六年制學程/02/2014.09.04

出自六年制學程
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晨課

愛因斯坦赤道的第一段「愛因斯坦赤道」和第二段「真空衰變」。

愛因斯坦赤道(全螢幕)

作業檢查

  • 主要行動學具及網卡卡號。
  • 記帳檢討。
  • LHC 位置圖
  • 資訊課用英文單字

前日上課內容小練習

  1. 說出質子是由那三顆夸克組成的，並以此解釋質子的帶電量。
  2. 說出中子是由那三顆夸克組成的，並以此解釋中子的帶電量。
  3. 從網路上找到包含十二種基本粒子的圖或表。

本單元所述，依據「標準模型」。

大強子對撞機

CERN大型強子對撞機位置圖
LHC的超導電四極電磁鐵
大型強子對撞機(LHC)是一座位於瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織的對撞型粒子加速器，作為國際高能物理學研究之用。LHC已經建造完成，2008年9月10日開始試運轉，並且成功地維持了兩質子束在軌道中運行，成為世界上最大的粒子加速器設施。 大型強子對撞機是在一個圓周為27公里的圓形隧道內，該隧道因當地地形的起伏而位於地下約50至150公尺之間。隧道本身直徑三公尺，位於同一平面上，並貫穿瑞士與法國邊境，主要的部份大半位於法國。雖然隧道本身位於地底下，尚有許多地面設施如冷卻壓縮機，通風設備，控制電機設備，還有冷凍槽等等建構於其上。 加速器通道中，主要是放置兩個質子束管。由於須維持前所未有高能量的粒子運行，加速管由超導磁鐵所包覆，以液態氦來冷卻。管中的質子是以相反的方向，環繞著整個環型加速器運行。除此之外，在四個實驗碰撞點附近，另有安裝其他的二極偏向磁鐵及四極聚焦磁鐵。



基本粒子

進階的講義

銅板上的一氧化碳，只能看見氧原子(放大一億倍)

守恆律

  1. 在基本粒子的世界中，基本粒子可以無中生有，也可以相互淹滅，但過程必須遵守各種守恆律。
  2. 質能守恆：能量可以從虛無中化生成一對正反粒子，正反粒子也可以相互淹滅轉為能量。但其過程須遵守質能守恆定律。質能間的轉換比即為 E=mc2 。
  3. 電荷(Q)守恆：任何過程電荷總量不變。

物質基本粒子

I世代 II世代 III世代 電荷(Q)
上(u) 魅(粲)(c) 頂(t) 2/3
下(d) 奇(異)(s) 底(b) -1/3
微中子(νe) 渺微中子(νμ) 濤微中子(ντ) 0
電子(e) 渺子(μ) 濤子(τ) -1
  • 上表諸粒子均有靜質量，參與重力作用。
  • 只有 I世代 的基本粒子是穩定的。
  • 質子與中子的組成
    1. 質子Quark structure proton.svg
    2. 中子Quark structure neutron.svg

載力基本粒子

吸力圖示

斥力圖示

粒子 自旋電荷質量作用力
玻色子
整數自旋		 規範傳播子 光子(γ) 100電磁力
弱玻色子 W± 1±115.7萬弱力
Z 1017.8萬弱力
膠子(g) 100強力
引力子(G) 200重力
希格斯粒子(H) 00待測電弱

基本作用力：力(荷、場、傳播子)

  • 電磁力：電荷透過發射或吸收光子產生作用力。
  • 弱作用力：夸克透過發射或吸收弱玻色子改變風味(種類)，因為比電磁力弱所以叫弱作用力。
  • 強作用力：夸克透過發射或吸收膠子，而束縛在一起。
  • 萬有引力：帶質量的粒子透過交換重力子相互產生引力。
  • 希格斯機制，帶質量的基本粒子和希格斯粒子間的作用減慢速度。

剩餘的強作用力

質子或中子中的夸克與另一質子或中子中的夸克產生強作用力，克服質子間的排斥力，使原子核不致飛散。

剩餘的電磁作用力

原子中的質子與另一原子中的電子產生的吸力，克服原子間的斥力，使原子可以結合成分子。

質量與重力的區別

  1. 質量：希格斯機制，空間中布滿希格斯粒子，明星來了「粉絲希格斯粒子」圍上去，使明星變得前進緩慢，形成「慣性」，這是質量的起源。如果非明星來了，將以光速通過布滿希格斯粒子的空間。
  2. 重力：兩個有質量的粒子，可以對拋重力子，形成重力。

「標準模型」主程式

世界上最美的方程式 質能時空制定公制單位的順序：空、質、時、能

公制單位

  • 國際度量衡局：1875年5月20日依據《米制公約》成立，在法國。
  • 國際度量衡大會：為維護1875年訂定的米制公約制訂的國際單位制（SI制）所召開的各國會議。下一次是 2014 年。

