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任教科目教學資料風城科學家七年級自編講義

新竹市私立磐石高中附設國中部七年級風城科學家講義(上冊)

第一單元風照電行

一、能源政策：我國能源轉型以減煤、增氣、展綠、非核之潔淨能源發展方向為規

劃原則，確保電力供應穩定，兼顧降低空污及減碳。

1.減煤：2025年前未規劃新擴建任何燃煤機組，燃煤機組除役後，改建燃氣機組。

2.增氣：我國為達成能源轉型目標，天然氣發電占比將達50%，並考量工業鍋爐改

供天然氣，國內天然氣用量將大幅成長。

3.展綠：為擴大再生能源推廣，經濟部訂定2025年再生能源發電占比20％政策目

標。現正積極推動太陽光電及風力發電，預計2025年太陽光電裝置容量

達20GW，離岸風力裝置容量則達5.7GW以上。

4.非核：政府歸零思考，無預設立場，務實檢視核能延役或核四重啟，但客觀事實

不可行，地方也不支持，延役或重啟困難重重。

二、能源的種類：可區分為初級能源及次級能源。

1、初級能源：又稱為「一次能源」，是指天然形成的能源，又可以分為「再生能

源」與「非再生能源」兩大類。

再生能源：可以隨著大自然的運轉而永不枯竭的能源。

例如：

非再生能源：必須消耗掉的能源，所以蘊藏量有限。

例如：

2、次級能源：又稱為「二次能源」，是指由初級能源經過處理或轉換以後所形成

的能源。例如：

3、再生能源發電：

(1)太陽光電：主要將太陽光轉換成熱能與電能使用,例如:太陽能熱水器、太陽

能計算機和手錶等。為目前臺灣再生能源發電比例最高的方式。

屋頂型推動：持續推動農業設施屋頂、公有建築屋頂、校園

屋頂、工業屋頂與社區屋頂等。
地面型推動：優先推動具社會共識及無環境生態爭議之專

案，包括：漁電共生、已整治之污染土地、國有非公用土

地、風雨球場等，達成經濟、環保與景觀休憩創新價值。

(2)風力發電：包含了陸域風電及離岸風電。其原理為藉由空氣流動推動風車葉

                片後，使馬達轉動產生機械能，進而轉換成電能。
   (3)地熱發電：藉地底的熱能來加熱地下水，以蒸氣推動渦輪機旋轉促進發電。
   (4)生質能發電：將生物產生的有機物質,包括沼氣、農作物殘渣等,直接利用或

經特殊處理所獲得的能源。
(5)水力發電：水力發電是歷史最悠久的再生能源發電方式,主要是利用水壩蓄

水，藉由水位高低落差的位能發電。

4、非再生能源發電：

(1)核能發電：利用中子來撞擊鈾的原子核，當鈾原子核分裂時會放出大量的能

量，這些能量可以使液態水轉換成水蒸氣，再由水蒸氣推動發電

機，即可發電。

(2)火力發電：利用煤炭、石油、天然氣等燃料，燃燒時所產生的熱能來加熱水

，使水變成高溫、高壓水蒸氣，再由水蒸氣推動發電機來發電。

文字方塊: §請上網查資料，比較核能發電、火力發電及各種再生能源發電的優缺點。ANS： 5、學習單：

三、新竹科學園區簡介：

科學園區設立於1980年，面積686公頃，主要為積體電路、電腦及周邊、通訊、光電、精密機械和生物技術等產業發展主軸之科學園區，為我國第一個科學園區。自成立以來，政府投注大量經費於本園區的軟硬體建設，由於交通便捷，加上附近有陽明交通大學、清華大學及工業技術研究院等學術與研究機構而發展迅速。

科學園區設立的宗旨，在建立臺灣高品質的研發、生產、工作、生活、休閒的人性化環境，吸引高科技人才，引進高科技技術，建立高科技產業發展基地，促進臺灣產業升級，目前科學園區更推動創新轉型發展，持續結合周邊產官學研資源，在既有基礎上納入創新思維及新業計畫，讓臺灣高科技產業在全球發光發熱。

