第一課 大綱

1-1 科學態度
1-2 科學的方法
1-3 物理學簡介

科學方法與態度

物理老師:這地方老師就跳過了，圖自己看一看阿

基本單位

  • 基本量 = 數值 + 物理量

數值 — 數量級

有一數「$a \times b ^ {10}$」($1 \leq a < 10$)

  • 若$a \geq \sqrt{10}$，數量級為$b + 1$
  • 若$a < \sqrt{10}$，數量級為$b$

單位 — 輔助字首

英文 中文 代表數字
T 兆 $10 ^ {12}$
G 吉(十億) $10 ^ {9}$
M 百萬 $10 ^ {6}$
k 千 $10 ^ {3}$
c 釐 $10 ^ {-2}$
m 毫 $10 ^ {-3}$
μ 微 $10 ^ {-6}$
n 奈 $10 ^ {-9}$
p 皮 $10 ^ {-12}$
f 飛 $10 ^ {-15}$
  • 公釐 = 毫米
  • 一埃(Å) = $10 ^ {-10}$m

單位 — 基本單位與導出單位

基本單位

基本量 基本單位 現代定義
時間 秒(s) 銫原子振動週期的$9192631770$倍
長度 公尺(m) 利用光速在真空中的不變性，取其走一秒的距離除以${299792458}$
質量 公斤(kg) 利用普朗克常數在已知時間和長度的情形下定義
電流 安培(A) (等級不足，尚未解鎖)
溫度 克爾文(K)
光強度 燭光(cd)
數量 莫耳(mol) 亞佛加厥數

導出單位

導出量 公式 導出單位 以SI單位表示
力 $F = ma$ 牛頓(N) $kg \times m/{s ^ {2}}$
壓力 $P = F / A$ 帕斯卡(Pa) $kg/{ms ^ {2}}$
功、能量 $W = F \times S$ 焦耳(J) $kg \times m ^ {2} / s ^ {2}$
頻率 $f = \frac{1}{s}$ 赫茲(Hz) $1 / s$
功率 $P = W / t$ 瓦特(W) $kg \times m ^ {2} / s ^ {3}$
電量 $Q = I \times t$ 庫侖(C) $A \times s$
電壓 $V = Q / I$ 伏特(V) $(kg \times m ^ {2}) / (A \times s ^ {3})$
電阻 $R = V / I$ 歐姆(Ω) $(kg \times m ^ {2}) / (A ^ {2} \times s ^ {3})$
面積 $A = L ^ {2}$ 無 $m ^ {2}$
體積 $V = L ^ {3}$ 無 $m ^ {3}$
密度 $D = \frac{M}{V}$ 無 $kg / m ^ {3}$
加速度 $a = v / t$ 無 $m / s ^ {2}$
力矩 $L = F \times d$ 無 $kg \times m ^ {2} / s ^ {2}$
特殊 公式 計算過程 以SI單位表示
單擺週期公式 $T = \sqrt{\frac{L}{g}}$ $\sqrt{\frac{m}{m \times s ^ {2}}}$ $s$
重力常數 $G = \frac{F \times r ^ {2}}{M_1 \times M_2}$ $\frac{(kg \times m/{s ^ {2}}) \times m ^ {2}}{kg ^ {2}}$ $m ^ {3} / (kg \times s ^ {2})$
庫侖力常數 $k = \frac{F \times r ^ {2}}{Q_1 \times Q_2}$ $\frac{(kg \times m/{s ^ {2}}) \times m ^ {2}}{(A \times s) ^ {2}}$ $\frac{kg \times m ^ {3}}{A ^ {2} \times s ^ {4}}$

科學家們(?)

古典物理(1900以前)

天文學

  • 托勒米
    • 地心說
  • 哥白尼
    • 日心說
    • 萬物皆可以數字呈現
  • 克卜勒
    • 行星三大運動定律

力學

  • 伽利略 — 實驗物理之父
    • 斜面實驗證明速率與時間成正比
    • 數學觀
  • 笛卡兒
    • 機械論(質點、運動)
  • 牛頓
    • 三大運動定律
    • 萬有引力定律

光學

  • 牛頓
    • 粒子說(後影響愛因斯坦)
  • 惠更斯
    • 波動說(後影響馬克士威)
  • 都卜勒
    • 都卜勒效應

熱學

  • 焦耳
    • 熱是能量的一種
    • 熱功當量實驗
      • 熱與能量可以互換
      • $1$卡 $=$ $4.816$焦耳，$1$焦耳 $=$ $0.24$卡
  • 克耳文 — 熱力學之父
    • 絕對溫標
    • 絕對零度

電磁學

  • 庫侖
    • 庫倫定律
  • 伏打
    • 伏打電池
  • 厄斯特
    • 電流磁效應
  • 安培
    • 安培定律(磁場強度與導線中電流大小成正比)
    • 安培右手定則
  • 歐姆
    • 歐姆定律(流經電路的電流與兩端的電壓成正比)
  • 法拉第
    • 電磁感應
    • 提出磁力線、電力線概念解釋磁場、電場
  • 冷次
    • 冷次定律
  • 馬克士威
    • 馬克士威方程組統整電磁學理論
    • 預測電磁波存在，且光是電磁波，且光速$=$波速$=3 \times 10 ^ {8}(m/s)$

現代物理(1900年以後)

  • 普朗克
    • 量子論(微觀下的物理學)
  • 愛因斯坦
    • 相對論
      • 廣義相對論(高速下的物理學)
      • 狹義相對論(太空中巨大星系的時空扭曲現象)
    • 光子說