第一章緒論 1-1 物理學簡介
(一)物理學的範疇
A、物理學的意義
(1)物理學的英文為___________,在古希臘文的含意是指『自然』。
(2)物理學是研究『物質和能量變化的科學』,也就是針對日常生活中所觀察的自然現 象,並尋求解答。
(3)物理學探討的對象小至原子內部的基本粒子,大至整個宇宙。
(4)學習物理的目的,除了學習已知的科學知識外,更重要的意義在於學習邏輯思考的 模式,掌握分析問題的關鍵,在面對問題時,能快速地、有效地解決問題。
B、物理學的範疇
(1)依研究方法分類:
甲、_________物理學:著重實驗的設計及量測,以探測未知的現象。
乙、_________物理學:主要以數學為工具,依邏輯的推理或歸納,建立物理的 定律或原理,一方面可以解釋已知的現象,另一方面對物理現象提供新的預 測。
(2)依時間演進分類:
甲、_________物理學:以牛頓力學及馬克斯威的電磁學為主要架構,並與聲學、
光學、熱學等科學建立成古典物理的主要內容。
乙、_________物理學:以量子力學及相對論為主要基礎,探討微觀世界的各種 現象。
(二)物理學的演進
A、 古典物理學的演進 (1)天文學:(3-4)
甲、 古希臘時期,亞里斯多德主張『地球是宇宙的中心』,對西方科學有廣泛而深 遠的影響。
乙、 地心說:托勒密提出『地心說』,主張地球是宇宙的中心。
丙、 日心說:哥白尼提出『日心說』,主張地球及所有行星都是環繞太陽運轉。
(2)力學:
甲、 伽利略:(3-2)
1.『實驗物理學之父』。
2.利用斜面原理,解釋物體保持原來狀態的慣性。
3. 發現單擺的等時性。
4.自製望遠鏡,觀察木星的四顆衛星,支持哥白尼的 日心說。
乙、 第谷:(3-4) 1.主張地心說。
2.精確觀察行星運動軌跡,並做詳細記錄,為克卜勒分析行星運動提供大量而 完整的數據。
丙、 克卜勒:(3-4) 1.支持日心說。
2.利用第谷的資料,提出行星運動的三大定律,但無 法解釋力的來源。
丁、 牛頓:(4-1)
1.為了推導萬有引力定律,發明微積分,為克卜勒行星運動提出作用力的來源。
2.提出牛頓三大運動定律。
3.『古典力學之父』,建立完整的力學概念。
(3)熱學:
甲、 焦耳:(7-2)
1.打破熱質說,證明熱是能量的一種形式。
2.透過熱功當量實驗,證明熱可與其他形式的能量作 轉換,並求得熱與功的轉換關係。
3.提出能量守恆定律。
(4)光學:
甲、 牛頓提出光的微粒說。(6-2) 乙、 惠更斯提出光的波動說。(6-2) 丙、 司乃耳發現光的折射定律。(6-3)
丁、 楊格以雙狹縫干涉實驗,證實光的波動性質。(6-4) 戊、 馬克士威提出電磁波理論,預測光是一種電磁波。(6-4)
己、 赫茲以電路振盪實驗,接收電磁波,證實電磁波的理論。(6-4) (5)電磁學:
甲、 富蘭克林:(4-2) 1.定義正負電荷。
2.以電荷轉移解釋摩擦起電的現象。
乙、 庫侖:(4-2)
1.提出『庫侖定律』。
2.說明靜電荷間的作用力和電量乘積成正比,和距離平方成反比。
丙、 厄司特:(5-1)
1.發現電流磁效應。
2.通電流的導線,四周有磁場產生。
丁、 安培:(5-1)
1.發現右手定則,判斷通電流的導線和磁場方向的關係。
2.發現兩條平行導線間,有磁力的交互作用。
戊、 法拉第:(5-2) 1.發現電磁感應。
2.提出磁力線的概念,說明磁場的性質。
3.由於封閉線圈內磁場的變化,在導線上會產生感應 電流。
己、 冷次:提出『冷次定律』,可視為能量守恆的必然結 果。(5-2)
庚、 馬克士威:(5-3) 1.統一電磁理論。
2.預測電磁波的存在。
3.預測光波是一種電磁波。
辛、 赫茲:(5-3)
1.利用簡單的電荷震盪器產生電磁波,證實電磁波存在。
2.證實馬克士威的電磁理論正確。
【應用】:
1.電磁感應:發電機、變壓器、電磁爐、麥克風。
2.電流磁效應:馬達、電扇、洗衣機、吸塵器、喇叭。
3.電流熱效應:電燈、電鍋、電熨斗、烤箱。
4.電磁波:收音機、電視機、無線電話、微波爐、雷達。
B、 近代物理學的演進 (1)原子結構:(2-2)
甲、 湯木生:
1.研究陰極射線,發現電子,求出電子的荷質比。
2.提出『布丁葡萄乾式』的原子模型,認為電子均勻散佈在原子中。
乙、 密立坎:
1.經由油滴實驗的精密測量,求得電子的電量為 1.6x10-19庫侖。
2.由電子電量與湯木生求得的的荷質比,可獲得電子的質量。
1.下列有關物理學與其他科學關係的敘述,何者不正確?
