1 緒　論

概念 1 物理學簡介 1

概念 2 物理量的單位 2

2 物質的組成

概念 3 原子與物質的三態 4

概念 4 原子與原子核的組成 6

3 物體的運動

概念 5 物體運動的軌跡 9

概念 6 慣性與牛頓第一運動定律 12

概念 7 牛頓第二運動定律 13

概念 8 牛頓第三運動定律 14

概念 9 日常生活中常見的力 14

概念 10　克卜勒行星運動三定律與人造衛星 16

4 物質間的基本交互作用

概念 11 萬有引力定律 18

概念 12 地球表面的重力與重力加速度 18

概念 13 電力與磁力 19

概念 14 強力與弱力 22

5 電與磁的統一

概念 15 電流的磁效應 24

概念 16 電磁感應 26

6 波

概念 17 波的性質 28

概念 18 都卜勒效應 31

概念 19 光與電磁波 33

7 能　量

概念 20 能量的形式 39

概念 21 能量的轉換與守恆 42

概念 22 核　能 43

概念 23 能源的有效利用與節約 45

8 量子現象

概念 24 波粒二象性 47

概念 25 原子光譜 49

9 宇宙學簡介

概念 26 哈伯定律 52

概念 27 宇宙起源 53

10 動量與牛頓運動定律運用

概念 28 動　量 55

概念 29 動量守恆 55

概念 30 等速率圓周運動 56

11 碰　撞

概念 31 碰　撞 57

概念 32 一維（正向）彈性碰撞 58

1 物質的組成與性質

概念 1 物質的分類 59

概念 2 原子與分子概念的發展過程 62

概念 3 原子量與分子量 63

概念 4 溶液、濃度與溶解度 64

2 原子構造與元素週期表

概念 5 原子結構 67

概念 6 原子中電子的排列 68

概念 7 元素性質的規律性及元素週期表 69

3 化學反應

概念 8 化學式 72

概念 9 化學反應式的平衡 74

概念 10 化學計量 75

概念 11 熱化學反應式及反應熱 75

4 化學與能源

概念 12 化石燃料 78

概念 13 化學電池 80

概念 14 其他能源 83

5 高一化學實驗

概念 15 高一實驗 85

6 常見的化學反應

概念 16 化學反應的基本類型 88

概念 17 沉澱反應 89

概念 18 酸鹼反應 91

概念 19 氧化還原反應 93

7 物質的構造與特性

概念 20 八隅體與路易斯結構 97

概念 21 共價鍵與其構成的物質 99

概念 22 離子鍵與其構成的物質 102

概念 23 金屬鍵與其構成的物質 103

8 有機化合物

概念 24 有機化合物緒論 105

概念 25 烴　類 109

概念 26 鹵烴、醇、酚、醚的結構與命名 111

概念 27 醛、酮、酸、酯、胺、醯胺的結構與命名 114

概念 28 生物體中的有機物 117

9 化學與化工

概念 29 生活化學與先進科技 121

概念 30 化學工業與永續發展 124

10 高二上化學實驗

概念 31 基礎化學（二）實驗 127

1 生命的特性

概念 1 生命現象 130

概念 2 細胞的構造 130

概念 3 細胞的化學組成 132

概念 4 細胞的生理 135

概念 5 細胞與能量 137

2 植物的構造與功能

概念 6 植物的營養構造與功能 140

概念 7 植物的生殖構造與功能 144

概念 8 植物對環境刺激的反應 147

3 動物的構造與功能

概念 9 循　環 149

概念 10 消　化 153

概念 11 呼　吸 154

概念 12 人體的泌尿系統 156

概念 13 防　禦 158

概念 14 感應與協調—神經系統 160

概念 15 感應與協調—內分泌腺 163

概念 16 生　殖 165

4 遺 傳

概念 17 染色體與細胞分裂 168

概念 18 性狀的遺傳 171

概念 19 遺傳物質 175

概念 20 基因轉殖技術及其應用 179

5 演化與生物多樣性

概念 21 生物的演化 181

概念 22 生命樹 182

概念 23 生物多樣性 186

6 生物與環境

概念 24 族群與群集 188

概念 25 生態系 191

概念 26 多樣的生態系 194

概念 27 人類與環境 198

1 人與地球環境

概念 1 地球的起源 201

概念 2 地球的歷史 202

概念 3 人與地球環境 203

2 太空中的地球

概念 4 地球所處的太空環境 205

概念 5 認識星空（從地球看星空） 206

3 動態的地球

概念 6 大氣的結構 209

概念 7 大氣的變化 211

概念 8 海洋的結構 215

概念 9 海水的運動 216

概念 10 固體地球的結構 217

概念 11 火山帶與地震帶 220

概念 12 板塊運動 220

4 天然災害

概念 13 氣象災害 223

概念 14 地質災害 226

5 全球氣候變遷

概念 15 氣　候 228

概念 16 地球氣候變遷尺度 228

概念 17 地球歷史上的氣候變遷 229

概念 18 短期氣候變化 230

6 地球古今談

概念 19 與地球起源有關的學說 231

概念 20 地球的外貌 231

概念 21 地球的大小與質量 232

概念 22 地殼均衡 232

概念 23 探索時序的根源（曆法） 233

7 地球環境的監測與探索

概念 24 氣象觀測 236

概念 25 地面天氣圖 237

概念 26 天氣預報的作業流程 239

概念 27 不同天氣尺度的預報 239

概念 28 海洋探測 239

概念 29 海水的鹽度 240

概念 30 溫鹽圖（T - S Diagram） 241

概念 31 地質探測 241

概念 32 由沉積構造判斷地層沉積年代 244

概念 33 由地震波探查地球內部構造 245

概念 34 星空觀測的演進 246

概念 35 大氣窗與觀測限制 246

