動手學科學/物質科學/2022公開課/評量準備
世界其實很簡單
孤立系統守恆量：
- 質能守恆
- 電荷守恆
- 角動量守恆
- 動量守恆(以後再說)
四種基本作用力：
- 重力
- 電磁力
- 強作用力(以後再說)
- 弱作用力(以後再說)
前七課次考十二個原理
- 重力
- 重心
- 作用力與反作用力原理
- 角動量守恆
- 虎克定律
- 能量轉換
- 理想氣體方程式
- 白努力定律
- 基本電路
- 色光三原色
萬有引力(重力)
一、重力
- 任何兩個有質量的物體，彼此之間都會有吸引力，這就是重力。
- 地球表面，相較於地球的重力，人跟人之間的吸引力太小，可以忽略不計。
重力的應用
- 啄木鳥的鳥體會逐步往下降
- 憤怒鳥最終也會落地
- 射紙牌，飛行的紙牌最終也會落地
- 老師放手百元鈔，百元鈔會落下
二、重心
找出剛體的重心(補圖,不規則的平衡)
懸吊固體，向下畫第一條鉛垂線；再換個懸吊點，再向下畫第二條鉛垂線；兩條鉛垂線的交點，即為固體的重心。
再轉換其他懸吊點，向下畫鉛垂線，還是會通過上述的重心。
重心的作用
- 物體的重心，落在支撐點(面)的正上方或正下方，就能維持平衡。
- 沿著物體前進方向畫線段，物體的重心，位於它線段的前半段，物體就會依前進方向飛行而不會翻滾。
重心的應用
- 平衡的槓桿(補圖)
- 玩具平衡鳥
- 鐵絲平衡鳥(補照片或影片)
- 漂浮鐵鎚：
- 不倒酒瓶：
- 殘廢的身體：腳尖跟額頭靠在牆面，接著請其墊起腳尖。此動作做不出來。(補圖)
- 吹箭前端加少許黏土，用配重使重心在前，吹箭就不會翻滾
- 射擊氣球時，在氣球一端約5cm處纏上三圈的水電膠布，用配重使氣球的重心在前，氣球前進就不會翻滾
- 滑膛炮炮彈
力與運動
三、作用力與反作用力原理
作用力與反作用力大小相同，方向相反，作用於不同的物體上。
作用力與反作用力原理的應用
- 竹蜻蜓騰空，葉片打空氣向下，空氣就打葉片向上。(補截圖)
- 射擊氣球時，手放開，氣球推手指，氣球自己向前。(補截圖)
- 水火箭，二氧化碳空氣團向下運動，寶特瓶向上運動。
- 子彈、炮彈、火箭彈，火藥燃燒噴氣，空氣團向後運動，彈體向前運動。
四、角動量守恆
- 角動量是向量，其方向垂直於旋轉平面。通常比右手以示方向，四指為旋轉方向，拇指為角動量方向。
- 角動量(L)的大小＝半徑(r)×質量(m)×速度(v)。
角動量守恆的應用
- 讓飛行的紙牌旋轉，紙牌就不會翻滾。
- 槍管或炮管加螺旋的膛線，讓子彈或炮彈旋轉，前進時就不會翻滾。
五、虎克定律
彈簧形變(長度變化)的程度與受力成正比。
虎克定律的應用
- 彈簧秤：彈簧伸長的程度和懸掛物體的重量成正比。
能量守恆
- 能量只能互相轉變，無法增減。
- 能量可以看作一種特殊型態的質量；質量也可作一種特殊型態的能量。
六、能量轉換的例子
- 啄木鳥的重力位能轉成動能，再轉成摩擦熱的熱能
- 竹筷槍：橡皮筋的彈力位能轉換成動能
- 投石器：橡皮筋的彈力位能轉換成動能
- 水草光合作用：光能轉換成醣類的化學能(鍵能)
- 水火箭：化學能轉換成動能
- 史特林馬達：熱能使空氣膨脹，再轉變成動能
- 光轉機：光能轉變成動能
- 太陽能熱水器：光能轉變成熱能
- 電磁爐：電能轉變成熱能
氣體
七、理想氣體方程式
PV=nRT
氣壓×體積＝分子數×溫度×理想氣體常數
- 打開粒子計數器與碰撞計數器。
- 打氣進容器，體積與溫度不變，粒子數增加 → 壓力增加。壓力是許多粒子衝擊容器壁產生的宏觀現象。
- 溫度與粒子數不變，體積變大 → 壓力變小。因為每一瞬間，粒子衝擊容器壁的數量變少了。
- 放掉一些粒子，體積與溫度不變，粒子數減少 → 壓力變小。因為每一瞬間，粒子衝擊容器壁的數量變少了。
- 溫度是眾粒子們的平均動能，是眾多粒子的宏觀表現。
- 加熱讓粒子們的平均動能增加，溫度上升，如果粒子數不變，體積不變 → 壓力增加。因為每一次粒子衝擊容器壁的力道增加，而且粒子衝擊容器壁的頻率也增加了。
理想氣體方程式的應用
- 雙管噴水：封住寶特瓶口，只讓兩根吸管伸出，朝第一支吸管吹氣，水從第二支吸管噴出
白努力定律的應用
- 憤怒鳥(保麗龍球)在天空飛時承受空氣的向上托力
- 玩水1吸管下方接有水的寶特瓶，中間近 90° 折彎並切出開口，吹氣，水會逆行噴出
- 玩水2吸管下方接有水的臉盆，甩動吸管上方開口，水會逆行噴出
- 飛機機翼承受空氣的向上托力
電路
電荷運動與磁力線
電磁波(光)
色光三原色
紅、綠、藍(順時鐘)
兩原色相混：黃、青、洋紅(順時鐘)
三原色相混：白(中央部分)
公式整理
- 萬有引力 F=G(M×m/r2)
- 重心
- 槓桿原理
- 作用力與反作用力
- 角動量守恆：無外力矩時 L＝r × m × v 不變
- 虎克定律：F＝k × ∆l
- 理想氣體方程式 PV=nRT
