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1 目 錄 第壹章 實驗與科學概念 1 第一節進入實驗室...3 第二節長度和體積的測量 9 第三節質量的測量. 14 第四節密度的測量. 17 第二章 物質的世界 23 第一節認識物質 25 第二節水溶液.32 第三節空氣 39 第三章 波動和聲音..47 第一節波的傳播和特性 49 第二節聲波的產生與傳播 54 第三節聲波的反射和超聲波...58 第四節多變的聲音 62 I

2 第四章 光.67 第一節光的傳播與光速...69 第二節光的反射及面鏡...72 第三節光的折射及透鏡 77 第四節光學儀器 87 第五節色光與顏色...90 第五章 溫度與熱.95 第一節溫度與溫度計.97 第二節熱量與比熱 101 第三節熱對物質的影響..106 第四節熱的傳播方式..111 第六章 物質的基本結構 115 第一節純物質與化合物 117 第二節認識元素 第三節物質結構與原子..124 第四節分子式與化學式..130 第五節週期表與規律性..134 II

3 1 第ㄧ章實驗與科學概念

4 2 第ㄧ章實驗與科學概念

5 零 序論一 ( 實驗室 ) 一 認識器材 器材試管量筒括勺 圖示 使用目的加熱少量液體量取液體體積取固體藥品 器材燒杯陶瓷纖維網滴管 圖示 使用目的 盛裝液體 加熱大量液體 加熱時使物體受熱均 勻 吸取少量的液體到其 它的容器 器材錐形瓶漏斗三角鐵架 圖示 分裝液體 使用目的 盛裝液體 藉重力將固體和液體 加熱時放置物品用 分離 3 第ㄧ章實驗與科學概念

6 器材蒸發皿廣口瓶 ( 集氣瓶 ) 燃燒匙 圖示 使用目的 加熱少量液體 以獲取固體結晶 收集氣體 用來盛裝反應物, 進 行燃燒反應之用 器材酒精燈鐵架及鐵環溫度計 圖示 使用目的加熱用加熱時放置物品用量取物體溫度 器材坩堝夾試管夾蒸餾瓶 圖示 使用目的夾取坩鍋用夾取試管用 設計來作蒸餾的玻璃 容器 4 第ㄧ章實驗與科學概念

7 器材上皿天平薊頭漏斗有側管錐形瓶 圖示 使用目的 秤量物體質量 用來添加液體到會產 生氣體的容器中 進行會產生氣體的方 應時, 可當作反應的 容器 器材橡皮塞玻璃棒滴定管 圖示 使用目的塞住錐形瓶或試管攪拌液體酸鹼滴定時使用 器材研砵及杵彈簧秤 圖示 使用目的磨碎藥品秤量物體重量 5 第ㄧ章實驗與科學概念

8 二 器材使用注意事項 1. 試管 (1) 加熱試管時, 需利用試管夾夾住試管, 傾斜 45 度後, 在火源上方來回移動使加熱均勻 (2) 試管所盛載物品或液體不可超於試管容量的 2/3; 如需要加熱, 則不可超於 1/3 (3) 加熱試管時, 管口要朝向無人處, 避免液體突然沸騰噴出傷到別人 2. 量筒 (1) 不可用作加熱用途或盛載高溫的液體也不可在量筒中進行反應 ==> 量筒只能量取液體體積 (2) 量取液體的體積時, 眼睛視線應該與器壁垂直, 目光應平視液面而且以液面中心的刻度為準 (3) 讀取量筒讀數的方法 a. 液面下凹 ==> 看最低點 ==> 水 b. 液面上凸 ==> 看最高點 ==> 水銀 ( 汞 ) 6 第ㄧ章實驗與科學概念

9 3. 燒杯 (1) 加熱時, 燒杯應該放在鐵架上的陶瓷纖維網上間接加熱, 不可直接加熱, 以免破裂 (2) 混合液體時, 應用玻璃棒攪拌 4. 酒精燈 (1) 每次酒精的容量最多三分之二到八分滿, 最少不可低於三分之一 (2) 熄滅酒精燈須用燈蓋蓋熄, 不應用口吹熄 (3) 經常保持酒精燈平放, 切勿把酒精燈墊高 (4) 酒精燈翻倒時, 要用溼抹布將其蓋熄 5. 溫度計 (1) 無論是否正在加熱, 均不可將溫度計擱置在燒杯或試管內 (2) 不可用溫度計作攪拌 6. 陶瓷纖維網 (1) 使容器均勻受熱 (2) 不可沾染到水滴, 以免陶瓷纖維網燒毀 7. 滴管 滴管正確持法 輕壓橡皮頭, 滴下管中液體 不可倒持滴管 7 第ㄧ章實驗與科學概念

10 三 實驗室安全 1. 打開窗戶, 使空氣能夠流通 2. 嚴格遵守實驗室的各種制度 注意安全, 愛護儀器, 節約藥品 水 電及其它資源, 保持實驗室整潔 3. 尊重教師的指導 4. 確知緊急逃生出口的位置及警鈴響時的逃生程序 5. 應使用護目鏡或安全玻璃時, 不要以隱形眼鏡取代 6. 找到水龍頭及找到滅火器的位置 7. 不可用舌頭舔嘗化學藥品, 需要嗅聞時以手搧聞, 不可直接用鼻子聞 8. 傾倒溶液時, 應沿著玻璃棒緩緩倒入容器中, 以防藥品濺射傷人, 如 圖所示 9. 閱讀實驗室規則, 要確實遵守 10. 稀釋強酸時, 要使強酸沿玻璃棒流入水中以免濺出 濃硫酸有強烈的吸水作用, 稀釋時會放出大量的熱 如將水倒入濃硫酸中, 容易使燒杯破裂或發生酸液爆炸性濺射現象 11. 皮膚沾到酸或鹼時, 應迅速以大量水沖洗 12. 廢棄物, 藥品要回收, 不可直接倒入水槽 8 第ㄧ章實驗與科學概念

11 壹 長度和體積的測量 (1-1) 一 如何紀錄測量的結果 1. 非測量值 : 不須以工具測量, 無估計值, 可以直接計數出來 2. 測量值 : 必須經儀器測量, 免不了估計, 必產生誤差 3. 測量結果必須包含兩大部分 : 數字 + 單位 4. 單位 (1) 任意的單位 : 原子筆長 掌寬 步長等都可以用 (2) 公制的單位 : 公尺 公分 公斤 公克 分 秒 5. 數字 = 一組準確值 + 一位估計值 6. 測量值的準確部分 = 最小測量單位 7. 1 位估計數字 = 最小測量單位的下一位 8. 估計數字只能有一位 9. 若物體的端點恰在刻度線上, 則仍必須加上估計數字 如何找出最小刻度 例題 1: 明華以直尺測量書桌寬為 55.05cm, 請問這把直尺的最小刻度為 9 第ㄧ章實驗與科學概念

12 例題 2: 以最小刻度為公厘的直尺測量一物體的長度正好是 15 公分, 則應記為 例題 3: 甲測量一物體的長度, 結果為 公尺, 則甲用的尺最小刻度為多 少公尺? 二 如何增加測量的準確度 1. 測量時都會有誤差, 因此必須做多次測量 ==> 2. 平均值 3. 誤差太大的數據, 捨去不用 4. 平均值的有效位數和原數據相同 5. 平均值必介於最大值與最小值之間 6. 採用的刻度單位越小, 則準確性也就越 10 第ㄧ章實驗與科學概念

13 三 長度的測量 1. 基本單位 : 公里 (km) 公尺(m) 公分(cm) 公厘(mm) 2. 單位換算 : (1) 1km=1000m (2) 1m=100cm (3) 1cm=10mm (4) 1nm= m (5) 1km=1000m=100000cm= mm 公制 公里 公引 公丈 公尺 公寸 公分 公厘 米制 仟米 佰米 十米 米 分米 厘米 毫米 縮寫 hm dam dm 換算 米制微米奈米 縮寫 11 第ㄧ章實驗與科學概念

14 四 體積的測量 1. 液體體積的基本單位 : 公升 (l) 毫升(ml) cc 2. 固體體積的基本單位 : 立方公分 立方公尺 3. 單位換算 : (1) 1 公升 = 毫升 (2) 1 毫升 = cc= cm 3 (3) 1m 3 = cm 3 4. 液體體積的測量方法 ==> 用量筒 (1) 液面是凹的 : 將視線對準液面中央最低點, 其讀數比實際值略小 (2) 液面是凸的 : 將視線對準液面中央最高點, 其讀數比實際值略大 5. 固體體積的測量方法 (1) 規則物體 : 代公式 (2) 排水法 ( 只限不溶於水的物體 ) a. 排水法 : 適用於密度大於水者 b. 定義 : 將物體丟入水中, 則所增加水的體積, 即是物體體積 c. 公式 : 螺絲體積 V V 1 V 2 12 第ㄧ章實驗與科學概念

15 (3) 重錘法公式 ( 只限不溶於水的物體 ) a. 重錘法 : 適用於密度於水者 b. 定義 : 將物體綁上重錘, 使其沒入水中, 則所增加水的體積 - 重錘的體積, 即是物體體積 c. 公式 : 保麗龍體積 V 保麗龍 保麗龍 練習題 1. 上實驗課時, 老師發給大家一顆桌球, 要同學測量出它的體積, 寶妹設計了如下的方法, 如果 V1=100 ml V2=180 ml V3=257 ml, 請回答下列問題 : (1) 請問鐵塊的體積為多少 ml (2) 請問桌球的體積為多少 ml 13 第ㄧ章實驗與科學概念

16 貳 質量的測量 (1-2A) 一 質量 ( 代號 : ) 1. 質量的定義 : 一個物體內所含物質的量, 稱為該物體的質量 2. 基本單位 : 公斤 (kg) 公克(g) 毫克(mg) 3. 工具 : 天平 (1) 用法 a. 步驟一 : 調整校準螺絲使天平指針回到原點 右邊較重 : 右邊校準螺絲向 移動 ( 向 旋入 ) 左邊校準螺絲向 移動 ( 向 旋出 ) 左邊較重 : 右邊校準螺絲向移動 ( 向旋出 ) 左邊校準螺絲向移動 ( 向旋入 ) b. 步驟二 : 在左盤 在右盤 c. 步驟三 : 讀取平衡時砝碼讀數 秤取藥品時, 須先將天平歸零後放上稱量紙 然後再做一次歸零的步驟 14 第ㄧ章實驗與科學概念

17 (2) 物體質量 a. 無騎碼的天平 : 物體質量 = b. 有騎碼的天平 : 物體質量 = + (3) 常用天平 : 上皿天平 等臂天平 三梁天平 (4) 天平指針偏轉方向和質量的關係 天平種類指針朝上指針朝下 圖 片 指針偏向 何者較重 15 第ㄧ章實驗與科學概念

18 (5) 測量時的注意事項 : a. 取用砝碼時, 應該使用夾子, 不要以手觸摸砝碼, 以免砝碼 生鏽 b. 砝碼的使用要由 到 c. 稱量化學藥品時, 應該置於 上 d. 待測物品與砝碼要放在秤盤的 e. 三梁天平只用, 不用 f. 失重時, 天平無法使用 二 重量 ( 代號 : ) 1. 重量定義 : 物體所受的地心引力的大小 2. 重量基本單位 : 公斤重 (kgw) 公克重(gw) 毫克重(mgw) 3. 同一物體, 在南北極的重量比較, 在赤道上比較 4. 同一物體, 在地表之外, 高度愈大, 重量愈 三 質量和重量的比較 1. 在同一地點, 重量和質量成 ==> 2. 不會隨地點改變, 會隨物體所在地點而改變 3. 在同一地點, 重量相等, 質量也相等 4. 在緯度 45 度的海平面上, 質量 重量 5. 月球上的引力約只有在地球上的 倍 質量 重量 地球 1kg kgw 月球 kg kgw 16 第ㄧ章實驗與科學概念