概念 36 觀測儀器 247

概念 37 地球環境的觀測 247

概念 38 人造衛星的功能與分類 248

概念 39 遙測的各項應用 248

8 地球環境的特徵

概念 40 地貌的變化 249

概念 41 波浪與海岸地形 251

概念 42 海底地形 252

概念 43 海洋地殼 253

概念 44 成雲致雨 254

概念 45 海陸差異及地形變化對天氣的影響 255

概念 46 星光與星色 257

概念 47 時間與距離 258

概念 48 宇宙的結構 259

概念 49 恆星演化 261

9 地球資源與永續發展

概念 50 地球資源 262

概念 51 減少環境汙染與破壞 263

概念 52 永續發展 264

28

概念 17 波的性質

1 波動的特性

禑波動是一種訊號，傳遞的是能量與動量，但不傳遞物質。

禙空間中某一個位置只能容納一個質點，但可以容納許多個波動（訊號），其結果為這些波動單獨

作用之疊加。

辻波動具有反射、折射、干涉、繞射及共鳴等特性。

2 波動的種類

禑依振動方向分為橫波及縱波。

名　稱 特　性 實　例 圖　示

橫波

（高低波）

質點振動方向與

波前進方向垂直

弦（繩）波

、光波

縱波

（疏密波）

質點振動方向與

波前進方向平行

在空氣中傳

遞的聲波

禙依是否需要介質分為力學波及電磁波。

名　稱 特　性 實　例 圖　示

力學波

（機械波）

需要靠介質

才能傳遞

聲波

繩波

水波

【水波】

水波傳播時，水分子運動的軌跡近似圓周，故水波不是單純的橫波

或縱波，而是混合波，如下圖。

電磁波不需要靠介

質就能傳遞光波

6 波

28

波 單元 6 29

3 波動的重要名詞

A

G

B

H

C

I

E

D F

波　峰 振動的最高點，上圖中 A、C、E

波　谷 振動的最低點，上圖中 B、D、F

平衡點 平衡位置，振動位移為零的點，如圖中 G、H、I

振　幅 各點振動的最大位移量值，即最高點或最低點到平衡點的距離

波　長 相鄰兩對應點（兩波峰或兩波谷）之間的距離，即 AC、BD，以 m 表示

週　期 各點完成一次完整的振動所需的時間，以 T 表示

頻　率 單位時間內振動的次數（單位：Hz），通常以 f 表示

波　速 波速 = 位移

時間= 波長

週期　⇒　v

Tfmm= =

4 水波的觀察

禑實驗裝置：裝置之側視圖如下圖䟭，它是由一個透明玻璃為底的水槽所構成，上方架設一光源，

盤座下方有一面反射鏡。產生水波後，燈光可將影像反射至投影屏幕以便觀察。

禙實驗原理：當水面產生水波時，凸起的波峰如同凸透鏡，可以會聚光線，在屏幕上形成亮帶；凹

陷的波谷則如同凹透鏡，可以發散光線，在屏幕上形成暗帶，如下圖仮所示。

辻藉著水波槽，我們可以觀察到波的基本性質：反射、折射、干涉、繞射。

5 波的反射

禑反射成因：當介質改變時，會有部分的

波（能量）反射回入射介質中，而入射

線與反射線遵守反射定律。

禙反射定律

嫎 入射線、反射線與法線等三線共平面

，且入射線與反射線分別在法線兩側。

娋 入射角等於反射角。

波30 單元 6

6 波的折射

禑折射：當波斜向進入另一種介質時，透射波行進方向發生改變的現象，稱為折射。

禙成因：波在不同介質，速率不同。

嫎 水波的傳遞速率與深度、溫度有關，水波在深水區的波速大於在淺水區的波速（v h? ）。

娋 在空氣中傳遞的聲波，其傳遞速率與溫度有關，聲波在高溫區的波速大於在低溫區的波速。

辻折射定律

嫎 入射線、折射線和法線在同一平面上，且入射線和折射線各

在法線的一側。

娋 入射角、折射角的正弦函數值與速度的關係如下式：

sinsin

vv

2

1

2

1

2

1

i

i

m

m= = = 定值

稆水波的折射

嫎 水波由深水區進入淺水區時，速度變慢，折射角 < 入射角，

折射線偏向法線，如下圖䟭。

娋 水波由淺水區進入深水區時，速度變快，折射角 > 入射角，

折射線偏離法線，如下圖仮。

䊼水波在深水區與淺水區傳遞性質比較如下表：

深水區 淺水區

波速

（v = f m）較快 較慢

頻率

（f）不變 不變

波長

（m）較長 較短

7 波的干涉

禑波的重疊原理：兩波動會合時，其合成波的位移等於個別波單獨作用的位移之和。

如左下圖示，兩波疊加時，其合成波的位移大於個別波的位移，稱為建設性干涉；

如右下圖示，兩波疊加時，其合成波的位移小於個別波的位移，稱為破壞性干涉。

+ = + =

禙水波的干涉：在水波槽中，若將兩個點振動頻率相等的波源，同時上下振動，產生的兩組圓形波

相遇時，會造成水波的干涉。

v1

v2

1i

2i

波 單元 6 31

嫎 某些位置的峰峰干涉（亮帶）或谷谷干涉（暗帶）振幅會增強，稱為「腹點」。腹點的連線，

稱為「腹線」。

娋 某些位置的峰谷干涉振幅會減弱，水面沒有凹凸變化，屏幕上沒有明暗相間的條紋，稱為「節

點」。節點的連線，稱為「節線」。

S1 S2S1 S2

8 波的繞射

禑繞射現象：波進行時，若遇障礙物或小隙縫，波可繞過障礙物出現在障礙物後方，或通過小隙縫

而波行進方向發生改變的現象，此現象稱為繞射。

禙狹縫的寬度對繞射現象有非常明顯的影響，圖示與比較如下表：

m m m

d & m（繞射不明顯） d > m（繞射較明顯） d ] m（繞射非常明顯）

辻實例

概念 18 都卜勒效應

1 聲波的性質

禑空氣分子振動的方向與波行進方向平

行，此種波稱為縱波或疏密波。

禙相鄰兩密部（或疏部）間的距離即為

波長，以 m 表示。

波32 單元 6

辻聲波可以在氣體、液體、固體中傳播。一般而言，其聲速量值關係為固體 > 液體 > 氣體。在

25℃時聲波於不同介質中的傳播速率如下表：

介　質 空氣 水銀 淡水 海水 橡膠 尼龍 玻璃 鐵 鋼 鋁

聲速（m/s） 346 1450 1497 1535 1550 2620 3980 4994 5940 6420

