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17-1 對物質的探索. 第 十七 章 物質與能的世界. 物質的定義： 占空間 、 具質量 者 受地心引力作用而具有重量（ W = mg ） 物質的三態 （三相） 1. 固體：有一定形狀和體積 2. 液體：沒有一定形狀和但有一定體積 3. 氣體：沒有一定形狀和體積 物質的組成 1. 古希臘觀點：組成所有物質的四個元素 水 氣 土 火 2. 道耳吞 原子說 ：物質由 原子 組成 （ 19 世紀初，英國） 3. 輻射的發現 X 射線 （ X 光） ：德國人 侖琴 發現 （西元 1895 年）.
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17-1對物質的探索 第 十七 章 物質與能的世界 物質的定義：占空間、具質量者 受地心引力作用而具有重量（W = mg）物質的三態（三相）1.固體：有一定形狀和體積2.液體：沒有一定形狀和但有一定體積3.氣體：沒有一定形狀和體積物質的組成1.古希臘觀點：組成所有物質的四個元素 水 氣 土 火2.道耳吞原子說：物質由原子組成（19世紀初，英國）3.輻射的發現X射線（X光）：德國人侖琴發現（西元1895年）
17－1對物質的探索物質的組成3.輻射的發現X射線（X光）：德國人侖琴發現（西元1895年） 具穿透性（肉眼不可見），用於醫療及檢測（西元1901年第一屆諾貝爾物理獎得主：侖琴） 放射線發現：法國人貝克勒（西元1896年） 鈾的鹽類放出放射線（似X光），使底片感光4.電子的發現：英國人湯木生（西元1897年）5.某些不穩定原子核會放出放射線 法國人居禮、居禮夫人及紐西蘭人拉塞福研究 拉塞福的『原子模型』6.質子的發現：拉塞福7.中子的發現：查兌克
17－1對物質的探索偉大的科學家： X射線的發現者：德國人侖琴 侖琴 第一張 X光片
17－1對物質的探索原子結構1.原子由原子核與核外電子構成2.原子核由質子與中子組成17－1對物質的探索原子結構1.原子由原子核與核外電子構成2.原子核由質子與中子組成 1.電性： 電子 質子 中子2.質量： 質子中子>電子（1840倍）3.原子序＝質子數 決定了元素的種類4.質量數＝質子數＋中子數 約略等於原子的質量
17－1對物質的探索同位素：質子數相同，但中子數不同的原子 表示法如下：eg.這些中子數不同的氧原子雖化學性質相似，但原子質量卻 不相同。 原子核衰變：不穩定的同位素原子核， 會放出放射線（、、）， 直到變成穩定的元素為止， 此過程稱為『衰變』
17－1對物質的探索放射線三種類：拉塞福發現17－1對物質的探索放射線三種類：拉塞福發現 氦原子核
17－1對物質的探索放射線用途1.煙霧警報器 內含有微量放射性元素鋂-241，產生 射線使 內部空氣中的氧或氮氣失去電子，而使其內的 平行極板形成通路。當發生火災時，若煙霧進 入警報器，平行極板形成斷路，警鈴就會響起。2.碳-14定年法 用碳-14衰變後的殘餘量推測出土物體年代3.鈷-60癌症治療 用產生的 射線治療4.農業用途
17－1對物質的探索範例eg1.關於 、 、 三原子的敘述，何者錯誤？（ ） 三者都屬於氧原子 三者化學性質相同 三者質子數不同 三者中子數不同eg2.、、三放射線，回答下列問題： 穿透力的強弱順序？。 以3mm的鋁片阻擋，何者能被阻擋？。eg3.如右的元素表示法，可知鈾原子核： 質量數＝ 質子數＝。 電子數＝ 中子數＝。eg4. 放射出一個 粒子後，為何衰變成 ？【補充】
