345KV

一次變電所161KV

二次變電所 69KV

住家220/ 110V 22 /11KV 工廠

商 業 大 樓

 電的輸送方式 1.電的輸送方式:

(1)電力輸送過程:發電  輸電  配電  用電

(2)輸電方式:電廠將電傳送至用戶端時,會先 電壓,然後將電輸送至各地的變電 所降壓,再經由街道電線桿上或地面上的變壓器,將電壓降至一般家庭或 工廠中,提供用戶使用 。

(3)輸電方式討論 [延伸學習]:

 發電廠:發電的 固定

 輸電線路:線路長度固定,線路的 固定

 發電廠採取 、 方式輸送,以減少輸電線路上的電能損耗。

(11)

 範例解說

1.發電廠所發出的電能,一般須經由長途的輸送線路,送到各地區的用戶,因此輸送線路是 用電阻很小的銅線製成,以減少電能的損失。若發電廠所發出的電功率保持一定,且輸送 線路符合歐姆定律,則:[延伸學習]

當發出電壓變為原來的 10 倍時,則:

 輸電線路上的電流,將變為原來的 倍。

 輸電線路上的能量損失,將變為原來的 倍。

 配電系統 1.配電系統:

(1)住家配電方式: 。

 從電線桿上的變壓器接到家庭用戶的導線,共有 條:

 條非接地線和 條接地線。

 ( ):非接地線  對地有電壓

 ( ):接地線(接觸地表) 對地無電壓

 迴路連接:每條活線與中性線間的電位差均為 110 伏特,但兩活線間的電位差則 為 220 伏特。

 110V:連接 及 。  220V:連接 及 。

(黑、紅色絕緣外皮: ( )線;白色絕緣外皮: 線)

(12)

220 V

110 V 220 V

110 V 度數

 家庭用電配置圖:

(2)電源插頭與長短插孔插座:

 範例解說

1.( )彥志在學習家庭電路時,安裝了甲、乙兩個插座和丙、丁兩盞燈,如右圖所示,如 果兩插座上均連接家用電器,且將電路中的開關全部閉合,那麼各電器工作的情況 是下列何者?

(A)四者都正常工作 (B)只有乙、丙、丁正常工作 (C)只有丙、丁正常工作 (D)只有丙正常工作。

二孔插座 三孔插座 三孔插座 活線 A(或 B)

中性線 C

活線 A (或 B)

中性線 C 接地線

活線 A 活線 B 中性線 C

 短插孔:接火線,是帶電的  長插孔:接中性線,是不帶電的

 類似圓孔:接地線

(13)

220 V

110 V 220 V

110 V 度數

 電錶與電費 1.電費計算:

(1)電力公司以用電戶使用的 多寡為計費依據,單位 。 (2)電費計算:

 儀器: 。  電費=使用度數 × 單價

 度的定義:

 1 度相當於 1000 瓦電器,連續使用 1 小時所消耗的電能

 1 度= 的電能= = 焦耳。

 度的求法:

 範例解說

1.若 500 W 的燈泡,每天使用 2 小時:

 一個月耗電 度,電能消耗 焦耳。

 承上題,若電費單價每度 2.5 元,則電費 元。

2.( )附圖為某商家一天中總消耗電功率與時間的關係圖。假設每度電的電費為 4 元,則 該商家這一天用電量的電費約多少元?

(A)300 元 (B)400 元 (C)500 元 (D)600 元。

10

6

6 . 3 

E

h KW

D E  3 . 6  10 6DPt

W h KWh E Pt

D 1000 1

1

(14)

(A) (B) (C) (D)

(A) (B) (C) (D)

3.某學校有 50 間教室,教室內有 20 盞、100 伏特、40 瓦特的日光燈,則:

 若每間教室電燈全開,連續八小時,則:

 學校總電源的總電功率為 瓦。

 若電費每度 4 元,學校每天的電費為多少錢? 元

 節約能源,下課每關一盞燈時,下列敘述何者正確? 。 (A)總電壓減少 (B)總電流減小 (C)總電阻增加

(D)總電功率減少 (E)電費減少 (F)總消耗電能增加。

4.冷氣機甲:110V、1000W,冷氣機乙:220V、1000W,兩臺冷氣機在額定電壓下正常使 用時有何不同?

 冷氣機兩端的電壓大小: 。

 [延伸學習] 流經電流大小: 。

 [延伸學習] 冷氣機的電阻大小: 。

 使用相同時間下,消耗的電能大小: 。  使用相同時間下,何者比較省電(費): 。

 用電安全 1.短路:

(1)意義:電能由電源傳出,沒有經過電燈消耗就回到電源 (2)短路可能造成的結果:

 導線瞬間流經的電流過大,導致過熱而發生 。  使線路上的電器或電池 。

 甲 燈泡 。 (短路)

 甲 燈泡 。 乙 燈泡 。 (短路)

 電池 。 (短路)

(15)

斷路 短路

斷路 短路

斷路 短路

) (

I ) (

I 總電流  安全負載電流

(3)電線走火:短路的高電流,其熱效應產生的熱量使電線絕緣外皮熔化,甚至起火燃燒。

 範例解說

1.( )將 L1~L3 三個燈泡連接成如右圖所示電路。

當開關S 斷開(斷路)時,哪些燈泡會發亮?

