物理

半衰期(Half-Life)

半衰期(Half-Life)
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯

半衰期廣義而言是指某一種數量減為初始數值一半所需的時間,這個概念起源於我們要描述某些原子經過放射性衰變之後其數目減半所需的時間,但是它也適用在其他的領域的各式問題上。半衰期最適合用來描述指數衰減的現象,例如:放射性衰變,在指數衰減的過程中半衰期始終是一個定值,而且是指數衰減方程式最自然的一個特徵單位。

半衰期經常用來描述不連續的實體的數目變化,在這種情況下千萬不要把半衰期理解成物體數目減半的所需時間,例如:現在有一顆放射性的原子核,它的半衰期是1秒鐘,這絕對不是意味著在1秒後這顆原子會變成半顆原子,事實上,它可能衰變成其他的原子核或仍然維持原貌不衰變。所以正確理解半衰期的意義要從機率的觀點出發。譬如我們可以觀察很多顆上例中的原子,其中有一些在1秒後會衰變,但是也有一些在1秒後不會衰變,當觀察的數目很大時,就會有一半數目的原子會衰變成他種原子核。

實驗設計 (Design of Experiment)

實驗設計 (Design of Experiment)
國立台南第一高級中學二年級陳奕廷/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師修改/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

實驗是一種特定的方法,用在科學探究或個人的疑惑上,通常是為了研究因果關係。實驗的目的常是為了檢驗一個假設(對一個現象或因果關係的機制所提出的暫時解釋)。在系統內去改變一個獨立的變因,然後研究其對實驗結果的影響。在實驗設計時有以下兩個基本考量:

1. 實驗過程中,一次只能有一個操縱變因有系統的改變,換句話說,實驗過程中其他變因皆要維持不變,排除其他存疑的變因的影響。

發電電動兩用機

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。

慣性質量與重力質量 (Inertial Mass and Gravitational Mass)

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。

簡諧運動(Simple Harmonic Motion)

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。

平均太陽日與恆星日

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)。

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