17- 2能的形式與能的轉換 能量：做功的本領1.光、電、熱能…，能量之間可以互相轉換2.能量守恆定律： 能量不會無中生有，也不會消失，只是由一種 形式的能量轉換成其他形式的能量，但能量的總值維持不變能量的形式1.化學能 2.動能 3.位能 4.熱能 5.電能 6.光能7.聲能 8.核能
17－2能的形式與能的轉換能的形式解說1.化學能：物體內部儲存的能量，藉化學反應釋放eg.食物、酒精、木材、瓦斯（天然氣或液化石油氣）、 汽油、煤、電池… 2.動能：運動中的物體具有的能量 同一物體的運動速率愈快，其動能愈大eg擺動的鐘、運動中的子彈… 3.位能： （1）重力位能：物體高度愈高，位能愈大 （2）彈力位能：施力於弓弦（彈簧）時儲存eg.玩溜滑梯時，由高處下滑，重力位能轉變為動能及摩 擦產生的熱能eg.射箭時，拉弓時彈力位能儲存，放開時，漸次轉成動能將箭射出
17－2能的形式與能的轉換能的形式解說4.熱能：物質發生變化常伴隨熱能產生eg.H＝msT 5.電能：6.光能：輻射能的一種形式eg.太陽光、…紅外線、紫外線等不可見光具有能量7.聲能：eg.聲音共鳴 證明『聲音能傳遞能量』 8.核能（原子能）：最強大的能量eg.太陽、核電廠能量守恆定律 在質量一定的情形下，能量雖經轉換，但能量總值維持不變
17－2能的形式與能的轉換能量形式圖說二 音叉共鳴的條件？。 電能 光、熱能 化學能 光、熱能 電能 聲能、熱能 電能 光能、熱能
17- 3功與能 功（Work）涵義： 因外力施於物體，造成物體能量變化 A B 思考：物體受外力F，為何有力的二大效應？（1）物體運動：物體自外界得到能量（2）物體運動：物體失去能量（3）物體維持：沒有能量增減 功 施力體 簡單的說：功就是。
17- 3功與能 功傳遞了嗎？【物體收到能量了嗎？】 要看而定。 F對車做功？。 F1對車做功？。 F2對車做功？。 人以外力 F的拉力拉一拖車，使之水平移動 S 位移 車子並沒有在施力 F的方向上有位移，而是在水平方向上 車子自外界得到能量（功）了嗎？ 真正使車子向水平移動的力是。【由而得】此人對車子作功【 】
17－3功與能功（W）的定義：作用力與沿力方向上位移之乘積17－3功與能功（W）的定義：作用力與沿力方向上位移之乘積 功的單位：能量單位 （1）N.m＝牛頓.米＝焦耳＝J（2）kgw.m＝公斤重.米 （3）gw.cm＝公克重.公分 牛頓或公斤重、公克重 公尺或公分 1.試推演「牛頓.米＝焦耳」的過程？2.你還學過哪些能量單位？
17－3功與能功的正、負、零值：功非向量，但有正負 表示了受力體與施力體間的能量傳遞方向 （1）正功：物體能量 運動愈快 （2）負功：物體能量 運動愈慢（eg.摩擦力） （3）零功：物體能量 F＝0 時 S＝0（在 F沿線上沒有位移時 ） FS 都視為『沒有做功』的情形 W＝F X S F S （FS 指向平行同向） W＝－F X S F S （FS 指向平行反向）
17－3功與能功的圖說 圓周運動
17－3功與能功的運算範例eg1. （ ）阿鈞搬運相同質量的行李上四樓，第一次花了2分鐘，第二次花了3分鐘，則下列敘述何者正確？ˉ (A)第一次搬運作功較多ˉ(B)第二次搬運作功較多ˉ (C)兩次搬運作功相同ˉ(D)兩次作功皆為0。eg2.如下圖，以下列三種不同的方式，將某物體由一處移至另 一處，試求施力對物體所作的功？ F＝100N F＝50N 6m 3 m 10 m 3 m F＝30N