19 參 密度的測量 (1-2B) 一 密度 1. 密度的定義 : 物質內每單位體積所含物質質量的多寡, 稱為該物體的密度 也就是物質質量和體積的比值 2. 密度的公式 : (1) 代號 D= 密度 M= 質量 V= 體積 (2) 公式 (3) 公式衍生 a. 密度 (D)= M V 取同質料的物體 ( 代表密度相同 ), 則 : b. 質量 (M)=D V 取相同質量但不同質料的物體 ( 代表密度不相同 ), 則 : c. 體積 (V)= M D 取相同體積但不同質料的物體 ( 代表密度不相同 ), 則 : 3. 密度單位 : g / cm 3 kg / m 3 4. 在一定溫度及壓力下, 同一種物質的密度相同, 與體積和質量無關 不同種的物質, 密度就不相同 5. 在一定溫度及壓力下, 可根據密度來判斷物質的種類 17 第ㄧ章實驗與科學概念

20 6. 溫度改變則密度隨之改變 (1) 對一般物質而言, 當溫度上升時, 體積増加, 密度會變小 ; 溫 度下降時, 體積減少而密度會變大 ( 但是水是反常的 ) (2) 水的密度為 7. 物體的密度與浮沉的關係 : (1) 若物體密度 > 液體密度, 則物體必沉於液面下 (2) 若物體密度 < 液體密度, 則物體必浮於液面上 (3) 若物體密度 = 液體密度, 則物體可靜止在液體中任何位置 二 練習題一 1. 完成表格物質 甲 乙 丙 質量 (g) 體積 ( cm 3 ) 密度 (g/ cm 3 ) 計算過程 : 18 第ㄧ章實驗與科學概念

21 2. 密度 質量 體積的基本運算 : 請完成下表, 並寫出單位 物質 甲 乙 丙 丁 戊 質量 (g) 密度 (g/cm 3 ) 體積 (cm 3 ) 計算過程 : 19 第ㄧ章實驗與科學概念

22 三 密度的測定 : 1. 固體物質密度的測定 : (1) 以天平測出其質量 M (2) 測其長 寬 高, 代入公式, 或是利用排水法求出體積 V (3) 帶入密度的公式 2. 液體物質密度的測定 : (1) 秤出裝有液體時量筒的總質量, 減去空量筒的質量, 即是液體 質量 (2) 由量筒的刻度讀出該液體的體積 (3) 代入密度公式 3. 某生將某液體裝在量筒中, 直接判讀量筒的刻度, 讀出體積, 並且用 天平測出量筒 + 某液體的總質量, 如下表所示 體積 (cm 3 ) 量筒 + 某液體質量 (g) 某液體質量 (g) a. 畫出總質量與某液體體積的關係圖 : 量筒 + 某液體質量 某液體質量 液體體積 (cm 3 ) 液體體積 (cm 3 ) b. 空量筒的質量 = 克 c. 某液體的密度 = g/cm 3 20 第ㄧ章實驗與科學概念

23 21 第ㄧ章實驗與科學概念

24 22 第ㄧ章實驗與科學概念

25 23 第二章物質的世界

26 24 第二章物質的世界

27 壹 認識物質 (2-1) 一 何謂物質 1. 定義一 : 組成物體的原料 2. 定義二 : 凡具有質量 佔有空間者 物體 : 由物質組成具有特殊形狀 大小及功能 二 物質的三態 : 1. 固態 : (1) 物質在固態時, 其體積是, 形狀是 2. 液態 : (1) 物質在液態時, 其形狀是 ( 既形狀是隨 而定 ), 但因其尚不能自由自在的移動 ( 既其移動距離不大 ), 因此, 物質在 液態時, 其體積是 3. 氣態 : (1) 物質在氣態時, 其體積是, 形狀是 既體 積及形狀隨 而定 4. 冰 液態水及水蒸氣外表雖然不同, 但都是由組成 5. 物質的三態變化圖 25 第二章物質的世界

28 (1) : 物質由固態變成液態的過程 (2) : 物質由液態變成固態的過程 (3) : 物質由液態變成氣態的過程 (4) : 氣體冷凝成液體的現象又稱為凝結 (5) : 若固體物質受熱, 不經液體而直接變成氣體之現象 (6) : 液體溫度雖未達沸點, 仍可由液體表面逐漸脫離成氣體之現象 (7) : 當液體達到沸點而急速氣化的現象 冷劑 1. 原理 : 冷劑是利用某些化學物質在經歷某些變化時 ( 或揮發 氣化 溶解 溶化.. 等 ) 呈現吸熱反應的特性, 因為可以使環境溫度下降, 便被應用在不同環境中做為冷劑 2. 實例 (1) 食鹽加冰做為冷劑 : a. 食鹽和冰的質量比為 b. 可使溫度降至左右 c. 原理 : 冰熔化和食鹽溶解都需要吸收熱量 (2) 42 克硝酸鈉 +42 克氯化鈉 +100 克冰塊約可降至 -32 度 26 第二章物質的世界

29 三 物質的變化 1. 物理變化 : (1) 只是狀態改變, 但本質沒有改變的變化 (2) 新物質產生 (3) 原物質原特性 (4) 可用一般的物理方法, 使其還原 2. 化學變化 : 產生新物質的變化 (1) 狀態及本質均改變, 產生新物質的變化 (2) 新物質產生 (3) 原物質原特性 (4) 不能以一般物理方法使其還原, 但部分可用化學方法使其還原 判斷下列為何者變化 ( ) 冰棒在手中溶化 ( ) 光合作用 ( ) 由冰箱中拿出的玻璃杯, 表面逐漸產生水珠 ( ) 夏天翠綠的樹葉, 到了秋 天變成枯黃的落葉 ( ) 紙燃燒 ( ) 乾冰的昇華 ( ) 鐵生鏽 ( ) 將衣服晾乾 ( ) 烘碗機可將碗盤上的水滴 快速除去 ( ) 將玻璃瓶熔化再製成玻 璃器皿 ( ) 巧克力在腸內被消化吸收 ( ) 巧克力在手中軟化 ( ) 牛奶變酸 ( ) 銅球受熱體積膨脹 ( ) 汽油揮發 ( ) 碘的昇華 27 第二章物質的世界

30 四 物質性質 1. : 在不改變物質的成分下, 可觀察到的性質, 或者物理變化時, 物質所呈現的性質 2. : 物質在產生化學變化時所呈現的性質 判斷下列為何種性質 ( ) 物質的形狀 ( ) 物質的沸點 ( ) 物質的顏色 ( ) 物質的比熱 ( ) 物質的外觀 ( ) 物質的燃點 ( ) 物質的密度 ( ) 物質的可燃性 ( ) 物質的熔點 ( ) 物質的助燃性 ( ) 物質的腐蝕性 ( ) 物質的導電性 五 物質的分類 1. 純物質 : 具有特定的組成 一定的性質者例如 : 純水 氧氣 水銀. 2. 混合物 : (1) 不具有特定的組成且不具有一定的性質者 (2) 由兩種或兩種以上的純物質, 依任意比例混合所組成的物質, 其中各純物質仍保有其原來的特性 (3) 可用物理方法分離 例如 : 海水 空氣 合金 28 第二章物質的世界

31 六 分離混合物的方法 : 1. 原理 : 利用物質的特性, 將不同的純物質由混合物中分離出來 例如 : 利用鐵會被磁鐵引的特性, 將鐵由鐵與泥沙的混合物中, 分離出來 2. 常用的方法 : (1) 溶解過濾法 : 利用及的不同, 分離固體與液體或顆粒大小不同的物體 例如 : 因為食鹽會溶於水, 砂粒則否, 因此可利用溶解過濾法, 以濾紙過濾沙粒及食鹽水, 則沙粒會留在濾紙上, 而食鹽水則會通過濾紙 ( 仍為混合物 ) (2) 結晶法 : 利用的不同, 將溶液加熱, 使的 溶劑先蒸發, 而使 的溶質析出結晶的方法 = => 收集 沸點的物質 例如 : 加熱食鹽水, 使沸點低的 先蒸發, 而最後留下沸點高 的 結晶物 (3) 蒸餾法 : 利用不同, 將的溶質先餾出, 再將它冷卻, 而得到純物質的方法 ==> 收集 沸 點的物質 29 第二章物質的世界

32 七 粗鹽的精製 1. 步驟 (1) 步驟一 : 溶解 => 將食鹽和鐵粉同時加入水中後攪拌 圖示 : (2) 步驟二 : 過濾 a. 將濾紙折疊後撕去一小角 b. 將漏斗用水噴濕後, 將折疊好的濾紙放入漏斗中 並確定濾紙緊貼在漏斗上 c. 將漏斗擺放在鐵架上並在漏斗下方放置一個乾淨的燒杯, 且漏斗頸下端要與燒杯內壁接觸 d. 將溶液須沿玻璃棒緩緩傾入漏斗中, 且玻璃棒宜靠濾紙邊 e. 如果所得濾液還含有鐵沙則必須在重複過濾一次 圖示 : 30 第二章物質的世界

33 (3) 步驟三 : 結晶 a. 將過濾後的液體倒入蒸發皿中 b. 將蒸發皿放到酒精燈上加熱直到水份消失為止 圖示 : 2. 分離時注意事項 (1) 濾紙折疊 2 次後, 撕下外側一角再展開成錐形, 再置於漏斗內, 先以蒸餾水潤濕濾紙, 使之緊貼漏斗壁 (2) 固體與液體的混合物, 必須沿著傾斜的玻璃棒緩緩流入漏斗內的濾紙, 其中玻璃棒應該壓住濾紙的一側 (3) 倒入漏斗中的液體高度, 不可超過濾紙 (4) 漏斗頸下端要與燒杯內壁接觸, 使濾液沿著燒杯內壁流下來以避免溶液噴出並加快過濾速度 3. : 將特定物質由混合物中分離出來增加其純度的過程 31 第二章物質的世界

34 貳 水溶液 (2-2) 一 水溶液 : 在生活中, 我們常見到有些物質可以和水均勻混合, 例如糖可以和水均勻混合成糖水, 食鹽可以和水均勻混合成食鹽水 糖水及食鹽水我們都稱為水溶液, 而糖與食鹽則稱為溶質, 水則稱為溶劑 1. : 用來溶解其它物質的液體 2. : 被溶劑溶解的物質 3. : 溶質加溶劑所形成均勻的溶液 (1) 溶液 = 溶質 + 溶劑 ==> 為 (2) 固態 + 液態 以為溶劑 (3) 氣態 + 液態 以為溶劑 (4) 固態 + 固態 液態 + 液態 氣態 + 氣態 : ==> 以量多者為, 量少者為 4. 水是很好的溶劑, 但是也是有一些物質不溶於水, 如果要溶解這些物質, 則必須選用非水溶劑 5. 以水為溶劑的溶液稱為 32 第二章物質的世界

35 二 水溶液的濃度 : 1. 濃度 : 一定量的溶液中所含溶質質量的多寡程度, 稱為該溶液的濃度 即溶質在溶液中所佔的比率大小 2. 判別濃度大小的方法 (1) 顏色 : 顏色愈, 濃度愈大 (2) 味道 : 味道愈, 濃度愈大 3. 重量百分濃度 ( 代號 : ) (1) 定義 : 每 公克的 中, 所含 的公克數, 以百分 比表示 ; 也就是溶質佔有溶液總重量的百分比表示法 (2) 公式 : 33 第二章物質的世界

