🌞 科學閱讀-「光電效應」出世之相關科學人物與貢獻事跡(科學史) (Open book)

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【國中自然】2013-04-01太陽能與光電效應 520 期

https://www.scimonth.com.tw/archives/6071

分組合作學習 - 閱讀重點整理

班級：            姓名：                         座號：                         

閱讀重點整理基本題

一太陽

1.太陽表面溫度約為   6000  ℃，所發射出來的能量（電磁波）分布如圖一所示。

2.可見光以上之輻射（如紫外線）大都為  臭氧  及  大氣層  所阻擋（吸收），因此未能抵達地球表面；

3.五官中的  眼睛 所能感應到的    電磁波    範圍，正是太陽能分布中最強的部份（占 47  ％）：我們因之稱此範圍為 可見光  ，其波長大約在  390 ~ 750  奈米（10-9 公尺）之間！

4.  風力  及  水力  等  綠色  能源的開發，均是大家耳熟能詳的技術。這些技術的最終來源雖然也是   太陽   ，但技術本身卻是在探討如何有效地利用風力及水力等，因此是一種  「間接」   的 太陽能 利用 技術。

5.我們在此所要探討的，是如何有效地  「直接」  以   太陽能  來發電。它所憑藉的物理現象---   光電  效應（photoelectric effect）

二光電效應

1.馬克士威（Maxwell）電磁理論肯定了  光  及   電磁波  的   波動性  。

2.光是一種  電磁  波，因此它與  物質  作用能將  電子  釋放出來（ 光電效應 ）。

3.依愛因斯坦之「光量子」說:光量子的  能量  與   頻率   成  正比   。

4.   光電效應  是哪位科學家所提出的理論?並因此榮獲1921年度的諾貝爾物理學獎? ANS:                           

閱讀重點整理加分題

延伸閱讀

閱讀上述「科學月刊」-太陽能與光電效應文章中，科學人物事蹟(科學史)後，整理閱讀重點2〜5點。

👍 愛因斯坦Einstein

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%98%BF%E5%B0%94%E4%BC%AF%E7%89%B9%C2%B7%E7%88%B1%E5%9B%A0%E6%96%AF%E5%9D%A6

EX.:

阿爾伯特·愛因斯坦（德語：Albert Einstein／ˈalbɛʁt ˈʔaɪnʃtaɪnⓘ，1879年3月14日—1955年4月18日），是出生於德國、擁有瑞士和美國國籍的猶太裔理論物理學家，他創立了現代物理學的兩大支柱的相對論及量子力學[38]:274[1]，也是質能等價公式（E = mc2）的發現者[39]。他在科學哲學領域頗具影響力[40][41]。因為「對理論物理的貢獻，特別是發現了光電效應的原理」，他榮獲1921年度的諾貝爾物理學獎（1922年頒發）。這一發現為量子理論的建立踏出了關鍵性的一步。[42] 

👍  密立根Millikan

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%BD%97%E4%BC%AF%E7%89%B9%C2%B7%E5%AF%86%E7%AB%8B%E6%A0%B9

EX.:

身為一位科學家，密立根提出許多重大的發現，主要是電力領域，光學，原子與分子物理學，他最早的主要成就是在1911年與他的研究生哈維·弗萊徹在著名的油滴實驗中採用「落滴法(falling-drop method)」準確測定電子電荷。1912至1915年，密立根實驗驗證了愛因斯坦的光電方程並第一個通過直接光電測定給出了普朗克常數的值 .

👍  普朗克Planck

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%A9%AC%E5%85%8B%E6%96%AF%C2%B7%E6%99%AE%E6%9C%97%E5%85%8B

普朗克常數/普朗克常數記為ℎh

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%99%AE%E6%9C%97%E5%85%8B%E5%B8%B8%E6%95%B0

普朗克常數記為ℎ，是一個物理常數，用以描述量子大小。在量子力學中佔有重要的角色，馬克斯·普朗克在1900年研究物體熱輻射的規律時發現，只有假定電磁波的發射和吸收不是連續的，而是一份一份地進行的，計算的結果才能和實驗結果是相符。這樣的一份能量叫做能量子，每一份能量子等於普朗克常數乘以電磁輻射的頻率。這關係稱為普朗克關係，用方程式表示普朗克關係式：

其中，� 是能量，ℎ 是普朗克常數，� 是頻率。

普朗克常數的值約為：其中電子伏特（eV）為能量單位。

普朗克常數的因次為能量乘上時間，也可視為動量乘上位移量：（牛頓（N）·公尺（m）·秒（s））

普朗克常數的因次跟角動量相同。

新的普朗克常數已被ISO設定為h = 6.62607015×10−34 (J·s)。[3][4]