(A)牛頓發明微積分,進而發現萬有引力定律 (B)雷射的發明使醫學手術大幅進步 (C)地球科學家利用放射性元素測定岩石年齡
(D)生物學家根據電子顯微鏡得知 DNA 雙螺旋結構 (E)原子物理的發展讓化學家建立元素週期表。
丙、 拉塞福:
1.以金箔散射實驗,證實原子核的存在。
2.提出『行星式』的原子模型。
3.發現質子。
丁、 查兌克:發現中子。
戊、 湯川秀樹:提出原子核內的強作用力理論。
己、 蓋爾曼:提出夸克理論。
(2)量子現象:
甲、 普朗克:提出量子論,完美地解釋『黑體輻射』實驗。
(8-1)
乙、 德國科學家雷納最先完成光電效應的主要測量。(8-1) 丙、 愛因斯坦:
1.提出光量子論,以光的量子性,成功地解釋光電效應。(8-1)
2.提出狹義相對論及廣義相對論,修正牛頓力學對時空的絕對性說法。(1-1) 3.以分子運動的觀點,解釋布朗運動。(2-1)
丁、 佩蘭以實驗證實愛因斯坦對布朗運動解釋的正確性。(2-1) 戊、 翁斯傳:(8-2)
1.分析多個元素的原子光譜。
2.原子光譜類似身分證一般,從原子光譜,可以辨識原子的種類。
己、 波耳:提出原子能階的理論,修正拉塞福的原子模型。(8-3) 庚、 德布羅意:提出物質波的假設。(8-4)
辛、 戴維森、格末:以電子的晶挌繞射實驗,證實物質波的正確性。(8-4) (3)宇宙大霹靂:(9-2)
甲、 哈伯:提出哈伯定律,藉由星球光譜的紅移現象,說明星系正在遠離地球。
乙、 潘奇亞斯和威爾森:證實宇宙微波背景輻射。
2.在物理發展史上,被稱為近代實驗方法之父,其提出的理論或觀念為日後牛頓學說奠定 重要的發展基礎,此人為下列哪一位科學家?
(A)哥白尼 (B)焦耳 (C)亞里斯多德 (D)安培 (E)伽利略。
3.哪一位科學家歸納行星運行的數據資料,提出行星運動三大定律,為萬有引力定律奠定 基礎?
(A)哥白尼 (B)克卜勒 (C)伽利略 (D)牛頓 (E)愛因斯坦。
5.下列有關物理學發展的敘述,何者正確?(應選三項)
(A)克卜勒花了二十幾年的時間觀測行星,最後還將所得數據歸納出行星運動的三個經 驗定律
(B)焦耳從實驗中證明熱是一種能量,並計算出熱功當量
(C)牛頓提出光的微粒說與後來愛因斯坦提出的光子說是完全一致的
(D)馬克士威綜合了庫倫、安培、法拉第等人的研究,提出了電磁學的四個方程式,並 以理論預測電磁波的存在
(E)近代物理的兩大支柱是量子理論與相對論。。
4.下列哪一項歷史開啟了近代物理的發展?
(A)馬克士威將電與磁的定律整合成著名的馬克士威方程式 (B)牛頓提出力學三大運動定律 (C)普朗克提出量子論 (D)惠更斯提出光的波動說 (E)愛因斯坦提出相對論。
______1. 考慮以下四個敘述:
(甲)牛頓開創了實驗物理學;(乙)伽利略發現了萬有引力定律;
(丙)焦耳證明熱是一種能量;(丁)馬克士威將電與磁統一起來,以上敘述何者正確?
(A)甲、丙 (B)丁 (C)乙、丙 (D)丙、丁 (E)甲、丁。
______2. 下列是物理學家及其發現的理論或實驗:
(甲)普朗克與量子論;(乙)克卜勒與行星運動定律;(丙)拉塞福的α 粒子散射實驗;
(丁)厄斯特與電流磁效應。以下排列何者符合歷史的先後順序?
(A)甲乙丙丁 (B)乙丁甲丙 (C)丙甲乙丁 (D)丁丙乙甲 (E)乙甲丁丙。
______3. 下列是一些科學發明及其相關物理學領域:
(甲)二極體與固態物理;(乙)秤錘、秤桿與力學;(丙)無線電通訊與電磁學。
以下排列何者符合歷史先後順序?
(A)乙丙甲 (B)丙甲乙 (C)甲乙丙 (D)甲丙乙 (E)丙乙甲。
______4. 哪一位科學家修正了牛頓力學,成為繼牛頓之後的科學巨人?
(A)愛因斯坦 (B)波耳 (C)普朗克 (D)哥白尼 (E)馬克士威。
______5. 下列有關義大利著名科學家伽利略的敘述,何者正確?
(A)信仰亞里斯多德理論 (B)曾說出:自然是數學的語言 (C)認為地球是宇宙中心 (D)提出慣性定律 (E)是一位僅重視理論的科學家。
______6. 下列有關德裔科學家愛因斯坦的敘述,何者不正確?
(A)發明微積分 (B)提出相對論 (C)解釋布朗運動 (D)解釋光電效應 (E)提出質能 等價原理。
______7. 下列有關物理學家貢獻的敘述中,何者正確?
(A)哥白尼提出地心說 (B)最早提出物體慣性的是牛頓 (C)安培發現電磁感應現象 (D)焦耳提出熱力學第二定律 (E)海森堡提出量子力學。
______8. 以下是一些物理學家及其發現的理論或定律。
甲:愛因斯坦提出相對論;乙:普朗克提出量子論;
丙:馬克士威提出電磁理論;丁:牛頓發現了萬有引力。
以下排列,何者符合歷史的先後順序?