四、科學園區發展所需要的資源：

1、水資源：竹科園區113年1~7月，平均必須消耗179,202 CMD(立方米/每天)。

供給竹科園區的水有下列四個主要來源：(1）寶二水庫 (2）寶一水庫

(3）頭前溪隆恩堰 (4）永和山水庫。為落實節水措施：汰換老舊用

水設備、提升造水率、進行雨水回收及空調系統冷凝水回收等。2021-

2022年期間，累計輔導20家廠商，節水潛勢達59.7萬公噸。針對半

導體及光電等用水量較大之產業，要求其製程用水回收率應達85%以

上，以促進水資源循環再利用。

2、穩定的電源：112年度竹科園區每月用電量平均為130萬KW，台灣電力股份有

限公司為改善科學園區電力品質，因應寶山二期擴建計畫園區用

電需求，於2022年啟動新建「寶山超高壓變電所（E/S）」，以增

進供電能力，提高供電品質及供電可靠度，有效提升竹科電網的

強韌性，穩定園區供電，同時可滿足園區未來用電成長需求。

文字方塊: §討論拓展高科技產業發展的同時，如何維護環境環境？ANS： 3、

五、能源隨堂練習：

____1.下列哪一種能源可循環再使用？ (A)煤 (B)石油 (C)天然氣 (D)風力。

____2.能源一般可分為初級能源與次級能源，下列何者不是初級能源？ (A)煤

(B)石油 (C)核能 (D)電能。

____3.下列何種能源取之不盡，且產生的環境汙染最小？ (A)煤及石油 (B)核能

(C)電能 (D)太陽能。

____4.墾丁海域的珊瑚曾經因發電的過程而大量死亡，試問其主要原因為何？

(A)火力發電的煤灰造成水質汙染 (B)核能發電所排出的熱廢水，造成海

水溫度上升 (C)核能發電的輻射汙染 (D)水力發電時，水力的衝擊太大。

____5.使用下列何種能源較不容易製造溫室氣體，以防止溫室效應加劇？ (A)煤

(B)石油 (C)木材 (D)風力。

____6.太陽能是目前已知最純淨的能源，也是所有生物能源的源頭，試問目前在

臺灣，太陽能最廣泛的應用為何？ (A)太陽能車 (B)太陽能電廠 (C)太

陽能集熱器 (D)太陽能冷氣機。

____7.煤和石油是現代生活中不可或缺的能源，關於兩者特性的敘述，下列何者

錯誤？ (A)都是非再生能源 (B)煤屬於初級能源，石油屬於次級能源

(C)都是古代生物的遺骸經化學作用轉化而來 (D)都可以供作燃料。

____8.下列何處最適合利用風力發電？ (A)風力強弱交替變化的地區 (B)時常有

強烈陣風的地方 (C)風力弱但持續的地方 (D)風力強而持續且穩定的地

方。

____9.太陽能發電是現在商業科技發展的主要目標，因為此發電方式既乾淨又環

保，可以作為油價高漲時代下的最佳替代能源，但是此發電方式卻有其限

制，試問下列哪一個地方最不適合以此方式發電？ (A)乾燥炎熱的沙漠

(B)天氣晴朗的臺地 (C)綠蔭遮天的雨林 (D)終年少雨的地中海沿岸。

____10.太陽能、石油、煤、天然氣、核能、風、水、地熱、潮汐；以上有幾種屬

於非再生能源？ (A)2 種 (B)3種 (C)4種 (D)5種。

____11.液化石油氣是原油經過分餾的過程再萃取出來的燃料，試問應屬於下列

何種能源？ (A)人造能源 (B)加工能源 (C)初級能源 (D)次級能源。

____12.火力發電是臺灣相當倚重的發電方式，試問下列何者不能作為火力發電的

燃料來源？ (A)煤 (B)石油 (C)天然氣 (D)鈾-235。

____13.臺灣目前的發電方式是以火力發電為主，下列關於火力發電廠的敘述共有

哪些正確？甲.主要是利用鈾礦當作燃料；乙.產生的二氧化碳有增強溫

室效應之虞；丙.產生的廢氣容易造成酸雨。 (A)甲乙丙 (B)乙丙

(C)丙 (D)乙。

____14.甲.火力發電；乙.水力發電；丙.核能發電；丁.風力發電；戊.地熱發

電；己.生質能發電。上述何者是利用再生能源來發電？ (A)乙丁戊己

(B)丙丁戊 (C)甲乙己 (D)甲丁己。

____15.關於煤的敘述，下列何者錯誤？ (A)主要為碳元素，另外還含有氫、氧、

氮、硫及無機礦物質 (B)煤的形成過程需要幾十年的時間 (C)含碳量愈

高的煤，汙染愈低 (D)主要用於火力發電和一般工廠的燃料。

____16.下列何者不是水力、風力和太陽能所具有的共通性？甲.都會產生大量二

氧化碳有增強溫室效應之虞；乙.都可以利用來發電；丙.發電過程產生的

汙染極低；丁.其開發利用不受時間、地點的限制。 (A)甲丁 (B)乙丙

(C)丙丁 (D)乙丁。

____17.下列何種發電方式運用到愛因斯坦質能互換的原理？ (A) 核能發電

(B) 火力發電 (C) 太陽能發電 (D) 生質能發電。

____18.關於煤與天然氣的敘述，下列何者正確？ (A)煤礦是金屬礦物、天然氣為

非金屬礦物 (B)煤與天然氣都是無機物 (C)煤主要的成分是碳、天然氣

的主要成分是甲烷 (D)煤和天然氣都屬於再生能源。

____19. 關於煤的敘述，下列何者錯誤？ (A)主要是古代生物被埋在地下，經過長

期的地熱與壓力作用後所形成的 (B)主要成分是氮、氫及少量的碳 (C)

