學習目標
- 用因次分析檢查公式、判斷物理量之間的關係。
- 會讀測量結果的「最佳估計值 ± 不確定度」，知道有效數字的意義。
- 分辨重力、電磁力、強力、弱力的作用對象與範圍，並說出日常的力來自哪一種。
- 把重要實驗與科學家依時間排序，說出每個發現解決了什麼問題。
先測一下
- 動能 的 SI 單位可以寫成哪些基本單位的組合？
- 摩擦力和彈簧的彈力，屬於哪一種基本交互作用？
- 拉塞福的 α 粒子散射實驗，發現了什麼？
看詳解
- （就是焦耳 J）。
- 電磁力。它們都來自原子之間電子雲的電磁交互作用。
- 原子中心有一個體積很小、帶正電且集中大部分質量的原子核。
核心概念
物理量與單位因次
- SI 七個基本量：長度 m、質量 kg、時間 s、電流 A、溫度 K、物量 mol、光強度 cd。其他都是導出量。
- 因次分析：等號兩邊、相加的各項，因次必須相同。常用因次：力 、能量 、功率 、動量與衝量 。
看詳解
(D)。衝量 乘時間得 ，不是能量 。力 × 距離 ；壓力 × 體積 ；電量 × 電壓 。
看詳解
、，所以 、，。因次分析不會告訴你前面的 。
基本交互作用
| 交互作用 | 作用對象 | 範圍 | 相對強度 |
|---|---|---|---|
| 強力 | 夸克、核子 | 約 m | 最強 |
| 電磁力 | 帶電粒子 | 無限遠， | 次之 |
| 弱力 | 參與衰變的粒子 | 約 m |
- 日常的接觸力（正向力、摩擦力、張力、彈力、浮力）都源自電磁力。
- 強力把質子與中子束縛在原子核內，克服質子間的靜電斥力；弱力造成 β 衰變。
- 天體尺度由重力主導：天體幾乎電中性，電磁力互相抵消。
看詳解
甲 > 丙 > 乙。甲與丙都是靜電力，但核內兩質子相距約 m，遠小於質子與電子的距離約 m，所以甲大得多；重力比靜電力小約 倍。
物理學發展史
- 力學：伽利略（斜面實驗、慣性）→ 克卜勒（行星三定律）→ 牛頓（運動定律、萬有引力）。
- 電磁：庫侖 → 厄斯特（電流磁效應，1820）→ 法拉第（電磁感應，1831）→ 馬克士威（預言電磁波）→ 赫茲（實驗證實電磁波）。
- 原子：湯姆森（電子，1897）→ 拉塞福（原子核，1911）→ 波耳（氫原子能階，1913）→ 夸克（1960 年代）。
- 量子與相對論：普朗克（能量量子化，1900）→ 愛因斯坦（光量子解釋光電效應、相對論，1905）→ 德布羅意（物質波）。
重要公式
| 物理量 | 因次 | 單位 |
|---|---|---|
| 力 | N | |
| 能量、功 | J | |
| 功率 |
解題策略
- 公式選項題：先檢查每個選項的因次，常能直接刪掉一半。
- 比大小題：同一種力用公式比（距離、電量）；不同種力用強度順序比。
- 史實題：把實驗放進時間軸，問自己「這個發現推翻了哪個舊模型」。
混合練習
- 「功率 × 時間」的因次等於什麼物理量？
- 為什麼兩個靠在一起的質子不會被靜電力推開？
- 依時間排序：法拉第電磁感應、赫茲證實電磁波、厄斯特電流磁效應。
- 用 1 m 長尺量一本書寬 21.43 cm，哪一位是估計值？
看詳解
- 能量（J）。
- 核內的強力比靜電斥力大，把質子和中子束縛在一起。
- 厄斯特（1820）→ 法拉第（1831）→ 赫茲（1887）。
- 最後一位 3（0.01 cm 位），是在最小刻度 1 mm 之間估讀的。
常見錯誤
小試身手
- 112 分科物理 單選 1：因次（答對率 50%）
- 110 學測自然 單選 13：基本交互作用（答對率 45%）
- 111 學測自然 單選 9：科學史（答對率 35%）
- 挑戰題：115 學測自然 14：原子內各種力的大小（答對率 30%）