(A)丁丙甲乙 (B)乙丙丁甲 (C)乙丁丙甲 (D)丁乙丙甲 (E)丁丙乙甲。
______9. 曾說過以「實驗來檢驗真理」,開創實驗物理學的科學家是:
(A)哥白尼 (B)克卜勒 (C)伽利略 (D)牛頓 (E)愛因斯坦。
______10. 十九世紀人類得以無線電的通訊,縮短人與人間的距離,也促進國際間交流,主要 肇因於下列哪一門物理學的研究?
(A)力學 (B)熱力學 (C)電磁學 (D)量子力學 (E)流體力學。
______11. 以下是一些物理學家及其發現的理論或定律。
甲:普朗克的量子論;乙:馬克士威提出電磁理論;丙:法拉第發現電磁感應定律;
丁:赫茲以實驗證明了電磁波的存在與光是一種電磁波。
以下排列,何者符合歷史的先後順序?
(A)乙丙丁甲 (B)乙丁丙甲 (C)丙乙丁甲 (D)丁乙丙甲 (E)丙丁乙甲。
______12. 下列敘述中,何者正確?
(A)牛頓提出三大行星運動定律 (B)惠更斯提出光的波動說 (C)庫侖發現了電磁 感應的原理 (D)牛頓發現光的折射定律 (E)瓦特證實熱是能量的一種形式。
______13. 下列有關科學家與其事蹟的敘述,何者錯誤?
(A)克卜勒歸納行星運行的數據資料,提出三大行星運動定律 (B)法拉第發現電磁 感應的原理 (C)馬克士威綜合電與磁的現象或定律,加上自己的創見,整合出馬克 士威方程式而成為完整的電磁學理論 (D)庫侖提出靜止點電荷間的電力定律,還最 早發現通電流的導線周圍會產生磁場 (E) 20 世紀初物理學有兩個重要的基礎理 論:「量子論」與「相對論」,在此兩理論基礎上發展出「量子力學」,可解釋微觀 世界中的事物。
______14. 有關於物理學的研究內容,下列各項相關的敘述,何者錯誤?
(A)研究「物質」和「能量變化」 (B)「力學」、「光學」、「熱學」皆屬於近代物理 (C)
「近代物理學」源自於二十世紀的量子論 (D)「電晶體」、「核能發電」等科技發明 都是屬於物理學的研究 (E)所涵蓋的範圍小自基本粒子,大到整個宇宙。
______15. 下列有關物理發展的理論和實驗之敘述何者錯誤?
(A)伽利略為實驗物理學的先驅 (B)牛頓在力學和光學上有卓越的貢獻 (C)焦耳 證明了熱與能量可以互相轉換,為「能量守恆定律」主要的貢獻者 (D)法拉第整合 了電學與磁學,建立了電磁學的理論基礎 (E)愛因斯坦且認為時間與空間不是絕對 不變,不同的觀察者所定義的時間和空間可以是不同的。
______16. 下列有關幾位科學家重要研究發現的敘述,何者正確?
(A)發現一連串銅片與鋅片夾潮濕硬紙板,可以產生長時間穩定電流的是安培 (B) 發現長直導線通電流時會使附近磁針偏轉的是庫侖 (C)發現一般金屬導線兩端電 壓與通過電流成正比關係的是伏特 (D)發現磁場的變動會產生電流的是馬克士威 (E)發現通電流的導線會使附近的磁針產生偏轉現象的是厄斯特。
______17. 下列是各物理學家及其發現的理論或實驗:
(甲)法拉第與電磁感應;(乙)克卜勒與行星運動定律;(丙)普朗克與量子論;
(丁)愛因斯坦與光子論;(戊)馬克士威與電磁波。
以下何者符合歷史排列的先後順序?
(A)甲戊乙丁丙 (B)甲乙戊丙丁 (C)乙甲丙戊丁 (D)乙甲戊丙丁 (E)乙甲戊丁丙。
______18. 哪一位科學家最先以實驗證實電磁波的存在,且電磁波的速度是光速?
(A)馬克士威 (B)愛因斯坦 (C)海更士 (D)赫茲 (E)普朗克。
______19. 有關物理學家對科學的重要貢獻,下列敘述何者正確?
(A)哥白尼提出地心說 (B)加利略最早提出物體運動的慣性概念 (C)安培發現電 磁感應現象 (D)焦耳提出熱力學第二定律 (E)愛因斯坦最先提出量子論。
______20. 哪一位科學家綜合電與磁的現象或定律,加上自己的創建,整合成著名的方程式並 成為完整的電磁學理論,此理論同時預測了光就是電磁波?
(A)法拉第 (B)赫茲 (C)牛頓 (D)馬克士威 (E)愛因斯坦。
______1. (84 推甄改) 下列有關幾位科學家重要研究發現的敘述,何者錯誤?
(A)發現一連串銅片與鋅片夾潮溼硬紙板,可以產生長時間穩定電流的是伏打 (B) 發現直導線通電流時會使附近磁針偏轉的是庫侖 (C)發現一般金屬導線兩端電壓 與通過電流成正比關係的是歐姆 (D)發現磁場的變動會產生電流的是法拉第 (E) 楊格以雙狹縫干涉實驗證明光的波動性質。
______2. (103 模考) 下列各科學家對原子結構的研究皆有重大貢獻,請選出不正確的描述。
(A)英國劍橋大學的拉塞褔用α 粒子撞金箔實驗,測出 α 粒子的電荷量 (B)英國湯木 生提出陰極射線的粒子就是電子,並算出電子荷質此(e/m),比值為 1.76x108 C/g (C)美國密立坎以油滴實驗測定電子的電荷量 (D)英國查兌克以α 粒子撞擊鈹,發現 中子 (E)英國莫斯利記錄電子束打到陰極射線管中的目標物所產生的 X-ray 光譜,
提出原子序數相等於原子核內正電單位數。
______3. (102 模考) 物理學發展有賴科學家努力,下列甲至丁為物理學發展的重要里程碑:下 列理論或定律,何者屬於古典物理範疇?
甲:相對論; 乙:萬有引力定律; 丙:電磁感應定律; 丁:馬克士威方程式;
戊:質能互換原理; 己:量子力學。
(A)乙丙 (B)甲乙丙 (C)乙丙丁 (D)乙丙丁戊 (E)甲乙丙丁戊己。
______4. 下列是物理學家及其發現的理論或實驗:
(甲)蓋爾曼與夸克理論; (乙)克卜勒與行星運動定律;
(丙)湯木生的陰極射線研究; (丁)厄司特與電流磁效應。
以下排列何者符合歷史的先後順序?
