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觀念1 時間-3-6.pdf

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  1. 1. 1 ◎觀念 1 時間 1. 太陽日 圖 1-1 仰角示意圖 自古以來,人們藉由觀察日月星辰的規律 變化,訂出年、月、日等時間計量單位。根據 人們的觀測,太陽連續出現兩次最大仰角所經 歷的時間定為一個「太陽日」,雖然「太陽 日」的時間長短會隨季節而變化,但是兩個夏 至(正午影子最短的那一刻)之間的時間長度 卻很穩定,約是 365 又 1/4 個「太陽日」,因 此以這樣的日數定義為「一年」,一年中各太 陽日的平均值稱為一個平均太陽日,即所謂的 「一日」。一日有 24 小時,1 小時分成 60 分 鐘,1 分鐘又細分成 60 秒。【南版】 ▲ 知識便利貼:秒的定義【南版 110】 西元 1967 年,世界度量衡標準會(CIPM)以銫原子釋放的輻射波頻率作為時間計時的依據,將 「1 秒」定義為這種輻射波振動 9,192,631,770 次所需的時間。銫原子鐘非常準確,三百萬年內誤差還 不到 1 秒。 2. 計時工具 圖 1-2 日晷 圖 1-3 擺鐘 過去人們利用竿影和沙漏等會隨著時間規律變化的工具來計時;現今人們則使用機械鐘、擺 鐘、石英錶和電子錶等較精確的計時器來計時。 隨著科學的進步,科學家訂定以銫原子產生之輻射的振盪次數作為計時標準,稱為原子鐘, 目前國際單位制所使用的時間單位「秒」,就是以原子鐘制訂的。【康版】
  2. 2. 2 ★ 考前複習 1. 時間的單位 年 地球繞太陽公轉一周,所經歷的時間為一年。 天 太陽連續出現兩次仰角最大所經歷的時間為一個太陽日。 一年中各太陽日的平均值為 1 平均太陽日(一天)。 秒 時間的基本國際單位,由銫原子鐘(目前最精確計時的工具)的振盪定義。 2. 時間單位換算:1 平均太陽日=24 小時=1440 分=86400 秒。 3. 計時工具:具有 規律變化 (不需週而復始)的特性,即可測量時間,如沙漏、日晷、月相等。 4. 時刻 t 與時間△t 的區別 (1)時刻 t:某事件發生或結束的那一瞬間或那一剎那。ex.第 1 秒、第 2 秒…等。 ▲「第 1 秒末」,又稱「第 1 秒」,同時也是「第 2 秒初」。 (2)時間△t:事件發生的長短。△t=t2-t1。ex.4 秒內(0 秒~4 秒)、第 4 秒內(第 3 秒~第 4 秒)。 ★ 試題精選 1 1. 古人利用日、月東升西落的現象來測量時間,因而訂出太陽日,有關太陽日的定義,下列各項敘 述何者正確? (A)每天太陽從出現到落下所經過的時間 (B)連續兩次太陽升起所經過的時間 (C)連續兩次太陽出現在天頂所經歷的時間 (D)連續兩次太陽落下地平線所經歷的時間 2. 下列有關測量時間的裝置之敘述,何者錯誤? (A)能隨時間規律變化 (B)具有重複發生的現象 (C)日晷、竿影、沙漏皆能用來計時 (D)目前國際公制使用的時間單位「秒」是以石英錶制定的 ◎ 回家練習 1(每題 10 分,共 100 分) 1. 下列有關太陽日的敘述,何者錯誤? (A)一個平均太陽日等於 86400 秒 (B)在同一年中,各個太陽日的長短均相同 (C)一年中各個太陽日的平均值為一個平均太陽日 (D)太陽連續兩次在天空中高度角最大的位置時,所經歷的時間為一個太陽日 2. 下列有關太陽日的敘述,何者正確? (A)太陽連續兩次出現在天頂所經歷的時間為一個平均太陽日 (B)一年中各個太陽日的平均值為一個平均太陽日 (C)同一年中,各個太陽日的長短皆相同 (D)一個太陽日等於 24 小時 3. 下列有關時間的敘述,哪一項錯誤? (A)一年中各太陽日的長短並不一致 (B)手錶的秒針跳動一次所需的時間為 1 秒 (C)單擺擺動一次的時間為 1 秒 (D)有些具有規律變化但並無週而復始的現象,亦可用來測量時間 1 2 3 4 5 0 第 1 秒內 第 2 秒內 第 3 秒內 第 4 秒內 4 秒內 時軸(秒) 計時 開始 第 秒 末 2 第 秒 2 第 秒 初 3 ( ) 第 秒 末 1 第 秒 1 第 秒 初 2 ( ) 第 秒 末 3 第 秒 3 第 秒 初 4 ( ) 第 秒 末 4 第 秒 4 第 秒 初 5 ( ) 三種時刻 描述方式 二種△t 描述方式