稆聲波在空氣中的速度：v = 331 + 0.6t（m/s）（t 為當時空氣的溫度，單位為℃）

込聲波的種類

嫎 可聞聲：人類的耳朵所能聽到聲音的頻率範圍，一般人約為 20 ～ 20000 赫茲。

娋 超聲波：頻率 f > 20000 赫茲的聲音。

䊼 聲下波：頻率 f < 20 赫茲的聲音。

2 都卜勒效應

禑都卜勒效應：當波源與觀察者在其連線上有相對運動時，觀察者所接收到頻率與原來聲源所發出

的頻率有不同的現象。

禙觀察者與聲源的運動情形，造成觀察者觀察到的頻率與原頻率之關係如下表：

聲源與觀察者的相對運動情形 圖　示 說　明

觀察者靠近聲源 v0Sm 聲源不動，波長固定，當人靠近波源，觀

察者的視波速變快，故頻率變大

觀察者遠離聲源 v0Sm 聲源不動，波長固定，當人遠離波源，觀

察者的視波速變小，故頻率變小

聲源靠近觀察者vs1

1

2

2

3

3

4

4

5

5S

ml

因為聲源移動，S 在空間中所發出之波長

會改變。圖中人的位置不動，視波速固定

，可觀察到波長變短，故頻率變大

聲源遠離觀察者vs1

1

2

2

3

3

4

4

5

5Sml

因為聲源移動，S 在空間中所發出之波長

會改變。圖中人的位置不動，視波速固定

，可觀察到波長變長，故頻率變小

波 單元 6 33

辻都卜勒效應應用

嫎 天文觀測中，星體遠離我們時，發出的光頻率降低，波長變長，稱為紅移；反之，星體靠近我

們時，發出的光頻率升高，波長變短，稱為藍移。但因涉及到電磁波的傳遞，故需要相對論修

正為「相對論性都卜勒效應」。

娋 交通警察利用雷達反射波的頻率變化，可以計算出汽車是否超速。

概念 19 光與電磁波

1 光的微粒說與波動說

理　論 微粒說 波動說

提出者 牛頓 惠更斯

基本假設

禑 1692 年提出，認為光是由極微小粒子組成

，此粒子運動速率極快，可視為直線運動

禙 是一完全彈性體，遇障礙物可以反射且速

率不變

辻可通過透明介質，且速度會改變

1678 年提出「惠更斯原理」

禑光是一種波動

禙 波前上之任一點可視為新的點波源，繼續

發出光波，朝各方向傳遞

可以解釋之

現象

禑光的直進

禙光的反射

辻光的折射

禑光的直進

禙光的反射

辻光的折射

稆光的部分反射、部分折射現象

込光的干涉與繞射現象

支持的實驗

牛頓預測光在介質中的傳遞速率比在真空中

快，但 1850 年由菲左及傅科測出光在水中的

傳遞速率比在空氣中慢

禑 1802 年，楊氏：雙狹縫實驗

禙菲左及傅科：測得 v水< v真空

辻 馬克士威：理論推導預測電磁波的存在，

且電磁波是以光速傳遞

稆赫茲：1888 年，證實電磁波存在

2 光的二象性

　　愛因斯坦提出光同時具有波動和粒子的特性。

禑電磁波是由許多具有特定能量的「光子」組成，具有粒子性。

禙光有時呈現波動性，有時呈現粒子性，需要視光與周遭所處狀況來決定其性質。

辻「光子」兼具粒子和波動的二象性質，以此想法圓滿地解釋光電效應的實驗結果。

3 光的反射

禑光的直進性：因為光在真空中或均勻介質中傳遞時，常沿一直線行進，所以常以「光線」、「光

束」來描述光的直進性，可解釋影子、針孔成像、反射、折射等光學現象。

波34 單元 6

禙針孔成像

嫎 原理：如下圖䟭所示，當物體發出的光線通過一個小針孔，再由針孔繼續前進，便會在針孔後

方的光屏成像，針孔所成的像與原來物體的上、下與左、右皆顛倒。

娋 如下圖仮所示，其放大率由相似三角形計算（xh

xh

2

2

1

1= ）。

䊼 針孔愈小成像愈清晰，但因透光少影像會變暗。另外，若針孔太小則會形成繞射現象而使成像

邊緣模糊，不易觀察。

A

B

C

Dh1 x1 x2 h2

辻反射定律

嫎 入射線、反射線、法線在同一平面上，且入射線、反射線在法

線的兩側。

娋 入射角 ii = 反射角 ir。

稆反射的種類

嫎 鏡面反射：平行光線射向光滑的表面後，反射光線互相平行，亦稱為單向反射。如下圖，月亮

經平靜的水面鏡面反射，呈現清晰的倒影。

娋 漫反射：平行光線射向粗糙表面時，每一條光線的入射角皆不相等，故反射光線會向不同的方

向反射，稱為漫反射。如下圖，水面波浪起伏，由遠到近都有月亮的光線反射至觀察者眼中，

呈現長條狀光影。

込平面鏡成像

嫎 原理：反射定律及光之直進性。

娋 性質

　𦵑物距 = 像距。

　𦲂放大率 = 1，為等大的虛像。

　𦿞上下不顛倒（正立）。

iii r

S Sl

p q

波 單元 6 35

4 光的折射

禑折射定律

嫎 成因：如下圖䟭所示。

　𦵑由於光在不同介質中速率會改變，導致在界面上出現部分反射與部分折射的現象。

　𦲂在入射角不為零的情況下，入射線與折射線的方向並不相同，會出現偏折。

i

i

= 2.25 × 108m / s

= 3.00 × 108m / s

60˚

40.5˚

娋 規則：如上圖仮所示。

　𦵑光由光速快的介質進入到光速慢的介質時，光會偏向法線。

　𦲂光由光速慢的介質進入到光速快的介質時，光會偏離法線。

䊼 折射定律（司乃耳定律）： sinsin

vv

2

1

2

1

i

i = = 定值。

禙折射現象

嫎 如下圖䟭所示，人在空氣中看水中的物體時，物體的深度會變淺。

娋 如下圖仮所示，在水中的青蛙看空氣中的路燈時，路燈水面的距離會變大。

䊼 如下圖踺所示，水中的筷子，看起來好像斷為兩截（向上彎折），也是相似的道理。

𤒈 這種因折射引起的現象稱為視深現象。

A

Al

辻凹、凸透鏡成像

嫎 凸透鏡的成像作圖：平行主軸的光線入射凸透鏡後，其折射光會通過焦點，若光線通過鏡心，

則會維持原方向前進。

𦵑 𦲂

　

F F

　

F

F

波36 單元 6

𦿞 漗

　

F

F

　

F

F

𧄉 茽

　

F

F

　

F

F

娋 凹透鏡的成像作圖：平行主軸的光線入射凹透鏡後，其折射光的延長線會通過鏡前的焦點。

𦵑 𦲂

　

F F

　