36 4. 體積百分濃度 ( 代號 : ) (1) 定義 : 每毫升的中, 所含的毫升數, 以百分比表示 ; 也就是溶質佔有溶液總體積的百分比表示法 (2) 公式 : 練習題 練習一 : 定溫下, 將 10 公克的食鹽加入 40 公克的水中, 待食鹽完全溶解後, 試問此溶液的濃度為何? 34 第二章物質的世界

37 練習二 : 一杯重量百分濃度為 8% 的 250 公克糖水中, 含有糖與水各多少公克? 練習三 : 小明在 200 公克的燒杯中倒入 95 公克的水, 接著加入 5 公克的食鹽攪 拌溶解, 當食鹽溶解完畢之後, 整杯食鹽水的重量百分濃度為何? 練習四 : 水溫 30 時,100 公克的水最多可溶解硝酸鉀 45 公克, 若在此溫度下, 20 公克的水最多可以溶解幾公克的硝酸鉀? 35 第二章物質的世界

38 練習五 :20 公克的糖加入 50 公克的水中, 若有 8 公克的糖沉澱而未溶解, 試問 此糖水溶液的質量為多少公克? 5. 濃度的性質 (1) 不加入或減少溶質或是溶劑時, 濃度保持固定 (2) 同質量的水中, 溶解的溶質越多, 該水溶液的濃度就越大 (3) 溶液中加入溶劑後, 濃度變小 ; 加入溶質或是減少溶劑時, 濃度則會變大 6. 溶解度 : (1) 溶解度的定義 : 在一定的溫度下, 一定量的溶劑所能溶解溶質的最大量, 稱為該溫度下的溶解度 (2) 溶解度的表示方法 : (x: 溶質最大克數 ) (3) 溫度對溶解度的影響 a. 大部分的固體溶解程度隨溫度的上升而 b. 氣體溶解程度隨溫度的上升而 c. 液體的溶解度, 隨種類而定 36 第二章物質的世界

39 (4) 壓力對溶解度的影響 a. 對固體而言, 壓力的影響不顯著 b. 對氣體的溶解度而言, 壓力越大, 溶解度就越 ; 壓力越小, 溶解度就越 (5) 攪動溶液或是將固體磨成粉末, 都只能增加溶解的速度, 但是卻無法增加溶解的量 想想看園地 為何我們喝完汽水後容易打嗝? 為何我們不可以拿剛煮沸而冷卻的開水來養魚? 37 第二章物質的世界

40 7. 飽和溶液與未飽和溶液 : (1) 飽和溶液 : 當溫度與壓力一定時, 一定量的溶劑所能溶解溶質的質量是固定的, 已達此一限度的溶液, 就稱為飽和溶液 (2) 未飽和溶液 : 若是溶液中所溶解的溶質未達最大限度, 再加入少量的溶質時, 仍然可以溶解, 此時的溶液就稱之為未飽和溶液 例如 :25 C 時,100 g 水最多可溶解 20 g 的物質甲 (1) 5 g 甲 + 50 g 水 (2) 10 g 甲 + 50 g 水 (3) 15 g 甲 + 50 g 水 8. 現象 : 溶液中的物質粒子由高濃度區往稀疏區移動最後均勻分 佈在溶劑中的現象 38 第二章物質的世界

41 一 空氣的成分 性質及其用途 1. 空氣的成分及其含量 參 空氣 (2-3) 氣體 固定比例氣體 可變動性氣體 種類氮氣氧氣氬氣二氧化碳水氣臭氧 比例 2. 氮氣 ( ): (1) 體積 : 在空氣中的含量佔第 位 ( 約佔空氣總體積的 78%) (2) 性質 : a. 無色 無味 無臭的氣體 b. 不助燃也不可燃, 在室溫下幾乎不發生任何反應, 但是在高溫時 仍可和部分的金屬反應 (3) 用途 : a. 植物所需的氮肥 氮氣 + 氧氣 閃電 固氮菌 氮肥 b. 工業上製氨和硝酸的原料 c. 可以保持食物新鮮 d. 液態氮 : 冷凍劑 ==> 氮的沸點為零下 第二章物質的世界

42 3. 氧氣 ( ): (1) 體積 : 在空氣中的含量佔第 位 ( 約佔空氣總體積的 21%) (2) 性質 : 不可燃但可助燃 不易溶於水 (3) 用途 : 幫助燃燒 呼吸 (4) 收集方式 : a. 反應式 : b. 實驗圖 40 第二章物質的世界

43 c. 實驗步驟 在錐形瓶中放入適量的二氧化錳後加入適量的水 塞上橡皮塞及橡皮管 放入葪頭漏斗 由葪頭漏斗開口處緩慢加入雙氧水 由橡皮管開口處利用排水集氣法收集氣體 d. 檢驗方式 : 將火柴的餘燼放入廣口瓶中, 會再度燃燒起來 e. 注意事項 葪頭漏斗的開口要在 下, 避免氣體由葪頭漏斗 處逸出 傾倒鹽酸時, 速度不可過快, 以免產生氣體的速度過快 一開始的氣體不要收集, 因為純度不純 若氣體產生的速度過快, 要將橡皮管移出水面, 避免氣體由葪頭漏斗處噴出 二氧化錳當, 只會增快反應速率, 但不能增加 氧的生成量 ==> 反應前後, 二氧化錳的質量不變 41 第二章物質的世界

44 4. 二氧化碳 : (1) 性質 : a. 無色 無味氣體, 略溶於水 不, 也不 b. 加壓時溶解度會變 把其溶於飲料中, 打開瓶蓋時, 因壓 力, 溶解度, 所以二氧化碳會變成氣泡冒出 c. 二氧化碳溶於水中, 則一部分與水作用而生成, 所以溶 液呈 (2) 製造 (3) 反應式 42 第二章物質的世界

45 (4) 檢驗 a. 將二氧化碳通入澄清的 中, 可使石灰水變, 這是生成 色的 沉澱的緣故 b. 將點燃的火柴放入廣口瓶中, 火柴會立即熄滅 (5) 用途 : a. 固態的二氧化碳稱為 乾冰吸熱後直接 成氣體, 同 時使得溫度 ( 約 -78 ), 用以冷藏食物 b. 乾冰昇華時, 可使溫度降低, 且產生 ( 態的 ), 可用來製作舞台的效果 c. 滅火器 5. 稀有氣體 : (1) 焊接金屬時, 使用 可以防止金屬和氧反應 ; 亦可填入燈泡 內, 延長燈絲壽命 (2) 密度僅大於, 不易發生化學反應, 可以代替氫氣填充 氣球 (3) 可充入霓虹燈中 6. 除了上述幾種氣體外, 空氣中還有 等氣體, 這些氣體在空氣中所佔的比例, 會因為地點 氣候的不同而有所不同 43 第二章物質的世界

46 7. 液態空氣 : (1) 一般的空氣為無色 無味 無臭的氣體, 略溶於水, 當或是時, 可液化成的液體 (2) 如果使液態空氣慢慢的蒸發, 因為氮氣的沸點 ( ) 較氧氣沸點 (-182.5) 低, 所以氮會先蒸發, 把氧氣留下來, 這也可以證明空氣中至少含有二種氣體, 所以空氣是一種 44 第二章物質的世界

47 二 空氣污染 1. 空氣污染指標 :(Pollutant Standard Index):( ) (1) 一般而言, 若是 PS I 大於以上, 即代表空氣不良, 應避免從事戶外活動 (2) 我國空氣污染指標是參考美國環保署及其它機構所訂定的, 以 的數值來表示空氣污染的程度 指標值 對健康影響良好中等不良極不良有害 2. 空氣污染的種類和原因 (1) 來源 : 石油與煤炭是很重要的能源, 但是它們燃燒後產生的物質, 卻是造成空氣污染的原因 (2) 二氧化碳 : 當二氧化碳濃度提高時, 會使地球的溫度上升, 而造成溫室效應 (3) 石油與家庭煤氣燃燒時, 若燃燒不完全會產生一氧化碳, 人體吸入過量, 會有生命的危險 (4) 石化原料中, 含硫的雜質燃燒後會產生二氧化硫, 有刺激性, 會損害支氣管, 使人咳嗽, 呼吸困難 (5) 酸雨 : 碳 硫 氮的氧化物溶於水後, 會產生酸性物質, 不但會侵蝕大理石建築物與室外的藝術品, 同時也會改變土壤與湖泊的酸鹼性, 對生態影響很大 45 第二章物質的世界

48 46 第二章物質的世界

49 47 第三章 波動與聲音的世界

50 48 第三章 波動與聲音的世界

51 壹 波的傳播和特性 ( ) 一 波的種類 1. 物質因外力作用而產生擾動, 並藉由物質的彈性內力, 將擾動傳至鄰近 部分, 同時將能量傳遞出去, 此種擾動傳播的現象, 稱為 波動 2. 依傳遞過程是否需要介質, 可將波分為 : (1) : 必須依靠物質的擾動而傳播的波, 如水波 繩波 彈簧波和聲波等都是 又稱為機械波 (2) : 不必依靠物質的擾動而傳播的波, 如光波 電磁波 3. 依介質分子運動方向和波前進方向的關係, 可將波分為 : (1) ( 又稱 ): 介質振動方向和波的前進方向垂直的波稱之 例如 : 水波 繩波等 (2) ( 又稱 ): 介質振動方向和波的前進方向平行的波稱之 例如 : 聲波 前後振動的彈簧波等 圖二 ( 資料來源康軒網站 ) 49 第三章 波動與聲音的世界

52 二 波的傳遞 1. 波的性質 (1) : 傳遞波動的物質, 稱之 例如 : 空氣 繩子等 (2) 波進行中不會帶走任何物質, 既介質不隨波前進 (3) 波動是傳播能量的一種形式 我們以繩波為例來說明波的一些基本性質, 如下圖是一個繩子連續製造繩波的情形 繩子每上下震動一次就會產生一個完整的繩波 50 第三章 波動與聲音的世界

53 2. 名詞解釋 (1) : 偏離平衡位置最高的點 (2) : 偏離平衡位置最低的點 (3) ( ): 相鄰二波峰或相鄰二波谷的距離 (4) : 偏離平衡位置的最大距離, 即波峰或波谷到平衡位置 的距離 (5) ( ): 振動體每做完一次完整振動所需的時間 a. 何謂一次完整振動 b. 一次完整振動會經過 個振幅 (6) ( ): 振動體, 每秒內所做完整的振動次數 單位 為 (7) 週期和頻率的關係 51 第三章 波動與聲音的世界

54 (2) 所需時間為 3 秒位(1) 所需時間為 2 秒位置置((8) 波長和波速的關係 a. 波源每完成一次振動, 波會前進波長的距離 b. 一個振動體的頻率所生連續週期波的頻率 c. 一個振動體的週期所生連續週期波的週期 d. 關係 e. 影響波速的因素 : 和 例題 1: 某音叉在 1 分鐘內振動 次, 試求此音叉的振動頻率和週期? 例題 2: 求下列各圖水波的波長 振幅 週期及頻率 (4 c m ) cm 2 cm ) cm 52 第三章 波動與聲音的世界

55 例題 3: 有一繩波振動, 一分鐘內, 產生 300 個全波, 則其振動頻率和週期? 例題 4: 小瑜在一彈簧下方放了一把尺, 然後振動彈簧產生縱波, 再以相機 照相得到附圖之照片, 請估計一下該彈簧波的波長為多少公分 : 例題 5: 在某介質中一連續週期波的波形, 如附圖所示 假設甲 乙兩點相 距 40 cm, 波源做 1 次完整振動需 4 秒 (s), 則下列何者為這個週 期波在此介質中傳遞時的速率? 53 第三章 波動與聲音的世界