(A)L1、L3 (B)L1、L2、L3

(C)L2、L3 (D)L3。

 用電安全

1.安全負載電流:電線能承受的最大電流量

(1)若超過負載,電線所生熱能使溫度急遽上升而危險 (2)通常越 的導線,安全負載電流越大

2.電路安全的保護者:

不得以金屬線替代 注意事項

鉍錫鉛合金 材質特性

規格選用

 檢查電流過大原因

 重新開啟

 檢查電流過大原因

 更換適合之保險絲 電流過大時處理

而成斷路 而成斷路

電流過大時

串聯 串聯

使用

雙金屬或電流的磁效應 電流的熱效應

原理

電阻大於銅、熔點小於銅 種類

不得以金屬線替代 注意事項

鉍錫鉛合金 材質特性

規格選用

 檢查電流過大原因

 重新開啟

 檢查電流過大原因

 更換適合之保險絲 電流過大時處理

而成斷路 而成斷路

電流過大時

串聯 串聯

使用

雙金屬或電流的磁效應 電流的熱效應

原理

電阻大於銅、熔點小於銅 種類

安全負載電流) 保險絲容許電流) (

(

II

(16)

 保險絲容許的電流,應略 被保護的電路或電器的安全負載電流

3.家庭用電注意事項:

 安裝正確數值的保險絲或無熔絲開關。不可以其他金屬線代替保險絲。

 身體或站立處潮濕時,不可觸摸電器。

 不可在同一插座或延長線連接過多電器。

 不可用拉扯電線的方式拔出電器插頭。

 使用電器,應依說明書規定,將外殼接地。

 電器長時間不使用時,需拔下插頭。

 電路與電器避免潮濕與高溫處。

 浴室插座分路應加裝漏電斷路器。

 範例解說

1.實驗室的電源 110 伏特,且所用電線僅能支持 50 安培的最大電流,今以標示 110V、400W 之電爐當熱源如圖所示,試問:

 一個電爐使用 30 分鐘,消耗 焦耳的電能。

 請標示出適合串聯保險絲的位置。

2.圖為適用 110 伏特 V 的家用電器四種,分別為 880W 的電鍋、330W 的電熨斗、550W 的 電爐及 220W 的冰箱。則:

 [延伸學習] 若同時使用,總電流為 安培。

 若同時使用,使用 2 小時其耗電為 度。

( )有五種保險絲,保險絲能承受的最大電流量 分別為 5、10、15、20、 25 安培,

則電路可採用而不至熔斷的保險絲有幾種?(A)2 (B)3 (C)4 (D)5。

無熔絲開關 保險絲保險絲 無熔絲開關

保險絲

電路符號 電路元件

保險絲

電路符號 電路元件

漏電斷路器

(17)

3.( )電視報導,某鄉鎮因鳥類停在電線上而造成短路,致使很多的用戶停電。若附圖為 電線電路的示意圖,則鳥的兩隻腳可能同時站在下列哪兩點,而造成短路?

(鳥本身的電阻遠小於電器的電阻)

(A)a、b (B)c、d (C) a、e (D) d、e。

4.( )四個相同的燈泡和一電池連接成電路,如圖,按下開關接成通路後,其中有幾個燈 泡會亮?(A)1 個(B)2 個(C)3 個(D)4 個。

課程結束…

(18)

單元主題:電池 【第 1-3 節】

 伏打電池 1.伏打電池:

(1)歷史起源:

 青蛙腿的啟示:義大利人 解剖青蛙時,青蛙腿碰到不同金屬時,青蛙 腿發生了抽搐現象。

 他認為是動物組織產生電,他稱為『動物電』

 檢流計的符號 G,便是為了紀念 。(檢流計 )

 伏打的舌頭:伏打認為電流不是青蛙產生的  是因 產生電。

(2)第一個化學電池:

 發明者: (西元 1800 年)

 製作:銀、鋅圓形板中間夾含食鹽水的濕抹布,堆成圓柱。

(19)

(3)化學電池(伏打電池)原理:

 電池是 能轉變成 能的裝置

 角色: 、 、 。(兩金屬不可相同)

 兩極: 負極:活性 的金屬  電子。

 正極:活性 的金屬  電子。

 負極( )可能發生的效應:

 。半反應: 。  ( )

 正極( )可能發生的效應:

 。

 。( ) 半反應: 。

(4)其他形式的化學電池:水果電池:

 電極:選用以二活性差異大的金屬片(差異愈大,電流愈 )  電解質:水果中含有檸檬酸、酒石酸等電解質

ne ne

mA

ne

ne ne

ne

mA

 aq m n

D C : 電解質

Dn- Cm+

ne ne

mA

 aq m nD C : 電解質

ne ne

mA

ne

ne ne

ne

mA

 aq m nD C : 電解質

 ⊕

An+

An+

Cm+

Dn-

或有其他離子競爭 或

正極半反應

...