(A)甲乙丙丁 (B)乙丁甲丙 (C)丙甲乙丁 (D)丁丙乙甲 (E)乙丁丙甲。
______5. 在物理發展史上,有關科學家與其付出的貢獻,下列何者錯誤?
(A)哥白尼提出日心說,以太陽為中心取代地球為中心 (B)伽利略提出慣性定律,推 翻亞里斯多德的運動理論 (C)第谷多年來精確的天文觀測,提出行星運動三大定律 (D)馬克士威的研究,統一電與磁的理論 (E)普朗克與愛因斯坦理論改變舊物理學的 面貌,創造出物理學的新時代。
______6. 甲:對星系進行光譜攝影,發現所得到的譜線都有『紅移』的現象,提出進一步的歸 納公式。
乙:認為自然界有某種對稱性,既然光具波動及質點雙重特性,運動質點也可能有 波動性。
丙:以光子解釋強光照射金屬板時產生電子的現象。
丁:參考普朗克的量子化概念,提出氫原子能階模型。
上述發展與各科學家的對應,最恰當的為下列哪一選項?
選項 愛因斯坦 哈伯 德布羅意 波耳
(A) 甲 丁 丙 乙
(B) 乙 甲 丁 丙
(C) 丙 甲 丁 乙
(D) 丙 甲 乙 丁
(E) 甲 丙 乙 丁
______7. (102 模考) 科學巨人的前進步伐,仰賴理論與實驗兩條腿的交互使力。下列甲至丁為 物理學發展的重要實驗:
甲:西元 19 世紀末,德國人雷納(Philipp Lenard)完成光電效應的主要測量。
乙:西元 1961 年,德國人的恩松(Claus Jönsson)完成電子雙狹縫干涉實驗。
丙:西元 1964 年,美國人潘奇亞斯(Arno Penzias)與威爾森(Robert Woodrow Wilson) 發現不管天線朝哪一方向,均測得相同的背景輻射。
丁:西元 1801 年,英國醫師兼科學家楊格(Thomas Young)完成光雙重狹縫干涉。
上述實驗與各理論的對應,最恰當的為下列哪一選項?
選項 光波動說 物質波假設 光量子論 大霹靂理論
(A) 甲 丙 丁 乙
(B) 丁 乙 甲 丙
(C) 乙 丁 甲 丙
(D) 丁 甲 丙 乙
(E) 丁 甲 乙 丙
______8. 下列敘述何者錯誤?
(A)克卜勒歸納行星運行的數據資料,提出三大行星運動定律 (B)法拉第發現電磁感 應的原理 (C)馬克士威綜合電與磁的現象或定律,加上自己的創見,整合出馬克士 威方程式而成為完整的電磁學理論 (D)庫侖提出靜止點電荷間的電力定律,還最早 發現通電流的導線周圍會產生磁場 (E) 20 世紀初物理學有兩個重要的基礎理論:
「量子論」與「相對論」,在此兩理論基礎上發展出「量子力學」,可解釋微觀世界 中的事物。
______9. 下列何者屬於近代物理的重要貢獻?
(A)馬克士威預測電磁波的存在 (B)惠更斯提出光的波動說 (C)都卜勒發現聲源和 觀察者的相對運動會影響到觀測的頻率 (D)湯木生研究陰極射線,測得核質比 (E) 波耳提出能階量子化,成功地解釋氫原子光譜。
______1. 下列何者屬於古典物理部分?(應選三項)
(A)力學 (B)相對論 (C)光學 (D)電磁學 (E)量子物理學。
______2. 下列有關近代物理的敘述,何者正確?(應選三項)
(A)近代物理是指十九世紀後發展的物理學 (B)量子論為近代物理的重要根基 (C) 電磁學的發展屬於近代物理的研究範圍 (D)近代物理的內容修正過去古典物理觀 點,並加以發揚光大 (E)愛因斯坦是近代物理發展中重要的物理學家。
______3. 下列物理學的內容,何者屬於「近代物理」研究的範疇?(應選兩項) (A)相對論 (B)流體力學 (C)電磁學 (D)量子力學 (E)運動學。
______4. 關於物理的發展史,下列敘述何者正確?(應選三項)
(A)牛頓創立行星運動三大定律,並提出萬有引力定律 (B)焦耳從實驗中證明熱是一 種能量,並計算出熱功當量 (C)惠更斯提出光的微粒說 (D)馬克士威整理出電和磁 的四個關係方程式,並以理論預測光就是電磁波 (E)普朗克所提出的量子論與愛因 斯坦提出的相對論構成近代物理的基礎。
______5. (101 模考) 下列有關科學家與對科學家的描述哪些錯誤?(應選兩項)
(A)牛頓:強調數學在物理的重要性,曾說過宇宙是用數學語書寫成 (B)焦耳:熱是 一種物質,可使溫度升高,也可使分子運動,且熱和功可以轉換 (C)法拉第:證明 電興磁是同一概念的不同表現 (D)愛因斯坦:提出廣義與狹義相對論,並對光電效 應提出理論說明 (E)普朗克:提出量子論成功地解釋黑體輻射現象。
______6. (101 模考) 近代科學蓬勃發展,下列有關科學家藉由何項實驗,發現何者重要事項的 搭配,哪些是正確的?(應選 2 項)
(A)拉塞福-α 粒子散射實驗-發現質子 (B)道耳頓-原子說-發現原子量 (C)門 得列夫-元素原子量週期函數-提出週期表 (D)查兌克-α 粒子撞擊鈹原子-發現 中子 (E)湯木生-陰極射線-發現電子電量。
1-1 標準答案:
一、基礎題:
1.D 2.B 3.A 4.A 5.B 6.A 7.E 8. E 9.C 10.C