進一步的資料可參考單位換算

主要基本單位

  • 長度、時間、質量
    1. meter，m：米、公尺。
    2. second，s：秒
    3. gram，g：克
  • 公制前綴
前綴 符號 數值 科學符號
yotta Y 1,000,000,000,000,000,000,000,000 1024
zetta Z 1,000,000,000,000,000,000,000 1021
exa E 1,000,000,000,000,000,000 1018
peta P 1,000,000,000,000,000 1015
tera T 1,000,000,000,000 1012
giga G 1,000,000,000 109
mega M 1,000,000 106
kilo k 1,000 103
hecto h 100 102
deca da 10 101
無前綴 1 100
deci d 0.1 10¯1
centi c 0.01 10¯2
milli(毫) m 0.001 10¯3
micro(微) μ 0.000001 10¯6
nano(奈) n 0.000000001 10¯9
pico(皮) p 0.000000000001 10¯12
femto(飛) f 0.000000000000001 10¯15
atto(阿) a 0.000000000000000001 10¯18
zepto(介) z 0.000000000000000000001 10¯21
yocto(攸) y 0.000000000000000000000001 10¯24

四大基本單位的起源

  • 時間：
    1. 傳統：定地球自轉一週為一天，一天切成廿四小時，一小時切為六十分，一分切為六十秒。
    2. 用輻射週期微調：1967年第13屆國際度量衡大會決議改採「一秒等於銫133原子於基態之兩個超精細能階間躍遷時所放出輻射的週期之9,192,631,770倍之持續時間」。
  • 長度：
    1. 傳統：定地球圓週為四萬公里，一公里切成一千公尺。做成鉑銥公尺原器。公里:KM或km，公尺:M或m，公分:CM或cm，公厘:Mm或mm。
    2. 用光速微調：1983年第17屆國際度量衡大會(CGPM)決議改採「光在真空中於299792458分之1秒所行進的距離」。
  • 質量：
    圖為國際千克原器。國際千克原器以鉑、銥合金製成，現存放於法國巴黎郊區的國際計量局。
    1. 傳統：一立方公分的純水在4℃時的質量定義為一公克（簡稱克），然後做成鉑銥公斤原器，由1901年第3屆國際度量衡大會決議採用至今。但發現其質量會發生變化。公斤:Kg，公克或克:g，毫克:mg，微克:µg，奈克:ng。
    2. 未來：希望以自然界常數為單位，但仍未做到。
  • 顆粒數：莫耳(mole)，6.022×1023顆。
    1. 1莫耳質子，1克；1莫耳中子，1克。
    2. 12克碳12(12C)所含的原子數。

能量單位

  • 能量：焦耳(J)，質量一公斤，速度每秒一公尺所攜帶的動能為半焦耳。
  • 1卡=4.18675焦耳，約為4.2焦耳。將一克的水升高一度，更詳細的講法是將l克的純水，由溫度14.5℃上升至15.5℃之所需之熱量。
  • 能量諸形式：
    1. 動能：1/2*m*v2
    2. 熱能：許多分子的平均動能就是溫度，熱能=溫度增加*比熱*質量。
    3. 質能：mc2，C為光速。
    4. 電能：電壓(電位差)*電量=功率*時間
    5. 光能：光能=h(普朗克常數)*ν(頻率)，單位焦耳。普朗克常數h=6.626*10-34
    6. 位能：來自粒子的吸引或排斥。
      • 重力位能：mgh
      • 鍵能：電子軌域位能
      • …

電的基本單位

  • 電量：庫侖(C)，為6.24146×1018顆電子的帶電量。電子帶電量為1.6021892×10-19庫侖，
  • 電流：安培(A)，每秒通過一庫倫的流量。
  • 電壓：伏特(V)，每庫侖作功多少焦耳。
  • 電功率：瓦(W)，每秒作功多少焦耳。

導出單位

  • 力：牛頓(N)，將一公斤質量的物體，每秒增加速度一米的力。

能量轉換練習

  • 同學舉例並討論。
  • 小小計算練習。動能的公式為：動能=1/2*質量*速度2，能量單位為焦耳、質量單位為公斤、速度單位為:公尺/秒，請求下列三顆球的動能：
    1. 一公斤的壘球，速度每秒一公尺。
    2. 兩公斤的鐵球，速度每秒一公尺。
    3. 一公斤的棒球，速度每秒兩公尺。
    4. 一公斤的壘球動能為2焦耳，求此球的速度。

溯溪/攀岩/垂降

集合、解散時間地點

  • 集合時間：2014.09.10(三)上午8:00
  • 集合地點：捷運永寧站1號出口
  • 解散時間：約下午4:30
  • 解散地點：捷運永寧站

出席人數與分組

  • 人數統計
    1. 學生：21人(施馨檸、范鎮鈞請假)
    2. 老師：4人
    3. 家長：2人
  • 分組(依腰圍大小略分)
    1. 張繡蕾、楊京典、曾明哲、柯欣妤、張子宜、蔡依緁、子宜爸爸(君溥)
    2. 施雅敏、黃玟淇、李彥廷、李哲寬、柯智懷、邱申晴
    3. 游士賢、丁禾、沈昀羲、陳又甄、莊惟智、陳思諭、施棋澧
    4. 丁丁、洪仁益、劉國安、謝酲洊、溫書桓、葉奕宏、惟智爸爸(旻龍)

