動手學科學/物質科學Ⅲ/探究問題

一

為什麼電能適合當成我們常用的能源，而不是其它種類的能量？

電能的使用雖然能帶來很多好處，那它的危險性呢？

何降低家裡用電的度數，達到節能效益？ 亦或者在有限的電能底下，可以支持較長時間使用？

• 這些電器那些屬於高功率？那些屬於低功率？
• 關於一度電
  • 「度」就是家裡使用了多少電的計量單位，1度電=1000瓦(W)．1小時(Hr)=1千瓦小時(kWh)
  • 如果有顆50W的燈泡，一度電可以讓她亮多久？ Ans:20小時
• 課題思考：你覺得一天需要多少電來用來維持基本生活？(先不考慮娛樂)
  • 根據大家蒐集的數據，幫你自己規劃一下，你要怎麼組合？(至少要有水、冰箱可以用)

為何長距離輸送電力運用交流電？

Ans: 因為這樣才能降低電流，減少功率的損耗，而逆變器(將直流電轉換為交流電的電力電子裝置)就變得很必要

利用離峰與尖峰電價差，能怎麼「福國利民」？

Ans: 利民：吸收投資設備的成本，可以有更多經費建置家用儲能設備(磷酸鐵鋰電池)
福國：減少電廠的總量，減少對環境的影響，減少政府支出，讓國家運作更有彈性

目前家用儲能設備每度成本多少？

Ans: 目前電芯每度大約3000元，電池每度8000元。

如何讓家用儲能設備同時支持「家庭電力備援」與「露營」？

Ans: 讓設備增加可移動性，比如說改成行李箱或手提。

二

NAND 閘和其他閘組合的特點是什麼？為何它是邏輯閘設計中重要的基本閘？

Ans: NAND 閘具有「函數完備性」，可用來構成所有其他邏輯閘。

思考一下家裡電燈的開關，如果有多段顯示、或是兩個開關可控制，裡面可能是甚麼設計？

Ans: 可參考此網頁:https://www.varilumi.com/hot_469172.html 多段開關設計、https://teslabot.tw/blogs/news/smart-spdt 雙切開關

日常生活中有沒有使用到邏輯閘門的例子？

Ans: 計算機(加法器)、兩個開關的電燈 https://teslabot.tw/blogs/news/smart-spdt 雙切開關、 https://ee.ntu.edu.tw/upload/hischool/doc/2012.03.pdf 日常運用參考

1. 請畫出十進位數字 124 的草圖。
   Ans：
   
   
   
   
2. 人類為什麼需要使用「進位制」？
   Ans：
   
3. 使用不同進位制(如十進位與十六進位)，會不會影響實際描述的數值多寡？
   Ans：
   
4. 什麼是位元(bit)？
   Ans：
   
5. 四個位元(代表四個 0 或 1 的位數)，最多可以代表多少種數值狀態？在這一組數值狀態中，最小是多少？最大是多少？
   Ans：
   
6. 將十進位 22,37,52 三個數字，換算成十六進位？
   Ans：
   
7. 將十六進位 x14,x22,x31 三個數字，換算成十進位？
   Ans：
   
8. 請用換算程式 http://jendo.org/uploadFiles/不錯學群/百事數學/mkHex.php 算出十進位 23,137,252 三個數字，換算成十六進位。
   Ans：
   
   
   
9. 請用換算程式 http://jendo.org/uploadFiles/不錯學群/百事數學/mkDec.php 算出十六進位 x15,xF7,xE2 三個數字，換算成十進位。
   Ans：
   
   
   
10. 「h」的十進位 ASCII 碼與十六進位 ASCII 碼，各為多少？
    Ans：
    
11. 寫出「This is a book.」的編碼。
    Ans：
    
12. 查出「👉」的 UTF-8 編碼。
    Ans：
    
13. UTF 是什麼意思？ UTF-8 是什麼意思？
    Ans：
    
14. 查出你中文姓名的 UTF-8 編碼。
    Ans：
    

如何使用多個加法器實現多位元加法？

Ans: 串接許多全加法器。

如果 XOR 閘出現故障，如何影響加法器的運算結果？

Ans: 對於半加法器來說，十位數會受影響。對於全加法器來說，結果一定會有問題

什麼是進位傳遞延遲？在數位電路中為什麼會影響計算速度？

Ans: 每一個邏輯閘處理都需要時間，閘門開關的速度、導線的品質與閘門數的多寡都會影響

1. 請問二進位數字 1101 與 1110 寫成十進位數字會是多少？
   Ans：
   
2. 請問十進位數字 5 與 28 寫成二進位數字會是多少？
   Ans：
   
3. 人類為什麼需要使用「加法器」？
   Ans：
   
   
   