56 貳 聲波的產生與傳播 (3-3) 一 聲音的產生 例 1: 當我們說話或是唱歌時, 用手指輕輕按著喉頭的周圍, 可以感覺到聲帶的振動 例 2: 用一隻手將一條橡皮筋撐開, 以另外一隻手的手指撥動橡皮筋, 橡皮筋因此來回震動而發出聲音, 當橡皮筋停止振動時, 聲音也隨之消失 由以上的現象, 我們可以發現聲音是因為 而產 生的 ; 當物體振動時, 聲音就 ; 振動停止時, 聲音就 1. 產生聲音的條件 : + 2. 聽到聲音的條件 : + + 三 聲音如何傳遞 我們知道物體的迅速振動, 才能產生聲音 例如 : 不論你在校園的哪個角落, 下課的鐘聲總是能傳到你的耳裡, 但是聲音是經由什麼東西來傳遞的 1. 十七世紀, 英國的科學家, 從實驗中發現聲音必須經由物質的傳遞, 我們才能聽到聲音, 而這些能傳遞聲音的物質, 就稱為 2. 傳聲實驗 : (1) 裝置如圖 : 54 第三章 波動與聲音的世界

57 (2) 方法 啟動鬧鈴 a. 將鬧鈴放入玻璃罩中可聽見聲音 b. 將鬧鈴放入玻璃罩中抽出罩內空氣啟動 鬧鈴 無法聽見聲音 (3) 討論 : a. 波以耳發現聲音必須經由 傳遞, 人耳才能聽見聲音 b. 將留存在鐘罩內的空氣逐漸抽出, 因空氣逐漸稀薄, 聲音逐漸變 小 再將空氣逐漸放入鐘罩內, 因空氣增加, 聲音就逐漸 如果將空氣完全抽光, 形成 狀態, 則聲音會完全 c. 我們可以發現聲音的傳遞和 有關, 所以空氣是一種傳遞 聲音的 3. 傳遞聲音的介質可是 4. 影響聲音傳播速率的因素 : (1) 介質的種類 : > > (2) 溫度的高低 : 溫度越高, 聲音傳遞就越 (3) 溼度的大小 : 空氣溼度增大時, 聲音傳遞就越 (4) 聲波順風時, 傳聲較 ; 聲波逆風時, 傳聲較 55 第三章波動與聲音的世界

58 5. 在乾燥無風的空氣中, 聲音每秒傳播 例如 1: 在乾燥無風, 攝氏 15 度時, 聲音的傳播速率為 公尺 / 秒 例如 2: 觀賞煙火時, 若看到高空煙火爆炸 3 秒鐘後, 才聽到爆炸聲, 則觀賞地點距離煙火 爆裂處大約多遠?( 聲速為 340 公尺 / 秒 ) 6. 一般日常生活中, 我們所聽到的聲音都是由 為介質 7. 聲波在各種介質中傳播速率表 物質 聲速 (m/s) 物質 聲速 (m/s) 物質 聲速 (m/s) 空氣 (0 ) 331 水 1463 玻璃 4540 空氣 (15 ) 340 木材 3352 鐵 第三章 波動與聲音的世界

59 四 聲波在空氣中的傳播 1. 空氣分子是如何將聲音傳遞出去? 我們以音叉為例 : 2. 音叉周圍的空氣受連續不停來回振動的音叉所擾動, 因而使空氣形成疏 密相間的波形傳播出去, 空氣每秒產生疏密波的次數與音叉每秒振動的 次數 57 第三章 波動與聲音的世界

60 參 回聲 超聲波 (3-4) 一 波的反射 1. 定義 : 當波在傳遞的過程中, 若遇到無法穿透的物體時, 被反彈回原來介質中的現象 2. 名詞解釋 : (1) : 波所接觸障礙物的界面 (2) : 垂直於反射面的直線 (3) : 入射波進行的方向 (4) : 入射線與法線的夾角 (5) : 反射波進行的方向 (6) : 反射線與法線的夾角 3. 反射定律 : (1) 三者在同一個平面上, 且 和 在法線的二側 (2) 入射角 反射角 4. 波的反射特性 (1) 因為反射波和入射波均在同一介質中傳遞, 故反射波的波速 頻率 週期 波長均和入射波相同, 不會改變 (2) 反射波的 及 和入射波不相同 (3) 若入射波垂直於入射反射面時, 入射線 反射線和法線重疊 ==> 58 第三章 波動與聲音的世界

61 二 回聲 1. 定義 : 聲波如果遇到障礙物即被 回來的現象, 我們就稱之為聲波 的反射, 而經反射回來的聲音, 就稱為 或 2. 回聲的性質 : 回聲的 都不變, 但 會改變 3. 越 越 的平面越易產生反射 4. 日常生活中, 不常聽見回聲的原因 : (1) 我們週遭有太多可以吸收聲音的物質, 例如 : 窗簾 衣服等 (2) 原聲與回聲必須要相隔 秒, 人耳才能夠分辨的出來 既聲源 和障礙物間的距離至少要 公尺 (3) 音樂廳中常會放置布幔就是為了防止聲音反射干擾演奏 三 回聲的應用 : 探知發音體和遠處物體的距離 59 第三章 波動與聲音的世界

62 四 超聲波 : 人耳可以聽到聲音的頻率約在到之間, 在這個頻率以外的聲音, 人耳就無法聽見 有些動物的聽覺器官, 可以接收比人類更高或更低頻率的聲音 如蝙蝠 狗 海豚等 1. 超聲波 :: 頻率在赫以上的聲波 2. 超聲波的應用 : (1) 聲納利用 : 漁船和潛艇等所使用的聲納, 便是一種超聲波 可用來測量海底的深度或魚群的所在位置 (2) 醫學應用 : 常用於檢查人體內患病的部位和範圍, 亦可用來觀察母體內胎兒的成長情形, 或是擊碎病人的結石情況 (3) 工業應用 : 可用來清洗浸在溶劑中精密機械和工具, 也可以用來清洗眼鏡 手錶 珠寶 首飾等 (4) 動物的應用 : 蝙蝠視覺不良, 其飛行時, 可發出超聲波, 並利用超聲波的反射來探測物體的位置 ; 而海豚也可利用超聲波來偵測遠方的同伴 練習題例題 1: 探測船在海面上, 以聲納探測海底地形,1.2 秒後收到回聲, 則該處的海底深度約為多少公尺?( 聲音在海水中的速率約為 1500 公尺 秒 ) 60 第三章 波動與聲音的世界

63 例題 2: 某人站於兩山壁間發出一聲音, 隔 0.6 秒聽到第一次回聲, 再隔 1 秒聽 到第二次回聲, 則兩山壁相距 m( 聲速為 340 m s) 例題 3: 曉研想測量一枯井的深度, 她在井口向內喊話, 經過 0.20 秒後聽到回 聲, 則曉研測得的枯井深度為多少公尺?( 聲速為 340 m s) 例題 4: 某船以等速度 30m/s 離一懸崖前進, 在船上的人於鳴汽笛後經 6 秒, 使聽到由懸崖反射之回聲, 若當時聲音速度為 350m/s, 求在船上的人剛 好鳴汽笛時, 船與懸崖之距離 m 61 第三章 波動與聲音的世界

64 肆 多變的聲音 (3-5) 一 聲音的三要素 : 1. 響度 : (1) 聲音 大小的程度 (2) 與發音體的 有關 ==> 實例 1: 用力敲鼓, 鼓面震動愈大時, 鼓聲愈大聲 實例 2: 大幅拉動琴弦會比輕拉琴弦要來的大聲 (3) 通常聲音的響度以 ( ) 為單位 a. 人耳所能聽見的最小聲音強度為 分貝 b. 每增加 10 分貝, 聲音強度就增加 倍 例如 :50 分貝的聲音強度是 40 分貝的 倍 ; 而 60 分貝的聲音強 度是 40 分貝的倍 2. 音色 : 又稱為 (1) 聲音的 (2) 與發音體振動的 有關 (3) 發音體的音品主要取決於聲音的, 波形不同, 音 品也就不同 (4) 當你打電話回家時, 聽到家人的回話聲, 就可以知道誰接 聽你的電話, 這也是因為每個人說話的音色不同所導致的 62 第三章波動與聲音的世界

65 圖 ( 資料來源康軒網站 ) 3. 音調 : (1) 聲音的 (2) 與發音體振動的有關 (3) 發音體的振動頻率越高, 所發出的聲音就越 (4) 發音體的振動頻率越小, 聲音就越 男生的頻率約在 赫之間, 女生的頻率約在 赫之間 (5) 對絃樂器如吉他而言, 當絃越 越 越, 所發出的聲音音調就越 b. 有 4 條鋼弦, 材質 密度均相同, 但粗細不同,A B 一樣細,C D 一樣粗, 如附圖所示, 用手指於 P 點撥動後, 皆可聽到因弦振動而發出的聲音, 則音調由高至低的順序是 : A B C D 63 第三章 波動與聲音的世界

66 二 音叉的共鳴 1. : 二個相同的發音體中, 當一個發音體發音時, 另一個發音體受其影響也自行振動而發音, 此種現象也稱為聲音的 2. 共振的實例 : 將 A B 二個頻率相同的音叉相隔一段距離, 並使下方的共鳴箱口相對 敲擊 A 音叉使其發聲一段時間, 然後以手握住使其靜止, 此時 發現 B 音叉雖未經敲擊, 卻因受聲波的 作用而發音了 圖 ( 資料來源康軒網站 ) 3. 聲音的共振現象, 乃是聲音傳遞所引起的物理現象, 而且因為能量較為集中, 故共振可以加強聲音的聲響 4. 大部分的樂器都有, 其作用在藉由共振而使聲音 64 第三章 波動與聲音的世界

67 三 樂音與噪音 1. : 物體 振動, 使人覺得 的聲音 如琴蕭的聲音 2. : 物體 振動, 使人覺得 的聲音 如爆竹聲 3. 人體若長期處在高分貝的場所中會 : (1) 使耳膜受損, 聽力大減 (2) 缺乏耐性 無法集中精神 (3) 反應遲鈍 4. 噪音來源 : 65 第三章 波動與聲音的世界

68 66 第三章 波動與聲音的世界

69 67 第四章 光與色的世界

70 68 第四章 光與色的世界

71 壹 光的傳播與光速 (4-1) 一 光的傳播與介質 白天時, 我們可以享受溫暖的陽光 夜晚時, 可以看見皎潔的月亮 而太陽 月球及地球間, 大部分是成真空狀態, 但光卻可以穿越真空而傳播至地球 上, 由此可知 : 1. 光在 或 中皆可傳播 2. 光的傳播 介質 3. 光可以在空氣 水 玻璃等透光的物質中傳播 4. 光速的性質 : (1) 光的傳播速率 : > > > (2) 光在真空中傳播速率 V= Km 或是 m (3) 光一秒可繞地球 (4) 光從太陽傳到地球需約 秒 (5) : 光走一年的, 是 的單位 想想看, 光的傳播及聲音的傳播有何不同? 項目介質的有無空氣中的速度各物質傳播速度快慢 光 聲音 69 第四章 光與色的世界

72 二 光的傳播路徑與影的形成 1. 光的傳播路徑 : 光在真空中或是在均勻且透光的介質中傳播時, 恆沿進行, 所以也稱之為 2. 證明光是直線傳播的實例 : (1) 影的形成 : 當光線在傳播過程中, 若遇到不透明的障礙物時, 則不能繼續前進, 而形成陰影 (2) 穿衣可以蔽體, 張口不見腸胃, 這是因為光的直線傳播性質 (3) 民俗技藝中的皮影戲, 利用光的直線傳播, 將皮偶的影子投射在螢幕上, 用來表現人物的肢體動作 (4) 日晷 : 利用影子的大小及位置來測量時間的工具 (5) 木匠用單眼觀測木板是否平直 三 針孔成像 1. 針孔成像 : 來自蠟燭或實物的光線射入針孔後, 在光屏上可以看見一大小和原物成比例但是 的 2. 做圖 : 70 第四章 光與色的世界