11.C 12.B 13.D 14.B 15.D 16.E 17.D 18.D 19.B 20.D 二、進階題:
1.B 2.A 3.C 4.E 5.C 6.D 7.C 8. D 9.E 三、多重選擇題:
1.ACD 2.BDE 3.AD 4.BDE 5.AB 6.CD
1-2 物理量的單位
(一)物理量
A、意義:
(1)在物理學中為了討論某一現象,需建立一個能代表某一特性的名詞,稱為物理量。
(2)具有方向的物理量,稱為_________,例如:位移、速度、加速度等。
(3)不具方向性的物理量,稱為_________,例如:質量、體積、密度等。
B、 單位:
(1)物理量有特定的_________,作為測量或比較的依據,物理量的數值,稱為 _________。
(2)物理量=數值+單位,測量數值=準確值+一位估計值。
(3)為了便於測量及溝通比較,物理量的單位需要有客觀及公認的系統。
(二)國際單位制(SI 制)
A、 國際單位制又稱為______制。
B、 西元 1960 年,第十一屆國際度量衡會議正式決議以公尺(_____)、公斤(______)、秒 (______)、安培(______)、克耳文(______)和燭光(______)等六個基本物理量訂為國 際單位制或稱為 SI 制。
C、 西元 1971 年第十四屆國際度量衡大會決定再加入第 7 個基本物理量──莫耳 (________),以方便測量原子或分子尺度下物質的數量。
D、 基本單位:
無法透過各種物理量組合而得到的物理單位,即稱為基本單位。
E、 導出單位:
根據物理定律或定義,將兩個或兩個以上的基本單位組合而得到的物理量單位,稱為 導出單位。
1.作用力的單位可以牛頓表示,而牛頓即為一導出單位,牛頓可以表示為_______。
(三)三大量學物理量
A、 長度的定義:
(1)物理量的單位為顧及測量的不變性及重複性,必要時會提出新的定義,或是提出新 的測量的方式。
(2)西元 1983 年的國際度量衡會議,重新定義一公尺的單位,以光速在真空中經過 299,792,458 分之一秒鐘的時間定義為 1 公尺,依此定義,也規定了光在真空中的 速率為 299,792,458 m/s。
(3)宇宙學中,常以光年(_______)來表示星球與星球間的距離,光年為光在真空中經歷 一年的時間,所行進的距離。
1 光年的時間約為____________km,或為___________公尺。
B、 質量的定義:
(1)質量的標準單位為_________。
(2)西元 1889 年時,國際度量衡大會上決定以鉑銥合金鑄造成直徑 39 毫米,高度 39 毫米的圓柱體,將此原主體的質量定義為 1 公 斤,此圓柱體稱為標準公斤原器或國際公斤原器。
(3)標準公斤原柱為目前仍使用原器的基本物理量,目前存放在法國 巴黎的國際度量衡局。
2.(104 學測) 下列何者為能量的單位?
(A)kg‧m (B)kg‧m/s2 (C)kg‧m2/s2 (D)kg‧m/s (E)kg‧m2/s。
3.已知牛頓的萬有引力定律中,
2
F GM R
= m
,其中 M、m 為物體的質量,R 則為兩物體間 的距離,而作用力的單位則為牛頓,則引力常數 G 的單位為何?(A)
N m kg
(B)N m kg
2 2 (C)N kg m
2 2 (D)N kg m
2 (E)N kg m
。C、 時間的定義:
(1)西元 1967 年時,第十三屆國際度量衡大會上規定以______原子(Cs-131)於兩特定 能階間做跳躍時,放射出特定頻率的電磁波,定義其發生 9,192,631,770 次振動所 需的時間為 1 秒。
(2)其原理為以震盪電路引起原子的共振,當震盪電路的頻率與原子能階間的放射頻率 愈接近時,原子吸收的能量愈多。控制震盪電路的頻率,可使原子完全到達特定的 激發態。
(3)銫原子鐘的振動非常穩定,不易受環境變化 的干擾,為目前最精確的計時工具。
(4)時間測量的獨立性關係到國家的核心利益,
目前全世界僅美國、法國、德國、中國等有 能力完成銫原子鐘的研發。
(四)數量級
A、 測量結果由發生極大的數字或極小的數字,因此在 SI 制的單位中加入 10 的因次,方 便作為測量的結果。
B、 常用的 10 的因次如下:
倍數 字首(英文) 字首(中文) 符號 1012 Tera 兆
109 Giga 十億 106 Mega 百萬 103 Kilo 千 10-1 deci 分 10-2 centi 厘 10-3 mini 毫 10-6 micro 微 10-9 nano 奈 10-12 pico 皮 10-15 femto 飛
C、 其他:
(1)1 埃=________公尺。
(2)原子的尺寸約為__________;原子核的大小約為____________。
D、 數量級:
(1)測量結果常需以估計值表示物理量的大小,一般以 10 的因次式表示,寫成 10n (n 為整數的因次)
(2)科學記號 ax10n也需要考慮數量級的關係,若因次式超過 0.5 次,則將因次式進位,
若因次式小於 0.5 次,則將因次式捨去。
