桌上有一個雲霄飛車玩具，兩顆彈珠從高塔頂端沿不同軌道滑落至高塔底部，再搭電梯爬到高塔頂端，重複滑落過程。在彈珠滑落過程中，重力對彈珠做功。重力對彈珠做功等於彈珠動能改變，這就是功能定理。 已知重力做功只與彈珠高度改變有關，與彈珠運動路徑無關。也就是說，只要起點及末點確定，重力沿不同路徑做功相同，具此種性質的力稱為保守力。請同學注意：只有保守力才可定義位能。我們再定義動能與位能的和為力學能。力學能為常數，不隨位置改變。這就是力學能守恆原理。在彈珠滑落過程中，重力位能逐漸轉變為動能，但二者的和不會改變。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

大家都知道磁鐵會吸引鐵片，有沒有什麼物質會被磁鐵排斥呢？桌上有一片黑色薄片懸浮在磁鐵上方，黑色薄片的材料是熱解石墨。為什麼熱解石墨會被磁鐵排斥呢？在這個單元中，老師要介紹物質的磁性。 我們可以將磁性物質分為三類：鐵磁、順磁、及反磁。也有人將反磁翻譯為抗磁。鐵磁性物質接近磁鐵會被磁鐵吸引。鐵、鈷、鎳、镝皆為鐵磁性物質。順磁性物質也會被磁鐵吸引，但吸引力較小，鋁、鉻、鉀、鎂、錳、及鈉皆為順磁性物質。反磁性物質會被磁鐵排斥，銅、铋、銀、金、鉛、鋅、及石墨皆為反磁性物質。 熱解石墨是常溫下反磁性最強的物質，因此可被磁鐵懸浮在半空中。其實所有物質皆具反磁性。但是在具順磁性的物質中，反磁性比順磁性微弱許多，因此不易彰顯。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

達文西是義大利文藝復興時期的博學者，他在繪畫、建築、物理、天文、生理學等許多領域都有傑出的貢獻。他設計了許多精巧的機械。 桌上有一台達文西設計的攻城加農砲模型，將弓箭置入砲管，輕輕向內推，使弓箭卡住。壓下砲管末端的開關，弓箭便會射出。砲管內有細棒及彈簧，細棒末端有凸出物。將弓箭置入砲管，頂住細棒輕輕向內推，壓縮彈簧使彈簧長度變短。細棒被推到砲管末端，細棒末端的凸出物被卡榫卡住。壓下卡榫，凸出物鬆開，彈簧的彈力便會使弓箭射出。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

1857年德國物理學家Heinrich Geissler首次觀察到氣體放電現象。他將玻璃管內的氣壓降至10-3 大氣壓力，並將管內陰極與陽極間的電壓提昇至數千伏特。管內氣體便會發出光芒。1870年英國物理學家William Crookes爵士將管內氣壓降至10-6 大氣壓力，觀察到完全不同的現象，開啟了物理學全新的視野。 桌上有一台Crookes管。管內有陰極與陽極。將陰極與陽極接至高壓電源。打開電源開關，管內氣體不會發光，但是陰極對面的玻璃管壁會產生綠色螢光。將一個十字形金屬置於陰極正前方。對面的玻璃管壁產生周邊清楚的十字形暗影。這顯示陰極產生了沿直線前進的射線。德國物理學家Eugen Goldstein稱此種射線為「陰極射線」。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

桌上有一個手機。將偏振片置於手機前方，手機螢幕消失不見。再將第二個偏振片置於手機與第一個偏振片中間，手機螢幕重新出現。為什麼手機螢幕發出的光會受到偏振片影響呢？ 在「穿牆入室」單元中，我們介紹過偏振光及偏振片。手機螢幕是液晶顯示螢幕。液晶顯示螢幕表面有一片偏振片，因此手機螢幕發出的光為線偏振光。光的電場沿液晶螢幕偏振片的偏光軸方向。將偏振片置於手機前方。如果偏振片的偏光軸方向與光的電場方向垂直，光被偏振片吸收，無法穿透，因此手機螢幕消失不見。再將第二個偏振片置於手機與第一個偏振片中間。如果第二個偏振片的偏光軸方向與手機螢幕發出的光的電場方向不垂直，一部份光可穿透第二個偏振片，其電場方向與第二個偏振片的偏光軸方向相同。穿透光的電場方向與第一個偏振片的偏光軸方向不垂直，一部份光可穿透第一個偏振片，因此手機螢幕重新出現。對偏振光及偏振片有興趣的同學可參考「穿牆入室」單元。老師有更詳盡的解說。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

