發電電動兩用機 (Electric motor-generator)
中港高中物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

所謂發電電動兩用機就是指以直流發電機與直流電動機合體的雙重用途機器，在我們需要電能時，它可以當成發電機；當我們需要力學能時，它可以當成電動機（通常以電扇的形式出現）。它的原始構想是來自於電動機與發電機的主要構造都是電樞、電刷、場磁鐵以及整流子或集電環，因此只要外加開關，分別連接電源或出電路（我們以發光二極體代表）變成作成電動發電兩用機。

圖一、電動發電兩用機設計原理示意圖。藍色與紅色為場磁鐵，中間為電樞，連接到黑色區塊為整流子或集電環，接著為電刷，再連接到外線路。

電動發電兩用機的好處是：在夏天可以把它當作電風扇使用；到了冬天，我們不再需要電風扇，可以利用冬天的季風來發電，提供室內照明之用。甚至在颱風夜停電時，因為電扇不能發揮功能，如果利用颱風的強風，電動發電兩用機可以用來當成緊急照明設備。

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動能（剛體的動能）（Kinetic Energy）
臺北市立麗山高級中學第六屆簡佑軒/臺北市立麗山高級中學金佳龍老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

在古典力學中，一個質點（物體尺寸大小可被忽略）或是不旋轉的剛體，其動能可用方程式

$$\displaystyle E_k=\frac{1}{2}mv^2$$

表示，其中 $$m$$ 是物體的質量，而 $$v$$ 是物體的速度。
舉例來說，當質量 $$80~kg$$ 的物體以每秒 $$18$$ 公尺的速度運動時，該物體的動能為：

$$\displaystyle \frac{1}{2}\cdot 80\cdot 18^2=12,960~joules$$

其中動能的值是隨著速度的平方增加。也就是說假如速度成為兩倍，那麼便會有四倍的動能，因此一部車以兩倍度速度前進時，如果假設有固定的煞車力量，則將需要四倍的煞車距離。

一個質點或是不旋轉的剛體其動能和動量的關係可用下列式子表示：

$$\displaystyle E_k=\frac{p^2}{2m}$$

參考資料：
http://en.wikipedia.org/wiki/Kinetic_energy

慣性質量與重力質量(Inertial Mass and Gravitational Mass)
台北市立第一女子高級中學陳柏方/台北市立第一女子高級中學黃克雄老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

慣性質量是表示物體慣性的大小，也就是維持或改變物體運動慣性的難易程度。 Continue reading →

簡諧運動（Simple Harmonic Motion）
台北市立第一女子高級中學黃韻心/台北市立第一女子高級中學黃克雄老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

振動(vibration)是一種週期性的運動，也就是經過一定時距後會重複的運動。而簡諧運動即是振動的一種特殊形式。在真實的世界中，所有振動體的運動 都將因摩擦力而逐漸減緩進而停止；因此，我們需要藉由加入能量來維持物體的振動。不論如何，我們通常考慮其為一理想狀態──力學能在此系統中是守恆的；換言之，物體將無限期地振動。 Continue reading →

光年、天文單位、秒差距 (Light Year, Astronomical Unit, and Parsec)
臺北市立第一女子高級中學邊鈺皓/臺北市立第一女子高級中學黃克雄老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

在廣大的宇宙中，星體與星體間的距離非常遙遠，如果我們使用一般的長度單位，數字將會大的驚人。因此科學家訂出了新的單位，使得描述這些遙遠的距離變的更加方便。

光 年是最常用的單位之一，我們所看到描述星體間的距離幾乎都是用「光年」作為單位。所謂的「光年」最早僅定為「光在真空中一年間內所傳播的距離」，然而「一年」這個概念在不同曆法中長短不一，因此國際天文學聯合會(International Astronomical Union)將定義更正為：在儒略曆(Julian calendar)的一年中(即365.25日，每日86400秒)，在自由空間以及距離任何引力場或是磁場無限遠之處，一個光子所行走的距離。我們知道光在真空中的速度被定義成每秒 299,792,458公尺，因此根據此定義一光年將等於9,460,730,472,580,800公尺。

光年是一個很大的單位，那麼對於那些較短的距離我們該怎麼辦？像是月球到地球的距離之類的問題，如果使用「光年」數字將變的很小，因此就有了像是光秒(Light second)、光分(Light minute)、光日(Light day)等單位的出現。
另外一個常用的單位是天文單位(AU)。天文單位最初的定義是指：地球繞日軌道的半長軸的長度。1976年國際天文學聯合會把一天文單位定義為：一顆質量可忽略、公轉軌道不受干擾且公轉週期為一高斯年(365.2568983日)的粒子與一個質量為一個太陽的物體的距離。目前被大家所接受的天文單位約等於149,597,870,691±30公尺。