73 3. 針孔成像的實例 (1) 陽光穿過樹葉和樹葉間之縫細時, 會在地下形成小圓點 4. 像的種類像的種類定義實例 1. 由實際光線匯聚而成的像 2. 投射在布幕或紙屏上的像 針孔成像電影 1. 不是由實際光線匯聚而成的像 2. 投射在布幕或紙屏上的像 3. 眼睛錯覺所形成的像 平面鏡的成像 想想看天地 例題 : 若在針孔前放置一個 B 形燈管則當光線通過針孔後會紙屏上形成一 個什麼形狀的像? 71 第四章 光與色的世界

74 貳 光的反射與面鏡成像 (4-2) 一 光的反射現象 : 1. 光的反射 : 當光在行進的過程中遇到不透明的障礙物而被反彈回原來的介質中的現象 做圖 : 入射線法線反射線 2. 反射定律 (1) 反射定律 a. 三者在同一個平面 上, 且 和 在法線的二側 b. 入射角 反射角 (2) 名詞解釋 a. 入射線 : 入射光進行的方向 b. 反射線 : 反射光進行的方向 c. 法線 : 與反射面垂直的直線 d. 入射角 : 入射線與法線的夾角 e. 反射角 : 反射線與法線的夾角 72 第四章 光與色的世界

75 3. 光反射的種類 (1) : 若反射面平滑, 而入射光為平行光束, 則反射光仍為平行光束 (2) : 若反射面凹凸不平, 則入射光雖為平行光束, 反射光卻四處分散, 但每一條光線仍然遵守反射定律 二 平面鏡的成像作圖 : 1. 平面鏡 : 是指表面光滑, 能產生反射的物體 2. 成像原理 : 乃是利用原理 3. 成像做圖 4. 成像性質 : (1) (2) 左右, 上下不顛倒 (3) 像距 物距 (4) 像的大小 物體的大小 73 第四章 光與色的世界

76 (5) 平面鏡之成像, 可將圖形左右翻動度, 或由紙背面透視, 即得左右相反的像 (6) 想要在鏡中看的自己全部的身長, 則鏡長要等於的身長 三 凹面鏡與凸面鏡 1. 凹面鏡 : 鏡面成凹形的鏡子 (1) 特性 : a. 當光入射到凹面鏡時, 其反射光會會聚於一點, 此點稱為 b. 由焦點發出的光, 經過凹面鏡反射後, 會主軸射出, 可以讓光照得更遠 c. 做圖 d. 應用 : 太陽傘 反射鏡 手電筒 車前燈 e. 物體位置與成像性質 物體位置 2f 外 2f 到 1f 1f 上 1f 內 成像位置 成像性質 74 第四章 光與色的世界

77 一倍焦距外 ( 凹面鏡 ) 一倍焦距內 ( 凹面鏡 ) 2. 凸面鏡 : 鏡面成凸形的鏡子 (1) 特性 : 可以產生的像, 以擴大視野 (2) 做圖 (3) 應用 : a. 車子的後視鏡 山路或轉彎處的凸透鏡 75 第四章 光與色的世界

78 b. 哈哈鏡 : 由和所組合而成的面鏡, 能 夠讓物體的成像產生戲劇性的變化, 也可以利用不鏽鋼的湯 匙來試驗 想想看天地 你知道 P b 在鏡中的像是如何的嗎? 現在時刻為 05:32 分 ( 有分針 時針 秒針的時鐘 ), 則鏡中的時鐘 應為 76 第四章 光與色的世界

79 參 光的折射與透鏡成像 (4-3) 一 光的折射 1. 光的折射 : 光由一個介質進入另一個介質, 在二個介質的交界面, 光進行的方向會發生偏折的現象 2. 發生原因 : 光在不同介質中的不同所致 做圖 : 3. 名詞解釋 : (1) 入射線 : 入射光進行的方向 (2) 反射線 : 反射光進行的方向 (3) : 折射光進行的方向 (4) : 與二界面 的直線 (5) 入射角 : 入射線與法線的夾角 (6) : 折射線與法線的夾角 77 第四章 光與色的世界

80 4. 折射定律 : (1) 折射定律 : b. 三者在同一個平面上, 且和分別在法線的二側 c. 光由光速的介質傳向光速的介質 ( 如光由空氣 進入水中 ), 因速度變慢 波長變, 則經折射後光 的前進方向會法線, 折射角入射角 d. 光由光速的介質傳向光速的介質 ( 如光由水中 進入空氣 ), 因速度變快 波長變, 則經折射後光 的前進方向會法線, 折射角入射角 78 第四章 光與色的世界

81 5. 光折射的實例 : (1) 銅幣在水中好像浮起來 (2) 海市蜃樓 (3) 沙漠幻景 二 透鏡 : 1. 透鏡 : 由透明的玻璃或塑膠所製成的, 具有光華的表面, 會使光線產 生 的透明體 2. 透鏡的種類 (1) 凸透鏡 : 中間部份比邊緣的透鏡, 有光線的功能, 又稱之為 透鏡 (2) 凹透鏡 : 中間部份比邊緣的透鏡, 有光線的功能, 又稱之為 透鏡 79 第四章 光與色的世界

82 3. 名詞解釋 (1) : 通過透鏡中心 O 與鏡面垂直的直線 (2) : 平行主軸的光線, 經透鏡折射後, 會會聚於一點 (3) : 凸透鏡的焦點, 為光線實際會聚的點 (4) : 凹透鏡的焦點, 為發散光線反向延伸相交的點 (5) : 焦點到鏡心的距離 80 第四章 光與色的世界

83 三 透鏡的成像 透鏡成像作圖時, 我們只選了三條特殊的折射光線, 但實際上, 物體所發出的所有光線, 經透鏡時均會被折射, 也就是光線不只這三條 1. 凸透鏡成像作圖 : (1) 注意事項 : a. 通過焦點的入射光線, 折射後的光線, 必與主軸 b. 與主軸平行的入射光線, 折射後的光線必通過另一邊 c. 通過鏡心的光線, 而前進 (2) 做圖 81 第四章 光與色的世界

84 物物體在二倍焦距外處物體在二倍焦距上體在無窮遠處82 第四章光與色的世界

85 物體在焦點與二倍焦距之間物體在焦點上物體在焦點內83 第四章光與色的世界

86 (3) 成像性質討論 a. 物體由遠處移近 時, 像由鏡後的焦點漸漸 凸透 鏡, 而且越來越 此時恆為 立 像 b. 物體由焦點移近 時, 像由與物 側, 並漸 漸 凸透鏡 像由 漸, 但仍然比物體 此時恆為 立 像 2. 凹透鏡成像作圖 : (1) 意事項注 a. 與主軸平行的入射光線, 折射後的光線其 方向的延長 線, 會通過 b. 延長線通過另一邊焦點的入射光線, 折射後的光線必與主軸 平行 c. 通過鏡心的光線, 不折射而直線前進 (2) 做圖 84 第四章 光與色的世界

87 物體在無窮遠處物體在凹透鏡前(3) 成像性質 a. 物體不管在鏡前何處, 像永遠是在鏡前的內 b. 物體由遠處移近凹透鏡時, 像由鏡前的虛焦點開始而漸漸凹透鏡, 且越來越, 但仍然比物體 此時恆為 立 像 85 第四章 光與色的世界

88 凸透鏡凹透鏡3. 凸透鏡與凹透鏡成像比較 像的性質實物的位置無窮遠處 位 置 實像或虛像 正立倒立 與實物比較之大小 二倍焦距外處 二倍焦距上 焦點與二倍焦距之間焦點上 焦點內 無窮遠處 凹透鏡前 三稜鏡 1. 由三個可透光的平面構成 2. 光線進入三稜鏡中會經個兩次折射 86 第四章 光與色的世界

89 肆 光學儀器 (4-4) 一 複式顯微鏡 1. 主要組成 : (1) : 焦距較短的凸透鏡 (2) : 焦距較長的凸透鏡 2. 原理 (1) 光線經由面鏡聚集, 穿過載物臺上的圓孔, 射入物鏡, 發生第一次 折射, 在目鏡的焦點內得到 (2) 經過目鏡發生第二次折射, 最後得到, 但對 原物而言是 二 照相機 1. 主要組成 (1) 鏡頭 : 為一凸透鏡組 (2) 光圈 : 控制光量 (3) 快門 : 控制曝光的時開 87 第四章 光與色的世界

90 2. 原理 : (1) 調整鏡頭與底片的距離, 可使鏡前物體經鏡頭的透鏡組折射後所 生成的實像, 恰好落在底片上 (2) 底片上的化學物質 ( ), 經過適當曝光後, 會發 生化學變化, 可錄下物體的形狀 三 眼和眼鏡 1. 眼睛的主要構造及功用 部位名稱 功 用 和相機做比較 水晶體 藉著周圍肌肉的動作以調節它聚光的能力 瞳孔 可自動控制射入之光量 視網膜 為一極精緻的感光體 2. 運作流程 物體發出 光線或反 射光線 進入 穿過穿過角膜瞳孔水晶體 折射 在視網膜上形 成一倒立實像 感光細胞 視神經 大腦 88 第四章 光與色的世界

91 3. 近視眼 遠視眼和老花眼的成因及改善方法 : 遠處物體 症狀及成像位置近視眼遠處物體成像於視綱膜前方 遠視眼近處物體成像於視綱膜後方 老花眼近物看不清楚 成 眼球太長或水晶球焦距太小 ( 曲度過大 ) 眼球太短或水晶球焦距太大 ( 曲度過小 ) 因補救法補救原理 肌肉失去彈性, 戴凸透鏡眼睛調節機能減退 模糊的像 戴凹透鏡遠處物體發出之光線, 經由凹透鏡發散後, 在進入眼睛, 使所生成的像剛好落在視網膜上 戴凸透鏡近處物體發出之光線, 經由凸透鏡會聚後, 在進入眼睛, 使所生成的像剛好落在視網膜上 凹透鏡 清晰的像 近視眼 ( 成像在視網膜前 ) 近視眼可戴凹透鏡矯正 近處物體 模糊的像 凹透鏡 清晰的像 遠視眼 ( 成像在視網膜後 ) 遠視眼可戴凸透鏡矯正 89 第四章 光與色的世界

92 伍 色散與顏色 (4-5) 一 大陽光的組成 (A) 1. 發現者 : 2. 方法 : 太陽光通過 後, 會分離出不同顏色的光, 此現象稱 為 3. 結果 : 太陽光乃是由各種 光所組成的 二 物體的顏色 1. 透明體的顏色 : 當太陽光照射到某一物體時, 此物體經選擇吸收其他的 色光, 只讓本身顏色的光透過 此時我們看到該物體的 顏色, 即由物體 的色光來決定 例如 : 紅綠燈在燈泡的外部分別裝設紅 黃 綠三種不同顏色的壓克力板, 當燈泡發亮時, 即可以分別產生 的燈光 2. 不透明體的顏色 : 當太陽光照射到某一物體時, 此物體經選擇吸收其他的色光, 只讓本身顏色的光返射回來 此時我們看到 該物體的顏色, 即由物體 的色光來決定 90 第四章 光與色的世界

