課程資訊
課程名稱
能源科學故事(一)原子能
Stories of Energy Science (1) Atomic Energy 
開課學期
106-2 
授課對象
 
授課教師
陳發林 
課號
AM5030 
課程識別碼
543 30010 
班次
 
學分
3.0 
全/半年
半年 
必/選修
 
上課時間
星期二7,8,9(14:20~17:20) 
上課地點
應113 
備註
限大學部學生修習。。A7:物質科學
總人數上限:50人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1062AM5030_ 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

一、課程概述
這門課將以16堂課,有系統地介紹與能源科學發展相關的歷史人物與事件。整門課分上下兩學期:(上)原子能(下)化石能。這次先申請(上)原子能之通識課程。等通識效果確定,再申請(下)化石能。原子能的故事將分成三大部分講述:物理科學發展、核彈製作、核能發電。故事將從三千年前的古希臘思想開講。在第一部份中,我們將以自然哲學發展的關鍵人物與其貢獻為主體,逐一論述建構這三千年思想主軸的人物與事件。在第二部份中,我們將闡述為何研製一顆核彈卻需動用有史以來最優秀的人力、最龐大的物力,更需配合最嚴格的研發和管理架構才能執行;而整體計畫能奇蹟式地在3年內完成,清楚展現人類在毀滅邊緣的掙扎中,所能爆發的集體創造力是何等驚人。在第三部份中,我們將歷史焦點轉到核電;這原本被稱為核能之和平用途者,有著低到無法計價的電力成本,卻演變成規模不同的各類核災,造成諸多社會不安與環境浩劫。最後,我們將以諸多核電廠的歷史案例為根據,對核能發展的未來做出評論。
二、教學目標
在1946年7月1日,美國時代週刊的封面把愛因斯坦的頭像和核彈爆炸的蕈狀雲放在一起,並在E= 的公式旁加註「一切物質都是由速度和火焰構成」,著實反映出人類對使用核能的憂慮。當核分裂技術將原子中所夾帶的能量釋放出來後,人類並沒享受到潔淨且無限供應的能源,所帶來的卻是先有兩次毀滅性的屠殺,然後是未用完燃料所留下無盡的輻射。這門課所整理的歷史事件,應可引領學生進入一波反省的思緒:為何一批聰明的科學家日以繼夜實驗推導,最後成就了物質深層能量的釋放,應該為人類文明的演進做出偉大貢獻,但卻淪為以毀滅人類為目標的戰爭所需的最兇狠武器?戰後改為何平用途時,卻又為環境帶來莫大的浩劫?難道人類集體智慧所產生的,卻成為終結人類文明的利器?我們將以此為反思主軸,在每堂課中,從不同時代與背景來堆疊思考邏輯,以成就每門講述歷史課程的使命。

三、每週進度及教學內容簡述
第01週、課程介紹:科學的發展脈絡
這堂課將介紹整體課程架構,是以牛頓力學為中心,往前推往伽利略與哥白尼革命性的日心論如何產生,再銜接亞里斯多德以來盛行兩千多年的地心論如何幻滅;然後,再拉回討論愛因斯坦發展相對論的動機,卻發現質能互換公式E= 的來龍去脈。最後,我們將闡述「物理科學發展乃以發掘能源」為主軸的發展脈絡。
第02週、自然哲學的發展:亞里斯多德學說
我們將思想遠古時代的自然哲學發展脈絡,故事將從亞里斯多德學說講起,從而引出人類對宇宙的認知與所得結論,最後卻得到「地球是宇宙中心」這影響將近兩千年的錯誤學說的背景、發展、影響等,然後再彙整出當時公認的宇宙學說:地心論的內容。
第03週、日心論與地心論:哥白尼、伽利略、杜卜勒的觀察
地心論盛行兩千多年後,終於在15世紀以後,陸續由一批熱愛觀察夜間星空變化、且具有洞察推理智慧的科學家所蒐集的證據而推翻。這批科學家的主要代表人物有三人:哥白尼、伽利略和杜卜勒。而這三人都備有當時才發展出來的望遠鏡,才得以觀察到譬如木星有四顆衛星的驚人發現,也因此才會大膽推論太陽才是宇宙中心的革命性理論。這些星象的觀測與數據,奠基了牛頓創建萬有引力學說的必備知識。這堂課將闡述這一連串事件的相關發展與故事。
第04週、牛頓力學:井然有序的曠世學理
雖然前人留下諸多星體數據,牛頓仍然花了二十多年才發展成功萬有引力定律。在這發展的過程中,夾雜著許多當時科學界針對天體運行現象的激烈辯論。為解決這些爭議,牛頓以微積分數學技巧推導出萬有引力定律,詳細且準確地規範地表上物體運動法則,更將定律推廣至宇宙中星體間相互運動的關係,堪稱是人類物理學發展的最重大發現。從此物理學從以前一片混亂的學說與零星實驗現象,頓時變成一套有秩序、有根基的完整理論。我們將在這堂課深入討論這些革命性事件的發展脈絡。
第05週、相對論:從牛頓到愛因斯坦
牛頓創建萬有引力定律而被尊為科學界泰斗,因此志得意滿,卻未更深入探討兩個物體間具有引力的原因。這個宇宙間最基本且最重要的問題,則在150年後,被在童年被誤認可能是智障的愛因斯坦所創建的廣義相對論所解答。然而,在推導廣義相對論的先期過程中,愛因斯坦無意間發現質能互換 E= 公式,為原子能科學開創出一嶄新契機。這段扣人心弦的發展過程,將在這堂課以一系列的理論推導和實驗證實等關鍵事件來描述。
第06週、原子科學:從倫琴到費米
然而,愛因斯坦的質能互換公式所帶來的卻是一堆問號。如何將這質能理論變成核子工程,亦即如何將能量從質量中釋放出來,連愛因斯坦自己都搖頭直呼不可能。然而,物理學界的另一群人,卻正默默地發展出探討構成物質基本粒子的嶄新領域:原子物理,經過30多年的發展後,確認原子是由質子、中子、電子所組成的結構,更在無意間發展出撞擊原子核能產生巨大能量的核子工程。這驚心動魄的發展過程中,也夾帶著二次大戰正在爆發的危機,每個事件都將在這堂課詳述與討論。 

課程目標
待補 
課程要求
成績評量方式與標準
三次「分組報告」之成績:
(1)報告一:針對指定題目做成分組書面報告,並在指定時間做口頭報告。
(2)報告二:針對指定題目做成分組書面報告,並在指定時間做口頭報告。
(3)報告三:針對指定題目做成分組書面報告,並在指定時間做口頭報告。
每次報告成績:書面40%,口頭40%。口頭報告成績,以個人當場表現與回覆所提問題,實質加減分數。
每週「分組討論」成績20%:
學期總成績:以上成績的總合100%。
 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
 
參考書目
待補 
指定閱讀
待補 
評量方式
(僅供參考)
   
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
2/27  0.課程介紹:科學的發展脈絡 
第2週
3/06  1.自然哲學的發展:亞里斯多德學說 
第3週
3/13  2.日心論與地心論:哥白尼、伽利略、杜卜勒的觀察 
第4週
3/20  3.牛頓力學:井然有序的曠世學理 
第6週
4/03  春假停課 
第9週
4/24  期中考試