C m C

:

m

 

e A ne A

n

負極放電子傾向者:

 電極 A

 電解質中的負離子 正極得電子傾向者:

 電極 B

 電解質中的正離子

(20)

 aq

ZnSO

4

CuSO

4 aq

G G G G

KNO

3

(5)回到過去討論:

 青蛙腿的啟示: 銅線( )/ 鐵線( )+ 。  伏打的舌頭: 鋅片( )/ 銅片( )+ 。  伏打電池: 鋅板( )/ 銀板( )+ 。

 伏打電池應用-鋅銅電池 1.鋅銅電池:

(1)實驗裝置:

 電極:二不同金屬片

 負極: , 電子  正極: , 電子  電解質:

 電極分別置入含有 金屬離子的電解質水溶液中 a.鋅片置入 。

b.銅片置入 。

 U 形管:稱 。  裝 水溶液

。  檢流計或安培計:指針偏轉方向= 的方向。

(2)放電過程討論:自發過程  負極:

 負極 : 電子,質量變化: 。

 甲杯濃度變化: ;顏色變化: 。(仍無色)

 半反應: 。

cell

Cu Zn /

Zn e

Zn

2

2

進 入 電 解 質 進 入 電 解 質

進 入 導 線 進 入 導 線

(21)

 正極:

 正極 : 電子,質量變化: 。  乙杯濃度變化: ;顏色變化: 。  半反應: 。

 檢流計偏向: 的方向。(讀數變化 )  電子由 ,經 G,向 流動。

 電流由 ,經 G,向 流動。

 鹽橋功用:

 維持 。 無鹽橋,成 。  維持 。

 硝酸根離子向 杯;鉀離子向 杯。

 鹽橋中正離子移向電池 極;負離子移向 極

 電池反應:

 負極放電子  負極常 (解離成 )  正極得電子  正極常 。

 電池反應:為正極、負極半反應之總和 (電子數消去)

3

3

K NO

KNO

Cu e

Cu

2

 2

來 自 電 解 質 來 自 電 解 質

析 出 在 正 極 析 出 在 正 極 來

自 導 線 來 自 導 線

(22)

 [自我歸納] 鋅銅電池:放電過程比較

負極 正極

物質種類 半反應 全反應

電極重量變化 □ 減少 □ 不變 □ 增加 □ 減少 □ 不變 □ 增加 電解質種類

濃度變化 □ 減少 □ 不變 □ 增加 □ 減少 □ 不變 □ 增加 顏色變化 □ 變淺 □ 不變 □ 變深 □ 變淺 □ 不變 □ 變深

電子流向  檢流計 G 

電流流向  檢流計 G 

2. [延伸學習-自我閱讀] 鋅銅電池充電:非自發過程,與放電過程相反 (1)充電接法:連接 電源( )

 電池的正極與鋅銅電池的 極連接  電池的負極與鋅銅電池的 極連接 (2)過程討論:

(23)

 範例解說

1.下列為化學電池,回答下列問題:(請填對應示意圖中的電極代號 X、Y 或材質)

2.敘述下表電池之實驗設置、放電過程及電池反應:

電池 說明 反應式

Zn / Ag

負極 正極

全反應

Cu / Ag

負極 正極

全反應

3.為增加電壓,將兩個鋅銅電池連接,如下圖所示,則:

 電解質丙的顏色變化? ; 電解質丁的濃度變化? 。 ( )電極 C 反應式?

( )電極 D 反應式?

(A)Zn → Zn2+2e (B)Zn2+2e→ Zn

(C)Cu → Cu2+2e

(24)

4.右圖為銅銀電池,根據電流 I 的方向,試回答下列問題:

 若活性順序為:銅>銀,則 X 板為 金屬。

 X 板為 極,Y 板為 極。(填入:+、-)

 左側燒杯內的水溶液顏色將如何變化? 。

 若鹽橋內充滿硝酸鈉水溶液,則主要是 離子將會向 Y 板移動,並幫助導電。

 若取下鹽橋,安培計上的讀數會如何變化? 。

 生活中的電池-乾電池(碳鋅電池)、鹼性電池、鉛蓄電池、鋰離子電池 1.乾電池(碳鋅電池):

(1)發明者:1865 年 法國人勒克朗舍發明,後經改良而來 (2)構造:

 負極: 。  正極: 。

 以 為正極導出電流,電解液以 為主。

(3)注意:

 電壓隨使用降低、電壓不穩、不適合大電流放電、功率小  儲放時間過久,會有鋅殼腐蝕、水分蒸發、電解液溢漏情形  發展最早、產量高、用途廣的電池

成分 功用

Zn 極 MnO2 極 電壓 V

導出電流

石墨 減少電阻

電解質 氯化鋅 防止鋅腐蝕

瀝青 封口防水蒸發

(25)

(4)規格及大小:

2.鹼性電池:

(1)外觀、尺寸、組成、電壓與碳鋅電池近似 (2)鹼性電池與碳鋅電池比較:

3.鉛蓄電池:( ) (1)組成:

 電極:

 負極: 。  正極: 。

 電解液:  正負極交互配置,增加與硫酸 。  每槽電壓 伏特,三槽電壓共 伏特。可充電。

 隔板:有 作用

項目 碳鋅電池 鹼性電池

相 似 性

負極 正極

電壓 1.5 伏特 1.54 伏特

充電性 不可充電 不可充電

差 異 性

電解質 (弱酸) (強鹼)

電壓穩定性 較差 較佳

使用電流 較小 較大

低溫使用 較差 較佳

使用壽命 較短 較長

價格 較便宜 較貴

(26)

2

Pb

PbO

2

Pb

PbO PbO PbO

22

Pb Pb

(2)放電反應:

(3)充電法:

 將 能轉換成 能,是放電過程的可逆反應。

 使用電源:限用 電源。 不可。

 連接法:

 直流電源正極接鉛蓄電池之 極  直流電源負極接鉛蓄電池之 極

(27)

(4)充電與放電過程比較:

過程 放電過程 充電過程

正極變化  ; 變 。

 ; 變 。

負極變化  ; 變 。

 ; 變 。

硫酸溶液變化 濃度變 ,密度變 ; pH 變 。

濃度變 ,密度變 ; pH 變 。

能量轉換 能 能。 能 能。

充電接法 極接 極, 極接 極

特性  必須定期補充 、有硫酸漏出、酸霧逸出困擾

 可測量硫酸密度變化以判定充電的程度

4.鋰離子電池:

(1)組成:正極為鋰金屬氧化物;負極為碳 (2)特點:

 輸出電壓高(3.7 V)

 重量輕  供電時間長  較無記憶效應

 壽命長  自我放電性低

(3)用途:手機、照相機、筆記型電腦

(28)

 電池的分類

 範例解說

1.如圖是鉛電池的簡圖及燈泡中電子(e)的流動方向,試問:

 圖中電池的正極為 ,負極為 。

 A 的材料為 ,B 的材料為 ,電解液為 。  電池在放電或充電中? 。

 電池的化學能增加或減少? 。

 A 電極生成固體的 ,B 電極生成 色的 。  電解液濃度逐漸 ,電池的電壓逐漸 。

課程結束……

(29)

A

B

電解質 AB

A

B

電解質 AB

單元主題:電流的化學效應 【第 1-4 節】

 電流的三大效應 1.電流的三大效應:

(1)電流的 :電能轉換為熱能的現象

(2)電流的 :電能轉換為 的現象  、 。 (3)電流的 :電能可產生磁場的現象

 電解與電解原理 1.電解與電解原理:

(1)電解的發現:

 電解:以 通入電解質中,使物質分解的化學反應  在兩極發生反應,非自發反應,屬於 反應

 發現者:西元 1800 年 英國尼可爾生,把連接伏打電池兩極的兩條金屬線放入水 中,將水電解成 氣與 氣。

(2)電解的實驗裝置:

 電源:限用 電源。

 被電解物質: 。  電解槽正負極:

 正極:與電池的 極相連者  負極:與電池的 極相連者 (3)電解反應影響因素:

 :解離為正、負離子,通電而定向移動

 :  惰性電極:導電,但不參與反應  。  活性電極:導電,會參與反應  。

熱效應 化學效應 磁效應

熱效應 化學效應 磁效應

(30)

A B AB

H OH O

H

2

A B AB

H OH O

H

2

(4)電解原理:

 負極:

 趨勢: 。二個正離子來源:

a.電解質的正離子( ) b.水解離的氫離子( )

 反應順位與半反應。

a.先 。 ( IA、ⅡA 金屬不析出)

b.後產生 。

  電解,負極順位:析、氫  正極:

 趨勢: 。放電子的來源:

a.電極本身( ) b.水分子( )

 反應順位與半反應。

a.先 。

  活性電極溶解,其實是電極腐蝕。

b.後產生 。  電解,正極順位:溶、氧

 水的電解 1.水的電解:

(1)電解裝置:

 電源: 。

 電極: 。 屬於 電極。

 加入 或 。以幫助導電。

 反應:

 正極:產生 。  負極:產生 。  當兩極愈靠近,

產生氣體速率愈 。

(31)

O H e

O

H 4 4

2

2 2

2

2

4

4 H

e

H

    

H e H O H e

O

H 4 4 2 4 4

2

2 2 2

2 2

2

2

2 H OHO

O H e

O

H 4 4

2

2 2

2

2

4

4 H

e

H

    

H e H O H e

O

H 4 4 2 4 4

2

2 2 2

2 2

2

2

2 H OHO

O H e

O

H 4 4

2

2 2

2 H

2

OO

2

 4 H

 4 e

2

2

4

4 H

e

H

4 H

 4 e

 2 H

2

    

H e H O H e

O

H 4 4 2 4 4

2

2 2 2

2 2

2

2

2 H OHO

2 2 2

2 2

2

H e

H

H H

H H

2 2 2

2 2

2

H e

H

H H

H H

e H O

O H

H O

O H

O O H

O O H

4 4

2

4 2

2

2 2

2 2

2 2

2 2

e H O

O H

H O

O H

O O H

O O H

4 4

2

4 2

2

2 2

2 2

2 2

2 2

(2)電極反應討論:

 反應:

 正極:

 負極:

 全反應:

 反應比:

 氫、氧體積比= 。

 水、氫、氧莫耳數比= 。  水、氫、氧質量比= 。

2.水的電解重點整理:

3.交流電與直流電的差異:

電解 電解液 正極 負極 濃度變化 pH 變化

電 解 水

NaOH 氫氧化鈉

碳棒 碳棒

H2SO4

硫酸

碳棒 碳棒

區分

磁效應 熱效應 化學效應(以電解水為例)

磁針

偏轉 電磁鐵 燈泡

發亮 正極 負極 體積比

(:

直流電源 是 是 是

交流電源 否 是 是

(32)