(3)因次式 100.5表示成________=__________;
若 a ≧ ________,則將 a 進位,數量級次數加一次,寫成________。
若 a < ________,則將 a 捨去,數量級次數不變,寫成_______。
7. (103 模考) eTag 為『電子感應標籤』,遠通的 eTag 是選月 RFID 系統(無線射頻識別 系統,由感應器和 RFID 標籤所組成),其運作的原理是利用感應器發射無線電波,觸 動感應範圍內的 RFID 標籤感應器,接收標籤內碼回傳至資料庫運算扣款,完成過站 付費交易動作。假設 eTag 的頻段為 1000 MHz,則其對應的波長約為若干?(空氣中 的光速約為 3x108公尺/秒)
(A)3x10-4公尺 (B)3x10-3公尺 (C)3x10-2公尺 (D)3x10-1公尺 (E)3 公尺。
5. 完成下列數量級的表示:
(5)地球質量為 5.97x1024公斤,表示成數量級為___________公斤。
(6)質子質量為 1.67x10-27公斤,表示成數量級為___________公斤。
(7)紫光波長為 4500 埃(1 埃=10-10公尺),表示成數量級為___________公尺。
(8)電子質量為 9.1x10-31公斤,表示成數量級為___________公斤。
6. 以青銅鑄造銅像的過程中,其內部有時會混入一些小氣泡,今測得某銅像成品的密度 為 8g/cm3。已知青銅不含氣泡時的密度為 9 g/cm3,試計算該銅像成品內所含的氣 泡體積,占全部體積的
(A)1/10 (B)1/9 (C)1/8 (D)1/7 (E)1/6。
5. 完成下列數量級的表示:
(1)地球質量為 5.97x1024公斤,表示成數量級為___________公斤。
(2)質子質量為 1.67x10-27公斤,表示成數量級為___________公斤。
(3)紫光波長為 4500 埃(1 埃=10-10公尺),表示成數量級為___________公尺。
(4)電子質量為 9.1x10-31公斤,表示成數量級為___________公斤。
10. 請完成下列數據的單位換算。
(1)3g=________毫克=________kg。
(2)流經燈泡的電流為 0.2 安培=_______毫安培=________微安培。
(3)紅光的波長為 640 奈米=________m=________埃(註:1 埃=10-10m)。
(4)某廣播電臺頻率為 92.1MHz=_______kHz=_______Hz。
8.(104 學測) 克卜勒太空望遠鏡觀測編號 Kepler-8 的恆星,有一編號為 Kepler-8b 的行 星繞其公轉,據估計此行星半徑為木星的 1.4 倍,質量則為木星的 60%,則行星 Kepler-8b 的平均密度大約為木星的幾倍?
(A)2.3 (B)1.0 (C)0.8 (D)0.4 (E)0.2。
9. 某一原子之大小為 2.5 埃,此原子等於___________微米。
______1. 下列單位的時間何者最短?
(A)1 ps (B)1 ns (C)1 s (D)1 ms (E)1 s。
______2. 目前長度的基準是依照下列哪一種性質來訂定?
(A)地球形狀的對稱性 (B)光速的不變性 (C)單擺等時性 (D)光徑可逆性 (E)鉑銥合金棒的標準性。
______3. 已知L是單擺擺長,g是重力加速度,則
L
g
的單位與下列何者相同?(A)速度 (B)密度 (C)能量 (D)時間 (E)質量。
______4. 目前在科學上,秒的精確定義,是以什麼元素某一固定振動的週期性發光為標準?
(A)氪(Kr) (B)銫(Cs) (C)氦(He) (D)氬(Ar) (E)汞(Hg)。
______5. 「奈米科技」中的「奈米」相當於
(A)103公分 (B)106公分 (C)107公分 (D)109公分 (E)1012公分。
______6. 下列何者不是國際單位制的基本單位?
(A)秒 (B)公尺 (C)瓦特 (D)燭光 (E)莫耳。
______7. 下列哪一物理量不是國際單位制的基本量?
(A)速度 (B)溫度 (C)時間 (D)質量 (E)電流。
______8. 下列單位何者配對錯誤?
(A)nm、奈米、10-8m (B)μm、微米、10-6m (C)km、公里、103m (D)Å 、埃、10-10m (E)mm、毫米、10-3m。
______9. 2009年第二季,全球最大專業晶圓代工廠台積電宣布為了進一步投入32奈米等半導 體先進製程研發,將調高全年資本支出至23億美金。下列有關32奈米單位換算,何 者正確?
(A)3.21010公里 (B)3.2109公尺 (C)3.2105厘米 (D)3.2102微米 (E)3.2103埃。
______10. 下列何者錯誤?
(A)國際單位制中共有7個基本量 (B)溫度在國際單位制中單位為K (C)SI制中電 流的單位是庫侖 (D)國際單位制簡稱SI的來源是法文 (E)SI制的基本量包含發光 強度。
