物理考科

101學年度指定科目考試試題

物理考科

－作答注意事項－

考試時間：80分鐘 作答方式：

˙選擇題用 2B 鉛筆在「答案卡」上作答；更正時，

應以橡皮擦擦拭，切勿使用修正液（帶）。

˙非選擇題用筆尖較粗之黑色墨水的筆在「答案卷」

上作答；更正時，可以使用修正液（帶）。

˙未依規定畫記答案卡，致機器掃描無法辨識答案；

或未使用黑色墨水的筆書寫答案卷，致評閱人員無 法辨認機器掃描後之答案者，其後果由考生自行承 擔。

˙答案卷每人一張，不得要求增補。

第 壹 部 分 ： 選 擇 題 （ 占 8 0 分 ） 一 、 單 選 題 （ 占 6 0 分 ）

說明：第1題至第20題，每題有5個選項，其中只有一個是正確或最適當的選項，請 畫記在答案卡之「選擇題答案區」。各題答對者，得3分；答錯、未作答或 畫記多於一個選項者，該題以零分計算。

1 . 一 孤 立 在 空 氣 中 的 點 波 源 ， 發 出 固 定 頻 率 的 聲 波 ， 每 週 期 輸 出 的 平 均 功 率 不 變 。 假 設 聲 波 能 量 沒 有 轉 換 為 其 他 形 式 的 能 量 ， 則 對 於 球 心 均 位 於 點 波 源 ， 但 半 徑 分 別 為 R 與 2 R 的 甲 、 乙 兩 個 球 面 而 言 ， 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？

( A ) 在 甲 、 乙 兩 球 面 處 的 聲 波 波 長 比 為 1 : 2 ( B ) 在 甲 、 乙 兩 球 面 處 的 聲 波 波 長 比 為 2 : 1

( C ) 每 週 期 內 通 過 甲 、 乙 兩 球 面 的 聲 波 總 能 量 相 等 ( D ) 甲 、 乙 兩 球 面 單 位 面 積 通 過 的 聲 波 能 量 ， 彼 此 相 等 ( E ) 甲 、 乙 兩 球 面 單 位 面 積 通 過 的 聲 波 能 量 ， 其 比 為 2 : 1 2 . 一 個 連 續 週 期 繩 波 向 x的 方 向 傳 播 ，

如 圖 1 所 示 ， 若 細 繩 上 的 各 質 點 在 原 位 置 每 分 鐘 上 下 振 盪 1 2 次 ， 則 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？

位移(cm)

位置(cm) ( A ) 此 週 期 波 的 波 長 為 1 5 c m

( B ) 此 週 期 波 的 振 幅 為 4 c m 圖 1 ( C ) 此 週 期 波 的 頻 率 為 1 2 H z

( D ) 此 週 期 波 的 波 速 為 2 . 4 c m / s

( E ) 此 週 期 波 由 位 置 3 c m 處 傳 播 到 2 7 c m 處 需 時 1 8 s 3 . 在 一 條 沿 x 軸 拉 緊 的 均 勻 細 繩 上 ， 有 甲 與 乙

兩 個 脈 波 ， 以 波 速 分 別 向 右 與 向 左 行 進 ， 當 時 間 t 時 ， 兩 波 的 波 形 如 圖 2 所 示 。 圖 中 的 兩 個 三 角 形 均 為 等 腰 ， 且 高 度 H 遠 小 於 底 邊 的 長 度

v

0

L（ 未 依 比 例 繪 製 ） 。 若 重 力 的 影 響 可 忽 略 不 計 ， 則 下 列 有 關 這 兩 個 脈 波 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？

y

L 0

L



圖 2 甲

-H 乙

H

x

( A ) 位 於 甲 、 乙 兩 脈 波 上 的 小 段 細 繩 均 沿 x 方 向 運 動 ( B ) 位 於 甲 、 乙 兩 脈 波 上 的 小 段 細 繩 ， 其 動 能 均 為 零 ( C ) 當 兩 脈 波 完 全 重 疊 的 瞬 間 ， 細 繩 成 一 直 線