F F

䊼 凹、凸透鏡成像性質

鏡　別 物體位置 像的位置 像的實虛 像的正倒 像的大小

凸透鏡

𦵑鏡前無窮遠處 鏡後焦點上 實像 — 一點

𦲂鏡前兩倍焦距外 鏡後兩倍焦距和焦點間 實像 倒立 縮小

𦿞鏡前兩倍焦距上 鏡後兩倍焦距上 實像 倒立 等大

漗鏡前兩倍焦距和焦點間 鏡後兩倍焦距外 實像 倒立 放大

𧄉鏡前焦點上 鏡後無窮遠處 — — —

茽鏡前焦距內 鏡前 虛像 正立 放大

凹透鏡𦵑鏡前無窮遠處 鏡前虛焦點上 虛像 — 一點

𦲂鏡前任何位置 鏡前虛焦點內 虛像 正立 縮小

稆物體顏色的成因與色散現象

嫎 光的三原色：德國學者亥姆霍茲確立了光的三原色理論，大部分的顏色

，均可經由紅、綠、藍三種色光，以適當比例混合而成，且這三種色光

無法由其他單色光合成，故稱其為光的三原色。

娋 色散現象

　𦵑 牛頓發現太陽輻射的白光，在通過透明的三稜鏡後

，會被折射並分散成為紅、橙、黃、綠、藍、靛、

紫等七種顏色的光，如右圖所示。這種現象稱為光

的色散，這七種顏色稱為光譜色。

波 單元 6 37

　𦲂 在真空中，各種色光的波速都相同，因此白光在真空中不會產生色散。但在三稜鏡中各種色

光的波速並不相同，其中以紅光最快（但還是比在空氣中慢），紫光最慢，故通過稜鏡後偏

折的角度：紅光最小，紫光最大。

込虹與霓：雨過天晴後，背向太陽仰視天空時，有時可以看到一道彩「虹」，呈現出類似白光色散

後的光譜色。在彩虹之上，還會出現另一道較弱的色帶，稱為「霓」。

虹 霓

圖　示

40˚42˚

51˚54˚

原　因 日光在水珠中經 2 次折射與 1 次反射 日光在水珠中經 2 次折射與 2 次反射

色　彩 顏色較深，外圈為紅光，內圈為紫光 顏色較淺，外圈為紫光，內圈為紅光

5 光的波動現象

禑雙狹縫干涉的現象：單色光源所發出的光束入射兩相鄰的平行狹縫後，可以在其後的屏幕上看到

明暗相間的等距條紋，稱為光的干涉。

S0S1

S2

嫎 亮紋寬度： ydrT m= （雙狹縫間距 d，與光屏距離 r）。

娋 增加雙狹縫間距 d，則亮紋寬度 Ty 變小　⇒　 yd1T ? 。

䊼 增加雙狹縫與光屏間的距離 r，則亮紋寬度 Ty 變大　⇒　Ty ? r。𤒈 將紅光雷射換成藍光雷射時，則亮紋寬度 Ty 變小　⇒　Ty ? m（波長）。

㜬改以太陽光為光源時，中央部分為白色，旁邊為彩色。

禙單狹縫繞射的現象：若將雙狹縫改為單狹縫，則在光屏上

也會看到明暗相間的條紋，但與雙狹縫的干涉條紋不同，

中央亮帶寬度是其他亮帶寬度的兩倍，且中央亮度最大，

往兩側亮度漸減，如右圖所示。

嫎 亮紋寬度： ybrT m= （狹縫寬度 b，與光屏距離 r）。

娋 增加狹縫寬度 b，則亮紋寬度 Ty 變小　⇒　 yb1T ? 。

波38 單元 6

䊼 增加狹縫與光屏間的距離 r，則亮紋寬度 Ty 變大　⇒　Δy ? r。𤒈 將紅光雷射換成藍光雷射時，則亮紋寬度 Ty 變小　⇒　Ty ? λ（波長）。

6 電磁波

禑電磁波的產生

嫎 靜止電荷周圍產生庫侖電場，因各點之電場強度穩定而

不變動，故無「波動」的產生。

娋 等速運動的電荷，形成電流，周圍產生磁場；因電荷所

產生的電場與磁場均隨電荷運動而去，不會有向四面八

方的輻射傳遞。

䊼 馬克士威方程式可得知：當電荷作加速度運動或不穩定

電流（例如交流電），在空間中會同時產生隨時間變化

之感應電場及感應磁場，進而形成電磁場之輻射，又稱

電磁波（廣義之光波）。

禙電磁波的傳播

嫎 電磁波可在真空中傳播，不屬於力學波。

娋 各種頻率的電磁波在真空中的速率皆為 3 × 108 m/s。䊼 電磁波的電場 E 、磁場 B 與電磁波的波速 c ，三者兩

兩互相垂直。

𤒈 拇指指向電場 E ，四指指向磁場 B ，掌心所指的方向

即為電磁波的前進方向。

辻電磁波譜：各種電磁波的頻率或真空中的波長之分布，稱

為電磁波譜。

c

(m )

(Hz )