17－3功與能作業eg1.用5kgw的力將2kgw的物體往上提升5m，則(1kgw＝9.8N) 施力作功ˉˉˉˉJ。 重力作功ˉˉˉˉJ。eg2.阿鈞以10N的力背著自己的書包往前走了10m，接著走上6m高的頂樓，則阿鈞對書包所作的功為ˉˉˉˉˉJ。eg3.換算：1Kgw.m=（ ）N.m＝（ ）J。eg4.小鈞以水平方向的力，推動40Kg物體，一起以1m/s等速 前進10m，若摩擦力4N，則： 小鈞作功？。 摩擦力作功？。 重力做功？。 合力作功？。eg5.判斷功的正負零： 重力對下落的物體作功 向心力對作圓周運動物體 擺繩拉力對擺錘作功 重力對上拋物體作功 重力對上升中的擺錘作功 物在平面等速，合力作功 浮力對下沉中的物體 摩擦力作功 手提物不動
17－3功與能動能（Ek）：物體因所具有的能量 有者，即有動能（EK m； EK V2） 動能單位：焦耳（J）＝ 計算時，代入值單位限制： m用 V用。 Q 小問題 1. 物體5公斤，速率10m/s，其動能焦耳。2. 物體2公斤，自78.4公尺自由下落，求著地時動能焦耳。
17－3功與能位能（U）：物體因所具有的能量 位能就是【 】 位能單位：焦耳（J）＝ 計算時，代入值單位限制： m用 g用。 h用。位能的形式：重力位能、彈力位能 mg h Q 小問題 1. 物體5公斤，距地面10公尺，具位能焦耳。2. 物體1公斤，在水平面上運動2公尺，具位能焦耳。
17－3功與能能量的守恆：說明了能量間能夠互相轉換 重力作用下，動能與位能的總和為定值eg.外力對物體所作的功 因：。eg.摩擦力對物體所作的功 因：。eg.在高處的重物將木樁打入地下 因：。eg.在高處下落的物體，速率愈來愈快 因：。eg.在斜面自由滾下的物體，速率愈來愈快 因：。eg.單擺從最高處自由下滑，速率愈來愈快 因：。
17－3功與能能量的互相轉換說明例eg1.說明以下動能、位能的變化情形？ 上拋物體的運動過程：EK；U。 自由落體的運動過程：EK；U。 水平面上加速運動的車： EK；U。 在同高度等速飛行的飛機： EK；U。 單擺的運動過程：A C： EK；U。C E： EK；U。
17－3功與能等加速度運動公式 加速度a t 秒間隔 外力F V1 V2 m m X=S 一昧死記公式， 倒不如全忘了它！
17- 4簡單機械 機械：助人作功的裝置 只是能量，機械本身不生能量也不省能量機械使用目的 （施力F；抗力W） 絕不能省功 （1）省力（費時） F＜ W（2）省時（費力） F＞ W（3）方便（改變施力方向） F＝ W
17－4簡單機械機械的角色：能量傳遞者 工作原理：遵循定律 W1 W2 物體 人外力 機械 W1：人之外力對機械作功（輸入能量）W2：機械對物體作功（輸出能量） （1）在無機械阻力下：W1＝W2外力對機械作功＝機械對物體作功 （2）在有機械阻力下：W1＞W2W1＝W2＋熱能
17－4簡單機械機械如何傳遞能量 若人施外力F，下壓槓桿 L公尺，能將物體抬高 h 公尺（物體重量 W公斤重，物體質量m公斤）外力對機械作功＝機械對物體作功＝物體提昇之位能
17－4簡單機械槓桿討論 比較 F與 W之大小，決定機械目的（1）支點在中區的槓桿：省力與否由比值d1/d2決定 F：施力；W：抗力d1：抗力臂d2：施力臂 d1 d2 W F 上升 h 公尺 下拉 L 公尺 1. 試討論上述d1/d2 比值的大小（＞1；＜1；＝1），來了解此 型槓桿的機械目的為何？
17－4簡單機械槓桿討論 比較 F與 W之大小，決定機械目的（2）施力在中區的槓桿：必省時（費力） F d1 上拉 L 公尺 F：施力；W：抗力d1：抗力臂d2：施力臂 d2 W 上升 h 公尺