( D ) 當 兩 脈 波 完 全 重 疊 的 瞬 間 ， 繩 波 動 能 為 零 ( E ) 當 兩 脈 波 完 全 重 疊 後 ， 繩 波 就 永 遠 消 失

4 . 年 諾 貝 爾 物 理 獎 的 一 半 是 頒 發 給 科 學 家 高 錕 ， 以 表 彰 他 對 光 纖 應 用 的 貢 獻 。 下 列 有 關 光 纖 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？

2009

( A ) 光 在 光 纖 中 傳 播 是 利 用 全 反 射 原 理 ( B ) 光 纖 傳 播 光 訊 號 是 利 用 光 電 效 應

( C ) 光 纖 傳 播 光 訊 號 容 易 受 到 周 圍 環 境 電 磁 波 的 影 響 ( D ) 光 纖 僅 能 傳 播 由 雷 射 光 源 所 產 生 的 光 波

( E ) 光 纖 軸 心 部 分 的 折 射 率 較 其 外 圍 部 分 的 折 射 率 小

5 . 有 一 質 量 為 m、 比 熱 為 s 的 金 屬 小 珠 子 自 高 處 靜 止 落 下 ， 由 於 空 氣 阻 力 的 緣 故 ， 珠 子 落 地 前 以 等 速 度 v 下 降 。 假 設 空 氣 對 珠 子 的 阻 力 所 導 致 的 熱 全 部 由 珠 子 吸 收 ， 而 不 考 慮 珠 子 的 熱 散 失 ， 令 重 力 加 速 度 為 g， 且 所 有 物 理 量 均 採 S I 制 ， 則 在 珠 子 落 地 前 以 等 速 度 v 下 降 時 ， 珠 子 的 溫 度 每 單 位 時 間 升 高 多 少 ？

( A ) gv

ms ^{( B )}

gv

s ^{( C )}

mv

gs ^{( D )}

gs

v ^{( E )}

v gs

6 . 有 一 汽 車 輪 胎 ， 內 含 約10公 升 的 空 氣 ， 胎 內 空 氣 可 視 為 理 想 氣 體 。 已 知 胎 內 壓 力 比 胎 外 壓 力 約 多 個 大 氣 壓 。 假 設 輪 胎 內 外 溫 度 皆 等 於 室 溫 （ ） ， 且 取 波 茲 曼 常 數 ， 1 大 氣 壓 ， 則 該 輪 胎 內 約 有 多 少 個 氣 體 分 子 ？

（ 已 知 外 界 大 氣 壓 力 為 一 大 氣 壓 ） 3

J/

300K 1.38 1023 K

k  ^ 1.01 10 N/m ^{5 2}

( A ) 10¹⁰ ( B ) 10²⁰ ( C ) 10²⁴ ( D ) 10²⁸ ( E ) 10³⁰ 7 . 某 生 用 白 光 光 源 做「 干 涉 與 繞 射 」實 驗 ， 以 同 一 雙 狹 縫 干 涉 的 裝 置 進 行 三 次 實 驗 時 ，

將 雙 狹 縫 分 別 以 僅 可 通 過 紅 色 、 藍 色 、 綠 色 的 單 色 濾 光 片 遮 蓋 ， 則 使 用 不 同 顏 色 濾 光 片 所 產 生 干 涉 條 紋 的 間 距 ， 由 大 至 小 排 列 為 下 列 何 者 ？

( A ) 紅 、 藍 、 綠 ( B ) 紅 、 綠 、 藍 ( C ) 藍 、 綠 、 紅 ( D ) 綠 、 紅 、 藍 ( E ) 藍 、 紅 、 綠

8 . 考 慮 可 視 為 質 點 的 甲 、 乙 兩 原 子 ， 甲 固 定 於 原 點 ， 乙 只 在 x 軸 上 運 動 ， 乙 受 甲 的 原 子 力 F 只 與 距 離 x 有 關，且 F以 沿 x方 向 為 正， F 與 x 的 關 係，在

間 如 圖 3 所 示 。 乙 由 靜 止 自 點 開 始 移 動 ， 假 設 乙 除 原 子 力 外 不 受 其 他 外 力 作 用 ，

( A ) 乙 原 子 到 達 Q 點 時 ，

10 10

2.2 10 ^ m x 5.0 10 ^ m

P F

則 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？

動 能 最 大 乙 原 子 到 達 點 時 ， 動 能 最 大 F (10^12N)