EX.:

相對論[編輯]

1905年，當時尚完全不為人所知的愛因斯坦在科學雜誌《物理年鑑》中發表了三篇開創性的論文，普朗克是少數很快發現愛因斯坦狹義相對論重要性的人之一，由於普朗克的影響力，相對論很快在德國內得到認可，普朗克自己也對狹義相對論的完成做出了重要貢獻。

除了相對論，愛因斯坦還對1887年由赫茲和威廉·哈爾瓦克斯（Wilhelm Hallwachs，1859年－1922年）發現，1902年由菲利普·萊納德進一步研究的光電效應提出了光量子假說，這一假說卻遭到了普朗克的反對，他並不準備放棄馬克士威的電動力學，

「光量子理論不是後退了幾十年，而是後退了幾百年，那時克里斯蒂安·惠更斯提出反對牛頓業已占據優勢的輻射理論。」（德語原文：Die Theorie des Lichtes würde nicht um Jahrzehnte, sondern um Jahrhunderte zurückgeworfen, bis in die Zeit, da Christian Huygens seinen Kampf gegen die übermächtige Newtonsche Emissionstheorie wagte.）」

1910年，愛因斯坦指出低溫下比熱的不正常表現，是又一個無法用古典理論解釋的現象，為了對這些有悖古典理論的現象尋求合理的解釋，普朗克和能斯特於1911年在布魯塞爾組織了第一次索爾維會議，在這次會議上，愛因斯坦終於說服了普朗克。

其間，普朗克成為柏林大學的校長，他將愛因斯坦請到了柏林，並在1914年為愛因斯坦設立了一個新的教授職位，他們很快便結下了很好的友誼。

***1913年當普朗克等人推荐愛因斯坦為普魯士皇家科學院士.

👍  馬克士威 Maxwell

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%A9%B9%E5%A7%86%E6%96%AF%C2%B7%E5%85%8B%E6%8B%89%E5%85%8B%C2%B7%E9%BA%A6%E5%85%8B%E6%96%AF%E9%9F%A6

EX.:

執教倫敦國王學院時期：1860年至1865年[編輯]

馬克士威在倫敦國王學院執教的這段時間可能是他整個職業生涯最為高產的一個時期。1860年，他因在色彩學方面的研究而獲得皇家學會的倫福德獎章，後於1861年獲選進入皇家學會。[10]:103-104在這一時期，他展示了世界上第一張耐光的彩色照片，進一步發展了他的氣體黏性理論，並發展了能用來分析物理量間關係的因次分析。馬克士威還經常出席皇家科學研究所的公眾講座。在那裡，他會與麥可·法拉第進行定期交流。但兩人關係談不上親密，因為法拉第比馬克士威年長整整40歲，並且在當時已經出現失智症的跡象。然而，他們依舊保持對彼此才華的敬重。[10]:100-101

馬克士威在這一時期尤為重要的成就是他對於電磁學領域研究的推進。在他1861年發表的分為兩部分的論文《論物理力線》中，他考察了電場與磁場的性質。在論文中他提出了能用來解釋電磁感應現象的理論模型，分子渦流理論。1862年初論文再版時，馬克士威又增補了兩部分。在增補的第一部分中，他探討了靜電場的性質和位移電流。在增補的第二部分中，他探討了偏振光的偏振方向會在外磁場作用下發生改變的現象，即法拉第效應。[20]:109

👍  勒納 Lenard

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%8F%B2%E5%88%A9%E6%99%AE%C2%B7%E8%8E%B1%E7%BA%B3%E5%BE%B7

 EX.:

菲利普·馮·萊納德（德語：Philipp von Lenard，1862年6月7日—1947年5月20日），德國物理學家，1905年諾貝爾物理學獎獲得者。

萊納德在研究陰極射線時曾獲得卓越成果，為此獲得諾貝爾獎；他用實驗發現了光電效應的重要規律；他也提出過一種原子結構設想。

光電效應[編輯]

此後，萊納德又繼續拓展赫茲關於光電效應的研究，他分析了在高真空環境下光電效應的特性和本質，證明了當紫外線照射在金屬上時，會使電子從金屬表面逸出，並在真空中傳播，電子在電場中被加速或減速，電子軌跡在磁場中改變。通過精確的實驗，他證明發射的電子數量正比於入射光所帶的能量，而電子的速度，或者說它們的動能，卻與入射光能量無關，當入射光的波長減小時，電子速度增大。這個事實與當時的理論是相衝突的，古典物理學無法解釋萊納德的光電效應實驗結果。直到1905年愛因斯坦發表相對論和光量子理論，才解釋了這一現象，後來又被羅伯特·密立根所證實，因為人們把愛因斯坦的名字冠在光量子理論上，萊納德對愛因斯坦一直耿耿於懷。