 硫酸銅的電解 1.硫酸銅的電解:

(1)電解裝置:

 電源: 。

 電極:實驗時交互使用各電極

 碳棒  屬於 電極。

 銅棒  屬於 電極。

 電解液: , 色,酸鹼性 性。

 電極產物:依使用電極種類而異:

 正極反應可能順位:先 、後 。  負極反應可能順位:先 、後 。

(2)[自我練習] 電極反應討論:

 甲:碳棒為兩電極時

 負 極:a. 。 b.質量 。  正 極:a. 。 b.質量 。  電解液:a.濃度 。 b.顏色 c.酸性 。(pH )

 乙:銅棒為兩電極時

 負 極:a. 。 b.質量 。  正 極:a. 。 b.質量 。  電解液:a.濃度 。 b.顏色 c.酸鹼性 。(pH )

 aq

CuSO

4

Cu

2

2

SO

4

O H

2

 aq

CuSO

4

Cu

2

2

SO

4

O H

2

CuSO

Cu

2 2

SO

4

O H

2

CuSO

Cu

2 2

SO

4

O

H

2

(33)

 丙:碳棒為正極、銅棒為負極時

 負 極:a. 。 b.質量 。  正 極:a. 。 b.質量 。  電解液:a.濃度 。 b.顏色 c.酸性 。(pH )

 丁:銅棒為正極、碳棒為負極時

 負 極:a. 。 b.質量 。  正 極:a. 。 b.質量 。  電解液:a.濃度 。 b.顏色 c.酸鹼性 。(pH )

 範例解說

1.甲、乙、丙、丁為電解硫酸銅四槽,電極 1、2、5、8 為碳棒,電極 3、4、6、7 為銅棒,

則回答下列問題:

 產生氧氣的電極是 ;有銅析出的電極是 。  質量增加的電極是 ;質量減少的電極是 ; 質量不變的電極是 。

 濃度增加的電解槽是 ;濃度減少的電解槽是 ; 濃度不變的電解槽是 。

 pH 減少的電解槽是 ; pH 不變的電解槽是 。  半反應式是 Cu2++2e- → Cu 的電極是? 。

 半反應式是 Cu → Cu2++2e-的電極是? 。

 aq

CuSO

4

Cu

2

 2

SO

4

O H

2

 aq

CuSO

4

Cu

2

 2

SO

4

O H

2

 aq

CuSO

4

Cu

2 2

SO

4

O H

2

 aq

CuSO

4

Cu

2 2

SO

4

O

H

2

(34)

時間 時間 時間 時間

(A) (B) (C) (D)

時間

時間 時間 時間 時間 時間 時間 時間

(A) (B) (C) (D)

 若正、負極總質量為 M 公克,則電解一段時間之後,四電解槽正、負極總質量的變化 可分別用下列何圖表示?甲: ;乙: ;丙: ;丁: 。

 電解應用-電鍍

1.電鍍產品:電鍍:利用 原理,將金屬析附在另一金屬表面上。

2.電鍍:

(1)意義:利用 原理,將金屬析附在另一金屬表面上。

(2)目的:

 防止生鏽( )  增加美觀( ) (3)電鍍流程:

 前處理:表面清潔

 拋光  。

 去鏽  。  脫脂  。  電鍍:金屬析出

 被鍍物:置於電解槽之 極。

 電鍍時間越久,電鍍層厚度越 。  後處理:乾燥

 水洗

 溶劑洗  (揮發快,乾燥快)

(4)實例討論-銅片鍍鋅 :  儀器設置:

 電源: 。

 電鍍液:含有擬鍍物金屬的水溶液(如: )  負極(金屬 ):置放被鍍物(如: )  正極(正極 ):置放擬鍍物金屬片(如: )

(35)

 電極反應:

 正極:鋅片  正極 ,質量 。  負極:銅片  負極 ,質量 。  全反應:

 電解液濃度(顏色)變化 。  正極減少質量 負極增加質量

(5)實驗室硫酸銅電鍍液處理:

 回收

 加入鋼絲絨(或活性比銅 者),使其發生氧化還原反應,銅會被取代出來

(6)電鍍廢水的污染:

 二仁溪綠牡蠣事件: 離子污染  鍍銀廢水:含有劇毒氰化物(CN

 桃園觀音鄉、雲林縣及彰化縣的鎘米汙染事件

(36)

電極 甲 乙 丙 丁 半反應

 範例解說

1.用鋅銅電池在鐵製湯匙上鍍鋅,實驗器材如下圖所示,甲、乙、丙、丁為各電極的代號,

則回答下列問題:

 實驗線路應如何連接,才為正確的通路? 甲接 ,乙接 。  甲為 極,反應後質量 ;乙為 極,反應後質量 。  鐵匙為 極,反應後質量變化? 。

 鋅片為 極,反應後質量變化? 。

 鹽橋中的鉀離子向 溶液的方向移動,硝酸根離子向 溶液的方向移動,可維 持水溶液的 性。

 電池是 能轉換成 能的過程。

 電解是 能轉換成 能的過程。

 電鍍是 能轉換成 能的過程。

2.( )如圖為電解槽(Ⅰ)及電解槽(Ⅱ)實驗裝置,下列有關電解質實驗的敘述何者錯 誤? (A)電極丙附近有氧氣產生(B)電極乙和電極丁的產物相同 (C)兩電解槽通 電一段時間後,溶液顏色皆變淡(D)電解槽( Ⅱ )的電解液 pH 下降。

(37)

3.小緯想以鋅銅電池為電源做電鍍實驗,裝置設置如圖所示,則:

 小緯的實驗目的是? 。

(A)銀上鍍鐵 (B)鐵上鍍銀 (C)鋅上鍍銅 (D)銅上鍍鋅

 鋅銅電池上的電流方向為 ;電子流方向為 。(填:X 或 Y)

 甲杯的水溶液為 ,乙杯的水溶液為 。 ( )關於丙燒杯內的敘述,下列何者錯誤?