6.0 3.0 0 -3.0 -6.0

P Q x (

R ₁₀

10^ m)

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 圖 3

4.0 4.5 5.0

( B ) R

( C ) 乙 原 子 到 達 Q 點 後 便 靜 止 於 該 處 ( D ) 乙 原 子 到 達 R 點 後 便 靜 止 於 該 處 ( E ) 乙 原 子 到 達 R 點 時 ， 速 度 一 定 指 向  方 向 x

9 . ， 以 等 速 度 爬 一 坡 度 為 的

( A ) 6 0

1 0 . 重 力 加 速 度 為 地 球 力 加 速 度

一 輛 小 貨 車 的 質 量 為 2000公 斤 ， 在 車 輪 不 打 滑 的 情 況 下 7

/ s2

小 時 ？ 公 路 斜 坡 ， 若 空 氣 阻 力 與 機 件 引 起 的 力 學 能 損 失 皆 可 忽 略 ， 取 重 力 加 速 度 為10m ，

sin 7 0.12，而 引 擎 輸 出 功 率 固 定 為 80000瓦 特，則 小 貨 車 的 速 率 約 為 多 少 公 里 ( B ) 8 0 ( C ) 9 0 ( D ) 1 0 0 ( E ) 1 2 0 /

已 知 月 球 表 面 的 表 面 重 g 的 六 分 之 一 。 在 月 球 的 水 平 面 上 有 一 質 量 為 m 的 物 體 受 水 平 推 力 F 作 用 ， 而 作 加 速 度 為 2g的 等 加 速 度 運 動 ， 已 知 物 體 與 水 平 面 之 動 摩 擦 係 數 為 0.5， 則 推 力 F的 量 值 為 下 列 者 ？

( A )

何 5

2mg ^{( B ) 25}

12mg ^{( C ) 23}

12mg ^{( D ) 5}

6mg ^{( E )}

1 1 . 滑 的 環 形 ， 鉛 平

動 ， 已 知 當 質 點 經 過 最 低 點 時 的 速 率 為 ， 如 圖 4 所 示 。 則

2mg 一 內 壁 光 細 圓 管 直 的 固 定 於 一 基 座 頂 部 的 水

v0

表 面 上 ， 環 的 半 徑 為 r ， 細 管 的 內 徑 遠 小 於 r 而 可 忽 略 。 在 圓 管 中 有 一 質 量 為 m 的 質 點 ， 能 繞 行 圓 管 作 完 整 的 圓 周 運

0

該 質 點 通 過 圓 管 的 最 低 點 與 最 高 點 時 ， 圓 管 施 於 基 座 頂 部 的 力 ， 其 鉛 直 分 量 相 差 多 少 ？

( A )

v r

2

0 4mg

r  ( B )

2mv ₀²

r  2mv 4

mg ( C )

2

mv0

r ( D )

2

2mv0

r ^{( E )}

2 . 甲 、 乙 為 質 量 相 等 的 兩 質 點 ， 在 光 滑 水 平 面 上 以 同 一 速 率 v， 沿 著 不 同 方 向 分 別 作 等

的

3 . 圖 5 中 兩 個 正 方 形 的 邊 長 均 為 1 m ， 圖 中 P 點 處 有 之 電 荷

4 . 圖 6 為「 等 電 位 線 與 電 場 」實 驗 的 示 意 圖 ， 圖

測

基座

0 圖 4

1

速 度 運 動 。 隨 後 它 們 彼 此 碰 撞 而 結 合 成 一 體 ， 並 以 速 率 v / 2 沿 x 軸 方 向 前 進 。 已 知 在 過 程 中 外 力 的 合 力 為 零 ， 則 甲 質 點 在 碰 撞 前 的 運 動 方 向 與 x 軸 夾 角 是 多 少 ？ ( A ) 0 (B) 30 (C) 45 (D) 60 (E) 90