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2013-04-01太陽能與光電效應520 期

Author 作者賴昭正／美國芝加哥大學化學博士。

太陽能電磁波太陽輻射能綠色能源光電效應

科學月刊:太陽能與光電效應520 期 (2013-04-01)

https://www.scimonth.com.tw/archives/6071

     隨著第三世界的快速工業化，人類對能源的需求也顯著地急增；傳統石化工業所依賴的石油，不但將有用罄的一天，其所造成的環境汙染，更是人類要提早面對的問題。因此世界各國都在積極尋找「永遠用不完」，且無環境汙染的替代能源。這些所謂的「綠色工業」中，發展較快且又有相當大進展的應該首推太陽能面板的開發。然而有多少讀者了解，太陽能面板的物理不但是促進現代量子物理的大功臣，也是愛因斯坦獲得諾貝爾物理獎的最主要理論貢獻呢？！

太陽能

     太陽一天所放射出的能量，足供人類一年所須；可是還好只有大約百億分之一的能量抵達地球，否則地球應該早就被全部蒸發掉了。但儘管如此，這「一點」能量已是地球上所有動、植物進化及生存的原動力。

     太陽表面溫度約為6000℃，所發射出來的能量（電磁波）分布如圖一所示。可見光以上之輻射（如紫外線）大都為臭氧及大氣層所阻擋（吸收），因此未能抵達地球表面；否則因適者生存的演化，X– 光今日可能不是一種對人體有害的輻射！我們從圖一可以看到：五官中最重要的器官——眼睛——所能感應到的電磁波範圍，正是太陽能分布中最強的部份（占47％）：我們因之稱此範圍為可見光，其波長大約在390~750奈米（10-9 公尺）之間！你說這是巧合還是演化的必然結果？事實上不僅人類及大部份動物如此，大部份植物也是利用可見光來進行其生存與繁盛所必須之光合作用的！

圖一：太空中之太陽能分布情形。因空氣之關係，太陽能抵達地面之分布大不相同。（作者提供）

     波長在750奈米至1毫米之間的輻射，大約占太陽輻射能的46％，因在可見紅光之外，我們稱之為紅外線；它的主要作用是讓我們感到熱與溫暖。比紅外線波長更長的輻射也許因為強度太低，因此似乎與動、植物的演化與生存沒有太大的關係；但當中所謂微波及廣播波帶卻是近代文明社會通訊的主要工具。

     雖然地球上之植物顯然有效地利用太陽能，但這些利用似乎是「消極」地：為了生存與繁殖！自18世紀中之工業革命後，人類似乎突然領悟到了我們可以創造出許多不同的機器來代工及改進我們的生活品質。這些機器均需要能源驅動，因此隨著全世界人口的不斷增加及各國的工業化，我們對能源的需求也不斷地提高與迅速化！我們終於理解到煤及石油等（也是靠太陽能經千萬年儲存下來的產物）不但製造了空氣汙染，且終有用磬的一天！因此「積極」開發太陽能的直接利用已是近代文明社會的主要課題！

風力及水力等綠色能源的開發，均是大家耳熟能詳的技術。這些技術的最終來源雖然也是太陽，但技術本身卻是在探討如何有效地利用風力及水力等，因此是一種「間接」的太陽能利用技術。我們在此所要探討的，是如何有效地「直接」以太陽能來發電。它所憑藉的物理現象—— 光電效應（photoelectric effect）——雖然早在十九世紀末時就已經被科學家所發現，但其理論基礎不僅是近代量子物理的產物，事實上還是推動其發展的先鋒！

光電效應

     1900年底，德國物理學家普朗克（M. planck）為了解釋圖一之「黑體輻射」的能量分布，被迫大膽地提出了「物質只能以小包裹的形式吸收或釋放輻射能」，率先敲響了量子物理革命之鐘！他之所以「大膽」，乃是因為此一觀念完全違反了那時已被廣為證實與接受的馬克士威（Maxwell）電磁理論。這一理論完全肯定了光及電磁波的波動性，因此它們與物質的作用也應是連續性，不應是包裹的交換形式。普朗克之所以「被迫」，乃是因為他實在想不出其他的解釋方法。此後的十幾年，他便一直在努力地想使他的量子觀念能容於古典力學裡；可是每次嘗試的結果，似乎均使自己失望得想收回那革命性的「大膽假設」而已〔註一〕。