93 三 光的三原色 1. 一般將 三種顏色的光稱為光的三原色 因為將三種顏色的光以不同的亮度混合, 即可呈現各種不同的顏色 2. 電視機 ( 或電腦 ) 的螢光幕所顯示的各種顏色, 即是調整螢光幕上許多發光體三原色之間亮度的比例 練習題 練習 1: 某生於下午四點, 發現其影長 40 公分, 同一時刻 20 公尺高之水泥柱, 其影長 5 公尺, 則該生身高為若干公尺? 練習 2: 做視力檢查時, 眼睛與視力表的標準距離應為 5 公尺 某眼鏡行由於空 間太小, 所以使用一平面鏡反射視力表, 若視力表與平面鏡的距離相隔 3 公尺, 則受測試者的座位應該設在跟離平面鏡多遠處? 91 第四章 光與色的世界

94 練習 3: 甲 乙 丙三張不同顏色紙片, 以單色的紅光 綠光照射下呈現的顏色 如附表所示 ; 已知甲 乙 丙中有一張的顏色為藍色, 則甲 乙 丙的顏色依序為 : 練習 4: 小明站在鏡前 2 公尺處看鏡中自己的影像 : (1) 小明和像的距離為何 (2) 若小明向鏡子方向前進 1 公尺, 則小明和像的距離為何 92 第四章 光與色的世界

95 93 第四章 光與色的世界

96 94 第四章 光與色的世界

97 95 第五章溫度與熱流

98 96 第五章溫度與熱流

99 壹 溫度與溫度計 (5-1) 一 溫度和溫度的測量 1. 溫度 : 用 等來表示物體冷熱程度的物理量 2. 有時, 我們可利用人體來判斷物質溫度高低, 但是其範圍是有限的, 故必須有一客觀的工具或方法, 來幫助我們測量溫度 3. 對大部分的液體而言, 其常因冷熱變化而引起脹縮 ; 既溫度增加體積膨脹液面上升溫度減少體積縮收液面下降問題小站問題 1: 當液體裝於容器中時, 溫度上升及溫度下降時, 其液面如何變化? 二 溫度計 1. 溫度計 : 用來測量溫度的工具就叫溫度計 2. 溫度計測量原理 : 及 3. 水的凝固點 0 C, 沸點 100 C, 在 0 C~4 C 時, 水熱縮冷脹, 水若作為溫度計的材料會不實用 4. 水銀受熱膨脹均勻, 在一大氣壓下沸點為 357 C, 適合作溫度計 5. 常用的有水銀及酒精溫度計 6. 液晶溫度計 : 利用液晶隨溫度升降而顏色改變的性質來測量 7. 耳溫槍 : 利用檢視腦中的下視丘血液流動時, 產生的紅外線輻射, 以測量體溫 97 第五章溫度與熱流

100 三 溫標 1. 溫標的制定標準 : 在 1 大氣壓下, 以水的結冰溫度和沸騰溫度訂定溫度的標準 2. 攝氏溫標 : 單位記作 (1) 把水的冰點訂為, 沸點訂為 3. 華氏溫標 : 單位記作 (1) 把水的冰點訂為 0 F, 沸點訂為 0 F 4. 人體正常體溫為 37 0 C, 即是 F 5. 溫標換算公式 (1) 華氏和攝氏溫標的轉換 (2) 自製溫標和攝氏溫標的換算 98 第五章溫度與熱流

101 問題小站 問題 1: 將下列溫標互換 60 = 0 F F= 80 = 0 F 68 0 F= 問題 2: 以室溫下的溫度計測得一小杯冰水的溫度為 6, 則冰水未測量前 的溫度應較 6 為 問題 3: 以室溫下的溫度計測得一小杯熱水的溫度為 98, 則熱水未測量前 的溫度應較 98 為 99 第五章溫度與熱流

102 問題 4: 小英自行做了一隻溫度計, 其訂水結冰時的溫度為 5 0 x, 水沸騰時 的溫度為 x 則當小英用此溫度計去測量一物體的溫度時發現物 體的溫度為 x 問此物體的溫度為 四 小常識 1. 地面溫度 : 指離地 1.2 至 2 公尺的百葉箱內的空氣溫度 2. 毎天氣溫以下午氣溫最高 清晨最低 3. 在對流層中, 每上升 1 公里溫度下降 海水在海平面下 100 到 200 公尺的範圍是海中生物主要活動區域 100 第五章溫度與熱流

103 貳 熱量與比熱 (5-2) 一 熱量 拿一壺水放在瓦斯爐上加熱, 水因為吸了熱, 溫度就慢慢的上升, 最後 沸騰成為開水, 所產生的蒸氣, 還可以把壺蓋衝開! 由此例子可知 : 1. 熱是 的一種形式, 它總是在不同的 中傳遞, 而傳遞熱 的多少就是 2. 熱是能的一種形式, 它總是由 的地方傳到 的地方 3. 在狀態不變下, 物體吸熱, 溫度必 ; 物體放熱, 溫度 必 4. 熱量是相對的, 不是絕對性的, 我們只能測出熱量的變化量, 無法測 出物體所含的熱量, 例如 :1 克 4 C 的水比 1 克 0 C 的水熱量多 4 卡 二 熱量 質量與溫度之間的關係 1. 對同質量的水而言, 升高的溫度與吸收的熱量成 例如 :20 克的水由 20 上升到 30 所需吸收的熱量和由 20 上升到 40 所需吸收的熱量何者較多? 2. 吸收的熱量相同時, 升高的溫度與水的質量成 例如 : 取甲 乙兩杯水, 甲質量為 40 克, 乙質量為 80 克, 用同一熱 源皆分別加熱 5 分鐘, 請問哪杯水的溫度較高? 3. 上升的溫度相同時, 所需吸收的熱量與水的質量成 例如 : 要讓 20 克及 40 克的水皆由 20 上升至 100, 請問何者需加 熱較長的時間? 101 第五章溫度與熱流

104 4. 熱量單位 (1) 熱量單位 : 卡路里, 簡稱為卡, 英文寫為 cal (2) 1 卡 : 即 克質量的水, 溫度上升或下降 所吸收 或放出的熱量 (3) 1 仟卡 : 使質量 的水, 溫度上升或下降 所吸收 或放出的熱量 三 比熱 為何夏天到海邊時, 雖然沙子的溫度高的燙人, 可是海水的溫度卻是如此冰 涼呢? 為何金屬一加熱溫度就立刻上升, 可是石頭卻要好久? 其實那是因為 同質量的不同物質, 吸收相同的熱量後, 溫度變化並不相同 同質量的不同 物質, 上升相同的溫度, 所需的熱量不同 1. 比熱 : 使 的物質溫度升高 ( 或下降 ) 所需吸收 ( 或放出 ) 的熱量稱為該物質的比熱 其單位為 (1) 代號 (2) 公式 : (3) 若某物質的比熱為 s 卡 / 公克 - 度其意思為 a. b. 102 第五章溫度與熱流

105 2. 相同的物質, 有相同的比熱 ; 不同的物質, 有不同的比熱 ==> 3. 在自然界中, 通常液體 氣體的比熱比固體大 4. 液體中以 的比熱最大, 氣體中以 的比熱最大 5. 比熱小的物質容易變冷或變熱, 比熱大的物質則較難變冷或變熱 6. 冬天的金屬摸起來比木頭冷, 因為金屬比熱比木材小 7. 同一物質構成的物體, 其比熱不變, 和體積及質量大小皆無關 8. 不同物質有不同的比熱 ; 同一物質其三態時的比熱也不同 9. 常見物質的比熱 物質比熱 (cal/g. ) 物質 比熱 (cal/g. ) 物質 比熱 (cal/g. ) 水 1.0 鋁 銀 油 0.70 鐵 鉛 酒精 0.58 銅 四 熱量的變化假設質量 M 克, 比熱 S 卡 / 公克 - 度的物質, 時, 吸收或放出熱量 H 卡 則由比熱的定義得 : H: 吸收或放出的熱量 ( 單位卡 ) M: 物體的質量 ( 單位克 ) T 1 : 物體的初溫 ( 單位 ) T 2 : 物體的末溫 ( 單位 ) T: 上升或下降的溫度 (T2-T 1 ) S: 物體的比熱 ( 單位卡 / 公克 - 度 ) 103 第五章溫度與熱流

106 問題小站 問題 1: 取相同質量的鋁塊和鐵塊, 以同一熱源加熱 3 分鐘, 何者溫度變 化比較大? 問題 2: 鋁的比熱 卡 / 公克 - 度,100 克鋁溫度由 15 上升到 40, 需 吸收多少熱量? 問題 3: 某物體質量為 100 公克, 已知若此物體由 45 下降到 15, 會放 出 300 卡的熱量, 請問此物體的比熱是多少? 問題 4: 已知鐵的比熱為 卡 / 公克 - 度, 取一鐵塊已知要使其溫度由 15 上升到 35, 需吸收 4520 卡的熱量, 請問此鐵塊的量是多少? 問題 5: 以同一穩定的熱源分別加熱質量 M1 與 M2 克的水, 得到溫度變化與加 熱時間的關係圖如附圖所示, 則質量 M1 M2 的大小關係為 104 第五章溫度與熱流

107 問題 6: (a) 使 25 克的水由 20 0 C 上升到 30 0 C 需要吸收幾卡的熱量? (b) 使 600 公克的水由 60 下降到 30 需要放出幾卡的熱量? 問題 7: 加熱器每分鐘供熱 400 卡, 問要使 200 克的水由室溫 20 上升至 90 需加熱幾分鐘? 五 冷熱物體的混合 1. : 在自然發生的熱能交換過程中, 熱量都會由高溫向低溫處傳播, 這種傳播會直到整體溫度都相等為止, 此時我們稱整體達熱平衡 2. 平衡溫度必介於最高溫與最低溫之間 3. 冷熱物體混合時, 平衡溫度的計算 (1) 若熱量不散失, 則 (2) 若有熱量散失, 則練習題問題 1:20g 80 C 的熱水, 與 80g 20 C 的冷水混合後的溫度 ( 假設無熱量的散失 ) 105 第五章溫度與熱流

108 (1) 物質的狀態變化溫度 - 時間曲線圖溫度參 熱對物質的影響 (5-3) 一 物質的三態變化 1. 物質的三態變化圖 2. 物質的三相變化圖 加熱時間 106 第五章溫度與熱流

109 3. 名詞解釋 (1) : 物質由固態變成液態的過程 (2) : 物質由液態變成固態的過程 (3) : 固體物質熔化時之溫度 (4) : 液體凝固時之溫度 (5) : 物質由液態變成氣態的過程 (6) : 氣體冷凝成液體的現象又稱為凝結 (7) : 液體沸騰時之溫度 (8) : 氣體凝結時之溫度 (9) : 若固體物質受熱, 不經液體而直接變成氣體之 現象 (10) : 液體溫度雖未達沸點, 仍可由液體表面逐漸脫 離成氣體之現象 (11) : 當液體達到沸點而急速氣化的現象 二 蒸發與擴散 1. 蒸發 : 在高溫時, 水分子的運動速度較快, 所以在液體表面的液體 分子比較容易脫離水面形成水蒸氣 ==> 高溫時, 蒸發速 度較快 (1) 影響蒸發快慢的因素 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 2. 擴散 : 粒子或物質從高濃度慢慢往低濃度處分散開來的現象 說明 : 在高溫時, 粒子運動速度較快, 則擴散現象更明顯 107 第五章溫度與熱流