1 甲 乙 丙

戊 1 m 1 m

P R

丁

圖 5

+ ^－

2C ， 在 R 點 處 有 2 C 之 電 荷 ， 則 甲 、 乙 、 丙 、 丁 、 戊 五 點 中 ， 何 處 電 場 的 量 值 最 大 ？

( A ) 甲 ( B ) 乙 ( C ) 丙 ( D ) 丁 ( E ) 戊

1

甲 乙

中 + Q 與 – Q 分 別 代 表 等 量 正 負 電 荷。X 為 兩 正 負 電 荷 中 點 ， 將 一 探 針 置 於 X 處 。 若 甲 、 乙 、 丙 、 丁 四 點 皆 與 X 點 等 距 離 ， 則 另 一 探 針 將 可 在 下 列 哪 兩 處 得 與 X 處 相 同 之 電 位 ？ ( A ) 甲 、 乙 ( B ) 乙 、 丁

丙

+Q -Q

X

丁

( C ) 甲 、 丙 ( D ) 甲 、 丁 ( E ) 丙 、 丁

圖 6

1 5 - 1 6 題 為 題 組

帶 電 粒 子 的 速 率 可 利 用 速 度 選 擇 器 來 測 量 ， 速 度 選 擇 器 是 由 一 對 狹 長 金 屬 平 板 內 相 互 垂 直 的 均 勻 電 場 與 均 勻 磁 場 所 構 成 的 ， 當 電 場 與 磁 場 匹 配 時 可 讓 特 定 速 率 的 帶 電 粒 子 直 線 通 過 ， 而 測 得 其 速 率 。 本 題 組 僅 考 慮 帶 電 粒 子 受 電 磁 力 作 用 ， 而 忽 略 其 他 作 用 力 。

1 5. 設 符 號 × 代 表 磁 場 的 方 向 為 垂 直 穿 入 紙 面 ， 而 符 號



-

q v q v

q v

-

代 表 磁 場 的 方 向 為 垂 直 穿 出 紙 面 ； q 為 帶 電 粒 子 所 帶 的 正 電 量 ， v 為 其 速 度 。 下 列 電 場 或 磁 場 方 向 互 異 的 速 度 選 擇 器 ， 何 者 可 讓 入 射 的 q 或 - q 帶 電 粒 子 直 線 通 過 ？

( A ) ( B ) (C )

( D ) ( E )

1 6 . 若 速 度 選 擇 器 的 兩 平 行 板 間 距 為 d ， 所 接 電 池 的 端 電 壓 為 V ， 均 勻 磁 場 的 量 值 為 B ， 則 電 量 為 q 的 粒 子 ， 可 直 線 通 過 此 速 度 選 擇 器 的 速 率 為 下 列 何 者 ？

( A ) Bd

V ( B ) V

Bd ( C ) qBV

d ( D ) qV

Bd ( E ) qBd V

1 7 . 如 圖 7 所 示 ， 在 x y水 平 面 上 有 一 長 方 形 的 金 屬 導 體 線 圈 ， 位 於 其 左 邊 的 無 限 長 直 導 線 ， 載 有 沿 著 y

x y

I

圖 7 方 向 的

電 流 I。 當 此 速 度

v 移 動 時 ， 下 列 有 關 線 圈 迴 路 中 感 應 電 流 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？

( A ) 若

v 沿 方 向 向 前 ， 則 感 應 電 流 為 零 ( B ) 若

v 沿

線 圈 以 等

y

x方 向 向 右 ， 則 感 應 電 流 為 零 ( C ) 若

v 沿 方 向 向 前 ， 則 感 應 電 流 愈 來 愈 大 ( D ) 若

v 沿

y

x方 向 向 右 ， 則 感 應 電 流 是 不 為 零 的 定 值 ( E ) 若

v 沿 方 向 向 前 ， 則 感 應 電 流 是 不 為 零 的 定 值

y

1 8 . 如 圖 8 所 示，有 一 鉛 直 豎 立 且 兩 長 邊 極 長 的 固 定 ㄇ 形 金

在 忽 略 摩 擦 力 、 空 氣 阻 力 、 地 磁 、 迴 路 電 流 場 及 ㄇ 形

B ) 導 線 先 加 速 掉 落 ， 而 後 減 速 至 靜 止

1 9

屬 線 ， 置 於 一 垂 直 此 ㄇ 形 平 面 的 均 勻 磁 場 B中 。 現 有 一 段 電 阻 為 R 、 長 度 為 l 的 導 線 ， 其 兩 端 套 在 此 ㄇ 形 金 屬 線 的 兩 長 邊 上 ， 並 持 續 保 持 良 好 接 觸 ， 使 導 線 和 金 屬 線 形 成 迴 路 。

