高職基礎(chǔ)物理教學(xué)內(nèi)容

高職基礎(chǔ)物理古老的自然科學(xué)是與哲學(xué)融合在一起的，稱為自然哲學(xué)，很多的理論不是依據(jù)實(shí)驗(yàn)得來，完全是一種思考的產(chǎn)物。公元前300年時希臘文化發(fā)達(dá)，當(dāng)時的代表人物是偉大的哲學(xué)家及數(shù)學(xué)家阿基米德，他在物理上的著名學(xué)說是浮力原理及槓桿原理，他的生平?jīng)]有詳細(xì)記載，但關(guān)於他的許多故事卻廣為流傳。

回第一章回上一頁阿基米得利用槓桿滑輪做出的守城武器，可將船隻勾起後升起，再摔到海上，使其毀壞。

回第一章回上一頁羅馬滅亡後，人類在物理學(xué)，乃至整個科學(xué)進(jìn)入一個停滯期，基督教的神學(xué)主宰一切，人們的生活重心在關(guān)心宗教和死後的生活，而現(xiàn)世的生活反而遭到忽略。經(jīng)過一千多年的黑暗時期，人們開始對許多事情發(fā)生疑問，並尋求答案，不再盲目接受。十五世紀(jì)初期在義大利興起的文藝復(fù)興是將科學(xué)從神學(xué)禁錮中解放出來的轉(zhuǎn)捩點(diǎn)。

回第一章回上一頁地心說與日心說受到人類的主觀直覺，以及在西方教會的強(qiáng)力支持下，「地心說」延續(xù)流傳了一千三百年之久，在中古世紀(jì)的歐洲，教會甚至禁止人們有不同於「地心說」的想法。哥白尼在1543年發(fā)表《天體運(yùn)行論》，提出與神學(xué)相違背的觀點(diǎn)，認(rèn)為太陽位於靠近宇宙中心的地方並靜止不動，最外面是恆星天球，其次為土星、木星、火星、地球、金星和水星，地球則每年繞日一周?；氐谝徽禄厣弦豁撊招恼f示意圖回第一章回上一頁克卜勒依據(jù)哥白尼的學(xué)說，且幸運(yùn)的繼承了天文學(xué)家第谷所紀(jì)錄下來的天文資料，歸納出有名的行星運(yùn)動三定律，這三個定律將太陽系用數(shù)學(xué)結(jié)成一體，更加肯定哥白尼學(xué)說的正確性。伽利略相傳曾在比薩斜塔上做自由落體的實(shí)驗(yàn)，且因?yàn)橹С指绨啄崛招恼f的理論，而受到宗教審判與壓迫。伽利略探討自然界的物理現(xiàn)象，重視實(shí)驗(yàn)觀測，再經(jīng)分析歸納後形成基本觀念。回第一章回上一頁回第一章回上一頁古典物理學(xué)一、力學(xué)古典力學(xué)是描述具有質(zhì)量的物體受力時，其運(yùn)動方式的變化以及相互間的規(guī)則。在牛頓之前，描述物體運(yùn)動的基本觀念與數(shù)學(xué)方法皆已大致建立，其中的代表性人物是克卜勒與伽利略，但最後集大成的是牛頓。他發(fā)現(xiàn)了『萬有引力定律』和『三大運(yùn)動定律』，且利用他發(fā)明的微積分，在理論上推導(dǎo)出克卜勒的行星運(yùn)動定律。

回第一章回上一頁二、光學(xué)西方很早就有光學(xué)知識的記載，歐幾里得的《反射光學(xué)》研究了光的反射；但光學(xué)真正形成一門科學(xué)，應(yīng)該從建立反射定律和折射定律的時代算起。光的本性也是光學(xué)研究的重要課題。牛頓提倡的『粒子說』把光看成是由微粒組成，而海更士則主張光是一種波?！翰▌诱f』和『粒子說』的擁護(hù)者們相互爭論了好幾個世紀(jì)。

回第一章回上一頁三、熱學(xué)熱學(xué)發(fā)展史可從伽利略發(fā)明的「水溫度計」開始，在經(jīng)過溫度計不斷的改良後，為熱學(xué)的「定量」實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。

古時候的人認(rèn)為：「熱」是一種會傳播、會流動的「物質(zhì)」。科學(xué)家冉福得對熱質(zhì)說所解釋的一些現(xiàn)象產(chǎn)生懷疑，並在做了各種實(shí)驗(yàn)後提出熱的「運(yùn)動說」，以駁斥「熱質(zhì)說」?；氐谝徽禄厣弦豁摻苟鷱氖聼峁Ξ?dāng)量的實(shí)驗(yàn)研究，累積了三、四十年的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以實(shí)驗(yàn)證實(shí)熱也是一種能量的形式，能量的轉(zhuǎn)化與守恆定律才得以確立。