4. 使用不同進位制(如十進位與二進位)，有沒有甚麼差別
   Ans：
   
   
   
5. 我要如何檢測電子元件，比如說LED、IC？
   Ans：
   
   
   
6. 如果給電器、電子元件，太低或太高的電壓會怎麼樣？
   Ans：
   
7. 我要怎麼判斷74xx系列電晶體的腳位？
   Ans：
   
8. 是否還記得AND閘與XOR閘的真值表
   Ans：
   
   
   
   
9. 如果做出半加法器，請問他的真值表會畫成？
   Ans：
   
   
   
   
10. 請問如果電路感覺有問題，我可以怎麼做？
    Ans：
    
    
11. 如果想要加更多位數可以怎麼做？
    Ans：
    
12. 請嘗試把 2+1 兩個數字換成二進位後相加，看看最後結果？
    Ans：
    

1. 真空中的光速：各種波長都一樣還是能量越強跑得越快？
   Ans：
   
   
2. 各種波長的光線人類都看得見嗎？
   Ans：
   
   
3. 紅、橙、黃、藍、靛、紫等七種色光，波長最短的是什麼光？波長最長的什麼光？
   Ans：
   
   
   
4. 光(電磁波)的波長越長，能量越強還是越弱？波長越短，能量越強還是越弱？
   Ans：
   
   
   
5. 波長比紅光長的電磁波叫什麼？日常生活中常用於什麼用途？
   Ans：
   
   
   
6. 波長比紫光短的電磁波叫什麼？日常生活中常用於什麼用途？
   Ans：
   
   
   
7. 人類的眼睛能夠感應到那三種波長的色光？
   Ans：
   
   
8. 那人類不是只能看到三種顏色而已，為什麼能看到那麼多種顏色？
   Ans：
   
   
   
9. 寫出紅、綠、藍、黃、洋紅、青、白、黑的 16 進位色碼和十進位色碼。
   Ans：
   
   
   
   
   
   
10. 畫出 8×8 的格子，並在其中畫出一個圓圈。
    Ans：
    
    
    
    
    
    
11. 找一個簡單的圖示(如 )，並在 8×8 的格子中畫出來。
    Ans：
    
    
    
    
    
    
12. 畫出熊臉並請老師檢查。
    Ans：
    
    
    

三

為何有旋轉盤時，筆跡會消失(巧克力全部融化)？

Ans: 因為微波爐旋轉會讓裡面的整片受熱均勻，筆跡就會全部消失(巧克力就均勻融化)。

為何拿走旋轉盤之後，會有圖案的改變(巧克力產生融化點)？

Ans: 微波會在微波爐內產生駐波，在波峰與波谷時能量最大，就會在波峰與波谷產生熱點，讓筆跡消失或是巧克力融化。

為何要乘兩倍？(補圖說明波長 波峰波谷)

Ans: 因為能量最大的點會是波峰與波谷，最相近的熱點就是鄰近的波峰波谷距離，所以要乘以二才會得到波長。

為何測出微波速度即為光速？(補圖 頻譜)(另外講多一點光速不變)

Ans: 光波與微波都屬於電磁波，因為電磁波不具有靜止質量，可以達到速率的上限，也就是光速。

生活中，有什麼光速不變的例子？

Ans: GPS、宇宙通訊等。

請拍照上傳過程與結果照片。

Ans: 略

在紙上端正寫出組內分工以及計算波長的算式，並上傳照片。

Ans: 略

討論各組結果為何不同？

Ans: 實驗中有各種不同的誤差。

踢除極端值，全班各組做平均。

Ans: 略

上網查出綠光雷射的波長，並跟實驗數據做比較。

Ans: 比較誤差大小，是否在兩個數量級以內。