產 生 的 磁 金 屬 線 電 阻 的 情 況 下，讓 該 導 線 自 靜 止 狀 態 向 下 滑 落 ， 則 導 線 在 掉 落 過 程 中 的 運 動 ， 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？

( A ) 導 線 持 續 等 加 速 掉 落 (

( C ) 導 掉 落 至 一 最 大 速 度 後 ， 掉 落

D ) 導 加 速 掉 落 ， 而 後 減 速 至 靜 止 ， 再 反 向 上 升 至 初 始 位 置

E ) 導 線 先 加 速 掉 落 至 一 最 大 速 度 ， 再 減 速 至 一 最 後 速 度 後 ， 等 速 掉 落 .

線 加 速 等 速

( 線 先

(

下 列 有 關 超 導 體 的 敘 述 ， 何 者 錯 誤 ？

( A ) 科 學 將 水 銀 冷 卻 至 液 態 氦 的 溫 度 ， 發 現 水 銀 的 電 阻 消 失 ， 因 而 首 度 發 現 超 導 現

B ) 超 導 體 具 有 將 外 加 磁 力 線 排 除 於 外 的 性 質 ， 可 以 被 應 用 在 磁 浮 列 車 上

C ) 由 於 電 能 在 傳 輸 過 程 中 ， 有 些 會 變 成 熱 能 ， 若 改 用 超 導 體 來 當 電 力 輸 送 線 ， 將

朱 經 現 象 ， 在

超 導 的 發 展 史 中 ， 有 著 重 要 的 貢 獻 2 0 . 自 然 界 活 體 中 的 與 的 含 量 比 值 恆 為

家 象 (

(

可 減 少 傳 輸 電 能 的 損 耗

( D ) 高 溫 超 導 體 在 室 溫 下 即 具 有 超 導 現 象

( E ) 武 和 吳 茂 昆 兩 位 物 理 學 家 ， 使 用 特 種 金 屬 氧 化 物 而 發 現 高 溫 超 導

14C ¹²C 1.2 10 ^12

品 中¹⁴C 與

，活 體 死 亡 後 未 腐 爛 部 分 的 含 量

但 中 ， 不 論 開

在 古 遺 蹟 中 採 得 一 品 ， 的 含 量 比 值 為 何 ？

12C 始 時 數 量

樣 不 變 ， ¹⁴C 將 因 衰 變 而 含 量 日 減 。 科 學 家 發 現 原 子 核 衰 變 過 程

有 多 少 ， 其 衰 變 到 只 剩 下 原 有 數 量 的 半 數 ， 所 需 的 時 間 都 相 等 ， 這 時 間 稱 為 半 衰 期

（ h a l f - l i f e ） 。 已 知 ¹⁴C 的 半 衰 期 為 5730年 ， 某 考 古 學 者 測 得 此 樣 品 的 年 代 約 為 22920年 ， 則

考

此 樣 ¹²C

( A ) 1.9 10 ^11 ( B ) 4.8 10 ^12 ( C ) 1.210^12 ( D ) 3.0 10 ^13 ( E ) 7.5 10 ^14

二 、 多 選 題 （ 占 2 0 分 ）

說明：第 21題至第 24題，每題有5個選項，其中至少有一個是正確的選項，請將正 確選項畫記在答案卡之「選擇題答案區」。各題之選項獨立判定，所有選項 均答對者，得5分；答錯1個選項者，得3分；答錯2個選項者，得1分；答錯 多於2個選項或所有選項均未作答者，該題以零分計算。

