物理

法蘭克(James Franck)-赫茲(Gustav Ludwig Hertz)實驗

法蘭克(James Franck)-赫茲(Gustav Ludwig Hertz)實驗
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

赫茲實驗在近代物理的發展進程中是支持波耳氫原子模型的一個強而有力的實驗年德國的物理學家法蘭克(James Franck)和赫茲(Gustav Ludwig Hertz)想要利用實驗的方法找到原子能階的證據,經過一番努力,他們發表了現在名為「法蘭克赫茲實驗」的實驗成果,這個結果非常明確簡潔地說明了原子內部的確存在著某些特定的不連續的能階。法蘭克赫茲實驗證實了波耳量子化的原子模型,對於後來量子物理的發展,具有很大的貢獻。因為這項工作,法蘭克和赫茲兩人共同分享了1925年的物理諾貝爾獎

這個經典實驗的主要實驗儀器是一個類似真空管的管狀容器,內部充以低壓的水銀蒸氣。這個管狀容器內還安裝了三個電極:發射電子的陰極,網狀用以加速電子的柵極,以及收集電子的陽極。陰極的電位低於柵極跟陽極的電位,而陽極的電位又稍微低於柵極的電位。陰極與柵極之間的加速電壓是可以調整的。從陰極發射出來的電子,由於加速電壓作用,往柵極移動的速度和動能會增加。到了柵極,有些電子會被吸收;有些則會繼續往陽極移動。通過柵極的電子,必須具有足夠的動能,才能夠抵達陽極;否則,會被柵極吸收回去。與陽極線路串聯的安培計可以測量抵達陽極的電流。

狹義相對論簡介(Special Relativity)

狹義相對論簡介(Special Relativity)
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

狹義相對論是1905年愛因斯坦在一篇名為「論運動體的電動力學」的論文中所提出的物理理論。在這一篇論文中愛因斯坦重新思考了在物理學中關於空間與時間的概念以及這兩者之間的關係,並將本來僅適用於牛頓力學中的伽利略相對性原理擴充到電磁學的領域,也就是讓馬克士威的電磁方程式對不同的慣性座標系具有相同的形式。

檢流計

檢流計 (Galvanometer)
臺中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學系洪連輝教授責任編輯

所謂的檢流計,是一種可以測量電路中電流的電流計,其原理裝置圖如下:

如圖所見,中間是一個鐵製的圓柱,上面纏有 $$N$$ 匝的線圈,並由永久磁鐵環繞包覆,最後線圈再連接指針和一個渦形的彈簧。如此一來,導線通有電流時,會產生一個向下的磁力(大拇指指向電流方向、四指指向磁場方向、掌心指向受力方向,而圓柱頂面的導線平行磁場,故不產生磁力,產生的是圓柱側面的導線),此磁力會對線圈造成力矩,我們知道 $$N$$ 匝線圈在磁場中所受的力矩為:

$$\tau = NIAB\sin\theta$$

其中 $$A$$ 為線圈所包覆的面積、$$B$$ 為徑向(平行鐵製圓柱半徑方向)的磁場、$$\theta$$ 為線圈法方向和 $$B$$ 的夾角。

磁力(Magnetic Force)

磁力(Magnetic Force)
台中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學系洪連輝教授責任編輯

所謂的靜電力指的是將電荷放進電場中所受到的力,磁力亦是如此,若電荷在垂直的磁場中以速度v移動,也會受到磁力的影響而改變運動方式。

首先,我們討論載流導線在磁場中的受力情形。現有一個穿出紙面的均勻磁場,在磁場中我們放入一個長L、載有電流I(方向由右到左)的導線(如圖一),發現導線受力作用而運動,受力方向如圖二所示。

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