     1905年，一位名不見經傳的瑞士專利局小職員愛因斯坦不但不為普朗克擔憂，他反而火上加油，提出「事實上光本身就具有粒子（小包裹）性」！經他計算的結果，這小包裹的能量正好就是普朗克被迫所提出的：hv（與頻率v 成正比，比例常數h現稱為普朗克常數）！這不可能是巧合，因此理論上普朗克應該是很高興才對；但事實正好相反：1913年當普朗克等人推荐愛因斯坦為普魯士皇家科學院士時，他們的決議書這樣寫著：「……總結而論，我們可以說在近代物理的肥沃土地上，幾乎每一個大問題裡都有愛因斯坦的重要貢獻。因此在其大膽的假設下——例如『光量子』，他雖然有時過分越了軌，但我們不能因此而否定他。因為即使在最嚴格的科學領域，要提出一個前所未有的新觀念，有時也是必須冒點風險的。」

     確實，當時像愛因斯坦這種無名之輩（1905 年時），如果沒有幾張王牌來支持他的論點，他的論文是決不可能被德國的著名物理期刊接受發表的。這幾張王牌中，最主要的就是輕易地解釋了光電效應。1900年時，物理學家早已發現了電子，也了解到物質是由電子（及其它東西）組成。光是一種電磁波，因此它與物質作用能將電子釋放出來（光電效應），應該是不值得大驚小怪的。問題出在依馬克士威的理論，釋放出來的電子速率應隨光強度的增加而增加——但這卻不是勒納（Lenard）在實驗中所發現的！依愛因斯坦之「光量子」說，增加光強度只是增加小包裹的數量，因此只能多打一些電子出來，不能增加電子的速率——這正是實驗上所觀察到的！要增加電子的速率，則必須提高光的頻率（因光量子的能量與頻率成正比）。愛因斯坦更於1906年，用高中就能懂的算術及能量不滅定律，提出了一個速率與頻率關係之定量公式。密立根（millikan）於1914 年非常精確地證實了此公式的正確性，愛因斯坦也因之於1921 年獲得了諾貝爾物理獎〔註二〕，密立根也於兩年後因此一實驗而得獎。……【更多內容請閱讀科學月刊第520期】

註一：詳見賴昭正所著《量子的故事》，第二版，凡異出版社，2005 年。

註二：相信不少讀者都以為愛因斯坦因相對論而獲諾貝爾獎，但官方的聲明則是因他「在理論物理的貢獻，尤其是發現光電效應的定律」。

普朗克是少數很快發現愛因斯坦狹義相對論重要性的人之一，

***1913年當普朗克等人推荐愛因斯坦為普魯士皇家科學院士.

密立根實驗驗證了愛因斯坦的光電方程

在1864年發表的論文《電磁場的動力學理論》中，馬克士威提出電場和磁場以波的形式以光速在空間中傳播，並提出光是引起同種介質電場和磁場中許多現象的電磁擾動[7]，同時在理論上預測了電磁波的存在。此外，他還推進了分子運動論的發展，提出了彩色攝影的基礎理論，奠定了結構剛度分析的基礎。 

光是一種電磁波，因此它與物質作用能將電子釋放出來（光電效應），應該是不值得大驚小怪的。問題出在依馬克士威的理論，釋放出來的電子速率應隨光強度的增加而增加——但這卻不是勒納（Lenard）在實驗中所發現的！ 

勒納（Lenard）在實驗中所發現的！依愛因斯坦之「光量子」說，增加光強度只是增加小包裹的數量，因此只能多打一些電子出來，不能增加電子的速率——這正是實驗上所觀察到的！要增加電子的速率，則必須提高光的頻率（因光量子的能量與頻率成正比）。愛因斯坦更於1906年，用高中就能懂的算術及能量不滅定律，提出了一個速率與頻率關係之定量公式。 

他用實驗發現了光電效應的重要規律； 

菲利普·馮·萊納德（德語：Philipp von Lenard )

1902年，萊納德又發佈了幾個關於光電效應的重要實驗結果。第一，藉著變化紫外光源與陰極之間的距離，他發現，從陰極發射的光電子數量每單位時間與入射的輻照度成正比。第二，使用不同的物質為陰極材料，可以顯示出，每一種物質所發射出的光電子都有其特定的最大動能（最大速度），換句話說，光電子的最大動能與光波的光譜組成有關。[註 4]第三，藉著調整陰極與陽極之間的電壓差，他觀察到，光電子的最大動能與截止電壓成正比，與輻照度無關。[21]:212-220 