可以做為火力發電的燃料 (D)屬於非再生能源。

____20.能源並非取之不盡，因此我們必須具備正確的能源使用觀念。試問下列何

者不是能源利用的趨勢？ (A)提高發電的能源效益 (B)養成節約能源的

習慣 (C)開發替代性的新能源 (D)以樹木代替火力發電的燃料。

____21.質能互換的理論如下：物質的質量可在核反應的過程中轉換成能量，其關

係式為E＝mc²，如果0.001 kg 的物質經核反應之後，剩下物質的總質量

為0.000998 kg，則轉換的能量大小為多少焦耳？(E為能量，單位焦耳

，c為光速＝3×10⁸ m/s，m質量，單位kg，) (A) 1.8×10⁸ (B) 9×10⁹

【題組】甲.火力發電；乙.水力發電；丙.核能發電；丁.風力發電；戊.地熱發

電；己.生質能發電。試依代號回答下列問題：

____22.甲～己中，利用再生能源發電的方式共有幾種？ (A)2 種 (B)3種 (C)4

種 (D)5種。

____23.產生電力的過程中，成本較低且安全，但產生的廢物容易造成酸雨的為

何？ (A)甲 (B)丙 (C)戊 (D)己。

____24.將植物體的殘渣或動物的排泄物，經發酵作用產生沼氣，再經由燃燒過程

產生熱能的發電方式為何？ (A)甲 (B)丙 (C)戊 (D)己。

六、自製電池

1、電池的由來：在1780年，路易吉·賈法尼（義大利文：Luigi Galvani）

發現，兩種不同的金屬（例如，銅和鋅）連接後，如果同一

時間觸摸青蛙腿的兩處神經，青蛙腿會發生收縮。他稱這是

「動物電」（animal electricity）。

2、延伸研究：伏打電堆（Voltaic pile），又名伏打堆，是最早出現的化學電

池，是在1800年由義大利物理學家亞歷山卓·伏打伯爵發明。

伏打電堆由很多個單元堆積而成，每一單元有鋅板與銅板各

一，其中夾著浸有鹽水的布或紙板以作為電解質。如下所示：

文字方塊: 伏打電堆的結構與實體

後來，這類由兩種不同的金屬與一種電解質組成的電池，通常被稱為

「伏打電池」，其結構通常改由兩個半電池間以鹽橋或多孔物相連而成。其

電路與反應式如下：

3、現代常見的電池:

(1)一次電池：顧名思義為只可使用一次性的電池，當電池內以化學能轉

變為電能來提供電力，也無法通過充電或其它方式將原有

電能補充回來，因此完全放電後將不可再使用。一般市面

上常見的碳鋅電池、鹼性電池、水銀電池、鋅空氣電池

等，皆屬此一次性電池。此類電池又稱為。

(2)二次電池：二次電池是可以再重複使用的電池，可持續的充電、放電

使用，二次電池一樣是經過化學能轉換成電能，但可以由

充電的方式，將電能重新轉化成化學能，便可再次使用。

市面上常見的有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子

電池等。此類電池又稱為。

4、學習單：

文字方塊: §請上網查找碳鋅電池、鹼性電池兩者的優缺點、型號種類及電壓值。ANS：

5、自製電池實驗：

(1)材料：自備檸檬或柑橘類水果、鋅片、銅片、鎂帶、鱷魚夾及檢流計。

       (2)步驟：{C}{C} 利用銅片和鋅片插入橘子或檸檬中。
                用鱷魚夾連接碳棒、鋅片和檢流計，觀察是否有電流產生。
                改變碳棒和鋅片的距離是否有影響？
                將鋅片換成鎂帶，再觀察看看有何變化。

用不同的水果，重複上述步驟，看看有何變化。

第二單元護國神山

一、護國神山~台積電歷史簡介：

1974年時任中華民國經濟部部長的孫運璿決定從美國引進積體電路製造工

業，1974年2月7日，一場在台北市區小欣欣豆漿店的不起眼早餐會後，決定

在工業技術研究院成立「電子工業研究發展中心」（今電子所），並由經濟部出

資1000萬美元的RCA技術移轉計劃。

1986年時任行政院應用技術發展小組召集人李國鼎邀請時任美國通用儀器

營運長的張忠謀回國擔任工業技術研究院院長，並由張忠謀帶領工研院與荷蘭

飛利浦、台塑企業等各方合作投資籌組以工研院技術移轉衍生成立的一家半導

體製造公司—台灣積體電路製造股份有限公司，由張忠謀出任首任台積電董事

長。

二、一般電路與積體電路的差異：

1、一般電路：是由銅線來連接電阻器、電容、電感、電晶體、二極管等電路

元件所組成，由於體積龐大的因素，製造小巧型的電器設備根

本是不可能的事，只能將電路用於大型的機器上，且不僅不穩

定也無法承受碰撞。

2、積體電路：簡稱為IC ，是一種半導體材料的小晶片，它可以將整個電路安

裝在自己身上，與獨立電路元件所組成的標準電路相比，積體

非常的小，最常使用的IC則是單晶積體電路。

3、IC設計的三大類型：類比積體電路、數位積體電路及混合訊號積體電路。

文字方塊: 積體電路圖示

4、一般電路：

(1) 定義：以導體(通常為電線)連接電源和電器形成一封閉的迴路。

文字方塊: 通路(Closed circuit)：電源、導線及負載形成一個完整的循環路徑。有電流通過電路。 (2) 種類：

文字方塊: 斷路(Open circuit)：電源、導線及負載的連接中途有斷開的部份。電流無法產生流動。

文字方塊: 短路(Short circuit)：僅電源與導線形成一個完整的循環路徑，因負載等同於導線性質，此時會產生極大電流，造成電路發熱高溫，進而燒毀電路，嚴重時可能引發火災。