2 1 . 當 物 體 所 受 合 力 為 零 時 ， 下 列 選 項 所 描 述 的 物 體 運 動 或 狀 態 ， 哪 些 是 不 可 能 的 ？ ( A ) 靜 止 ( B ) 等 速 度 運 動 ( C ) 等 加 速 度 運 動 ( D ) 軌 跡 為 拋 物 線 的 運 動 ( E ) 地 表 附 近 的 自 由 落 體 運 動

B

…….

l

圖 8

2 2 . 一 重 量 為 W 的 均 勻 圓 柱 體 ， 半 徑 為 R ， 中 心 軸 通 過 重 心 止 置 於 一 水 平 地 板 上 。 以 一 沿 半 徑 通 過 的 水 平 力

O ， 靜

O點 f 作 用 於

圓 柱 體 左側 ， 使 其右 側 緊 靠 著 一 鉛 直 的 牆 壁 ， 並 在 f 的 作 用 點 處 施 一 向 上 之 鉛 直 力 F ， 使 圓 柱 體 仍 與 地 板 接 觸 而 且 保 持 平 衡 ， 如 圖 9 所 示 。 若 地 板 與 牆 壁 均 非 光 滑 ， 且 所 有 的 以 O 點 為 參 考 點 ， 則 下 列 敘 述 哪 些 正 確 ？

( A ) 作 用 於 圓 柱 體 的 靜 摩 擦 力 ， 其 總 力 矩 的 量 值 為

靜 力 力 矩 均

FR ( B ) 作 用 於 圓 柱 體 的 靜 摩 擦 力 ， 其 總 力 矩 為 零

( C ) F 所 產 生 的 力 矩 量 值 為 FR ( D ) W 所 產 生 的 力 矩 量 值 為 WR ( E ) F 與 W 的 量 值 一 定 相 等 2 3 .

只 能

為 1 0 0 雙 狹 縫 和 屏 幕 的 距 離 為 1 . 0 0 m，屏

m

( A ) 先 做 單 狹 縫 繞

( C )

( D ) 氫 燈 發 光 係 氫 原 子 由 高 能 階 狀 態 躍 遷 到 低 能 階 狀 態

2 4 .

氫 原 子 在 其 能 階 間 躍 遷 時 可 發 出 光 ， 因 此 可 當 作 光 源 ， 稱 作 氫 燈 ， 現 以 圖 1 0 所 示 的 裝 置 利 用 氫 燈 來 做 雙 狹 縫 干 涉 實 驗 ， 濾 光 鏡 讓 特 定 波 長 的 光 波 通 過 。 已 知 雙 狹 縫 的 間 距

m，

幕 上 觀 察 到 的 兩 相 鄰 暗 紋 的 距 離 為 6 . 5 6 m ， 則 下 列 哪 些 選 項 正 確 ？

圖 中 狹 縫 S₀的 目 的 是 為 了 射 實 驗 ， 再 做 雙 狹 縫 干 涉 實 驗

( B ) 氫 燈 所 發 的 光 ， 有 一 部 分 的 波 長 為 6 5 6 n m 濾 光 鏡 的 顏 色 為 藍 色

( E ) 氫 燈 所 發 的 光 譜 為 不 連 續 光 譜

一 自 由 電 子 被 侷 限 在 位 置 坐 標 x 與 x a0  之 間 作 直 線 運 動 ， 而 a 為 奈 米 尺 度 ， 此 該 電 子 的 物 質 波 形 成 兩 端 為 節 點 的 駐 波 ， 圖 1 1 為 n  的 駐 波 狀 態 。 設 h 為 普 朗2

因 與

數 為 物 質

敘 述 ， 哪 些 正 確 ？

1 n

下 列

克 常 、 m 電 子 質 量 ， 則 有 關 該 電 子 波 性 質 的

( A ) 該 電 子 的 物 質 波 為 電 磁 波

( B ) 該 電 子 處 於 第 n 個 駐 波 狀 態 時 的 物 質 波 波 長 2a

 n 該 電 子 處 於 第 n 個 駐 波 狀 態 時 的 物 質 波 波 長 ( C )

2

na

該 電 子 處 於 第 n 個 駐 波 狀 態 時 的 動 能 ( D )