萊納德又繼續拓展赫茲關於光電效應的研究，他分析了在高真空環境下光電效應的特性和本質，證明了當紫外線照射在金屬上時，會使電子從金屬表面逸出，並在真空中傳播，電子在電場中被加速或減速，電子軌跡在磁場中改變。通過精確的實驗，他證明發射的電子數量正比於入射光所帶的能量，而電子的速度，或者說它們的動能，卻與入射光能量無關，當入射光的波長減小時，電子速度增大。這個事實與當時的理論是相衝突的，古典物理學無法解釋萊納德的光電效應實驗結果。直到1905年愛因斯坦發表相對論和光量子理論，才解釋了這一現象，後來又被羅伯特·密立根所證實，因為人們把愛因斯坦的名字冠在光量子理論上，萊納德對愛因斯坦一直耿耿於懷。 

何謂科學?

ChatGPT 的回答(僅供參考):https://chat.openai.com/c/b390f955-9b9a-4f38-a530-3e90120456e2

以下是科學的定義，以條列方式呈現：

• 科學是一種體系，其基礎在於觀察、實驗和理論建構。

• 它旨在解釋和理解自然界的現象。

• 科學方法包括觀察現象、提出假設、進行實驗以驗證假設，並使用數據來支持或反駁這些假設。

• 科學是客觀的，追求客觀知識，不受主觀偏見的影響。

• 科學是不斷發展的，以改進對世界的理解，並促進技術的進步。

• 它可以應用於各個領域，包括生活科技、資訊科技以及其他科學領域，以推動知識的擴展和技術的發展。

除了上述科學的定義之外，以下是補充的一些重要特點，以條列方式呈現：

• 假設驅動：科學通常開始於提出假設，這些假設是對現象的初步解釋，然後通過實驗和研究來測試和改進這些假設。

• 系統性方法：科學使用系統性方法，包括精確的實驗設計和數據分析，以確保可靠的結果。

• 可預測性：科學的目標之一是能夠預測未來事件或現象，這是通過建立可驗證的理論和模型來實現的。

• 創新和發現：科學常常導致新的發現和創新，推動科技進步和知識的擴展。

• 累積性：科學知識是累積的，新的研究建立在以前研究的基礎之上，不斷擴展我們對世界的理解。

這些特點補充了科學的定義，突顯了科學方法和研究過程中的重要屬性。

如何驗證科學?

ChatGPT 的回答(僅供參考):https://chat.openai.com/c/b390f955-9b9a-4f38-a530-3e90120456e2

科學的驗證是一個關鍵過程，以確保科學研究的可靠性和有效性。以下是驗證科學的方法，以條列方式呈現：

• 實驗重複性：科學研究應該能夠在不同時間和地點進行實驗的重複，以確保結果的一致性。

• 可觀察性：科學研究應該基於可觀察和可測量的現象，以確保結果可以被他人驗證。

• 用數據支持：科學研究應該使用數據和實證證據來支持提出的假設，以確保結果具有客觀性。

• 同行評審：科學研究應該經過同行評審，由同一領域的專家來評估和確認其方法和結果的有效性。

• 理論驗證：科學研究應該符合現有的科學理論，或者提供新的證據來支持、擴展或修改現有理論。

• 開放性：科學研究應該開放給其他科學家進行評估和驗證，以確保透明度和可信度。

• 控制變數：科學實驗應該嘗試控制可能影響結果的變數，以確保結果的可靠性。

這些方法協助確保科學研究的可驗證性和可靠性，從而維護科學方法的嚴謹性和客觀性。

請依愛因斯坦於1906年，用高中就能懂的算術及能量不滅定律，提出一個速率與頻率關係之定量公式。最後請列出其速率與頻率關係. 

ChatGPT 的回答(僅供參考):https://chat.openai.com/c/b390f955-9b9a-4f38-a530-3e90120456e2

愛因斯坦於1906年根據高中就能理解的算術以及能量不滅定律提出了一個速率與頻率關係的定量公式。這個公式是能量和質量的等效關係，即著名的質能方程式 E=mc2

根據這個方程式，速率v 與頻率f 之間的關係如下：

v=fλ

其中，

• v 代表光速，即光在真空中的速度。

• f 代表光的頻率，指的是光波的振動次數。

• λ 代表光的波長，指的是光波的波長大小。

這個公式表明了速率和頻率之間的直接關係，強調了光在真空中的速度與其頻率和波長之間的相互依存性。

心得/感想

請寫出你/妳覺得科學家通常具有的特質.