註：圖中所述的負載即為電器。

(3) 常見的電路元件符號：

名稱	交流電源	直流電源	電阻	可變電阻
符號
名稱	導線(電線)	(毫)安培計	伏特計	檢流計
符號
名稱	開關	保險絲	接地線	燈泡
符號

(4) 電路連接方式：

：電流自電源流出，通過所有電路元件，過程中僅有一個

迴路，沒有出現分支現象。

：電流自電源流出，通過所有電路元件，過程中有兩個或

兩個以上迴路。

三、淺談電與生活：

電能被廣泛應用在動力、照明、冶金、化學、紡織、通信、廣播等各個領

域，是科學技術發展、國民經濟飛躍的主要動力。在第一單元已經提過各種發

電的方式，無論其有何缺點，我們不得不承認，電能已經與人類生活密不可分

，下列將先簡述電流的三大效應。

1、電流的效應：電子在流動過程中會和原子產生碰撞，使得電子的動能

減少，原子的振動增加，導線或電阻材料的溫度隨之上

升，電能轉為熱能。

2、電流的效應：電流通過導電的液體會使液體發生化學變化，產生新

的物質。

3、電流的效應：任何通有電流的導線，必會在其周圍產生磁場的現

象。

4、電流三大效應在日常生活的運用：

效應類型	日常生活上的運用
熱效應
化學效應
磁效應

5、基本用電常識

電力輸送：為減少電力在長途輸送中，因為電流熱效應而損耗，電力

公司輸電系統採取電壓、電流方式輸送。

家用電源：台電提供的家庭用電為交流電源，頻率為赫茲，電

壓有 V和 V兩種，連接到家庭插座，供一般家庭

使用。(2條及1條中性線)

§討論：

文字方塊: 交流電源和直流電源有何差異？ANS：

常見的插座

家庭用電安全

1. ，又稱熔斷器、熔絲，與保護電路以方式連接在

電路上用以保護電路的即棄元件，通常採用熔點的鉛錫合金、

鋅、銅、銀的絲狀或片狀材料製成。電路電流過大時，其中的金屬

線或片產生高溫而熔斷，開路中斷電流，保護電路免於傷害。近年

來都改以用無熔絲開關代替。

2.安全負載電流：電線所能承受的最大電流量，稱為安全負載電流。

同一插座或電源線上連接太多電器時，總電流可能超過電線所能承

受的最大電流（即安全負載電流），則產生的熱會使電線溫度快速上

升，容易發生危險。

3.其他注意事項：

四、新竹市晴空匯火災事件

文字方塊: 新竹新聞報導：5月26日新竹晴空匯大樓火警釀成2名消防隊員不幸殉職，新竹市消防局在事發1個月後宣布完成調查鑑定報告，研判起火原因應為1樓西側管道間電力配線發生短路，排除先前外傳是充電樁充電或配線引發火勢之可能，同時也推翻5月底初步鑑定報告認為火勢由地下室竄出的結論，全案調查完成後已於昨（26）日函送地檢署進行後續偵辦。*請先觀看新聞影片*

本次火災意外，燒出許多消防設備及建築施工的問題，請同學討論：

1、消防救災過程中，有哪些可以改善的地方？

ANS：

2、晴空匯D棟1樓西側管道間電力配線為何會發生短路？

ANS：

五、自製保麗龍切割器

1、先觀看教學影片https://youtu.be/JqwQY2gypQ8?si=Ex747KH0oSxXRW7U。

2、材料：1.電池盒 2.電池 3.冰棒棍 4.發熱絲(電阻絲) 0.2mm

5.熱熔膠槍 6.焊接工具 7.細電線 8.按鈕開關

3、討論：

(1) 保麗龍切割器作用原理為何？

ANS：

(2) 在製作過程中，如何使得保麗龍切割器可以切割出平整或圓滑線條？

ANS：

新竹市私立磐石高中附設國中部七年級風城科學家講義(下冊)

第一單元指南車與司南

1-1上古之戰

涿鹿之戰:黃帝使應龍蓄水，抵擋蚩尤。蚩尤請來了風伯雨師，「天大晦冥」，雷電交作，衝破了應龍的水陣。黃帝在危急關頭，又喚來女神女魃，使天氣放晴。蚩尤和黃帝在戰場上各自鬥法。蚩尤利用濃霧，使黃帝的部隊迷路。黃帝發明了指南車辨別方向，成功衝出濃霧的封鎖。經過連續幾場戰鬥，最後黃帝終於在中冀之野（即冀州，今河北省涿州市，至今那裡還保存有蚩尤墓遺跡）擒殺了蚩尤，獲得全勝，成為中原各部落的共主。