交通

  • 請家長協助從捷運永寧站接駁到三峽插角國小，約40分鐘車程。
  • 可協助接駁需確認的家長
    1. 申晴家(可載10人)：邱申晴、陳又甄、沈昀羲、陳思諭、柯欣妤、丁禾、丁丁
    2. 子宜家(4人)：張子宜、柯智懷、李彥廷、張繡蕾
    3. 奕宏家(4人)：葉奕宏、楊京典、劉國安、李哲寬
    4. 惟智家(4人)：莊惟智、溫書桓、洪仁益、謝酲洊
    5. 雅敏車(4人)：黃玟淇、蔡依緁、曾明哲、游士賢
    6. 施棋澧自行前往

用餐

  • 鱷魚組
    1. 丁丁：和風咖哩飯定食
    2. 丁禾：日式壽喜飯定食
    3. 黃玟淇：日式壽喜飯定食
    4. 蔡依緁：日式壽喜飯定食
    5. 溫書桓：日式豬排定食
    6. 洪仁益：日式豬排定食
    7. 謝酲洊：素食
  • 海龜組
    1. 施雅敏：和風咖哩飯定食
    2. 葉奕宏：日式壽喜飯定食
    3. 施棋澧：香脆雞腿排定食
    4. 李哲寬：日式壽喜飯定食
    5. 邱申晴：肉絲炒麵
    6. 陳又甄：香酥雞排定食
    7. 沈昀羲：香酥雞排定食
  • 飛龍組
    1. 張繡蕾：和風咖哩飯定食
    2. 柯智懷：香酥雞排飯定食
    3. 莊惟智：香脆雞腿排定食
    4. 李彥廷：和風咖哩飯定食
    5. 楊京典：日式豬排飯定食
    6. 陳思諭：和風咖哩飯定食
    7. 柯欣妤：什錦湯麵
  • 楓凜組
    1. 游士賢：和風咖哩飯定食
    2. 張子宜：和風咖哩飯定食
    3. 劉國安：香脆雞腿排飯定食
    4. 曾明哲：和風咖哩飯定食
  • 家長
    1. 旻龍：素食

流程

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
時間 活對內容地點備註
08：00 集合前往插角國小捷運永寧站學程老師
09：00 報到編組插角國小綜合教室教練
09：20 垂降基本知識與體驗
1.活動規則說明
2.器材介紹與示範		插角國小垂降場教練
10：30 攀岩基本知識與體驗
1.活動規則說明
2.器材介紹與示範		插角國小攀岩場教練+老師
12：00 用餐+小憩插角校園自備午餐
13：00 溯溪基本知識與體驗
1.活動規則說明
2.器材介紹與示範		插角溪流(大豹溪支流)
15：30 回饋與分享 搭校車到三峽者先離開
16：00 泡湯 大板根森林遊樂區 自由參加
  • 活動內容以當天氣候及環境、學生的行動力再行決定內容的深淺度…

當天穿著

  1. 短袖
  2. 長褲(勿太薄或易吸水的)
  3. 布鞋
  4. 長頭髮的同學要將頭髮紮起來

攜帶物品

  1. 換洗衣服一套
  2. 大浴巾一條
  3. 小毛巾一條
  4. 可以下水的鞋子(布鞋)
  5. 大人襪子一雙(套在鞋子外面，可以當作簡易溯溪鞋)
  6. 遮陽帽
  7. 水壺
  8. 小點心
  9. 午餐(申晴爸爸請客)
  10. 拖鞋或涼鞋
  11. 泳衣泳帽
  12. 裝濕衣服的塑膠袋

連絡人

  1. 邱琍貞(申晴媽媽)
  2. 蔡志昌教練

備註

  1. 本次活動場域為插角國小免費提供~請以尊重的心對待此環境生生存的所有動植物昆蟲(教練強調：如有人刻意破壞或殺生，即取消本課所有課程體驗活動)
  2. 本次活動帶領者蔡志昌教練為專業級教練，免費為六年制學程師生上課，故請尊重教練並隨時聽從教練的指導
  3. 活動進行前請分四組(內含一位老師)，請依照腰圍相同者一組(因應裝備需求)
  4. 活動開始後，教練會使用活動代幣；學員可依照課程進行中的態度語學習力，將給予代幣，代幣為之後所有活動與體驗課程的費用(例如：上廁所10元、體驗課程100元……)，提高學員參與的興趣及動力(另實施：冷板凳條款→如活動過程中違規者，請排最後一個)
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