110 三 物體的熱漲冷縮 大部份物質, 不論固體 液體 氣體分子在高溫時, 分子震動範圍較大, 故都有熱脹冷縮的現象 ; 溫度計即是利用物質熱脹冷縮的特性而製成 除此之外日常生活中也有很多小地方是利用物質熱脹冷縮的特性做成的 1. 電鍋的自動開關 ==> 2. 鐵軌銜接處 橋樑伸縮縫 3. 岩石風化 4. 熱脹冷縮情形比較 > > 5. 影響氣體體積變化的因素 : 四 水的體積 密度和溫度的關係 : 1. 水的密度為 g/ cm 3 2. 水的異常現象 (1) 一般物質 : (2) 水在 0 C~4 C 時, ; 在 4 C~100 C 時, 108 第五章溫度與熱流

111 3. 當水溫由 0 上升到 4 時, 水的體積會, 密度因而會 4. 在 4 以上時, 其溫度越上升, 則體積越, 密度因而 5. 對水而言,4 時體積最小而密度最大, 也就是在 4 時, 水是熱脹冷也 脹的反常現象 6. 當水面的溫度逐漸下降至 4 時, 因為密度變大而下沉 因此湖水在結冰 時由表面開始結冰, 而密度大的水沉在底層而可保持 4 左右, 讓水中的 生物維持生命渡過寒冬 109 第五章溫度與熱流

112 五 吸熱及放熱反應 1. : 反應過程中會放出光 熱 電或其他能量的反應 2. : 反應過程中, 需要照光 通電 加熱或供給其他能量才能進行反應的反應 3. 以硫酸銅及氯化亞鈷為例 (1) 熱對硫酸銅的影響 : 硫酸銅晶體受熱時會失去所含的水分, 顏色會由 色變 成色 是一種熱的反應白色的硫酸銅粉遇水 則又變回藍色, 同時放出熱量 化學反應式如下 : (2) 熱對氯化亞鈷的影響 : 氯化亞鈷晶體受熱時會失去所含的水分, 顏色會由 色 變成色 是一種熱的反應 ; 無水的氯化亞鈷 試紙 ( 呈藍色 ), 遇水則呈粉紅色 110 第五章溫度與熱流

113 肆 熱的傳播 (5-4) 一 熱的傳播 1. : 在自然發生的熱能交換過程中, 熱量都會由高溫向 低溫處傳播, 這種現象稱之 二 熱的傳播方式 1. 熱的傳播方式有三種 : 2. 傳導 : 的傳熱方式主要是傳導 ; 熱從高溫的物體傳到低 溫的物體 (1) 不同的物體對熱的傳導效果並不相同 一般而言, 金屬對熱的 傳導效果較好, 非金屬對熱的傳導效果較不好 (2) 一般而言, 傳熱速率 : > > (3) 常見實例 : a. 手拿著冰塊, 熱從高溫的熱水傳到低溫的冰塊 b. 手放入熱水中, 熱從高溫的熱水傳到低溫的手上 c. 金屬當鍋子, 而用木頭 塑膠等當鍋子的把手 3. 對流 : 的傳熱方式主要是對流 (1) 必須有流體存在, 才會產生對流 (2) 必須上 下, 才會對流 (3) 常見實例 : a. 水受熱時, 體積變大, 密度變小, 故熱水上升, 冷水下降 故加熱試管上端的水時, 用手摸試管底端仍不覺燙 b. 煙囪的設置幫助氣體對流, 當熱空氣向上時, 新鮮冷空氣由 下端不斷補充, 使爐內的燃燒效果更好 c. 夏季白天吹海風 晚上吹陸風 111 第五章溫度與熱流

114 4. 輻射 : 不需任何物質當媒介, 而直接由熱源傳播出去的方式叫輻射 (1) 太陽的熱藉由輻射方式, 傳到地球, 故不須經由介質而傳播 (2) 色物體較不易吸收輻射熱, 而 色物體較易吸 收輻射熱, 故夏天宜穿白色衣服, 而冬天則較適宜穿黑色或深 色的衣服 (3) 易於吸收輻射熱者, 亦善於放出輻射熱 ==>( ) ( ) (4) 不易吸收輻射熱者, 亦不易放出輻射熱 =>( ) ( ) 三 保溫瓶的保溫原理 1. 外殼真空夾層 : 避免 的熱 散失 2. 兩壁上鈑銀 : 銀面光滑可將熱反射, 減少 熱流失 3. 瓶蓋用軟木 : 減少 的熱散失 問題小站 問題 1: 家裏冷氣機為何都是裝在比較高的地方呢? 問題 2: 將溫度計置於陽光下, 請問包黑布的溫度計和包白布的溫度計 誰的溫度上升的較快 112 第五章溫度與熱流

115 113 第五章溫度與熱流

116 114 第五章溫度與熱流

117 115 第六章物質的構造

118 116 第六章物質的構造

119 壹 純物質與化合物 (6-1) 一 何謂物質 1. 定義一 : 組成物體的原料 2. 定義二 : 凡具有質量 佔有空間者 二 物質的分類 物 質 1. 普利士利用凸透鏡聚集陽光照射紅色的氧化汞, 得到汞和一種 新空氣 2. 拉瓦節將這新氣體命名為 氧, 並斷定這 新空氣 就是被燃燒物質吸收的氣體, 同時進一步指出 燃燒是物質與氧化合 3. 純物質 : 具有特定的組成 一定的性質者 例如 : 純水 氧氣 水銀. 4. 混合物 : (1) 不具有特定的組成且不具有一定的性質者 (2) 由兩種或兩種以上的純物質, 依任意比例混合所組成的物質, 其中各純物質仍保有其原來的特性 (3) 可用物理方法分離 例如 : 海水 空氣 合金 117 第六章物質的構造

120 一定組成 例如 : 水中的氫氧的質量比為 1:8( 定比定律 ) 一定性質 例如 : 純物質有一定的沸點 熔點 密度 比熱 5. 化合物 : (1) 為一種純物質, 可用普通的化學方法再分解出其他的純物質 (2) 由兩種或兩種以上的元素依一定比例化合而成 例如 : 精鹽 氫氧化鈉 二氧化碳 6. 元素 : 不能使用加熱 照光 通電等普通化學方法分解出其他物質的最簡單物質 例如 : 氧氣 氫氣 銅 118 第六章物質的構造

121 物理性質密度與硬度較較 氧化物水溶液成成化學性質貳 化合物與化學式 (6-2) 一 金屬元素與非金屬元素的性質比較 : 性質金屬元素非金屬元素 顏色大部分為 在常溫時大部分以 存 物 態 在 ( 有的以 存在 ) 金屬光澤 具金屬光澤 不具金屬光澤 延性 展性 有, 不易破碎沒有, 易破碎 導電與導熱 熱及電的 熱及電的不良導體 熔點較較 化學活性能與活潑的非金屬元素作用能與活潑的金屬元素作用 二 金屬元素之最 1. 常溫下唯一的液態金屬 ( 熔點 ) 及 兩種金屬當室溫超過 時也會變成液態 2. 除了銅是 色 ; 金是 色 ; 其它金屬為 色 3. 延性 展性最佳的金屬是 4. 導電性和傳熱性最好的金屬是 ; 第二的是 5. 熔點最高的金屬是 ; 熔點最低的金屬是 6. 地殼中含量最豐富的金屬元素為 119 第六章物質的構造

122 三 非金屬元素之最 1. 常溫下唯一的液態非金屬是 2. 非金屬中唯一會導電的是 ( 成分元素是 ) 3. 所有元素中硬度最大的是 ( 成分元素是 ) 4. 地殼中含量最豐富的元素為 四 常見的金屬元素 1. 金 (Au) (1) 金黃色的金屬, 俗稱黃金 (2) 延性及展性為所有金屬中最好的, 是非常好的熱及電的導體 (3) 用於製造錢幣及飾物, 也用於電子工業做為不易腐蝕的導線 (4) 金活性很小, 除 王水 " 外不怕任何酸的侵蝕 2. 銀 (Ag) (1) 銀是最好的熱及電的導體 (2) 銀的活性小主要用於製造錢幣 飾物 (3) 溴化銀或氯化銀常作為照相底片和印相紙上的感光材料 (4) 火山區有硫化氫氣體易與銀反應成黑色斑點 3. 銅 (Cu) (1) 銅為紅色有光澤的金屬, 導電性僅次於, 可作電線 (2) 青銅為銅 合金, 可作餐具 炊具 武器 (3) 黃銅為銅 合金, 可作水龍頭 船舶 裝飾品 (4) 可溶於熱的濃硫酸 熱的濃硝酸及稀硝酸 ; 無法溶在冷的濃硝酸中 120 第六章物質的構造

123 4. 鋁 (Al) 兩性金屬 (1) 密度為氧的三分之一 地殼中含量最豐富的金屬元素 (2) 鋁活性大, 而氧化鋁緻密不易脫落, 可保護內部金屬不會氧化 (3) 可作鋁門窗 鋁箔 鋁箔包, 且因鋁合金密度小可製造飛機 5. 鐵 (Fe) (1) : 用焦煤在高溫時, 將鐵礦煉成的鐵叫生鐵, 含碳相當多, 且含有雜質 質硬而脆 凝固時, 體積稍微膨 脹, 適合鑄造, 又叫, 常用來製造鐵管和 普通鐵器 (2) : 生鐵除去其中所含的雜質, 就成 鐵 含碳量很 少, 幾近純鐵 富延展性, 適合高溫鍛接, 又 叫 (3) : 含碳量介於生鐵與熟鐵之間者, 稱為鋼, 宜鑄造也 宜鍛接, 用途極廣 (4) 不鏽鋼 - 鋼 的合金, 可作廚具 餐具及醫療器 材 6. 汞 (Hg) (1) 汞是常溫常壓唯一的液態金屬, 俗稱 (2) 汞在常溫下為液態, 熱膨脹均勻, 且密度大 (13.6 克 / 立方公分 ), 用以製作溫度計及氣壓計 7. 鈦 (Ti) (1) 在空氣中易形成保護膜, 耐腐蝕 (2) 質輕堅固 用於人工骨骼 植牙 飛機 太空梭 資訊產品 (3) 二氧化鈦 : 無毒白色粉末, 俗稱 121 第六章物質的構造

124 五 常見的非金屬元素 1. 碳 (C): 石墨與鑽石是 (1) : 透明無色, 是最堅硬的物質 (2) : A. 呈黑色, 可以導電的非金屬元素 B. 作乾電池電極, 鉛筆芯 (3) 活性碳 2. 矽 (Si) (1) 矽晶圓主要成分是矽 (2) 玻璃 砂石含有氧和矽的化合物 (3) 地殼中含量最豐富的元素是氧, 其次是矽 3. 硫 (S) (1) 黃色粉末, 存在於火山及溫泉 俗稱硫磺 (2) 硫可製造火藥及硫酸 (3) 硫化氫為一有特殊臭味的有毒氣體 (4) 二氧化硫是有毒 無色 具刺激性氣味的氣體, 是空氣污染及酸雨的主要成分 4. 非金屬元素的顏色 (1) 氫 氧 氮 : (2) 氯 : (3) 碳 : (4) 碘 : (5) 溴 : (6) 硫 : (7) 紅磷 : 122 第六章物質的構造

125 六 元素符號的命名 1. 世界統一通用符號 採用名稱的第個字母, 以印刷體表示 ; 若是重 複, 再第一個大寫字母後, 再加一個 的字母 例如 : 碳 (Carbon): 鈣 (Calsium): ; 氯 (Chlorine): ; 鐵 (Fer): 2. 元素中文命名 我國對於元素的命名除屬於古代已知的元素是採用俗名外 ( 如 : 金 銀 銅 鐵 錫 鉛 ), 其餘依 或 來命名 ( 如 : 氫代表最輕的氣體 ), 此外, 再根據元素在常溫 常壓 時的狀態, 配合不同部首, 其規則為 : (1) 元素的名稱各以 個中文字來代表一種元素 (2) 以固態存在的金屬從 ; 例如 :, (3) 以固態存在的非金屬從 ; 例如 :, (4) 以液態存在的元素從 或 ; 例如 :, (5) 以氣態存在的非金屬從 ; 例如 :, 123 第六章物質的構造

