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110 學 年 度 指 定 科 目 考 試 物 理 考 科 非 選 擇 題 參 考 答 案
物 理 考 科 的 非 選 擇 題 評 量 重 點 為 考 生 是 否 能 夠 清 楚 表 達 推 理 過 程，故 答 題 時 應 將 解 題 過 程 說 明 清 楚 。 解 題 的 方 式 有 很 多 種 ， 但 考 生 用 以 解 題 的 觀 點 必 須 符 合 題 目 所 設 定 的 情 境 。 若 考 生 表 述 的 概 念 內 容 正 確 ， 解 題 所 用 的 相 關 公 式 也 正 確，且 得 到 正 確 答 案，方 可 得 到 滿 分。若 考 生 的 觀 念 正 確，也 用 對 相 關 公 式，
但 計 算 錯 誤 ， 可 獲 得 部 分 分 數 。 本 公 告 謹 提 供 各 大 題 參 考 答 案 以 供 各 界 參 考 ， 詳 細 評 分 原 則 說 明 ， 請 參 見 本 中 心 將 於 9 月 15 日 出 刊 的 《 選 才 電 子 報 》。
110 學 年 度 指 定 科 目 考 試 物 理 考 科 非 選 擇 題 各 大 題 的 參 考 答 案 說 明 如 下 ：
第 一 題
第1 小題 （2 分）
(1) 為了測量量熱器的初始溫度。由於量熱器的初始溫度難以直接測量，若先將冷水加入量 熱器內達成熱平衡後，可由測量水溫得知量熱器的初始溫度。
(2) 增加系統熱容量。由於將冷水加入量熱器後，系統的總熱容量變大，可避免直接將熱水 加入量熱器後，使得系統溫度過高，造成更多熱量散失的情形發生。
第2 小題 （2 分）
(1) 金屬塊的體積不能過大，因為金屬塊需完全沒入水中；水的體積要大到足以淹過金屬 塊。
(2) 金屬塊的體積不能過小，避免因水溫變動過小而難以測量水的溫度變化。
第3 小題 （3 分）
令冷水質量為 m冷、比熱為 s冷、初溫為T冷；熱水質量為 m熱、比熱為 s熱、初溫為T熱； 量熱器熱容量為 C量、初溫為T量；金屬塊A 質量為m 、比熱為A s 、初溫為A T 。 A
首先計算量熱器的熱容量 C量。依據能量守恆的概念，當系統達成熱平衡時，熱水放出的熱 量等於冷水與量熱器吸收的熱量，可得
( ) ( ) ( )
m s熱 熱 T熱T m s冷 冷 TT冷 C量 T T量 其中T 為熱平衡溫度，且T冷T量。
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由表1 的實驗數據可得
200 4.2 (100 65) 100 4.2 (65 15)
C量
(65 15)
經計算可得200 4.2 (100 65)
100 4.2 40 4.2 168 (J/ C) (65 15)
C
量
接著計算金屬塊A 的比熱s 。同理可得 A
A A( A ') ( ' ) ( ' )
m s T
T
m s冷 冷 T
T冷
C量 T
T量其中 'T 為熱平衡溫度，且T冷 T量。 由表2 的實驗數據可得
100
sA (100 24) 100 4.2 (24 19) 168 (24 19)
經計算可得金屬塊A 的比熱A
(100 4.2 168) (24 19)
0.39 (J/g C) 100 (100 24)
s
第4 小題 （3 分）
令I 為電流、V 為電壓、t為加熱時間，電熱板加熱所提供的能量為 EIV t
由題目給定數值可知
0.50 12 (2 60) 720 (J) E
令金屬塊B 質量為m 、比熱為B s 、初溫為B T 、末溫為i T 。 f 金屬塊B 升溫時所吸收的熱量為
B B( f i) Q
m s T
T由於已知金屬塊A 的比熱為0.39 J/g C ，故可知金屬塊B 的比熱s 為B 0.15 J/g C 。 由表3 的實驗數據可得
100 0.15 (58 22) 15 36 540 (J)
Q
所以電熱板提供的能量被金屬塊B 吸收的百分比為 540 3 720 4 75%
Q
E
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第 二 題
第1 小題 （4 分）
令短棒對擺錘施力量值為F，擺錘所受重力量值為 mg，其中 m 為擺錘質量、g 為重力加速度 量值。
任一擺錘的受力情形如圖所示，F
mg
fC。 由鉛直方向的力平衡可得cos 45 F mg
擺錘所受短棒施力與重力的合力作為擺錘作圓周運動所需的向心力，
其量值為
sin 45 C F
f由於向心力量值 fC mr
2，其中
為角速度量值、r
為旋轉半徑。故mr
2
mg。 經整理可得10 5 (rad/s) 0.40
g
r
第2 小題 （3 分）
令外殼對擺錘施予的正向力量值為N，任一擺錘的受力情形如圖所示，F
N mg
fC。 擺錘作圓周運動所需向心力量值為2 2
1.0 0.40 6 14.4 (N) fC mr
短棒對擺錘施力的垂直分量為
cos 45 1.0 10 10 (N) F mg
正向力與短棒對擺錘施力的水平分量提供作為向心力，故 sin 45 14.4 (N) fC
N F
經計算可得正向力量值為
14.4 10 4.4 (N) N
第3 小題 （3 分）
擺錘所受的動摩擦力量值為
0.25 4.4 1.1 (N) fk
N
因摩擦所損耗的功率P
f vk ，其中v 為擺錘運動的切線速率，且 v
r。 經計算可得功率為1.1 6 0.4 2.64 (W) P
fk
r
45∘
mg fC
F
N
45∘
mg
fC
F