1 2

2 2

K

E nh

m a

 

  

( E ) 該 電 子 處 於 第 n 個 駐 波 狀 態 時 的 動 能

1 2 2 K

E   h 2m na 

氫 狹 濾

燈 縫 光 雙

狹

屏 幕

圖 S0 鏡 縫

S1

10

0

x

圖 11

1 n

2 n 圖 9 f

F

W R O

第 貳 部 分 ： 非 選 擇 題 （ 占 0 分 ）

：本部分共有二大題，答案必須寫在「答案卷」上 並於題號 2

說明 ， 欄標明大題 （一 號 、

二）與子題號（1 2、……）。作答時不必抄題，但必須寫出計算過程或理 、 由，否則將酌予扣分。作答務必使用筆尖較粗之黑色墨水的筆書寫，且不得 使用鉛筆。每一子題配分標於題末。

一 、

平 ， 之 後 將 電 流 天 平 線 路 與 螺

， 電 流 天 平 的 電 流 為

圖 1 2 ( a ) 為 「 電 流 天 平 」 的 示 意 圖 ， 將 電 流 天 平 的 U形 導 線 放 入 螺 線 管 中 ， 在 未 接 衡 狀 態

通 電 流 前 使 電 流 天 平 歸 零 ， 即 天 平 呈 現 水 平 的

I1

線 管 線 路 分 別 接 通 直 流 電 源 假 設 流 經 、 流 經 螺 線 管 的 電 流 為 I ，2 w為 質 量 很 小 的 小 掛 勾 之總 重 量，而 電 流 天 平 的 U形 導 線 的 長與 寬 分 別 為 _a與 _b

（ 如 圖 1 2( b ) ） 。

1 . 簡 述 通 電 流 I 與₁ I 後 ， 維 持 電 流 天 平 平 衡₂ 2 . 某 生 實 驗 時 ， 先 固 定 電 流 天 平 的 電 流 ₁

的 原 理 為 何 ？ （ 2 分 ） I 為

數 ， 逐 次 調 整 螺 線 管 的 電 流 ₂

2 . 0 安 培 ， 增 加 質 量 均 相 等 的 小 掛 勾 個 I ， 使 電 流 天 平 恢 復

掛 勾 個 數 表 示 之 ） 、 ₂

平 衡 ； 如 此 取 得 對 應 的 w（ 以 小 I 五 組 數 據 如 下 表 ：

小 掛 勾 個 數 1 2 3 4 5

I ( 安 培 ) 2 0 . 5 1 . 0 1 . 4 2 . 1 2 . 5

請 在 答 案 卷 作 圖 區 畫 出 上 表 中 小 掛 勾 個 數 與 I 關 係 的 圖 線 ， 再 依 據 圖 線 的 結 果 ，₂ 寫 下 你 對 螺 線 管 內 磁 場 量 值 與 I₂





圖 1 2 ( b )

圖 1 2 ( ) 電 流a 天 平實驗 示意 圖 電 流 天 平 的 U 形 導 線 I1 I₁

w

I2

I2

關 係 的 5 分 ）

簡 述 如 何 設 計 實 驗 以 利 用 圖 可 分 離 的 電 流 天 平 （ 注 意 ： 電 流 天 平 可 以 任 意 方 向 磁 場 強 度 的 分 布 。（ 3 分 ）

二 、

結 論 。 （

3 . 利 用 此 實 驗 方 法 ， 可 以 測 量 出 螺 線 管 內 部 磁 場 分 布 情 形 。 1 2 ( a ) 之 U形 導 線 與 螺 線 管

移 動 以 改 變 與 螺 線 管 的 距 離 ）， 量 測 螺 線 管 中 沿 軸

如 圖 1 3 所 示 ， 於 無 摩 擦 的 水 平 桌 面 上 ， 有 大 小 相 同 、 質 量 分 別 為 M 、 的 兩 均 勻 木 塊 ， 以 質 量 可

