歡迎來到 AS Level 物理！
歡迎踏出掌握物理學的第一步！在我們深入研究宇宙的運作原理之前，首先要學習科學的「語言」。就像你不能在沒有測量木材的情況下建造房屋一樣，沒有物理量 (Physical Quantities) 和 國際單位制 (SI Units)，你便無法進行物理運算。本章是未來學習一切知識的基石，讓我們把它搞得清清楚楚吧！
1.1 什麼是物理量？
在物理學中，物理量是指任何可以被測量的東西。要描述一個物理量，你總是需要兩個部分：數值大小 (numerical magnitude) 和 單位 (unit)。
想像一下，這就像去買披薩。如果你跟店員說「我要 5 個」，他們會不知道你要 5 個完整的披薩還是 5 片披薩。「5」是數值大小，而「披薩」或「片」就是單位！
例子： 一條繩子的長度是 2.5 公尺。
2.5 = 數值大小
公尺 (m) = 單位
做出合理的估算
成為一名優秀物理學家的要素之一，是對數字有一種「感覺」。你應該具備粗略估算事物大小的能力。如果起初覺得很難，不用擔心，這只需要多加練習！
以下是一些值得記住的常見估算值：
- 一顆蘋果的質量： 100 g (0.1 kg)
- 課室門的高度： 2 m
- 成人的體重： 70 kg
- 風筒運作時的電流： 5 A 至 10 A
重點總結：
每一個測量值都必須包含數字和單位。時刻問自己：「這個數字在現實世界中合理嗎？」
1.2 SI 基本單位：積木的基礎
雖然世界上有數百萬種事物可以測量，但在 SI 系統（國際單位制）中，我們僅使用幾個「基本單位 (Base Units)」來建構所有其他單位。根據你的課程大綱，你必須牢記這五個基本量：
1. 質量 (Mass)： 單位為 公斤 (kg)
2. 長度 (Length)： 單位為 公尺 (m)
3. 時間 (Time)： 單位為 秒 (s)
4. 電流 (Electric Current)： 單位為 安培 (A)
5. 溫度 (Temperature)： 單位為 克耳文 (K)
溫馨提示： 請記住，質量的單位是 kg，而不是公克 (grams)！在物理學中，「kilo (千)」已經是基本單位的一部分。
記憶口訣： 你可以記作 "My Large Tiger Always Kicks" (Mass, Length, Time, Ampere, Kelvin)。
1.3 導出單位：組合積木
大多數其他單位都是導出單位 (derived units)。這意味著它們是通過將基本單位進行乘法或除法運算而得到的。把基本單位想像成 LEGO 積木——你可以把它們組合成更複雜的形狀。
如何一步步找出導出單位：
讓我們來找出力 (Force) 的 SI 基本單位。
1. 從公式開始： \( F = ma \)
2. 找出各部分的單位：
- 質量 (\( m \)) 的單位是 kg
- 加速度 (\( a \)) 的單位是 m s\(^{-2}\)
3. 將它們相乘： \( \text{kg} \times \text{m s}^{-2} \)
4. 結果：力的單位（牛頓）在基本單位中實際上就是 kg m s\(^{-2}\)。
常見錯誤： 不要混淆物理量的符號與單位的符號。例如，時間這一物理量的符號是 \( t \)，但其單位的符號是 \( s \)。
重點總結：
你可以透過定義公式，將任何單位（如焦耳或瓦特）拆解為 5 個基本單位。
1.4 同質性：不可混為一談的原則
在物理學中，如果方程式等號左右兩邊的單位完全相同，則稱該方程式為同質 (homogeneous) 的。你不能將 5 公尺加上 10 秒——這就像要把蘋果和橘子加在一起一樣，是不合邏輯的！
如何檢查同質性：
想像一下這個方程式： \( \text{速率} = \frac{\text{距離}}{\text{時間}} \)
- 左邊單位： m s\(^{-1}\)
- 右邊單位： \( \frac{\text{m}}{\text{s}} = \) m s\(^{-1}\)
單位匹配，所以該方程式是同質的！
你知道嗎？ 檢查單位是考試時驗證你是否正確記住公式的最佳方法。如果單位不匹配，那麼這個公式一定是錯的！
1.5 SI 前綴：讓數字更易管理
物理學處理的範圍極廣，從巨大的（恆星）到微小的（原子）。為了避免書寫大量的零，我們使用前綴 (prefixes)。
大型前綴（倍數）：
- Tera (T)： \( 10^{12} \)
- Giga (G)： \( 10^{9} \)
- Mega (M)： \( 10^{6} \)
- Kilo (k)： \( 10^{3} \)
- Deci (d)： \( 10^{-1} \)
- Centi (c)： \( 10^{-2} \)
小型前綴（分數）：
- Milli (m)： \( 10^{-3} \)
- Micro (\( \mu \))： \( 10^{-6} \)
- Nano (n)： \( 10^{-9} \)
- Pico (p)： \( 10^{-12} \)
單位換算例子：
如果你有 5 nm (奈米)，你可以將其寫為 \( 5 \times 10^{-9} \) 公尺。
小技巧： 當從前綴轉換為 10 的冪次時，只需將符號替換為對應的數字即可。
例如： 將 'k' 替換為 \( 10^{3} \)。所以，\( 7 \text{ km} = 7 \times 10^{3} \text{ m} \)。
重點總結：
前綴只是 10 的冪次的簡寫。請務必背熟這些符號及其對應的冪次——它們幾乎會出現在所有的計算中！
快速複習總結
1. 物理量 = 數值大小 + 單位。
2. 5 個基本單位： kg, m, s, A, K。
3. 導出單位： 由基本單位組合而成（例如： \( \text{m s}^{-1} \)）。
4. 同質性： 等號兩邊的單位必須一致。
5. 前綴： 用於處理極大或極小的數字（從 Pico 到 Tera）。