______11. 下列物理量中,何者為基本量?
(A)電流 (B)電阻 (C)電壓 (D)頻率 (E)照度。
______12. 「光年」是天文學上常用的長度單位,意思是指光在一年中所行經的距離,試估算1 光年數量級約為多少公尺?
(A)1012 (B)1013 (C)1014 (D)1015 (E)1016 公尺。
______13. 有一朵花自開放到凋謝歷時3天,今以曠時攝影術研究其動作,以每秒20張的速率 放映,在4分鐘內放映完,則拍攝兩張的時距間隔為多少秒?
(A)36秒 (B)42秒 (C)48秒 (D)54秒 (E)60秒。
______14. 國際度量衡會議中訂定「國際單位制」(簡稱SI制),此單位系統共有七個物理量的 單位。下列哪一項物理量的單位對應正確?
(A)時間-分 (B)電流-歐姆 (C)溫度-℃ (D)物質量-莫耳 (E)質量–公克。
______15. 下列各物理量內為單位,何者錯誤?
(A)熱能(卡) (B)重量(公斤) (C)力(牛頓) (D)密度(kg/m3) (E)功(焦耳)。
______16. 嵐嵐以尺量出手機長度為12.4公分,則手機長度可表示為多少微米?
(A)1.24x104 (B)1.24x102 (C)1.24x105 (D)1.24x104 (E)1.24x103 微米。
______17. 在原子世界裡,埃(Å )及奈米(nm)是常用的單位,試問1奈米等於多少埃?
(A)0.1 (B)1 (C)10 (D)100 (E)1000。
______18. 假設以數位相機拍攝的照片一張所占的記憶體容量為800 kB,則一個4 GB的記憶卡 約可儲存多少張照片?
(A)5101 (B)5103 (C)5105 (D)5108 (E)51012。
______19. 國際單位系統(簡稱SI)規定的基本單位之中文名稱及其符號,下列敘述何者錯誤?
(A)時間的單位:秒(s) (B)長度的單位:公尺(m) (C)質量的單位:公斤(kg) (D)電量的單位:庫侖(C) (E)物質數量的單位:莫耳(mol)。
______20. 國際單位制中,溫度的單位為何?
(A)℃ (B)℉ (C)K (D)cd (E)rad。
______21. 下列長度單位中與SI單位的關係,哪一項錯誤?
(A)1 mm=10-3m (B)1 μm=10-6m (C)1 nm=10-9m (D)1 pm=10-11m (E)1mm=106nm。
______22. SI制中常用來表示數量的字首,何者有誤?
(A)G=109 (B)K=106 (C)m=10-3 (D)μ=10-6 (E)T=1012。 ______23. 下列單位中,何者是國際單位制的基本單位?
(A)牛頓 (B)瓦特 (C)安培 (D)焦耳 (E)伏特。
______24. 病毒長度約為200奈米,相當於多少公分?
(A)2×10-5 (B)2×10-6 (C)2×10-7 (D)2×10-8 (E)2x10-9 公分。
______25. 若以國際單位制來表示力的單位,應為下列何者?
(A)m/s (B)Kg.m/s (C)Kg.m/s2 (D)Kg.m2/s (E)Kg.m2/s2。
______1. 長蛇座為天空中面積最大的星座,其中長蛇座TW距離地球約176光年,已知光從太 陽傳至地球需500秒的時間,我們將此距離稱為一天文單位(AU),則長蛇座TW與太 陽的距離,其數量級約為多少天文單位?
(A)103 (B)105 (C)107 (D)109 (E)1011。
______2. 婷婷在大賣場買了一包充電電池,電池的包裝上標明2700mAh(毫安小時)超大電力容 量,已知1個電子的電量為1.6x10-19庫侖,請問下列各項敘述,何者正確?
(A)mAh是電流的單位 (B)此電池的電功率為2700瓦特 (C)此電池兩端的電位差為 2.7伏特 (D)此電池內含9.7x106庫侖 (E)此電池內含6x1022個電子。
______3. 科學家發現地球的磁軸方向與自轉軸方向並不一致,兩者間的交角約10˚,若地球半 徑接近6000 公里,則地理北極與地磁北極兩點間的距離,大約相距多少公里?
(A)1650 (B)1450 (C)1250 (D)1050 (E)850 公里。
______4. 人體血液的重量約占體重的1/13,而血液的密度約為1.05 g/cm3,已知人體內白 血球數量的正常值約為6000個/mm3,而白血球直徑約為10-5公尺,則一個體重為 52公斤的正常人,體內血液含有白血球的總量為若干個?
(A)800T (B)20T (C)800G (D)20G (E)800M。
______5. 醫學上測量人體血液密度的方法是:在數支不同的試管內分別盛裝密度不同的硫酸銅 溶液,然後在每支試管內分別滴入一滴血液,發現有的血液在溶液中上浮,有的血液 在溶液中下沉,有的血液則在溶液中懸浮,則血液密度等於血液在溶液中懸浮的那支 試管內硫酸銅溶液的密度。以此種方式測量主要的原理為
(A)血液受硫酸銅溶液的向上總力等於血液受硫酸銅溶液的向下總力 (B)血液的密 度與硫酸銅溶液的密度相等 (C)血液四周受到各方向的液體壓力皆相等 (D)血液 受到硫酸銅溶液的浮力與硫酸銅受到血液的作用力相抵消 (E)血液在硫酸銅溶液的 不同深度中,所受到的壓力為定值。