(A)銀片應為正極 (B)鐵片應為負極 (C)反應一段時間後硝酸銀的濃度減 少 (D)反應一段時間後銀離子的數目不變。

( )關於甲、乙兩燒杯內的敘述,下列何者錯誤?

(A)甲燒杯使用的電極應為鋅片 (B)乙燒杯的電極反應後質量增加

(C)甲燒杯可使用硫酸鋅溶液 (D)反應一段時間後乙燒杯的正離子增加。

課程結束…

(38)

單元主題:磁鐵與磁場 【第 2-1 節】

 磁鐵的性質 1.磁鐵的性質:

(1)磁鐵的磁極:自由轉動的磁針,指向南北向

 磁鐵指向北方的一端,稱為 極或 極  磁鐵指向南方的一端,稱為 極或 極

(2)磁鐵磁力:

 磁力屬於超距力  磁極同極相斥、異極相吸 (3)磁鐵磁場強度:以 最強, 最弱

(4)磁極 N、S 必成對出現:磁極 N、S 不能單獨存在  磁鐵折斷後,由斷面靠近時, 吸引或排斥

(39)

S N

S N

S N

磁鐵 磁鐵

 討論: 向磁軸(N、S 連線)縱切  產生新磁極  向磁軸(N、S 連線)橫切  產生新磁極

 磁性物質與磁化 1.磁性物質:

(1)磁性物質:能被磁鐵 的物質(能被磁鐵所吸引的物質)

 含有 、 、 元素者,能被磁鐵所磁化  非磁性物質:不能被磁鐵磁化的物質(不能被磁鐵吸引的物質)

(2)磁化:

 意義:磁鐵吸引磁性物質,使磁性物質近端生成 ,遠端生成 的 現象。

 磁化討論:

(40)

(3)物質的磁分類:

 永久磁鐵( 磁鐵):鋼釘(鋼) 不易磁化,但磁化後磁性不消失。

 暫時磁鐵( 磁鐵):鐵釘(熟鐵) 易磁化,但磁化後磁性即刻消失。

 範例解說

1.圓盤形磁鐵如下圖甲,今將其縱切如圖乙和橫切如圖丙;則:

 縱切後的兩塊磁鐵: A 為 極,B 極,C 極,D 極。

 若將縱切的兩塊磁鐵再重合時,會互相 。

 橫切後的兩塊磁鐵:A 為 極,B 為 極,C 為 極,D 為 極。

 若把橫切後的兩塊磁鐵再重合,會互相 。

2.在下圖中,圖釘尖端 Q 能吸引磁針的尖端,則關於磁極極性:(選填:N、S)

 P 是 極;Q 是 極。

 甲是 極;乙是 極。

 磁場與磁力線

物質

磁性物質

非磁性物質

軟磁鐵

能否被磁化? 硬磁鐵

X

磁化難易與磁性保存時間?

易磁化、易消磁

不易磁化、不易消磁

(41)

N

S

N

S

N N

S N N S

S S

(1)場的意義: 作用的空間   磁場  電場  重力場 (2)磁場:

 磁場形成 :有磁性者在其周圍建立磁場  距離近,磁場 ( F 與 反比)。  磁場影響:磁性物質進入磁場中受其影響

2.磁力線:

(1)意義:磁場中的鐵粉受磁力作用而串連的曲線,稱為 。 (2)觀察:磁棒上墊壓克力板,以鐵粉灑在其上,輕敲後圖形顯現。

 條形磁鐵  U 形磁鐵  同名極相對  異名極相對

(3)磁場的方向:

 磁場方向探討:將小磁針置放於磁場中,小磁針受磁力而發生偏轉

 磁場方向的定義:

 磁針在磁場中的 為其受力方向  磁力線上任一點的磁場方向為其 方向

 由磁鐵 極指向 極(磁鐵內部由 極指向 極)

(42)

Fig. from:Virginia Polytechnic Institute and State University http://www.phys.vt.edu/~demo/demos/e42.html Fig. from:Virginia Polytechnic Institute and State University

http://www.phys.vt.edu/~demo/demos/e42.html

Fig. from:Virginia Polytechnic Institute and State University http://www.phys.vt.edu/~demo/demos/e42.html

(4)常見磁場的磁力線示意圖:磁力線  。

由磁鐵 極出發經外部回到磁鐵 極,再由 S 極經磁鐵內部回到 N 極,

形成一封閉平滑的曲線,彼此絕不相交。

 條形磁鐵:  U 形磁鐵:(如右上圖)

(5)磁場的立體磁力線示意圖:

(6)磁鐵的保存:

 減弱磁力的動作: 、 。

 磁鐵之保存: 相對,並使磁力線多分布於磁鐵或 片內

(7)磁力線性質整理:

 磁力線的疏密程度,可判斷該處磁場的強弱。

 在兩極處,磁力線最密集;離兩極越遠,磁力線越疏鬆。

 磁鐵形成的磁場,範圍為周圍的三度空間,而不只一平面上。

 任兩條磁力線,永不相交。

N S

N S

N S

N S

N S

N S

N S

N S

N S

N S

N S

N S

N S S N

N S N

S N S

N S S S N N N

S N

S N

S N S 敲打或加熱

敲打或加熱

N

S N

S

(43)

理化課堂講義(自然六) 41

定義為磁針 N 極所指的方向(切線),為該點磁場的方向。

 磁力線由磁鐵 N 極出發經外部回到磁鐵 S 極再由 S 極經磁鐵內部回到 N 極,

形成一封閉平滑的曲線。

3.磁場中磁針指向之判斷:判斷原則: ; 。

 範例解說

1.( )附圖為一直線上之兩磁棒所繪製成的磁力線圖樣,下列有關各磁極的磁性,何者正 確?(A) A 為 S 極 (B) B 為 N 極 (C) C 為 S 極 (D) D 為 S 極。

2.( )一支鐵釘放在二支條形磁鐵附近,A、B 與 C、D 分別為兩磁鐵的磁極,箭頭表示 磁力線的方向,如附圖所示。若於此情況下,鐵釘的E 端會吸引指南針的 S 極,

則下列敘述何者正確?

(A) A 端為 N 極、C 端為 N 極 (B) B 端為 N 極、C 端為 N 極 (C) A 端為 S 極、D 端為 N 極 (D) B 端為 S 極、D 端為 N 極。

3.( )如圖中,磁針受磁場的作用向逆時鐘方向轉動,則下列敘述何者正確?

(A)甲為磁針的 S 極,乙為 N 極

(B)甲為磁針的 N 極,乙為 S 極

(C)甲、乙皆為磁針的 S 極

(D)甲、乙皆為磁針的 N 極。

4.如圖棒形磁鐵的四周有四個位置甲、乙、丙、丁,若置放小磁針時,則其指針偏向如何?

S N

S N

丁 甲位置 乙位置 丙位置 丁位置

(44)

 地球磁場

1.磁針為何指向南北向:

(1)磁針指向南北向的原因:磁針受 磁場( )的影響  在南北向必有地球磁場的 通過

(2)地磁發現者:西元 1600 年,英國人吉爾伯特

 地球磁場假想圖  自轉軸與磁軸並未重合,夾角約為 11.5  地理南、北極:地球的 和地表的兩個交點。

 地磁南、北極:地球的 和地表的兩個交點。

 地球磁場所形成的磁力線,由 半球指向 半球  假想磁棒的 N、S 極: 。

 地球具有磁場的證據:

 地表磁針指南北向

 兩極有極光現象

課程結束…

(45)

單元主題:電流的磁效應 【第 2-2 節】

 電流的三大效應 1.電流的三大效應:

(1)電流的 :電能轉換為熱能或光能的現象 (2)電流的 :電能轉換為化學能的現象

(3)電流的 : 可產生 的現象

 發現者:西元 1820 年,丹麥人 厄斯特,厄斯特發現通有電流的導線其旁邊磁針 居然偏轉了…。 顯示電流產生了 。

 影響:電生 。

 電流的磁效應-載流直導線的磁場 1.載流直導線的磁場:

(1)載流直導線:通有電流的長直導線 (2)實驗程序:

 :以描繪磁力線。

 :觀察磁針 N 極指向。

 。  。  :定義磁場方向。

(46)

I

磁針 磁針

磁針 磁針 磁針 磁針

磁針磁針

I I

I I 右手右手右手右手右手右手

電流 方向 I

電流

方向B 右手右手右手右手

I

B

(3)實驗圖示:

 磁針在導線上下(圓柱體側面時)  磁針在導線軸平面(圓柱體二底時)

(4)載流直導線的磁場:

 磁力線:為以導線為中心的 。  離軸愈 ,磁力線愈密集。

 磁場方向:

 電流由上到下時,磁場為 針的同心圓。

 電流由下到上時,磁場為 針的同心圓。

 安培右手定則:用於載流直導線的磁場判斷

大拇指指向直導線的 方向,其餘四指圍繞直導線旋轉,

四指所指方向為 的方向。

 任一點的磁場方向與電流方向 (夾角 度)

 安培右手定則說明例:

通電前 通電後

N

通電前 通電後

通電前 通電後

通電前 通電後

N N

通電前  通電後

I 方向=大拇指 B 方向=四指

(47)

3.載流直導線磁場俯視圖:

 :符號表示電流方向 ; :符號表示電流方向 。

 安培定律-載流直導線的磁場 1.安培定律:

(1)安培定律:描述載流長直導線的磁場之影響因素  應用:載流直導線之磁場

 提出者:法國人 安培

 內容:通有電流的長直導線其周圍任一點的磁場強弱,

和導線的電流大小成 比,和該點到導線的距離成 比。

(2)磁場中的磁針所受的電磁場方向:

 ; ; 。

r

BI

 距離

磁場  電流大小

r 1 , I

I ,

B 一定時

B

一定時

r

(48)

(3)磁針在磁場中的偏轉方向:

磁針偏轉的方向是 的方向  即求 與 對磁針的合力 說明例:置於載流直導線上方或下方的甲、乙磁針

 忽略地磁時之磁針偏向:

 考量地磁時之磁針偏向:

 範例解說

1.( )如圖,導線垂直穿過一水平紙板,在紙板上放置甲、乙、丙三羅盤,當電路接通後,

下列敘述何者正確?