  3. 3. 3 4. 下列有關時間的換算關係,何者錯誤? (A)一個星期為 10080 分鐘 (B)半分鐘為 1/120 小時 (C)半天為 86400 秒 (D)兩天為 2880 分鐘 5. 有關時間單位的換算,下列敘述何者錯誤? (A)一太陽日,恰等於 24 小時 (B)一年有 365 又 1/4 平均太陽日 (C)一分鐘等於 1/1440 平均太陽日 (D)一分鐘有 60 秒 6. 下列何者計時花費的時間需要最長? (A)時鐘的時針轉一圈 (B)地球繞太陽公轉一圈 (C)地球自轉一圈 (D)月球繞地球公轉一圈 7. 下列何者最適合用來作為計時的工具? (A)竹竿的影子 (B)樓梯的級數 (C)手掌的大小 (D)走路的步伐 8. 上課時老師問小順一個問題,題目是:用下列何者當作計時工具,精確度最不好? (A)單擺 (B)石英錶 (C)沙漏 (D)脈搏跳動 9. 下列哪一項計時的工具由於精準度最差,最不適合做為計時的工具? (A)石英鐘 (B)日晷 (C)脈搏 (D)竿影 10.下列現象,何者不適宜用來測量時間?(A)蠟燭燃燒 (B)節拍器 (C)沙的滴漏 (D)閃爍的星光 知識補給站:時間的測量 比較規律而重複發生的現象都可用來測量時間,測量的方法為計算重複的次數,例如計算單 擺擺動的次數或石英晶體週期性振盪的振盪次數等。為達更精確的時間標準,目前已發展出原子 鐘,使用原子產生之輻射的週期性振盪作為時間標準,其中銫原子鐘非常穩定,依目前科技的精 密度推算,約一百億年才會產生 1 秒的誤差。【康版 110】 知識補給站:時間 任何有規律的現象,都可作為時間的單位或測量工具,例如:日夜交替、月亮圓缺與季節變 化的週期,分別可作為日、月與年的計時單位,而日、月本身就是判斷時間的最簡單工具。 隨著社會的演進與需求,測量工具從日晷、沙漏、單擺到鐘錶,單位從日、時、分到秒,時 間的測量愈來愈方便與準確。【翰版 108】 知識補給站:太陽日與平均太陽日 地球繞太陽公轉的軌道為橢圓形,因此各太陽日的長短並不一致,科學家取一年中各太陽日 的平均值定為平均太陽日,一個平均太陽日等分為 24 小時,1 小時等分為 60 分鐘,1 分鐘再等分 為 60 秒,即一個平均太陽日相當於 86400 秒。【南版 110】 知識補給站:平均太陽日 時間的單位經過不斷的演變與選擇,目前是以秒為時間的基本單位。早先對秒的界定是來自 平均太陽日,太陽日是指同一地點連續兩次正對太陽的時間間隔,但太陽日因季節不同而有些微 變化,將一年內所測得的太陽日予以平均,所得的平均值,稱為平均太陽日。一個平均太陽日可 分成 24 小時,1 小時分成 60 分鐘,1 分鐘分成 60 秒,因此時間的基本單位「秒」就定義為一個 平均太陽日的 86400 分之一。 平均太陽日並不是恆久不變的,西元 1967 年國際度量衡會議決定,採用以銫-133 原子鐘所發 出特定波長的頻率,作為「秒」的基準根據。這種原子鐘非常穩定,幾乎不受環境變化的影響, 而且各地的實驗室都能複製這個標準。目前為止,國際間仍沿用此標準。有了計時的基準與工 具,要測量物體移動的快慢就方便多了。【翰版 108】
  4. 4. 4 知識補給站:平均太陽日 右圖為一年 365 日中每日時間和平均日時間的誤差,由圖 可見最長的一天與最短的一天差異大約可達半小時(30 分)。 為求時間單位的統一,現行所使用的「一天 24 小時」,實際上 是將一年中每個太陽日平均後的結果,又稱「平均太陽日」。 【翰版高中地科 110】 知識補給站:石英錶 石英錶以電力來維持石英晶體的週期性振盪,最好的石英錶其計時一年的誤差不超過 0.02 秒。手機的時間乃是基地臺接收到 GPS(global positioning system)衛星裡的原子鐘取得。【康版 110】 知識補給站:太陽日與恆星日 ○ 1 太陽日(右圖 1、3 所經歷的時間):太陽連續兩次正對地球上 某處子午線所經歷的時間(地球上每個地方都會有自己的子午 線, 把所在位置的正北方、正南方及天頂三點連線起來的那條 線,就稱為該位置的子午線)。 ○ 2 3 恆星日(右圖 1、2 所經歷的時間):太陽系外的某顆恆星連 續兩次正對地球上某處子午線所經歷的時間。恆星日都比平均 太陽日短了大約 3 分 56 秒。【翰版地科】 知識補給站:擺的等時性 擺的等時性是指擺角不大於 10°時,擺在擺動的過程中,即使擺角有變動,但每一次來回擺動 所需的時間都相同。【康版 110】

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