老師手中有一個怪鎖 ，兩個木塊交叉成十字形，緊緊地鎖在一起，怎麼拉也拉不開。讓我們來看看鎖內部的機關。木塊內有一個凹槽，槽內有兩個小木栓 。先將小木栓推入卡榫內 。再將兩個木塊的凹槽重疊使兩木塊交叉成十字形 。搖一搖木塊，小木栓會從卡榫內跑出。兩個木塊的木栓交叉成十字形，將兩個木塊緊緊地鎖在一起。 要將鎖打開，我們必須讓木栓回到卡榫內。我們要如何才能讓木栓回到卡榫內呢？同學們都有這樣的經驗:當我們坐車行經彎道時，我們會感覺似乎有一個力量要將我們拋向彎道的外側。好，那我們就轉動木塊，看看是否能將鎖打開。讓木塊在桌面旋轉後，我們輕易地就將鎖打開。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

許多年前有一部很受歡迎的電視影集「百戰天龍」，男主角馬蓋先是加州理工學院物理系畢業的高材生。有一次馬蓋先回母校參加校慶趣味競賽，參賽者必須從門外擊碎密閉房間內的酒杯。馬蓋先利用聲波成功地擊碎酒杯獲得冠軍。聲波真的可以擊碎酒杯嗎？今天我們就來做這個實驗。 桌上有一個酒杯。酒杯旁有喇叭。控制箱可以控制喇叭發出聲波的頻率及強度。老師將聲波頻率設定為489.06 Hz，電壓為0.3伏特。酒杯內的吸管大幅振動。老師將電壓調整為10伏特，酒杯立刻被擊碎。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

老師手中有一個壓克力三角柱，從側面看，三角柱中間似乎有一個隔板。老師將錢幣放入三角柱，錢幣居然可以穿透隔板掉落地面！為什麼錢幣可以穿透隔板呢？接開謎底，三角柱中間其實根本沒有隔板。那麼為什麼從側面看三角柱中間似乎有一個隔板呢？這與光的偏振性有關。 光是一種電磁波，具有電場及磁場。在自由空間或均向性電介質中，光是橫波。也就是說，電場、磁場、及光的行進方向三者互相垂直。電場方向稱為光的偏振方向，電場在固定直線振盪的光稱為線偏振光。如果在空間中固定點，電場箭頭隨時間變化畫出一個圓，這種光稱為圓偏振光。自然界的光通常是物體受熱發出的，不同原子會完全獨立毫無關聯地發出隨機偏振的光波。這種光波的偏振方向變化極快，因此在與光波行進方向垂直的平面上，所有方向的電場大小相同，無偏振現象。這樣的光稱為非偏振光。 非偏振光通過偏振片就會成為偏振光。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

老師手中有一個機器人，機器人正在騎高空腳踏車，腳踏車的車輪立在細線上。車輪下方懸吊一個重物，對機器人施力使其傾斜，機器人會來回擺動但不會傾倒。為什麼機器人會來回擺動而不會傾倒呢？ 車輪與細線的交點是高空腳踏車的支點，支點下方懸吊重物，因此腳踏車重心在支點下方，重心在支點下方的物體構成複擺。當複擺重心在支點正下方時 ，重力通過支點，重力相對於支點的力矩為零，此時複擺處於平衡位置。若複擺沿逆時針方向轉動，重心偏移，重力矩會使複擺沿順時針方向轉動回到平衡位置；反之，若複擺沿順時針方向轉動，重力矩則會使複擺沿逆時針方向轉動回到平衡位置。此外，複擺與單擺相同，重力矩都與傾斜角成正比，所以複擺會像單擺一樣做簡諧運動。因此對機器人施力使其傾斜，機器人會來回擺動但不會傾倒。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