指南車則是原理，與磁力無關。指南車使用齒輪機關，使指南車上的木人，無論車子往哪個方向轉，木人永遠指著某個方向歷代都有人仿造指南車，以信史而言，最早見於《魏書》，記載三國時代魏國的馬鈞，成功製造過指南車。

1-2司南的作用

何謂司南? 司南是中國春秋戰國時代﹝公元前770年-公元前221年﹞，即距今2700多年前，最早出現的指南器，還未稱得上是指南針。戰國時代，古人發現山上有一種石頭，有吸鐵的功能，若為條狀，則能指向南北，古人稱之為磁石。據考究，這座山就是河北省的磁山，位於河北省邯鄲市，而邯鄲就是戰國時候趙國的首都。古人將磁石打磨成一個勺形﹝湯匙形狀﹞，磁石的南極，磨成長柄，放於青銅製的底盤上，底盤刻有方向。再手撥這個勺子，當其靜止時，勺柄就會指向正南，勺口指向正北。整個就稱作司南。「司」就是「」的意思。

有關記載春秋戰國時期，典籍《管子》和《山海經》，都有關於磁石的記載。而最早見出現「司南」的典籍，是《韓非子‧有度》，將司南比喻成法度，君主握有法度，就能辨別忠奸，好似握有司南，懂得分清南北一樣。

另外，古人稱「磁石」做「慈石」，見於戰國時代《呂氏春秋》，「慈石召鐵，或引之也」。有學者解讀：「慈石，能引其子，取鐵，如母之招子焉。」，於是創立「慈石」一詞，以擬人手法，將磁石吸鐵的特質，比喻做母親叫喚兒子。由於可見，古人很早就能掌握磁石能吸鐵的特質。

從司南發展到指南針，大約要到唐宋之際，也就是公元9世紀到10世紀之間。到了北宋以後，記載指南針文獻豐富，而將指南針放在方向盤上，稱為羅盤。由於北宋對外海上貿易發達，以羅盤海上導航亦見普及，有關技術亦經阿拉伯人傳入歐洲，而歐洲出現羅盤字眼的文獻，就較中國遲了差不多一百年。

1-3磁鐵

磁鐵或稱磁石，是可以吸引鐵並於其外產生磁場的物體。狹義的磁鐵指磁鐵礦石的製品，廣義的磁鐵指的是用途為產生磁場的物體或裝置。磁鐵能夠吸引鐵磁性物質，例如、、及其部分的合金。磁極的判定是以細線懸掛一磁鐵，指向北方的磁極稱為極或極，指向南方的磁極為極或極。（如果將地球想成一大磁鐵，則目前地球的地磁北極是極，地磁南極則是極。）磁鐵異名極則互相，同名極則互相。

磁性物質靠近磁極而暫時具有磁性的現象稱為。依據磁化的特性可分為磁鐵(軟鐵)和磁鐵(鋼釘)二種。

磁鐵的磁力最大，磁力最弱。磁力為一種 (除此之外，尚有及亦屬於此類)。將磁鐵截成兩段時，每一小段磁鐵的兩端仍各具有N極和S極，故N極和S極不會單獨存在。

上圖為磁鐵分割示意圖，N極和S極

不會單獨存在。

1-4 磁場與磁力線

磁鐵磁力作用所及的立體空間稱之為「」。

將一片壓克力板放置在條形或馬蹄形磁鐵上，並將鐵粉撒在其上，用筆輕敲壓克力板，鐵粉會慢慢散開，鐵粉分布的情況看起來會形成一條條封閉的曲線，此曲線稱之為「」，為磁場的假想線，實際上並不存在，是用來幫助了解磁針在磁場中的受力情形。

磁力線的特性：

1、將數個磁針圍著磁鐵放置，則每個磁針的N極

連接起來可得曲線圖，此曲線即為。

2、磁場方向為磁力線某點的N極方向，或N極所

受磁力方向，或磁力線的方向。

3、每一條磁力線都是封閉的平滑曲線，且任兩條

磁力線永不。

上圖為：磁力線示意圖。

4、在磁鐵外部，磁力線的方向為極指向極；在磁鐵內部，磁力線的

方向為極指向極。 5、磁力線的程度代表磁場強弱，磁力線愈密者，其磁場愈強，則磁針N

極所受的磁力愈大。

探索活動:磁場與磁力線

實驗裝置：

1.壓克力盒：從壓克力方盒中鑽兩個洞，黏上一圓管，盒內灌入油液及鐵粉。

2.磁鐵：長條形磁鐵與馬蹄形磁鐵。

步驟：

1.先將壓克力方盒均勻搖動，使其內鐵粉均勻分布於油液中。

2.將方盒平放後，將不同的磁鐵棒放在方盒下方，用筆輕輕敲打方盒。

3.觀察盒內鐵粉磁力線成型的過程與最後形狀。

實驗結果:

練習題：

1. （）如果兩磁鐵的距離增加，則兩磁鐵互相吸引或排斥的力量會如何變化？　

(A)減少　(B)增加　(C)不變　(D)先增加後減少。

2. （）棒形磁鐵的周圍放置甲、乙、丙、丁四個羅盤（其中黑色部分為N極、白色為S極），如附圖所示。在受到棒形磁鐵的磁力作用下，哪一個羅盤磁針的指向是正確的？　(A)甲　(B)乙　(C)丙　(D)丁。

3. （）將下列哪兩個東西靠近時，可能會產生互相吸引的情況？　(A)玻璃與鐵釘　(B)鐵碗與鐵釘　(C)磁鐵和玻璃　(D)磁鐵與鐵釘。

4. （）一磁棒的N極與S極如附圖所示。若將此磁棒由中央截成甲、乙兩段小磁棒，取這兩段小磁棒分別靠近與圖中相同的磁針，則下列示意圖中，何者最不可能為實際情況？【101基本學測】　

　(A){C}　(B){C}　(C){C}　(D)

5. （）兩個棒形磁鐵放在桌面上，甲、乙與丙、丁分別為兩磁鐵的磁極，以箭頭表示磁力線的方向，如附圖所示。下列敘述何者正確？　(A)甲端為N極，丙端為N極　(B)乙端為N極，丙端為N極　(C)甲端為S極，丁端為N極　(D)乙端為S極，丁端為N極。

6. （）宇倫在出發登山之前準備了很多東西，請問以下哪個物品可以幫助他在深山中找到正確的方向？　(A)手電筒　(B)登山杖　(C)羅盤　(D)煙霧彈。

7. （）宇安將一個棒形的磁鐵截成五段，請問這五段小磁鐵總共具有幾對N-S極？　(A)1對　(B)3對　(C)5對　(D)10對。

8. （）下圖中的棒形磁鐵，周圍置有甲、乙、丙、丁四個羅盤（其中黑色部分表示N極、白色部分表示S極），在受到棒形磁鐵的磁力線作用下，哪個羅盤的指針偏向是正確的？ (A) 甲　 (B) 乙　 (C) 丙　 (D) 丁。

9. （）把兩塊U形磁鐵分別固定在小車上，並將小車放在光滑桌面上，則下列何種情形兩車最容易互相靠近？
(A) (B) (C) (D)

10. （）慶哲想要知道磁鐵所建立的磁場範圍為何，於是將磁鐵附近撒滿了鐵粉，那麼他應該會觀察到下列何種現象？　(A)鐵粉顆粒會串連成相交的曲線　(B)鐵粉在磁鐵的周圍呈現均勻的分布　(C)在磁鐵兩極的地方鐵粉最密集　(D)鐵粉分布不受磁鐵影響。

11. （）兩金屬棒不論以哪兩端靠近均會互相吸引，則下列敘述何者正確？　(A)兩棒均為永久磁鐵　(B)兩棒皆不具有磁性　(C)一棒為永久磁鐵，另一棒則為鐵棒　(D)兩棒皆具有磁性，一棒只有N極，而另一棒只有S極。

12. （）下列各磁力線的圖形，哪一個不正確？
(A)　 (B)　 (C)　 (D)

13. （）下列有關磁鐵性質的敘述，何者正確？　(A)磁針靜止時，N極指向南方　(B)U形磁鐵的中間彎曲部分磁力最強　(C)若將棒形磁鐵從中央處折斷，則折斷處將不具有磁性　(D)磁鐵只要靠近但不接觸鐵釘，就可以將鐵釘磁化，使鐵釘具有磁性。

14. （）在磁鐵四周形成的磁場中，在何處會使鐵粉分布較密集？　(A) 只有在靠近磁鐵N極處　(B) 只有在靠近磁鐵S極處　(C) 靠近磁鐵兩極處　(D) 在磁鐵兩磁間的中間部分。

15. （）將一棒形磁鐵靠近鐵釘使鐵釘磁化而具有磁性，如附圖所示，請問此時鐵釘尖端的極性為何？　(A)N極　(B)S極　(C)可能為N極，也可能為S極　(D)無法判斷。

16. （）如附圖所示為兩棒形磁鐵及其磁力線的分布情形，則下列敘述何者錯誤？　(A)乙端為S極　(B)丙端為S極　(C)丁端為N極　(D)乙端與丙端，兩端互相吸引。

17. （）有關磁力線與磁場的敘述，下列何者正確？
(A) 磁力線的疏密分布與磁場強度無關 (B) 磁力線越稀疏的地方磁場強度越強 (C) 若要觀察磁鐵兩極附近某一點的磁場方向，可觀察鐵粉灑在磁鐵兩極附近所形成的圖形來判斷 (D) 若要觀察磁鐵兩極附近某一點的磁場方向，可將指南針擺放在此點，觀察磁針N極指向來判斷　【100基本學測一】