回第一章回上一頁四、電磁學(xué)古典電磁學(xué)發(fā)展史基本上可以分為三期：(一)法拉第之前，是電與磁的發(fā)現(xiàn)。(1)這時候的電學(xué)與磁學(xué)是分開發(fā)展的。(2)靜磁現(xiàn)象和靜電現(xiàn)象很早就受到人類注意。吉伯特提出「地球是一個大磁石」的看法。

回第一章回上一頁(3)杜非可說是當(dāng)時深入探討靜電現(xiàn)象的第一人，他提出「二流體學(xué)說」的理論，來說明已知的靜電現(xiàn)象。(4)富蘭克林提出了「一流體說」的理論，並且首先使用正、負(fù)來描述不同的電。(5)庫侖發(fā)明了極靈敏的扭轉(zhuǎn)天平，並用巧妙而精密的方法檢驗(yàn)了電力和萬有引力一樣，具有和距離二次方成反比的定律，稱為庫侖定律。

回第一章回上一頁(二)法拉第時期，是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的萌芽與發(fā)展。(1)本時期最主要的兩個重大發(fā)現(xiàn)是厄斯特（Oersted）發(fā)現(xiàn)電流會產(chǎn)生磁場，以及法拉第（Faraday）發(fā)現(xiàn)變化磁場能夠產(chǎn)生電流。(2)1800年伏打發(fā)明電堆，提供了產(chǎn)生恆定電流的電源，使科學(xué)家得以從各方向研究電流的效應(yīng)，自此電學(xué)由靜電走向動電。

回第一章回上一頁(3)安培找出了兩小段電流作用力之量化描述，可以計算各種形狀的導(dǎo)線間的作用力。這就是電磁學(xué)中第二個最重要的定理「安培定律」。(4)法拉第從實(shí)驗(yàn)中證實(shí):當(dāng)一個封閉線圈內(nèi)的磁場發(fā)生變化時，在導(dǎo)線上會感應(yīng)出電流，這就是著名的法拉第定律。

回第一章回上一頁(三)馬克士威時期，馬克士威的方程式以及電磁波的發(fā)現(xiàn)。(1)本時期主要的兩個重大發(fā)現(xiàn)，是馬克士威（Maxwell）提出電磁學(xué)方程式，預(yù)言空間中存在電磁波，以及赫玆（Hertz）以實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。

回第一章回上一頁(2)馬克士威統(tǒng)合了“高斯”，“安培”，“法拉第”三人之理論，成功的得到統(tǒng)一的電磁場理論，他提出一組四條簡潔、優(yōu)美的數(shù)學(xué)方程式，構(gòu)成電磁學(xué)的核心理論，這組方程式通稱為馬克士威方程式。他並「預(yù)言」了電磁波的存在，而且推導(dǎo)出電磁波和光的速度相同，故推測光是電磁波的一種。

回第一章回上一頁(3)赫茲以簡單的電學(xué)振動方式(利用電感-電容振盪的原理)在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生人工的電磁波。發(fā)射出電磁波，證明了馬克士威的理論。

回第一章回上一頁近代物理學(xué)隨著物理學(xué)的發(fā)展與實(shí)驗(yàn)科技的進(jìn)步，科學(xué)家開始注意到高速運(yùn)動系統(tǒng)與微觀體系（如原子、分子與原子核等）的物理現(xiàn)象，因而建立了相對論與量子力學(xué)，它們構(gòu)成了近代物理的兩大基礎(chǔ)。普朗克提出「量子論」──為了解釋黑體在一定溫度下輻射能量的分布而引進(jìn)能量量子這樣的概念，，因而提出一個假說，認(rèn)為「能量」不是連續(xù)的量，而是一束一束孤立量，稱為「量子」。

回第一章回上一頁隨後愛因斯坦擴(kuò)展了普朗克的量子概念，認(rèn)為光就是一種量子，稱之為「光子」，並成功的解釋了當(dāng)時令物理學(xué)家困惑的「光電效應(yīng)」。愛因斯坦最主要的成就是相對論。他分別於1905年和1915年發(fā)表狹義相對論和廣義相對論?；氐谝徽禄厣弦豁撘粋€曾在瑞士標(biāo)準(zhǔn)局工作的小職員，經(jīng)努力後成為物理學(xué)上的偉大學(xué)者回第一章回上一頁量子力學(xué)主要是在描述原子等級或更小的粒子之極小尺度下的粒子行為，即所謂物質(zhì)的微觀世界。舉凡:半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、奈米材料、雷射、積體電路晶片、掃描顯微技術(shù)、核磁共振、核分裂與核融合反應(yīng)爐（核能的產(chǎn)生器）等的突破性成就，都是量子力學(xué)理論下的應(yīng)用。