桌上有一個電動人玩具，紙人不斷地來回擺動。在「直流電鈴」單元中，我們介紹過自斷電路。電動人玩具也是利用相同的原理。玩具的構造包括台座、金屬擺棒、金屬線圈、及開關彈片。台座上有兩個串聯電池，金屬擺棒下有一個磁鐵罩，罩內有磁鐵。磁鐵下端為南極。磁鐵罩下方有一個金屬線圈。線圈底端連接電池正極，頂端接金屬擺棒。開關彈片連接電池負極。金屬擺棒與開關彈片接觸時形成通路。線圈通過電流，成為上端為南極的電磁鐵。電磁鐵與罩內磁鐵互相排斥，使金屬擺棒擺動。金屬棒一擺動，與開關彈片的連接便切斷，磁場消失。金屬擺棒回到原位，電路再度接通。這樣的過程不斷重覆，因此金屬擺棒及紙人不斷地來回擺動。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

老師手中有一個圓柱形金屬，將金屬放入室溫冷水，金屬頂端稍為浮出水面。再將金屬放入攝氏 70 度熱水，金屬沉於熱水底部。在「笛卡兒潛水伕」及「伽利略溫度計」單元中，我們介紹過浮力原理:物體在液體內所受浮力等於其排開液體重量。如果物體密度大於液體密度，物體沉於液體底部。如果物體密度小於液體密度，物體浮於液體表面。如果物體密度等於液體密度，物體可停留在液體內任何位置。 圓柱形金屬是用鉛銻合金及鋁鎂合金按一定比例製成，其密度略小於室溫冷水密度，因此浮於冷水表面。水的溫度上升密度變小，因此金屬沉於攝氏 70 度熱水底部。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

在希臘神話中薛西佛斯因為觸怒了眾神而受到懲罰。他必須不停地推著巨石上山。有沒有什麼方法可以使巨石自己滾上山頂呢？我們來看一個有趣的演示。 桌上有一個Ｖ字型斜面。將電池置於斜面上，電池向閉端處滾。由此可知斜面開端處較高。將彈珠置於斜面上，彈珠卻向開端滾，似乎違反了物理原理。我們該如何解釋這個現象呢？在「雙錐上滾輪」單元中，我們看到雙錐滾輪也可以沿Ｖ字型斜面向上滾。當雙錐滾輪沿Ｖ字型斜面向開端處滾時，雙錐滾輪與斜面的接觸點高度增加，但重心與接觸點的垂直距離減少。如果後者比前者大，重心會降低，因此雙錐滾輪可沿Ｖ字型斜面向開端處滾。彈珠沿V字型斜面向開端處滾也是同樣的道理。薛西佛斯如果學過物理他就可以輕鬆地通過眾神給他的試煉。 資料提供：海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授 E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

支架上有一個鋁盤。轉動鋁盤，將磁鐵靠近鋁盤，鋁盤立刻停止轉動。這種現象稱為磁剎車。磁剎車利用的是電磁感應原理。 假設磁鐵下端為北極。磁力線從北極發出。鋁盤轉動時朝向磁鐵前進的區域相當於一個北極在上端的磁鐵，因此此區域與磁鐵相斥，使鋁盤剎車；遠離磁鐵的區域則相當於一個南極在上端的磁鐵，因此，此區域與磁鐵相吸，而使鋁盤剎車。

在「電流天平（一）」單元中，我們談過如何利用平行載流導線間的磁力測量微小物體的質量。在此單元中，我們要談如何利用螺線管磁場測量微小物體的質量。 實驗裝置包括電流天平、螺線管、兩台直流電源供應器、及微量砝碼。電流天平是由絕緣板製成的等臂天平，板上有兩個刀口支點。支點連接板上的Ｕ型電路；板中央有螺絲。調整螺絲位置可使板成水平。基座上有刀口座。

在日常生活及科學研究中我們經常需要測量物體質量。我們可以利用機械天平測量一般物體的質量，但要如何才能測量微小物體的質量呢？在這個單元中，我們要利用電流天平，研究二平行載流導線間的磁力，並測量微小物體的質量。