18. （）光品的手中拿著一個上面刻有N和S的指南針，他可以藉由觀察這個指南針得到下列何種訊息？　(A)N極指出該處磁場的方向　(B)N極指出磁南極的方向　(C)磁針的指向剛好和地磁方向垂直　(D)地理北極與磁北極為相同的地點。

19. （）大倫做了一些測試以比較暫時磁鐵和永久磁鐵的差異，那麼他應該不會發現下列何種現象？　(A)皆具有成對的N-S極　(B)皆形成三度空間的磁場　(C)在長期放置後仍皆可以吸引鐵器　(D)皆會在周圍形成磁力線。

20. （）將兩個小型棒形磁鐵以端點接在一起後，形成一個較大的棒形磁鐵，此時應該總共具有幾對N-S磁極？　(A)4對　(B)1對　(C)2對　(D)0對。

21. （）有一圓盤形磁鐵如圖甲，今將其橫切如圖乙，則下敘述何者錯誤？　(A)A為S極；B為N極　(B)C為S極；D為N極　(C)若將橫切的兩塊磁鐵再重合時，會互相排斥　(D)A極和D極的磁性相同。

22. （）有一圓盤形磁鐵如圖甲，今將其橫切如圖乙，則下敘述何者錯誤？　(A)A為S極；B為N極　(B)C為S極；D為N極　(C)若將橫切的兩塊磁鐵再重合時，會互相排斥　(D)A極和D極的磁性相反。

23. （）一支鐵釘放在二支條形磁鐵附近，A、B與C、D分別為兩磁鐵的磁極，箭頭表示磁力線的方向，如圖所示。若於此情況下，鐵釘的E端會吸引指南針的S極，則下列敘述何者正確？ (A)A端為N極、C端為N極　 (B)B端為N極、C端為N極　(C)A為S極、D端為N極　 (D)B端為S極、D端為N極。

24. （）將一磁針放在一磁鐵建立的磁場中，磁針N極所指的方向與該處磁力線切線方向的夾角為多少度？　(A)0度　(B)45度　(C)60度　(D)90度。

25. （）將兩個馬蹄形磁鐵如附圖的方式排列，已知箭頭的方向表示磁場的方向，則下列敘述何者錯誤？　(A)甲是S極　(B)丁是N極　(C)戊的磁性比丁大　(D)乙丁的磁性相同。

第二單元近代科學家

2-1安培

1.電流     效應：
    丹麥科學家          於西元1820年在做電學實驗時意外發現，通有電流的導線會在其周圍產生磁場，使磁針發生偏轉，其效果和磁鐵建立的磁場相同。當電流方向改變時，可發現磁針的偏轉方向會和原來的方向不同，表示電流方向不同所產生的磁場方向也會不同。
2. 通電長直導線的磁場：
(1) 法國科學家       經由實

驗發現，通有電流的長直導

線，在周圍任意一點上所建

立的磁場強弱，和導線上的

大小成比，

且和該點到導線的

成比。
(2) 通有電流的長直導線所產生

的磁場，其磁力線的形狀為

封閉的，而磁場或

磁力線的方向與電流方向互相。
(3) 運用安培定則來判斷長直導線周圍磁場的方向與導線上電流方

向的關係：將右手大拇指指向長直導線的方向，其餘四指彎

曲以長直導線為中心旋轉，此時四指所指的方向即為方向。

3. 通電螺旋形線圈的磁場：

(1) 匝數很多的螺線形線圈通有電流時，每一圓形導線在中心處所建立的磁場均為

同向，故可以互相增強效應，結果造成和一條形磁鐵效果相同的磁場，線圈

內磁力線與線圈外方向。

(2) 螺線形線圈內部的磁場強度大小和導線上的成正比，也和線

圈上成正比。

(3) 右手握住線圈，四指指向方向，大拇指即為方向。

(即磁場的極)

{C}(4) 面對螺線管線圈的一端，若線圈電流方向為方向，則該端為極；
若線圈電流方向為方向，則該端即為極。

2-2法拉第

麥可·法拉第（Michael Faraday，1791年9月22日—1867年8月25日），英國物理學家，在電磁學及電化學領域做出許多重要貢獻。

雖然法拉第沒有得到足夠的正式教育，卻成為歷史上最具有影響力的科學家之一。實際上他確實也時常被認為是科學史上最優秀的實驗家。他詳細地研究在載流導線四周的磁場，因此建立了電磁場的概念。法拉第觀察到磁場會影響光線的傳播，他找出了兩者之間的關係。他發現了的原理、抗磁性、法拉第電解定律。

他發明了一種電磁旋轉機器，這就是今天電動機的雛型。由於法拉第的努力，電磁現象開始出現於具有實際用途的科技發展，而第一台就是利用電磁感應原理發明出來的產物，他在科學上的成就被尊稱為之父。