10 1 10−1

108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022

10−2 10−3 10−4 10−5 10−6 10−7 10−8 10−9 10−10 10−11 10−12 10−13

( nm )700 600650 550 450500 400

X

x

y

z

E

Bc

目 次

hapter 10 12動量與牛頓運動定律運用

hapter 11 13碰　撞

hapter 1 1緒 論

hapter 2 1物質的組成

hapter 3 2物體的運動

hapter 4 5物質間的基本交互作用

hapter 5 7電與磁的統一

hapter 6 8波

hapter 7 10能　量

hapter 8 11量子現象

hapter 9 12宇宙學簡介

物　理

hapter 1 14物質的組成與性質

hapter 2 14原子構造與元素週期表

hapter 3 16化學反應

hapter 4 17化學與能源

hapter 5 18高一化學實驗

hapter 6 19常見的化學反應

hapter 7 21物質的構造與特性

化　學

hapter 8 22有機化合物

hapter 9 24化學與化工

hapter 10 25高二上化學實驗

hapter 1 26生命的特性

hapter 3 28動物的構造與功能

hapter 2 27植物的構造與功能

hapter 4 30遺　傳

hapter 6 34生物與環境

hapter 5 32演化與生物多樣性

生　物

hapter 2 37太空中的地球

hapter 3 38動態的地球

hapter 4 41天然災害

hapter 5 42全球氣候變遷

hapter 6 42地球古今談

hapter 7 43地球環境的監測與探索

hapter 8 46地球環境的特徵

hapter 9 50地球資源與永續發展

hapter 1 37人與地球環境

地球科學

8

物理考科

　　　鎄 在紙面上兩條垂直的載流長直導線，其電流均為 i，方向如右圖所

示。圖中四個象限分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，則下列關於各區磁場的

敘述，哪一項正確？

䕷除象限Ⅰ外，其餘均無磁場垂直穿出紙面的區域

虲僅有象限Ⅱ具磁場量值為零的區域

蚒僅有象限Ⅲ、Ⅳ具磁場量值為零的區域

蚲象限Ⅲ的磁場方向均為垂直穿入紙面

蛯象限Ⅳ的磁場方向均為垂直穿出紙面 105學測

　　　鎭在右圖中，長直導線與導線環固定在同一紙平面上，當

長直導線載有向右的電流 I時，下列有關導線環上出現之

應電流 i的敘述，哪些正確？（應選三項）

䕷當 I為定值時，i為零

虲當 I隨時間增大時，i為逆時鐘方向

蚒當 I隨時間增大時，i為順時鐘方向

蚲當 I隨時間減小時，i為逆時鐘方向

蛯當 I隨時間減小時，i為順時鐘方向 106學測

6 波

　　　鋫 下列的光源及光學元件組合可以用來進行光學實驗，哪些較適合觀察光的色散現象？

（應選二項）

䕷單色光雷射及一個凸透鏡　 虲太陽及一個三稜鏡　

蚒綠光雷射筆及一個凹透鏡　 蚲白熾電燈及一顆透明的玻璃彈珠

蛯紅色發光二極體（LED）燈及一塊透明的玻璃 101學測

　　　鋳 夜間潛水時，水面下的人與岸上的另一人以光互傳訊息，如右

圖所示，右圖中乙與戊為光不偏折的路徑。下列哪些選項為光

訊息可能的行進路徑？（應選二項）

䕷甲 虲乙 蚒丙 蚲丁 蛯己 101學測

　　　鋴 醫學診斷常利用超音波（超聲波）、內視鏡或特定波長的 X 光

來進行檢查。一旦發現病因，也可能使用放射線等來進行治療

。這些現代科技可能涉及下列的物理原理：

𠕇原子核衰變　鋛波的反射和透射　𠗟原子由高能態躍遷至低能態而輻射　𣿅波以夠大

的入射角射向折射率較低的介質時，會完全反射

下表中所列的技術與原理之對應，何者是最恰當的？ 101學測

科技

選項超音波（超聲波） 內視鏡 放射線 特定波長的 X 光

䕷 乙 丙 甲 丁

虲 甲 丁 丙 乙

蚒 乙 丁 甲 丙

蚲 丁 甲 乙 丙

蛯 丙 乙 丁 甲

i

i

I

9

物理考科