126 參 物質結構與原子 (6-3a) 一 道耳吞原子說 在兩千三百多年前, 希臘哲學家留基伯 (Leucippus) 和他的徒弟 德謨克利特 (Democritus) 就認為物質是由不可分割的原子 (atom) 所組 成, 原子是堅硬的 有一定的形狀和大小, 且認為原子是永恆永存在 的, 不能孳生也不會消失, 可經由結合 分離再重新組合成各種物質 1. 提出 : 西元 1866 年英國科學家, 根據一些實驗的結果所 提出 2. 內容 : (1) 一切的物質都是由稱為 的微小粒子所組成, 而這種粒子 不能再 日後湯木生發現, 拉塞福發 現 ; 查兌克發現 (2) 同元素的原子, 其質量和大小皆 ; 而不同元素的原子, 其 質量和大小都 日後湯木生發現 (3) 化合物是由不同種類的原子以 組成的 (4) 所謂的化學變化, 是原子間以新的方式 成另一種物 質, 在變化的過程中, 原子不曾改變它的質量和性質, 也不會產 生新的原子, 或使任何一個原子消失 換言之, 物質發生變化時, 其原子, 但是各原子的 並 沒有改變 124 第六章物質的構造

127 二 原子可再切割 ==> 原子構造演變史 1. 原子結構演變 原子 ==> ==> 西瓜模型 ==> ==> 行星模型 ==> ==> 同位素 ==> 2. 電子的發現者 : 3. 質子的發現者 : 4. 中子的發現者 : 三 行星式原子模型 1. 行星式原子模型結構 (1) 提出 :20 世紀初, 紐西蘭人, 提出 (2) 內容 : 原子是由 和 所構成的 2. 現今 : 原子主要是由 等三種基本粒子組 合而成 質子 ( 帶 電 ): 電量與電子 原子核 ( 帶電 ) 電性與電子 中子 ( ): 質量約等於質子 電子 ( 帶電 ): 一個電子的質量約為質子的倍, 而一個電子所帶的電量是電荷的最小單位 3. 整個原子的質量幾乎全部集中在 4. 原子核是由帶正電的 及不帶電的 所組成, 體積極小, 但質量大 ( 幾乎整個原子的質量皆集中於此 ) 125 第六章物質的構造

128 5. 電子電量 ( )= 6. 質子電量 ( )= 7. 討論 : (1) 唯一不含中子的元素是 (2) 三種粒子的質量大小順序排列 : > (3) 三種粒子的發現順序排列 : > > 8. 原子序和質量數 (1) : 原子核中的 數目, 可以決定一個原子 的 故原子, 質子數 就, 性質也就 (2) : 原子核中所含的 數和 數的和 公式 : (3) 對電中性的原子而言 : = = 例題 : 元素 H O Na Na + O 2- 原子序 質量數 質子數中子數 電子數 126 第六章物質的構造

129 9. 同位素 : 相同, 不同氫 ( ) 氘 ( ) 氚 ( ) 電子數質子數中子數 10. 符號表示 23 Na O 8 27 AI 13 Al Cl 17 Cl 電子數 質子數 中子數 四 離子 ==> 帶電荷的原子 1. 形成原因 : 的得失 (1) 當原子失去 時, a. 原子核中質子的數目 核外的電子數目 ==> 原子中的 正電 負電, 此時的原子帶 電, 成為 127 第六章物質的構造

130 (2) 當原子得到 時, a. 原子核中質子的數目 核外的電子數目 ==> 原子中的 正電 負電, 此時的原子帶 電, 成為 2. 常見的陰 陽離子 陽離子 A n+ 陰離子 B n- 1A 族 : 氫氧根 : 硝酸根 : +1 氫離子 : -1 醋酸根 : 價 銨根離子 : 價 碳酸氫根 : 亞銅離子 : 7A 族 : 銀離子 : 2A 族 : 氧離子 : 碳酸根離子 : 銅離子 : 硫酸根離子 : +2 鋅離子 : -2 價 汞離子 : 價 鉛離子 : 鎳離子 : 亞鐵離子 : +3 鋁離子 : -3 磷酸根離子 : 價 鐵離子 : 價 128 第六章物質的構造

131 元素 化合物 純物質 混合物 例題 1: 氫氣是由氫分子所組成的, 而氫分子是由兩個氫原子所組成的 例題 2: 水是由水分子所組成的, 而水分子中含一個氧原子及兩個氫原子 1. 由例題 1 及例題 2 中可知, 是化合物, 和 是元素 + 2. : 只含一種原子的純物質 3. : 含有二種或二種以上的純物質 4. : 只含有一種分子 5. : 含有二種或二種以上的原子 問題小站 : 下圖 A B C D 代表不同的物質請問 圖 A 圖 B 圖 C 圖 D a. 屬於元素者有 b. 屬於化合物者有 c. 屬於純物質者有 d. 屬於混合物者為 129 第六章物質的構造

132 肆 分子與化學式 (6-3b) 一 原子與分子 1. 根據研究結果顯示, 許多物質都是以 " 分子 " 的型態存在, 而分子又是 以一定數目的原子結合而成 2. 原子 : (1) 原子和分子的性質 ; 故原子與物質的性質是 的 (2) 是參與化學反應最小的粒子單位 3. 分子 : 由一個或數個原子組合而成, 是擁有 的最小粒子 4. 分子種類 (1) 元素分子 : a. 分子 : 和 等 分子都只含有一個原子, 就具有物質的特 性 b. 分子 : 一般常見的氣體, 如 等分子含有 個同種原子, 才具有物 質的特性 c. 分子 : 如 等分子含有 個以上同種原子, 才具 有物質的特性 (2) 化合物分子 : a. 含有 種以上的 原子所組合而成的分子 例 1: 水分子 ( ) 是由 個 原子和 個 原 子結合而成 130 第六章物質的構造

133 二 分子式 1. 化學式 : 以及表示純物質組成的式子, 而分子式是其中一種 2. 分子式 : 用以表達純物質一分子中所含的 和 的式子 eg: 水分子, 含一個氧原子 兩個氫原子, 其分子式是 3. 元素物質的化學式 (1) 金屬是由原子堆積而成, 沒有單獨存在的分子, 故直接以 代表之 eg:na K Cu... 等 (2) 非金屬元素有單獨存在的分子故用 表示 eg:h2 He Br2 P4 S8 等 三 寫化學式的規則 1. 化合物分子中, 等於 2. 符號寫在前面, 符號寫在後面 氯化鈉 -> 碘化鉀 -> 3. 氧化物中, 的符號寫在後面 氧化鎂 -> 一氧化碳 -> 4. 酸的化學式 : 氫的符號寫在邊 例外 : 醋酸 => 5. 比較複雜的化合物, 則按 等次序寫 葡萄糖 -> 蔗糖 -> 6. 表現集合性質的原子團, 稱為根, 寫在硫酸 --> 中的 氫氧化鈉 --> 中的 131 第六章物質的構造

134 7. 寫中文名稱時其順序和寫元素符號的順序 MnO2-> CaCl2-> 8. 元素結合成化合物時, 其比有一定的比例 四 化學式的寫法 1. 化學式的分類 : 2. 常用化學式的寫法 (3) 首先要能寫出元素符號 (4) 將正價的元素符號 ( 通常是金屬 ), 寫在 邊 ; 負價的元素符 號 ( 通常是非金屬 ), 寫在 邊 ==> (5) 將各元素最穩定的數, 記在符號右上角 (6) 利用下列等式平衡電荷 : 原子數要採最正數值 正離子價數 = 負離子價數 (7) 將所得的原子數目各記於該元素的右下角, 如果原子數為時, 則省略不寫 以氧化鎂為例 : 寫出化學式的步驟 132 第六章物質的構造

135 步驟 氫氧化鈉 氯化鈉 碳酸鈣 氧化鐵 常見化合物 甲 常見的酸 Cl - NO3 - CH3COO - SO4 2- CO3 2- H + 乙 其於常見的化合物 化合物 化學式 氫氧化鎂二氧化錳二氧化硫ㄧ氧化碳二氧化碳 133 第六章物質的構造

136 伍 週期表與規律性 (6-4) 二 週期表 1. 週期表的提出與應用 (1) 俄國化學家門得列夫在 1864~1869 年之間, 根據元素的性質 隨著原子量 ( 現今使用之元素週期表是依原子序排列而非依 原子量 ) 增大, 有週期性重複出現, 將當時已知的六十幾種 元素排成第一張的 元素週期表 (2) 門得列夫並預測一些當時尚未發現的元素及其特性, 後來科 學家在 年分別發現鎵 鈷 鍺等元素, 與門 得列夫所預測的相當吻合 (3) 元素週期表把元素作有秩序的歸納排序, 易了解各元素物理 及化學性質的趨勢 2. 週期表的分類說明 (1) 週期表的每一橫列稱為, 共有 週期 (2) 第一週期只有 和 兩元素 第二和第三週期都 有 8 個元素 第四和第五週期都有 18 個元素 第六週期有 32 個元素 第七週期理論上也有 32 個元素, 但直到目前, 當尚未填完 (3) 週期表的每一縱行稱為, 早期將又分成 A 和 B 兩 大族, 再各細分成 8 小族 現今直接分為 18 族 (4) ⅠA 族又稱為,ⅡA 族又稱為 鹼土族 ⅦA 族又稱為 鹵族元素,ⅧA 族又稱 惰性氣體 ( 或稱 鈍氣 ) (5) 同一族的元素, 其化學性質相類似 134 第六章物質的構造

137 (6) 週期表中左下方的元素為, 右上方的元素為 (7) 由第 13 族的硼開始, 向右下方延伸的元素, 如矽 鍺與銻等, 其性質介於金屬與非金屬之間, 稱為或 三 金屬元素 ( 鉀 鈉 鎂 鋅 鋁 鐵 銅 鉛 ) 的分類實驗 : 2. 實驗記錄 元素 在水中 新切面與水的 水溶液加入 與鹽酸的 與鹽酸反應 浮或沉 反應 酚酞的反應 反應 產生氣體 鈉 (Na) 鉀 (K) 鎂 (Mg) 鋅 (Zn) 鋁 (Al) 鐵 (Fe) 鉛 (Pb) 銅 (Cu) 3. 依上表反應的情形, 可將元素暫時分成三類 : (1) 能與水反應者 : 反應式 : A. B. 135 第六章物質的構造

138 (2) 不能和水反應, 但能和鹽酸反應者 : ( 註 : 能和水反應者, 亦能和鹽酸反應, 且反應更激烈, 有危險性 ) 反應式 : a. b. c. d. (3) 不能和水反應, 亦不能和鹽酸反應者 : 4. 鈉鉀性質 (1) 在常溫下, 皆為, 質軟, 可用小刀切開 (2) 新切面都具銀白色光澤,, 易與空氣中的 反 應而失去光澤, 平常儲存在 中 反應式 : a. b. (3) 會和水反應, 水溶液呈鹼性, 並產生 (4) 化學性質相近, 屬 ( 週期表 ⅠA 族 :Li Na K Rb Cs Fr ) 136 第六章物質的構造

139 四 元素週期表 1A 1 8A 2 1 2A 3A 4A 5A 6A 7A 過渡元素 B 4B 5B 6B 7B 8B 8B 8B 1B 2B As Se Kr 砷 硒 氪 Xe 氙 鑭系 At 86 Rn 氡 錒系 第六章物質的構造

140 138 第六章物質的構造