最初開始使用天文單位的時候，它的實際大小並不是很清楚。後來天文單位的實際大小藉由視差法，來準確地找到。但由於引力常數的不確定，和太陽的質量並不準確。所以在使用天文單位時，所搭配的質量單位通常為太陽質量而不用公斤和公里。

在天文上，秒差距(pc)是很常使用的距離單位。視差法是一種古老、標準的測量方法。藉由這個方法，我們可以知道一秒差距的大小。一個秒差距的定義為：以一個天文單位為底邊所對應的三角形內角的大小為1秒時，這個三角形的一條邊的長度(如圖一)。一秒差距等於206,265 AU。

單位對照表：

參考資料
天文物理辭典(oxford)
維基百科 http://www.wikipedia.org
NIST http://physics.nist.gov
International Astronomical Union http://www.iau.org

平均太陽日與恆星日 (Solar day and Sidereal Day)
臺北市立第一女子高級中學許嘉容/臺北市立第一女子高級中學黃克雄老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

※太陽日：太陽連續兩次正射地球上同一子午線(經線)所經過的時間。或說以太陽為參考點，太陽東昇至正午時（竿影是最短的時候）到第二天太陽又再度升到正午的位置時之間的時間長度，即稱為一個太陽日。

※恆星日：恆星日是以恆星為參考點，晚間恆星東昇至最高點時到下一晚間此恆星又再昇到最高點之間的時間長度，即稱為一個恆星日，恰好是地球自轉一周的時間(23時56分又4.091秒)。因為恆星距離地球很遠，所以地球讓太陽公轉時的移動位置差距，所造成的視覺影響很小（比地球自轉的影響小很多）。 Continue reading →

生活中的繞射實例(Examples of Diffraction in Everyday Life)與歷史發展
國立台南第一高級中學二年級王昱哲/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

繞射現象在日常生活中處處可見。最具有特色的繞射現象是與光有關的下列實例，舉個例子：在CD或DVD表面具有排列密集的軌道，原會呈現繞射光柵的效應，使我們能夠看到光碟片上像彩虹般色彩繽紛的圖案。這項物理原理可被推廣至設計一個可產生任何想要圖案的光柵；信用卡上的全像片(hologram)即為一例。大氣層中因微小粒子所產生的繞射，可以在如太陽或月亮等高亮度光源周圍，產生一圈光暈。當一項堅硬的固體被密集的光束所照射，在其影子的邊緣上可看見細小的亮紋分佈。以上所敘述的現象均歸因於光是一種波動。

任何一種波皆可產生繞射。海波在防波堤或其他障礙物上產生繞射。聲波可在物體上繞射，這也是為什麼別人可以聽到我們在一棵樹木後面叫他的聲音。繞射也可能在技術應用層面上形成問題，例如繞射影響了照相機、望遠鏡或顯微鏡等光學儀器的鑑別能力(resolution)。

繞射的現象最早由 Francesco Maria Grimaldi細心觀察發現；他並且從拉丁文引進一字“diffringere”，原意為把一物摔成碎片，現在變成英文的“diffraction”，解釋為一束光在不同的方向分割散射出去。但Grimaldi之觀測結果卻是在他死後才發行於世。牛頓研究了他的研究結果，並且將這些現象歸因於光的曲折變化。James Gregory觀察了羽毛所造成的繞射圖案，此圖案是人類史上第一個被觀測到的光柵繞射。1803年，Thomas Young進行著名的夾縫干涉實驗，他觀測由於兩個間距緊密的夾縫，產生的波的干涉現像。他利用光波從兩夾縫間發射而相互干涉的結果，來解釋光是以波的形式行進。Augustin-Jean Fresnel做了繞射現像更有決定性的計算與研究，並且在1815年和1818年發表，也因此給了Christiaan Huygens與Thomas Young所共同發表的理論－“光是一種波”的理論強大支持，與牛頓所發表的“光是一種粒子”的論述相抗衡。

參考資料：
http://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction_grating

單擺（Simple Pendulum）
台北市立第一女子高級中學陳柏方/台北市立第一女子高級中學黃克雄老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

單擺是一種懸掛於定點且在重力影響下往複擺動的物體。最基本的單擺可由一條繩(或竿)和一個錘所組成，繩的一端掛錘，另一端固定。

由於單擺週期是恆定的，所以可作為計時器。如果單擺在小角度 ($$\theta<5^\circ$$ 或 $$\sin\theta$$ 趨近 $$\theta$$)的擺動情況下，其擺動可視為簡諧運動。單擺週期只受擺線長度及重力加速度影響，而與擺錘質量或釋放時擺線的角度無關。 Continue reading →