　　　鋽 在十七世紀時，牛頓提出光的微粒說，認為光是由極輕的微小粒子所構成，由此可以解

釋光線直進、反射等現象，但下列哪些光學現象，無法用牛頓的微粒說解釋？

（應選二項）

䕷針孔成像實驗，其像上下顛倒、左右相反

虲肥皂泡在空中飄浮時，呈現絢麗的色彩

蚒物體在燈光照射下，其背光處有明顯的影子

蚲在道路轉彎處豎立凸面鏡，可以擴大駕駛人的視野

蛯光從空氣入射至玻璃中，其速率變慢，且行進路徑偏向法線 103學測

　　　鍃 已知空氣中的光速 c = 3.0 × 108m/s。若某一 3G 手機採用通訊頻率 1.9GHz，則此手機發

出的電磁波，在空氣中的波長約為多少 m ？

䕷 1.6 虲 1.0 蚒 0.33 蚲 0.16 蛯 0.10 104學測

　　　鎄 一觀察者觀測比較波源靜止與高速運動時所發出之電磁波的頻率變化，藉以推測波源與

觀察者之間的相對運動。已知不同電磁波的頻率由高而低的關係為：紫外線 > 紫光 >

紅光 > 紅外線 > 微波 > 無線電波。考慮電磁波的都卜勒效應，下列推測哪些正確？

（應選二項） 104學測

選項已知波源靜止時發出的電

磁波

波源運動時觀察到的電磁

波頻率變化

推測波源與觀察者的相對

運動

䕷 微波 往紅外線區偏移 接近

虲 微波 往無線電波區偏移 接近

蚒 紫光 往紫外線區偏移 遠離

蚲 紫光 往紅外線區偏移 遠離

蛯 紅光 頻率不變 接近

　　　鎭 某生觀測拉緊的水平細繩上行進波的傳播，發現

繩上相距 1.5 cm 的甲、乙兩點，其鉛直位移之和

恆為零，而甲點鉛直位移隨時間 t的變化如右圖

所示。試問下列何者可能是此繩波的波速？

䕷 12 cm/s 虲 7.5 cm/s 蚒 5.0 cm/s 蚲 4.5 cm/s 蛯 3.0 cm/s 105學測

　　　䥅下列甲至戊的物理現象，哪些會發生在聲波上？

甲：折射　乙：干涉　丙：繞射　丁：反射　戊：都卜勒效應

䕷只有甲丁 虲只有丁戊 蚒只有甲丁戊 蚲只有甲乙丙丁 蛯甲乙丙丁戊 106學測

　　　䥑下列甲至丁與光有關的敘述，哪些正確？

甲：日光中帶有隨時間變化的電場

乙：X 光中帶有隨時間變化的磁場

丙：微波爐可產生比可見光之波長還長的電磁波

丁：b 射線是一種短波長的電磁波

䕷只有丙 虲只有甲乙 蚒只有丙丁 蚲只有甲乙丙 蛯甲乙丙丁 106學測

0.4 0.8

0.2

0

0.6 1.0t s

4

物理考科

蚲蛯 當 I 隨時間減小時，圓形線圈內的磁通量為入紙

面變小　⇒　感應磁場方向為入紙面　⇒　應電

流 i 為順時針方向。

6 波

鋫虲蚲

太陽及白熾電燈屬於連續光源，較適合觀察光的色散

現象。單色光雷射、綠光雷射筆、紅色發光二極體皆

屬於單一波長，無明顯的色散現象。

鋳蚒蛯

光線於水中的傳播速度較慢，依據折射定律，當光線

由水中傳播到空氣中時，應偏離法線也就是偏向水面

，選丙路徑。當光線由空氣中傳播到水中時，應偏向

法線也就是偏離水面，選己路徑。

鋴蚒

超音波（超聲波）利用波的反射和透射原理，得知探

測物的位置與形狀。內視鏡利用光線的全反射現象，

也就是當波以夠大的入射角射向折射率較低的介質時

，會完全反射。原子核衰變時會發射出 a 射線、b 射線

及 c 射線。當原子由高能態躍遷至低能態，會輻射特

定波長的 X 光，能階差愈大所對應的 X 光波長愈短。

鋽虲蛯

牛頓的光的微粒說理論可以解釋光的直線進行和反射

現象，但無法解釋光的干涉和繞射現象。此外，當時

牛頓對於光的折射判斷也有錯誤處。虲須用波動光學

理論來解釋。

鍃蚲

10GHz Hz9= ，.. 0.16

fv

1 9 103 0 10

Hzm/s9

8

#

#]m = = （m）

鎄䕷蚲

䕷虲 波源與觀察者的相對運動互相接近時，電磁波波

長變短、頻率變大，微波往紅外線區偏移

蚒蚲 波源與觀察者的相對運動互相遠離時，電磁波波

長變長、頻率變小，紫光往紅光或紅外線區偏移

蛯頻率不變，則無相對運動。

鎭虲

由題目圖形可知此行進波的週期為 0.4 秒，甲、乙兩點

的鉛直位移和恆為 0，表示甲、乙兩點的相位相反

⇒　甲、乙距離為「 21 波長」的奇數倍

⇒　甲乙 (2 1)n2

#= − m

⇒　m cmn n2 12

2 13

#=−

=−甲乙

⇒　波速 .