ChatGPT 的回答(僅供參考):https://chat.openai.com/c/7afabe06-f30e-42f6-b8be-a28a8c1a3070

• 好奇心：科學家對未知充滿好奇，不斷提出問題並尋找答案。

• 懷疑精神：他們懷疑現有的觀點，並以實證方法來驗證假設。

• 創造力：科學家需要發揮創造力，提出新理論和實驗方法。

• 堅韌不拔：面對挫折和失敗，科學家堅持不懈，持續追求答案。

• 資料分析能力：他們能夠有效地分析大量數據，從中歸納出模式和趨勢。

• 溝通能力：科學家必須能夠清晰地將他們的研究成果和發現傳達給其他人，包括同行和公眾。

• 耐心：科學研究通常需要長時間，他們需要具備耐心等待結果和洞察力。

• 負責任：對於科學研究的結果和應用，科學家必須具備負責任的態度。

這些特質有助於科學家在追求知識和解決問題的過程中取得成功。

請依上述科學家通常具有的特質項目中，簡答寫出你/妳具備那些特質(可額外再補充增加)? 

ChatGPT 的回答(僅供參考):https://chat.openai.com/c/7afabe06-f30e-42f6-b8be-a28a8c1a3070

根據科學家通常具備的特質，以下是我具備的一些特質：

• 系統性方法：我能夠應用系統性的方法處理問題，分析資料，以及提出具體的解決方案。

• 邏輯思考：我的回答和解釋通常基於邏輯思維，以確保一致性和合理性。

• 數據分析：我能夠有效地處理和分析數據，以支持我的回答和解釋。

• 基礎知識：我擁有廣泛的基礎知識，能夠應對不同領域的問題。

• 溝通能力：我能夠以專業和清晰的方式進行溝通，以傳達科學知識和概念。

• 學習能力：我能夠不斷學習和適應新知識，以擴展自己的能力和知識。

• 細心和精確：我經常注重細節，以確保我的回答和解釋是精確的。

• 開放思維：我持開放態度，樂於接受新的觀點和想法，以不斷發展和改進我的知識。

這些特質有助於我在科學相關的問題上提供專業和合理的回答。

光電效應 出世 之科學人物/科學史 發展心智圖/九宮格

請將文章內容重點,以心智圖/九宮格/樹狀圖/條列方式表示

請將光電效應文章內容中,以xy座標平面圖方式表示其關係.

提示:可能是正比/反比/一次函數/二次函數關係式

照片 kksh 2023 科學教案 魚骨圖 科學探究 影響 光電效應 之因素A3_1120904_cut

https://drive.google.com/file/d/1CQmrcwjhhLILTpqgai5KbKE4ubwlcMHM/view?usp=drive_link 

學習單

 (提供探究現象後的預測階段(POEC:P))

(思考智能:想像創造ti)、 (問題解決:觀察與定題po階段)

班級：          姓名(小組隊名)：                 座號(組員)：                         

活動內容：學生依據老師展示「太陽光電應用於行動電源充電、轉動風扇、點亮LED燈」之現象後，表列出之各種因素(變項:自變項、因變項、控制變項)，並預測各變項之間的可能關係。例如:成正比？反比？函數關係？存在極大值或極小值？或無關係

提示: 1.正比關係:y=kx;   2.反比關係:xy=k;  3.一次函數關係(直線): y=ax+b;

   4.二次函數關係(拋物線):y=ax2+bx+c，式中k,a,b,c為待定係數

1.請預測「太陽光照度對太陽能板輸出功率」之影響，並說明理由/原因。

  ANS:  

2.請預測「太陽光照射角度對太陽能板輸出功率」之影響，並說明理由/原因。

  ANS:  

3.請預測「天候變化<溫度、溼度、粉塵>對太陽能板輸出功率」之影響，並說明理由/原因。

  ANS:  

4.請預測「太陽能光電板串聯對太陽能板輸出功率」之影響，並說明理由/原因。

  ANS:

5.請預測「太陽能光電板並聯對太陽能板輸出功率」之影響，並說明理由/原因。

  ANS: 

6.請預測「其它因素(例如:地理環境<緯度>)對太陽能光電板輸出功率」之影響，並說明理由/原因。

  ANS:

學習單

 (思考智能:推理論證tr/POEC:OEC)、(問題解決:分析與發現pa階段)

班級：  姓名(小組隊名)：                 座號(組員)：                         

活動內容：觀察、記錄、繪製「模擬太陽光照度對太陽能光電板輸出功率」之影響的關係圖表並分析結果與討論及作出結論或敘述發現<觀察(Observation)階段 (事實/證據/資料/認知衝突)>