回第一章回上一頁1-2物理基本測量與單位物理學(xué)是注重實(shí)驗(yàn)觀察與測量的科學(xué)，藉由實(shí)驗(yàn)與理論之間相互激盪，以取得正確的概念?！笢y量」是學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)，而一個實(shí)驗(yàn)的測量，包含「數(shù)字」和「單位」兩個部份。

回第一章回上一頁長度、質(zhì)量與時間三個基本量是最容易被測量也被廣泛使用的，世界上對這三個基本量最常用的單位制為公制與英制。公制單位為十進(jìn)位制，故較多國家採用，包括MKS制與CGS制。MKS制以公尺(meter)、公斤(kilogram)與秒(second)為基本單位；CGS制以公分(centimeter)、公克(gram)與秒(second)為基本單位。英制單位為FPS制，以呎(foot)、磅(pound)與秒(second)為基本單位。回第一章回上一頁回第一章回上一頁長度的單位與測量十八世紀(jì)時，長度單位是以由北極出發(fā)，通過巴黎到達(dá)赤道的子午線長度的一千萬分之一稱為一公尺。1875年國際度量衡會議決定根據(jù)上述規(guī)定，以90%鉑與10%銥鑄造一個鉑銥合金的標(biāo)準(zhǔn)公尺原器，並以攝氏0度時，兩端刻痕間的長度為國際上一公尺的長度標(biāo)準(zhǔn)，將其存放於法國巴黎附近塞佛(Sevres)的國際度量衡標(biāo)準(zhǔn)局中，並複製至各國，作為各國長度單位的標(biāo)準(zhǔn)。

回第一章回上一頁1960年第十一屆國際度量衡會議決定改用氪-86(86Kr)原子在真空中之橘紅色光波長的1,650,763.73倍為一標(biāo)準(zhǔn)公尺。1983年第十七屆國際度量衡會議中，重新制定一標(biāo)準(zhǔn)公尺為光在真空中299,792,458分之1秒所行進(jìn)的長度。

回第一章回上一頁回第一章回上一頁回第一章回上一頁質(zhì)量的單位與測量物體內(nèi)所含物質(zhì)多寡的量稱為質(zhì)量，這是利用天平測量物體所得到之物理量。1889年以前，公制的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量是以一公升的純水在4℃時的質(zhì)量定義成一公斤。這個標(biāo)準(zhǔn)有兩點(diǎn)缺點(diǎn)：(一)純水不易取得。(二)需定義另依單位---「溫度」，且溫度的控制需十分精準(zhǔn)。

回第一章回上一頁1889年國際度量衡會議中決議，採用一以鉑銥合金製成之圓柱體為標(biāo)準(zhǔn)公斤原器，將其質(zhì)量定為一公斤，作為質(zhì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)，將其存放於法國塞佛之國際度量衡標(biāo)準(zhǔn)局中，並複製至各國。我國的複製品為NO.78原型公斤(PrototypeKilogramNO.78)，於民國84年5月30日啟用，現(xiàn)正存放於新竹工業(yè)技術(shù)研究院的量測技術(shù)發(fā)展中心。

回第一章回上一頁公斤原器為鉑銥合金做成，是一個高度與直徑皆為3.9公分的實(shí)心圓柱體?；氐谝徽禄厣弦豁摶氐谝徽禄厣弦豁摶氐谝徽禄厣弦豁摃r間的單位與測量自古以來，人類觀測自然，可發(fā)現(xiàn)許多具週期性的變化，如太陽東升西落，四季變化等，也利用這些規(guī)律的變化作為時間了量測。人們也利用脈搏、單擺、沙漏等有週期性變化且可以重複發(fā)生的事物來測量時間。中國古代將一天分成十二個時辰，希臘人則將日夜各分為十二小時。曆法上的時間單位是以平均太陽日為基準(zhǔn)。

回第一章回上一頁一個太陽日是指太陽連續(xù)兩次通過同一子午線正上方所經(jīng)歷的時間，一年所測得的太陽日平均值稱為平均太陽日。一平均太陽日定義24小時，一小時定義為60分鐘，一分鐘定義為60秒，故一秒鐘定義為一個平均太陽日的86,400分之1秒。

回第一章回上一頁1967年，第十三屆國際度量衡會議決定採用銫-133原子的某一特定輻射光波，振動9,192,631,770次所需的時間為基準(zhǔn)，定義為1秒，並沿用至今。

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