( )v

Tn

n0 42 13

4 215= = − =−

m（其中 n 為自然數）

將 n = 1、2、3、……分別代入可求得此繩波可能的波

速為 7.5cm/s、2.5cm/s、1.5cm/s、……。

䥅蛯

聲波是一種力學波，可在氣態、液態或固態中傳遞。

以在空氣中傳遞的聲波為例：

當聲波傳遞時遇到障礙物，即發生反射。

當聲波在不同密度（或溼度）的空氣中傳遞時，在

其界面會發生傳遞方向改變，即發生折射。

變的過程中），為作用範圍僅有 10-18 m 的短程力。

上述四種基本力，僅有重力與靜電力的量值與兩物體

之間的距離平方成反比。

5 電與磁的統一

鋫䕷蛯

䕷蛯 電磁爐、變壓器皆需應用電磁感應現象，因此需

使用交流電源

虲蚒蚲 電鍋、電燈泡、電烤箱為電流熱效應的應用，

可以使用直流電源。

鋳虲

變壓器主、副線圈的圈線與電壓成正比，

NN

VV

2

1

2

1= 　 ⇒ 　V200

3 60002

=

副線圈的輸出電壓 V2 = 4 × 105（V）。

鋴䕷

變壓器主、副線圈的圈數比，由原來的 3：200 改為

3：100，副線圈的輸出電壓 V 將減少一半。輸送電功

率 P1 = IV，輸送電功率保持不變且副線圈的輸出電壓

V 減少一半，則傳輸線上的電流 I 必須成為 2 倍。傳輸

線熱消耗的電功率 P2 = I 2R，將成為 4 倍。

鋽蚲

圖中的磁力線互相排斥，因此螺線圈左側為 N 極，再

依據電流磁效應的安培右手定則，大拇指指向為 N 極

，故可以右手比出此時螺線管上電流方向為順時針方

向，不為零。P 點的磁場方向為向左。

鍃虲

當上面的線圈必須要有磁場的變化，才能產生應磁場

和應電流。因此選項虲圖形吻合。

鎄 蚲載流長直導線在周圍所產

生的磁場，磁場方向由安

培右手定則判斷，量值與

垂直導線的距離成反比。

圖形中水平向右的電流，

在其上方（Ⅰ、Ⅱ區）所

產生的磁場方向為穿出紙

面、下方（Ⅲ、Ⅳ區）為穿入紙面；鉛直向下的電流

在其右方（Ⅰ、Ⅳ區）所產生的磁場方向為穿出紙面

、左方（Ⅱ、Ⅲ區）為穿入紙面，所以在直線 x + y = 0上的磁場強度為 0。Ⅰ區的磁場方向為穿出紙面；Ⅲ區

的磁場方向為穿入紙面；Ⅱ、Ⅳ區在直線 x + y = 0 的

右上方的磁場方向為穿入紙面、直線 x + y = 0 的左下

方的磁場方向為穿出紙面。

鎭䕷虲蛯

如題圖所示，在圓形線圈上方有一向右的直電流，在

周圍產生以直電流為對稱軸的同心圓磁場，在直電流

的下方線圈內的磁場方向為入紙面。

䕷當 I 為定值，圓形線圈內的磁通量沒有隨時間變化

⇒　應電流 i = 0虲蚒 當 I 隨時間增大時，圓形線圈內的磁通量為入紙

面變大　⇒　感應磁場方向為出紙面　⇒　應電

流 i 為逆時針方向

i

i　　　　 0+ =x y 0

5

物理考科

鍃蚒

甲生克服重力所消耗的能量 = 克服重力的瞬時功率 P與時間 t 的關係圖曲線下面積

⇒　 30 300 4500JW21

# #= =

鎄虲

克服重力所消耗的能量轉換為增加的重力位能

⇒　4500 50 10( 3)mg h n# # #T= = 　⇒　n = 3 層

8 量子現象

鋫䕷蚒

光電效應由愛因斯坦以光量子論解釋，可驗證光的粒

子性。靜電感應、閃電、蝙蝠捕捉昆蟲等現象與光電

效應無關。

鋳蚒

光電效應實驗：金屬表面的自由電子吸收光子的能量

後，克服束縛能逸出形成光電子，此部分說明光是具

有粒子性；光電子經過速率選擇器篩選出相同速度的

電子通過單狹縫，根據德布洛依的物質波理論，波長

與動量成反比。速度相同的電子束可視為波長固定的

電子物質波，經過單狹縫後在屏幕上形成電子密度不

同的繞射條紋，此部分說明了電子具有波動性。

鋴䕷虲蛯

