物理

鉛直圓周運動(Vertical circular motion)

鉛直圓周運動(Vertical circular motion)
台中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

常見的圓周運動的分類可以分成兩種:鉛直圓周與水平圓周。所謂鉛直圓周是指在同一鉛直面作圓周運動,而所謂水平圓周是指在同一水平面作圓周運動。圓周運動當然還有其他運動的軌跡,但是太複雜的運動,對於高中生而言,沒有能力解出運動的種種性質。

鉛直圓周運動最有名的應用是單擺,就如同水平圓周運動最有名的應用是錐動擺(圓錐擺)。鉛直圓周運動因為在同一鉛直面運動,所以是一種變速率運動,相對地,水平圓周運動因為在同一水平面運動,所以可以是一種等速率運動。

擺(Pendulum)

擺(Pendulum)
台中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

所謂擺是一種實驗裝置,利用一根繩子綁著一個重物所形成,可以用當成計時的工具,具有週期性運動,因此在早期還沒有先進的計時工具時,可以利用擺與機械齒輪裝置作成擺鐘。

一般而言,擺鐘可分為機械式與電池驅動式:機械式的擺鐘需要上發條,每經過一段時間,發條逐漸變鬆,將彈力位能釋放成擺鐘擺動克服摩擦力所損失的能量,因此需要重新上緊發條。電池驅動式擺鐘則為機械式擺鐘的改良,不再使用彈力位能,而改用電池驅動,省卻人為操作與技術的困擾。世界著名的擺鐘有英國的大笨鐘,它是一種機械式的擺鐘,現在已成為知名的觀光景點。

共振腔(Resonator)

共振腔(Resonator)
台中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

所謂共振腔是指特定波長的波在長度固定的腔體內共振。因為腔體的兩端是共振的節點,所以波共振時,腔體長度必須為半波長的整數倍。當波動為電磁波時,稱為光學共振腔。

共振腔是雷射的三個組成之一,可以依照反射面的存在與否分為開腔與閉腔兩種。最常見的光學共振腔是法布里-博羅光共振腔(Fabry–Perot resonator),當雷射在法布里-博羅共振腔共振時,一個往返行程後的相位改變必須是360度的整數倍,即m(2π),此為雷射震盪之相位條件,其 中,m為正整數。又由於自由空間之波向量k=2π/λ,若n為介質的折射率,腔長為L,則mλ/2n=L,可以用來估計雷射共振腔模,這時的模態稱為縱向 軸模態(longitudinal axial modes)。另外一方面,如果反射場所有的模態都可以垂直於共振腔軸之場(電場與磁場)所組成,這些模態稱為橫向模(transverse modes)或橫向電與磁模(transverse electric and magnetic modes, TEM)。

吸收(Absorption)

吸收(Absorption)
台中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

所謂吸收是指電磁波在經過物質轉變成其他形式的能量, 例如變成熱而造成晶格震盪(lattice oscillation)。比如說:在一個含離子的固體中,當電磁波通過時,正負離子會以不同方向震盪,因而產生另一個電磁波,所以會造成原始電磁波強度 的衰減。當原始電磁波的頻率與晶格震盪的自然頻率相同時,兩波產生共振,因此原始電磁波被吸收的強度會達到最大,亦即吸收會達到峰值,對一般晶體而言,這 樣的峰值大多落在紅外光區,所以大部分的電磁波被吸收後,轉變成熱能。

上圖為可吸收各種波長的太陽光譜,即使在早晨、黃昏或陰天等非理想環境狀況下,都可有效轉換產出更多的電能。

發光二極體照明(LED lamp)

發光二極體照明(LED lamp)
台中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯
所謂發光二極體照明是指利用發光二極體作為照明光源的裝置。由於發光二極體(light-emitting diode, LED)具有省電、發熱少的特性,因此在近幾年,高效率發光二極體的研究成功以後,迅速滲透進照明市場,目前雖還未能全面取代日光燈的地步,但在電腦與手 機液晶螢幕的背光源,已能逐漸取代原本的日光燈成為新的背光源。

藍光雷射(Blue laser)

藍光雷射(Blue laser)
台中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

所謂藍光雷射泛指發出藍色可見光的雷射,常見的藍光雷射發光波長應界在360到480奈米。目前市面上最常見的藍光雷射是由中村修二(Nakamura)在日亞化學(Nichia)公司研發出來的氮化銦鎵雷射。

常見的藍光雷射結構,由n到p可以分成以下幾層:

福爾摩沙衛星(Formosa satellites)

福爾摩沙衛星(Formosa satellites)
台中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯


台灣目前已經發射的人造衛星共有五顆,前面三顆分別是福爾摩沙衛星一號(Formosat-1)、福爾摩沙衛星二號(Formosat-2)與福爾摩沙衛星三號(Formosat-3)。第四顆則為中新一號,第五顆人造衛星為中心二號與前三顆為不同的人造衛星。

愛因斯坦 (Albert Einstein)

愛因斯坦 (Albert Einstein)
國立彰化師範大學物理學系研究所許嘉榕研究生/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

愛因斯坦為20世紀猶太裔理論物理學家、思想家及哲學家,也是相對論的創立者。愛因斯坦被譽為是現代物理學之父及二十世紀最重要的科學家之一。愛因斯坦的重大貢獻為創立狹義相對論、廣義相對論、量子論、統一場論。

愛因斯坦(1879-1955)生於德國,從小不是一個頂級水平的學生。隨著愛因斯坦的長大,他在數學方面表現出特別的天賦。愛因斯坦在1905年發表了 六篇劃時代的論文,分別為:《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》、《分子大小的新測定方法》、《熱的分子運動論所要求的靜液體中懸浮粒子的運動》、 《論動體的電動力學》、《物體的慣性同它所含的能量有關嗎?》、《布朗運動的一些檢視》。因此這一年被稱為「愛因斯坦奇蹟年」。100年後的2005年因此被定為「世界物理年」。

湯姆生 Joseph John Thomson

湯姆生 Joseph John Thomson
國立彰化師範大學物理學系研究所許嘉榕研究生/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

湯姆生〈1856-1940〉於1897年發現電子以及對於氣體放電理論和實驗有重大貢獻,因而獲得1906年諾貝爾物理獎;研究空管的陰極射線,測定其「荷質比」為常數,提議陰極射線是來自原子的帶電粒子組成。後來公認此係電子的發現,於是打破原子不可分的成見。湯姆生他是第一位發現元素具有同位素的人,並成功地從氖-20中分離出氖-22;他也第一個提出原子模型的人-「葡萄乾布丁模型」,後來他的學生將此模型改進成今日的原子核模型。

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