2-3冷次

冷次定律是由俄羅斯物理學家海因里希·冷次在1834年發現的，冷次定律能夠找到由電磁感應產生的電動勢和感應電流的方向。

{C} 如右圖所示，在環圈導體的左邊有一塊永久磁鐵，其指北極指向環圈。假若，將磁鐵往環圈方向推進，則通過環圈的磁通量會增強。根據冷次定律，從磁鐵往環圈看，感應電流會呈逆時針方向。這是因為呈逆時針方向的感應電流所產生的磁場，其方向跟磁鐵的磁場方向相反，會使得總磁場比磁鐵的磁場微弱，從而抗拒磁通量的改變。簡單來說，當線圈週邊發生變化，線圈就會產生感應電流，而感應電流所產生的電流磁效應會抵抗磁場的變化。

第三單元電與磁的應用

3-1電流磁效應的應用：

(1) 電磁鐵：當通過導體時會產生磁場，而通過作成螺線管的導體時

則會產生類似棒狀磁鐵的磁場。在螺線管的中心加入一磁性物質則

此磁性物質會被磁化而達到加強磁場的效果。

一般而言，電磁鐵所產生的磁場強度與、及中心

的磁性物質有關，在設計電磁鐵時會注重線圈的分佈和導磁物質的選擇，並

利用直流電的大小來控制磁場強度。然而線圈的材料具有電阻而限制了電磁

鐵所能產生的磁場大小，但隨著超導體的發現與應用將有機會突破現有的限

制。在生活上，碼頭裝卸貨櫃、馬達、傳統的電鈴、電話及喇叭都會應用到

此一原理。

(2) 馬達：（electric motor，electromotor）又稱電馬達，簡稱馬

達，是使用電磁力的發動機，泛指任何可以將電能通過電磁學原理轉

化成機械能並做功產生動能來驅動其他裝置的電氣設備。大部分馬達

都是旋轉電機，通過磁場和繞組電流之間的互動產生轉矩；但可以產

生直線動量的直線馬達正在被研發作為電磁彈射器和磁軌炮等現代軍

用裝備。日常生活中如、、等

等都有馬達裝置存在。常見的馬達依照使用電源分為下列兩種類型：

{C}{C} 馬達：使用永久磁鐵或電磁鐵、電刷、整流子等元件，電刷和

整流子將外部所供應的直流電源，持續地供應給轉子的線圈，並適時地

改變電流的方向，使轉子能依同一方向持續旋轉。

{C}

{C}{C} 馬達：將交流電通過馬達的定子線圈，設計讓周圍磁場在不同

時間、不同的位置推動轉子，使其持續運轉

(3) 右手開掌定則：

電流、磁場與導線受力方向，三者之間的關係，可用右手開掌定則來決

定。將右手掌張開，四指指向磁場B方向，大拇指張開與四指垂直指向導線

上電流I方向，則掌心推出的方向即為導線的受力F方向，三者間兩兩相互垂

直。拇指（I）：電流方向；四指（B）：磁場方向；掌心（F）：導線受

力方向

實驗：單極馬達

3-2電磁爐

1、家電用的電磁爐，通常是根據法拉第的原理，利用磁場使置於爐面上的鍋子出現感應電流，再透過電流效應，使鍋子產生高溫以烹煮食物。

2、電磁爐的輸入電源為電，對鍋子底部產生隨時間變化的磁場，此時鍋子對應產生相反方向之感應磁場，具漩渦應電流，亦為交流電。

3、電磁爐所用的鍋子必須是電、熱的良導體。

4、下圖電磁爐示意圖。

3-3手機無線充電器

無線充電，又稱作感應充電、非接觸式感應充電，是利用近場感應，也就是電感耦合，由供電裝置（充電器）將能量傳送至用電的裝置，該裝置使用接收到的能量對電池充電，並同時供其本身運作之用。基本上由於充電器與用電裝置之間以電感耦合傳送能量，兩者之間不需使用電線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露。那樣就比有線充電更為方便。

作業:手機無線充電的優缺點為何？

3-4磁浮列車

磁浮列車是一種靠磁力（即磁鐵的排斥力和吸引力）來推動的列車。由於其軌道的磁力使之懸浮在空中，行進時不需接觸地面，因此其阻力只有空氣的阻力。磁浮列車的最高時速理論上可達每小時600公里以上，比輪軌高速列車的最高時速574.8公里更快。日本東海旅客鐵路公司最新型L0系高速列車是當前全球最快的列車，在山梨磁浮實驗鐵路試行時，達到時速603公里的超高速，目前日立及日本車輛製造所正在測試新型改良車頭，預計設計最高可達每小時635公里的高速，該車型也於2020年以最高時速500公里的速度提供民眾試乘。另外，儘管磁浮在一般人印象中是高速列車的象徵，但除高速磁浮列車外，還有中低速磁浮列車，行駛時速最高約100公里左右，主要應用於都市軌道運輸系統或機場聯絡軌道系統上，具有安靜、加速線性、爬坡能力佳、迴轉半徑小、保養成本相對較低等優點。