(A)磁針偏轉角度最大的為甲羅盤

(B)把甲羅盤垂直往上提離至 P 點,磁針偏轉角度變小 (C)把可變電阻的滑鍵往 M 滑動,甲羅盤磁針偏轉角度變大 (D)乙羅盤磁針不偏轉,因在該處,電流所生的磁場為零。

N

I N N S

I

N S

N

S

I

N

S

I

B

B

B B

N

I N N S

I

N S

N

S

I

N

S

I

B

B

B B

N

I N N S

I

N S

N

S

I

N

S

I

N

I N N S

I

N S

N

S

I

N

S

I

磁針 通電前

指向

通電後 指向

偏轉

角度 說明

甲 乙

N

I N N S

I

N S

N

S

I

N

S

I

B

B

B B

N

I N N S

I

N S

N

S

I

N

S

I

B

B

B B N

I N N S

I

N S

N

S

I

N

S

I

N

I N N S

I

N S

N

S

I

N

S

I

磁針 通電前

指向

通電後 指向

偏轉

角度 說明

甲 乙

(49)

2.( )如圖,磁針甲、乙位於導線正下方,丙、丁位於導線正上方,當開關 S 接通後,下 列敘述何者錯誤?

(A)磁針甲的 N 極偏向西 (B)磁針乙不會偏轉 (C)磁針丙的 N 極偏向西 (D)磁針丁 的 N 極偏向東。

3.( )如圖所示,羅盤置於右邊導線束的正上方,電路未接通 時,磁針在南北方向,接通後,下列敘述何者錯誤?

(A)整束導線上的總電流是安培計上讀數的五倍 (B)五匝線束所造成磁針偏轉角度是單匝的五倍 (C)磁針 N 極向西偏轉

(D)線束周圍產生環形的磁力線。

4.( )如圖,將一條導線折成兩段,併攏放在桌上,然後接上電池及開關。導 線上面放一羅盤,導線方向與磁針指示的方向一致。當按下開關,電路 接通時,則磁針將會如何?

(A)向右偏轉 (B)向左偏轉 (C)左右搖擺不定 (D)不受影響。

5.( )在南北向導線的正下方放置一磁針,若由導線上方看到磁針依順時鐘方向偏轉,即 可推測導線中,「電子流」方向為何?

(A)南向北 (B)北向南 (C)東向西 (D)西向東。

磁針 偏向角度

甲 乙 丙

磁針 偏向角度 方向

甲 乙 丙 丁

(50)

II

6.( )如附圖中的線圈位於鉛直面上,則磁針 N 極在導線通電後偏向何方?

(A)東方 (B) 西方 (C)南方 (D)不會偏轉。

7.做直線運動的電子朝你飛來,「電子」經過之處所產生的磁場,依你看來,磁場成 時針方向。(填:順、逆或不產生磁場)

 中的電荷會產生磁場。

8.( )一段粗導線繞成圓形線圈,連接電池成附圖所示之電路。由圖中圓形線圈所產生之 磁場在甲、乙兩點的方向為何? (d:表示甲、

乙兩點至線圈的距離,甲位於線圈的圓心)

(A)甲、乙兩點磁場方向皆向右 (B)甲、乙兩點磁場方向皆向左

(C)甲點磁場方向向右,乙點磁場方向向左 (D)甲點磁場方向向左,乙點磁場方向向右。

 電流的磁效應-載流螺線管的磁場

1.載流直導線的磁場討論:增強導線周圍磁場的方式:

(1) 。 (2) 。

2.載流螺線管(線圈)的磁場:

(1)載流螺線管的磁場:

 單匝螺線管:

磁場類似 。

(51)

N:單位長度的匝數 I:電流大小

I N B  

 多匝螺線管:磁場類似 。(薄磁鐵的堆疊)

 其磁場強度以螺線管 位置最強。

(2)螺線管右手定則:用以判斷螺線管兩端磁極  右手四指,指向 方向,並握住導線

 大拇指指向,即為 方向(大拇指指向為 N 極)

 電流方向=四指方向、大拇指方向=磁場方向

(3)影響載流螺線管磁場強度的因素:

 ; ; 。

(4)載流螺線管的磁場示意圖:

參考文獻

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獎項等第 班級 姓名 指導家長(老師) 作品名稱 特優獎 一年三班 陳語希 陳志豪 蘭潭 Super Star 特優獎 五年一班 黃媛楨 黃俊卿 靈光一現 創意無限 特優獎 五年一班 鄭沅菱

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編號 受訪者 年資 教育程度 園所職稱 園所班級 A 白鯨老師 25年 大學 葡萄幼稚園-白鯨班老師 6班 B 水獺老師 17年 大學 葡萄幼稚園-水獺班老師 6班 C 海豚老師 15年 大學

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