17－4簡單機械槓桿討論 比較 F與 W之大小，決定機械目的（3）抗力在中區的槓桿：必省力（費時） F 上拉 L 公尺 d2 F：施力；W：抗力d1：抗力臂d2：施力臂 d1 W 上升 h 公尺
17－4簡單機械輪軸裝置： （1）構造：兩個半徑不等 的圓輪，固定在同一 轉軸 大圈叫輪。 小圈叫軸。 輪轉一圈，軸轉圈。（2）輪半徑 R、軸半徑 r R＞r 抗力W 施力F
17－4簡單機械輪軸討論： （1）施力在輪上 省力（費時） （2）施力在軸上 省時（費力） 抗力W 上升 h 公尺 施力F 下拉 L 公尺
17－4簡單機械輪軸應用：喇叭鎖、方向盤、螺絲起子17－4簡單機械輪軸應用：喇叭鎖、方向盤、螺絲起子
17－4簡單機械滑輪圖示：是槓桿的變形（1）定滑輪：操作方便 F＝W；L＝h（手上拉1公尺；物體上升1公尺 ）（2）動滑輪：必省力 F＝1/2 W；L＝2h（手上拉2公尺；物體上升1公尺 ） 定滑輪 動滑輪
17－4簡單機械斜面圖示： 金子塔如何造成的？ 楔形（劈）
17－4簡單機械斜面討論：必省力 W 斜面長 L 施力F 斜面高h W 人沿光滑斜面施水平力F，將 W公斤重物體，推至斜面頂。（斜面長 L公尺；斜面高 h公尺） 外力對機械作功＝機械對物體作功＝物體提昇之位能
17－4簡單機械斜面應用：樓梯、蜿蜒山路、螺絲、瓶蓋、刀刃口17－4簡單機械斜面應用：樓梯、蜿蜒山路、螺絲、瓶蓋、刀刃口 螺紋密 螺紋疏 哪種紋路的螺絲比較省力？ 哪個斜面比較好爬？ 楔形（劈）
17－4簡單機械簡單機械範例eg1.區別以下機械種類及判斷其省力或省時： 球棒 螺絲起子 斜面 輪軸 釣竿 羽毛拍 動滑輪 釘書機 方向盤 螺絲eg2.分以Fa、Fb、Fc外力將60 Kgw物體（如下），抬高2 m： （1）最少須施力？Fa＝Kgw、Fb＝Kgw 、Fc＝Kgw 。 （2）三力對物體作功何者最大？。
17－4簡單機械簡單機械範例eg3.輪軸裝置如圖，欲吊起40 kgw之物體： （1）施力F＝Kgw。 （2）施力下拉1m時，物體上升m。 （3）當輪轉 5圈時，軸轉了圈。 （4）這個機械是省力還是費力？。eg4.如圖的滑輪，回答下列問題： （1）三者至少應施力多少可舉起物體？ （2）若此三作用力往上或往下拉 4公尺，物體將各上升 多少公尺？
17- 5能源的利用與開發 能源的利用： 能量經轉換後，只會減少（熱能散失），不會增加 （1）煤：古代植物形成，主要成分是。含碳成分愈高、含水..等愈低，煤質愈好 （2）石油：古代動植物形成，成分是。 （3）天然氣：古代動植物形成，主要成分是。 （4）核能：能源的開發 （1）汽電共生系統 （2）水力、風力、火力 （3）太陽能 （4）地熱 （5）潮汐
17－5能源的利用與開發衰變：不穩定的原子核會放出放射線，直到變成 穩定的元素質能互換公式：衰變減少的質量可以轉變成能量 西元1905年愛因斯坦提出1.光速C＝3 ×108 m/s 2.單位限制：m用Kg；C用m/s E 的單位：焦耳J Q 小問題 1.1公克的物質若完全轉換成能量，相當於焦耳。
17－5能源的利用與開發核能發電1.利用核反應器中連鎖反應產生的熱能來發電2.核反應：核分裂3.核反應器燃料：3 ﹪的鈾-235 慢中子撞擊鈾-235 使原子核發生連鎖反應 連鎖反應 U-235 分裂 U-235
17－5能源的利用與開發核能發電－沸水式反應爐17－5能源的利用與開發核能發電－沸水式反應爐 1.反應爐：碳鋼合金（ 18cm厚）2.圍阻體：鋼筋混凝土（ 1 ~ 2m厚）