______6. 美國NASA發射好奇號進行火星探測,並於2012年8月6日成功降落在火星表面,已知 好奇號將拍攝的影像傳回地球約需費時250秒,且光速為3x108公尺/秒,則火星與 地球的距離約為若干公里?
(A)7.5x107 (B)1.5x108 (C)3.8x1010 (D)7.5x1010 (E)1.5x1011 公里。
______7. 無線滑鼠配備一個特定的接受器,此接收器採用2.4GHz的高頻率回應,可以保證立 即的精準度,並可雜訊或其他裝置的干擾。試問:在此頻率的回應下,此接收器平均 每隔多奈秒(ns)接收一次訊號?
(A)0.24 (B)2.4 (C)4.2 (D)42 (E)0.42 奈秒。
______8. 科學家發現地球自轉速率逐漸減慢,假設地球的自轉的時間呈規律性的增加,且為 1.5x10-3秒/日,則地球的自轉週期近百年來增加了約若干秒?
(A)40秒 (B)45秒 (C)50秒 (D)55秒 (E)60秒。
______9. 戴奧辛長期累積在體內會導致慢性中毒,嚴重者會致癌,2012年時衛生署抽檢某一 鴨場時發現鴨肉所含的戴奧辛含量為1730皮克(pg),高於歐盟戴奧辛毒性當量管制標 準。請問鴨肉內所含的戴奧辛含量為
(A)1.73x10-14公斤(Kg) (B)1.73x10-10克(g) (C)1.73x10-9毫克(mg) (D)1.73x10-3微克(μg) (E)1.73x10-3奈克(ng)。
______10. 外太空有一星球上的外星生物使用的長度單位為☆,質量單位為☉,今發現1☆=
2m,1☉=0.5kg,若外星生物的質量為80☉,體積為0.5☆3,則此外星生物的密度 為若干kg/m3?
(A)5 (B)10 (C)20 (D)40 (E)80 kg/m3。 ______11. 下列各種單位的換算,何者正確?
(A)頻率:1GHz=10-3MHz (B)電量:1nC=103 C (C)波長:1pm=108 mm (D)電壓:1MV=10-3 GV (E)時間:1μs=103 ns。
______12. (103學測) 氣壓可以代表單位面積上方空氣柱的重量,某一氣象站的海拔高度大約 是3000公尺,平均氣壓大約是700百帕,在3000公尺高度以下的大氣層,約佔整個 大氣層空氣重量的多少百分比?
(A)10 (B)20 (C)30 (D)40 (E)50。
______1. 下列各物理量內為單位,哪幾項正確?(應選兩項) (A)熱量:℃ (B)重量:公斤 (C)力:牛頓 (D)密度:公克/立方公分 (E)動能:瓦特。
______2. 下列各選項中常用單位的輔助字首及所代表的意義,哪些正確?(應選三項) (A)μ,106 (B)f,1012 (C)p,1015 (D)G,109 (E)n,109。
______3. 下列哪些單位是國際單位系統的基本單位(SI制)?(應選兩項) (A)秒 (B)伏特 (C)卡 (D)庫侖 (E)克耳文。
______4. 下列各物理量的單位換算,哪些是正確的?(應選兩項)
(A)紅光波長6500埃=6.510-11釐米 (B)64 MeV=6.4107 eV
(C)紅血球細胞的直徑0.000005公尺=510-3奈米 (D)100毫微秒=10-8秒 (E)手機電池容量2300 mA.h=8280庫侖。
______5. 下列單位的換算,哪些正確?(應選三項)
(A)硬碟的容量單位是byte(縮寫為“b”),若有電腦的硬碟容量為1 Tb,相當於103 Gb (B)廣播電台所使用無線電波的頻率單位是Hz,若某電台的頻率是1 MHz,相當於103 Hz (C)容積的單位是立方公尺(m3),若有一座游泳池為100 m3,相當於108 cm3 (D) 錢幣單位是元,新鮮人的薪水是22 k元,相當於2.2 105元 (E)現今半導體的製程 技術為奈米製程,某廠商提出20奈米製程,相當於2 108 m製程。
______6. 下列有關「國際單位系統」的敘述,何者正確?(應選三項)
(A)力學上最常用的三個基本量為長度、時間、質量 (B)溫度的SI制單位是℃ (C) 功與能量有相同的單位因次,都是由長度、時間、質量三個基本量導出 (D)電流的 單位是由電量與時間兩個基本量導出 (E)光強度是一基本量,SI單位為燭光。
______7. 2009年第二季,全球最大專業晶圓代工廠台積電宣布為了進一步投入32奈米等半導 體先進製程研發,將調高全年資本支出至23億美金。下列有關32奈米單位換算,哪 些正確?(應選兩項)
(A)3.2 1011公里 (B)3.2 109公尺 (C)3.2 105釐米 (D)3.2 102微米 (E)3.2 103埃。
______8. 下列各選項中常用單位的因次字首及所代表的意義,哪些正確?(應選三項) (A)m,106 (B)k,103 (C)p,1012 (D)G,109 (E)n,1010。
______9. 由質量比8:1的金(Au)與銀(Ag)兩種金屬打造而成的皇冠,質量為900公克。已知金 的密度為20g/cm3,銀的密度為10g/cm3,則下列哪些敘述正確?(應選三項) (A)金的質量100公克 (B)銀的質量100公克 (C)金的體積約40立方公分 (D)銀的體積約為40立方公分 (E)總密度約為18公克/立方公分。
1-2 標準答案:
一、基礎題:
1.A 2.B 3.D 4.B 5.C 6.C 7.A 8. A 9.D 10.C
11.A 12.E 13.A 14.D 15.B 16.C 17.C 18.B 19.D 20.C 21.D 22.B 23.C 24.A 25.C
二、進階題:
1.C 2.E 3.D 4.D 5.B 6.A 7.E 8. D 9.D 10.B 11.D 12.C
三、多重選擇題:
1.CD 2.ADE 3.AE 4.BE 5.ACE 6.ACE 7.AD 8.BCD 9.BCE