、 未 受 力 時 長 度 為

1 . 求

m

忽 略 、 力 常 數（ 彈 力 常 數 ）為 k L 的 彈 簧 ， 連 接 兩 木 塊 的 質 心 。

M 、 m的 系 統 質 心C到 M 的 距 離 d。 （ 3 分 ） 2 . 如 將 m 固 定 在 桌 面 ， 使 M 向 左 移 動 一 小 段 距 離

L， 然 後 放 開 使 M作 簡 諧 運 動 ， 當 M 的 動 能 等 於 彈 簧 的 彈 性 位 能 時 ， 彈 簧 的 伸 長 量 為 何 ？ （ 4 分 ）

3 . 現 M、 m 位 置 皆 不 固 定 ， 並 將 M、 m 拉 開 ， 使 彈 簧 伸 長 一 小 段 距 離 ， 此 過 程 中 的 位 置 不 變 ， 然 後 同 時 放 止 的 兩 木 塊 ， 則

L

質 心 C 開 處 於 靜 M、 皆 會 在 此 桌 面 上

動 的 質 心 作 簡 諧 運 動 ， 求

m

對 固 定 不 C M 之 簡 諧 運 動 的 振 幅 。 （ 3 分 ）

圖 13 L

M d

C m

物理考科選擇題答案

題號 答案 題號 答案

1 C 21 CDE

2 D 22 AC

3 C 23 BDE

4 A 24 BD

5 B

6 C

7 B

8 A

9 E

10 B

11 A

12 D

13 E

14 E

15 D

16 B

17 A

18 C

19 D

20 E

1

物理考科非選擇題的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 8 月 15 日 出 刊 的 《 選 才 電 子 報 》。

101 學年度指定科目考試物理考科各大題的參考答案說明如下：

第一題 第 1 題

通電流

與

後，電流天平的平衡原理係利用電流

流經導線 

時，在螺線管內的 均勻磁場



(由 I

產生)作用下因而受向下的磁力，等於小掛勾的總重量，即





。 由於天平兩端距支點等長，故磁力矩與重力矩相等，天平因而平衡。

第2題

(1) w(小掛勾個數)與 I

關係的圖線如下圖所示。在實驗誤差範圍內，w(小掛勾個數) 與

關係的圖線為通過原點的直線。

(2) w 與螺線管的電流 I

成正比，而

管內的均勻磁場

成正比。

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

0 1 2 3 4 5 6

I2 (A)

w(個數)

註: x-y 軸物理量可以相互對調

。

2

(1) 歸零後，固定螺線管電流 I

(a) 調整懸掛小掛勾的重量

或 (b) 調整通過  的電流

或 (c) 同時調整

使電流天平呈平衡狀態。

(2) 每次將螺線管抽離一小段距離，記錄 

的沿軸位置

視為螺線管管口 至  的距離，則

即代表

 為止。

(3) 由於





，即

B w

1



 ，據以知道此位置的磁場強度。

【解法二】 I

固定，且移動後電流天平不等臂(例如支點不固定) (1) 歸零後，固定螺線管電流 I

(a) 調整懸掛小掛勾的重量

或 (b) 調整通過  的電流

或 (c) 同時調整

使電流天平呈平衡狀態。

(2) 每次將螺線管抽離一小段距離，即Ｕ型導線向左移動

，紀錄  的沿軸位置

(3) 則

1

( )

( )

a b a

w d

B I d

  





 

據以知道此位置的磁場強度。

第二題 第1題

以

=(Mx

+mx

)/(M+m) ，

=0，x

=L ， 故

d L





3

全部能量的1/2，即

，則

2





 _。

第3題

【解法一】

因質心不移動，M 、

右位移最大，此時兩者的距離為 ，

，故

運動的振幅為 。

【解法二】

兩木塊動量相等，

2

動能 _k 2 ，　 ^M 

m

E

P m

E m E M

設質量為M的木塊之簡諧運動振幅為x，圖13中質心左側彈簧最大位能為該木塊的動 能最大值。

2 2

1 1

( )

2 2

      



  



M

m M m

E k L k x

M m m

x m L

M m

【解法三】

將原彈簧從質心切成兩段，分別伸長

， 如下圖所示。

質心兩側的力相等，

( )

M m M m

kx k L x

m M

x m L

M m

    

  



L

 

(

)

M m

 



M m





M

伸長x

C m

伸長