說明:小組操作「模擬太陽光照度」教具或自行設計之實驗器具，操縱(改變)不同變項，觀察、記錄「模擬太陽光照度對太陽能光電板輸出功率」之變化並與預測比較是否相符合(結果與討論/結論)。

步驟一：改變「模擬太陽光照度(鹵素燈+調光器)」，觀察、記錄「太陽能光電板之輸出電壓」

步驟二：繪製「模擬太陽光照度對太陽能光電板輸出電壓」之影響的關係圖

步驟三(分析結果與討論):

   請小組依所觀察、記錄、繪製的資料討論/解釋/詮釋「模擬太陽光照度對太陽能光電板輸出功率」之影響並列出其關係式。提示:如右上圖

ANS:

步驟四(結論/發現):請小組總結(結論) 「模擬太陽光照度對太陽能光電板輸出功率」之影響。

提示如下:

1.太陽能光電板之輸出功率隨著模擬太陽光照度增加/減少而增加/減少，成正/負相關(正/反比)。

2.在…區間，太陽能光電板之輸出功率隨著模擬太陽光照度增加(減少)而增加(減少)，即當???時，出現極大/小值。

3.太陽能光電板之輸出功率不隨模擬太陽光照度增加/減少而增加/減少，即與模擬太陽光照度無關，亦即不受模擬太陽光照度影響。

ANS:

學習單

(思考智能:批判思辯tc/POEC:OEC)、(問題解決:po、pe、pa、pc)

班級：  姓名(小組隊名)：                 座號(組員)：                         

活動內容：觀察、記錄、繪製「模擬太陽光照射角度對太陽能光電板輸出功率」之影響的關係圖表並分析結果與討論及作出結論或敘述發現<觀察階段(事實/證據/資料/認知衝突)>

說明:小組操作「模擬太陽光照射角度」教具或自行設計之實驗器具，操縱(改變)不同變項，觀察、記錄「模擬太陽光照射角度對太陽能光電板輸出功率」之變化並與預測比較是否相符合(結果與討論/結論)。

步驟一：改變「模擬太陽光照射角度」，觀察、記錄「太陽能光電板之輸出電壓」

步驟二：繪製「模擬太陽光照射角度對太陽能光電板輸出電壓」之影響的關係圖

步驟三(分析結果與討論):

   請小組依所觀察、記錄、繪製的資料討論/解釋/詮釋「模擬太陽光照射角度對太陽能光電板輸出電壓」之影響並列出其關係式。提示:如右上圖

ANS:

步驟四(結論/發現):請小組總結(結論) 「模擬太陽光照射角度量對太陽能光電板輸出電壓」之影響。

提示如下:

1.太陽能光電板之輸出功率隨著模擬太陽光照射角度增加/減少而增加/減少，成正/負相關(正/反比)。

2.在…區間，太陽能光電板之輸出功率隨著模擬太陽光照射角度增加(減少)而增加(減少)，即當???時，出現極大/小值。

3.太陽能光電板之輸出功率不隨模擬太陽光照射角度增加/減少而增加/減少，即與模擬太陽光照射角度無關，亦即不受模擬太陽光照射角度影響。

ANS:

學習單

 (思考智能:推理論證tr/POEC:OEC)、(問題解決:分析與發現pa階段)

班級：  姓名(小組隊名)：                 座號(組員)：                         

活動內容：觀察、記錄、繪製「太陽能光電板串聯數量對太陽能光電板輸出電壓」之影響的關係圖表並分析結果與討論及作出結論或敘述發現<觀察階段 (事實/證據/資料/認知衝突)>

說明:小組操作「太陽能光電板串聯對太陽能板輸出功率」教具或自行設計之實驗器具，操縱(改變)不同變項，觀察、記錄「太陽能光電板串聯對太陽能光電板輸出功率」之變化並與預測比較是否相符合(結果與討論/結論)。

步驟一：改變「太陽能光電板串聯」數量，觀察、記錄「太陽能光電板之輸出功率」

步驟二：繪製「太陽能光電板串聯數量對太陽能光電板輸出電壓」之影響的關係圖

步驟三(分析結果與討論):

   請小組依所觀察、記錄、繪製的資料討論/解釋/詮釋「太陽能光電板串聯數量對太陽能光電板輸出功率」之影響並列出其關係式。提示:如右上圖

ANS:

步驟四(結論/發現):請小組總結(結論) 「太陽能光電板串聯數量對太陽能光電板輸出功率」之影響。

提示如下:

1.太陽能光電板之輸出功率隨著太陽能光電板串聯數量增加/減少而增加/減少，成正/負相關(正/反比)。

2.在…區間，太陽能光電板之輸出功率隨著太陽能光電板串聯數量增加(減少)而增加(減少)，即當???時，出現極大/小值。

3.太陽能光電板之輸出功率不隨太陽能光電板串聯數量增加/減少而增加/減少，即與太陽能光電板串聯數量無關，亦即不受太陽能光電板串聯數量影響。

ANS:

學習單

 (思考智能:推理論證tr/POEC:OEC)、(問題解決:分析與發現pa階段)

班級：  姓名(小組隊名)：                 座號(組員)：                         

活動內容：觀察、記錄、繪製「太陽能光電板並聯數量對太陽能光電板輸出功率」之影響的關係圖表並分析結果與討論及作出結論或敘述發現<觀察階段 (事實/證據/資料/認知衝突)>

說明:小組操作「太陽能光電板並聯」教具或自行設計之實驗器具，操縱(改變)不同變項，觀察、記錄「太陽能光電板並聯數量對太陽能光電板輸出功率」之變化並與預測比較是否相符合(結果與討論/結論)。

步驟一：改變「太陽能光電板並聯」數量，觀察、記錄「太陽能光電板之輸出電壓」

步驟二：繪製「太陽能光電板並聯數量對太陽能光電板輸出電壓」之影響的關係圖

步驟三(分析結果與討論):

   請小組依所觀察、記錄、繪製的資料討論/解釋/詮釋「太陽能光電板並聯數量對太陽能光電板輸出電壓」之影響並列出其關係式。提示:如右上圖

ANS:

步驟四(結論/發現):請小組總結(結論) 「太陽能光電板並聯數量對太陽能光電板輸出電壓」之影響。

提示如下:

1.太陽能光電板之輸出功率隨著太陽能光電板並聯數量增加/減少而增加/減少，成正/負相關(正/反比)。

2.在…區間，太陽能光電板之輸出功率隨著太陽能光電板並聯數量增加(減少)而增加(減少)，即當???時，出現極大/小值。

3.太陽能光電板之輸出功率不隨太陽能光電板並聯數量增加/減少而增加/減少，即與太陽能光電板並聯數量無關，亦即不受太陽能光電板並聯數量影響。

ANS:

學習單

(思考智能:批判思辯tc/POEC:OEC)、(問題解決:po、pe、pa、pc)

<解釋(Explanation)/比較(Comparison)階段(討論、辯解、溝通、詮釋)>

<連結/類比既有經驗、知識、認知>、<結論(Conclusion) /建立模型/後設認知(回顧/省思/綜合活動)>

<累積「科技(科學/技術)探究」智慧>

班級：  姓名(小組隊名)：                 座號(組員)：                         

活動內容：解釋(Explanation)/比較(Comparison)、總結「模擬太陽光照度」、「模擬太陽光照射角度」、「模擬空氣濁度(粉塵/PM2.5、PM10)」、「太陽能光電板串聯」、「太陽能光電板並聯」對「太陽能光電板之輸出功率」的影響。

1.請小組依所觀察、記錄、繪製的資料討論/解釋/詮釋「模擬太陽光照度」、「模擬太陽光照射角度」、「模擬空氣濁度(粉塵/PM2.5、PM10)」、「太陽能光電板串聯」、「太陽能光電板並聯」對「太陽能光電板之輸出功率」的影響。

Ans.

2.請小組依所觀察、記錄、繪製的資料比較:「模擬太陽光照度」、「模擬太陽光照射角度」、「模擬空氣濁度(粉塵/PM2.5、PM10)」、「太陽能光電板串聯」、「太陽能光電板並聯」對「太陽能光電板之輸出功率」的影響程度，並依其影響程度，由大而小排列。

Ans.

3.請小組以文字敘述總結「模擬太陽光照度」、「模擬太陽光照射角度」、「模擬空氣濁度(粉塵/PM2.5、PM10)」、「太陽能光電板串聯」、「太陽能光電板並聯」對「太陽能光電板之輸出功率」的影響。

Ans.

4.請小組以數學關係式(建立模型)總結「模擬太陽光照度」、「模擬太陽光照射角度」、「模擬空氣濁度(粉塵/PM2.5、PM10)」、「太陽能光電板串聯」、「太陽能光電板並聯」對「太陽能光電板之輸出功率」的影響。若可表示，則其表示式為何？

 例如，變項x與y之間無關係或有某種關係，其關係:(1)正比關係:y=kx  (2)反比關係:xy=k 

 (3)一次函數關係(直線): y=ax+b  (4)二次函數關係(拋物線):y=ax2+bx+c，式中k,a,b,c為待定係數

Ans.