物理科學導論/1.6
物質和能量是構成我們宇宙的兩個組成部分。這意味著所有事物要麼是物質要麼是能量。物質被認為是物理物體，而能量則是作用於宇宙中物質並與其相結合的力量。
名詞
物質（不可數和可數；複數：物質）
- 宇宙的基本結構組成部分。物質總是由質量和體積組成，包含其質量乘以光速平方的總能量儲存。
- 一種物質。
物質代表宇宙中的物理物體。物質雖然在外觀和行為方式上與能量截然不同，但實際上是捕獲的能量本身。當人們仔細觀察物質的結構時，從一個非常非常小的組成部分開始，就可以證明這一點。
物質始於原子。原子是所有事物的構成要素。一個原子由幾個更小的部分組成。使原子成為物質，而所有低於它的部分成為能量的原因是，電子和原子核由“電磁力”和核力共同束縛在一起。核力是將原子所有部分結合在一起的力量，它的作用是因為原子不同部分的相反性質。
質子是非常小的粒子，帶正電荷。原子中的質子存在於原子核中。質子的數量總是等於原子中電子的數量。質子數量不能改變，除非原子置於一種特殊的科學儀器中，稱為超級對撞機或原子粉碎機，在非常特殊的條件下才能改變。
中子是帶中性電荷的微小粒子。這些粒子存在於原子核中。中子不會影響原子的元素，但它們可能會影響元素的同位素。
電子是比質子和中子小數百倍的粒子。電子存在於包圍原子核的電子雲中。電子雲中的電子以不同的距離圍繞原子壁運動，這些層級稱為電子層。電子層中的電子數量可以透過公式 2n^2 確定，即電子層數的平方乘以 2。因此第一層有 2 個電子，第二層有 8 個電子，第三層有 18 個電子。
原子的原子核是中心，質子和中子存在於此。原子核包含原子 99% 的質量。
質量是國際單位制中用來衡量物體包含多少物質的標準單位。一般情況下，質量的標準單位是克。
名詞 能量（複數能量）
- 所有運動和所有活動背後的動力。
- 實體做功的能力。
- （物理學）表示做功的能力，以質量 × 距離²/時間²（ML²/T²）或等效單位測量。
能量是引起變化或做功的能力。能量以許多不同的形式存在；我們在地球上體驗到的最常見的一些形式是：熱量、光線和運動。能量分為兩類：勢能和動能。
勢能是“儲存”的能量，即沒有被使用的能量。這可以指任何型別的沒有被消耗的能量。例如，一本被搬到塔頂的書具有勢能；這在它被搬到塔頂時被賦予了該物體。它具有勢能，因為它在對抗重力。在物理學中，每個作用都有一個大小相等、方向相反的反應。作用是書被提升到塔頂。而反應則是書落下或以其他方式下降到地面。這只是勢能的一種型別，勢能可以存在於許多狀態中，例如
- 食物（分解成簡單的成分，並透過呼吸消耗）
- 電流（儲存在電池或發電機中）
- 彈簧（機械裝置，當過度擴張或收縮時）
動能是在使用的能量。動能是指輻射、移動、發光和加熱的能量。這種型別的能量在我們的宇宙中非常普遍。動能變化無常；所有形式都可以相互轉換。如下所示
- 運動 ----> 熱量（透過傳導）
- 熱量 ----> 運動（透過對流）
- 光線 ----> 熱量（透過輻射）
- 運動是使物理物體在空間中移動的動能型別。
- 熱量是使物理物體分子運動的動能型別。這會導致物體的溫度升高。
- 光線是透過空間以波和束形式輻射的能量型別。光線被歸類為光譜。可見光是我們可以看到從物體上反射的光線，而其他型別的光線，如 X 射線、伽馬射線和無線電波，會導致輻射。
- 溫度是由於分子隨機運動而導致的一組分子或原子所具有的平均動能。
- 熱量是由於分子隨機運動而導致的一組分子所具有的動能總量。
- 熱力學是研究宇宙中能量及其與物理物體相互作用的科學分支。我們將在後面進一步討論熱力學。
- 傳導是指透過直接接觸將動能從一個物體轉移到另一個物體的過程。
- 對流是指流體內部電流傳遞動能的過程。
- 輻射是指動能透過空間傳遞的過程。
- 用你自己的話描述物質和能量
- 定義原子各個部分及其在原子中的作用
- 什麼是元素？
- 物質和能量之間有什麼關係？
- 原子中最小的部分是什麼？
- 原子中哪個部分決定原子序數？
- 哪種型別的能量可以引起運動？
- 哪種型別的能量傳遞透過液體傳遞動能？
- 假設你在浴室裡使用熱燈，那麼它產生的動能透過空間傳遞的方式是什麼？
- 如果一個質子的重量為 1 個單位，而一個電子的重量為 0.007 個單位，那麼一個含有 3 箇中子的氫原子有多重？
1) 觀察元素週期表
- 哪個元素的原子序數為 1？
- 哪些元素屬於惰性氣體？
2) 畫一個原子圖，包括以下內容：
- 原子核，包含
- 質子
- 中子
- 電子層，包含
- 正確數量的電子
- 電子在其適當的殼層中