愛因斯坦的光子論：光同時具有波動性與粒子性，其

能量 E hv hc mc pc2

m= = = = 、動量 p mc

cE

chv h

m= = = =

，此處的 c 為光速、h 為普朗克常數。

䕷光子的能量與頻率成正比，與波長成反比

虲光通過雙狹縫，在後方的屏幕上會形成明暗相間的

干涉條紋，證實光具有波動性

蚒蛯 愛因斯坦利用光的粒子性，完滿地解釋光電效應

的實驗結果。他認為：金屬內的自由電子吸收入

射光子的能量後，克服束縛能而逃逸至金屬外形

成光電流。當入射光的波長愈長，表示入射光子

的能量愈小，愈不容易產生光電效應

蚲所有的粒子也都同時具有粒子性與波動性（稱之為

物質波），物質波是粒子在空間分布的機率波，電子

顯微鏡就是利用電子的物質波特性，間接看到奈米

尺寸的微觀世界。

9 宇宙學簡介

鋫虲蚲

電磁波的都卜勒效應需要用相對論加以修正，但波源

與觀察者相對運動對於觀測到的頻率（視頻）的影響

則是一致的，即若兩者相對接近　 ⇒ 　視頻變大、波

長變短（又稱為藍移現象）；若兩者相對遠離　 ⇒ 　

視頻變小、波長變長（又稱為紅移現象）。題目中比較

星系甲與星系乙的氫原子光譜，發現兩星系都有紅移

現象，且星系乙比星系甲更明顯（Tm甲 < Tm 乙），表示

星系乙與地球的相對遠離速度較大，根據哈伯定律：

v H d0 #= ，可知星系乙與地球的距離較遠。

蛯因為光傳遞需要時間，所以現在觀測到的光譜是若

當不同的聲波波源（喇叭）同時播放相同的音樂（

或單音），在波源附近會有聲音強弱不同的分布，即

發生干涉。

聲波可藉由障礙物的缺口或邊緣，傳遞至障礙物的

後方，即發生繞射。

當聲波的波源與觀察者之連線上發生相對運動時，

便會產生都卜勒效應。

䥑蚲

如右圖，電磁波是藉由

電場與磁場的交替變化

，傳遞能量。由右圖可

知電場變化方向、磁場

變化方向、傳遞速度方

向，三者兩兩互相垂直

。電磁波依照發生的原因，由頻率高（波長小）至頻

率低（波長大）依序排列為： rayc − 、X ray− 、紫外

線、可見光、紅外線、微波、無線電波等七大類。而 b 射線為核反應的過程中所輻射出來的粒子，其本質

為電子，並不屬於電磁波。故正確的為甲、乙、丙。

7 能　量

鋫蛯

過程中，最高點的重力位能最大，最低點的重力位能

最小。最高點與最低點的動能最小，於重力與彈力平

衡位置，動能最大。當繩索伸愈長時，彈性位能愈大

。彈性位能可轉換為重力位能或動能，重力位能與動

能可互相轉換。但阻力產生的熱能無法轉換為動能。

鋳蚲

由圖中讀出關機後經過 1 天，對應的縱坐標 W 數據為

百分之 0.5，且一機組正常發電功率為每小時 64 萬度

，故 0.5 × 640000 ' 100 = 3200 度，今用戶每個月用電

度數為 320 度，可提供 3200 ' 320 = 10 個月，一個月

30 天，故為 300 天。

鋴䕷蚒蛯

忽略摩擦力作用，整個系統僅受彈力（保守力）作用

⇒ 　力學能守恆

䕷虲蚒在壓縮的過程中，物體的動能減少轉變為彈簧

的彈力位能　 ⇒ 　 kx mv21

212 2=

　　　 ⇒ 　彈簧的最大壓縮量 x km v= $

蚲蛯 由虎克定律知：彈力的量值與形變量成正比

　　 ⇒ 　彈簧壓縮到最短時木塊受的彈力最大。

鋽䕷虲

考慮摩擦力作用，系統受彈力（保守力）與摩擦力（

非保守力）作用　 ⇒ 　力學能不守恆

䕷虲蚒 在壓縮的過程中，物體的動能減少轉變為彈簧

的彈力位能 + 熱能　 ⇒ 　 mv kx21

212 2= + 熱

　　　 ⇒ 　彈簧的最大壓縮量 x km v< $

蚲蛯 在彈簧壓縮或恢復的過程中，摩擦阻力總是在作

負功，所以物體恰剛接觸彈簧時，系統的力學能

最大；物體恰剛分離彈簧時，系統的力學能最小。

B

B

E

E= ×