高 級 中 學 九 十 九 學 年 度 物 理 學 科 能 力 競 賽 實 驗 試 題
競賽日期：99. 11. 19
競賽編號：
題目 得分
第一題( 6 分)
第二題(12 分)
第三題(12 分)
第四題(10 分)
總分(40 分)
高級中學九十九學年度 物理學科能力競賽實驗試題
壹、注意事項：
一、 實驗試題與報告紙共 12 頁。
二、 實驗報告內容應包含：
1. 實驗裝置簡圖、原理及操作簡述（因本實驗提供的器材較簡單，故需留意 操作技巧以增進準確度，請在敘述包含增進準確度的方法，並控制在 300 字以內）。
2. 實驗結果記錄 3. 數據分析 4. 討論與結論
三、 實驗操作之評審主要依據實驗報告，所以務必在報告中詳細記載。數據用方格 紙作圖，請標示清楚：點、線、座標、單位。
四、 總測驗時間為 3 小時。
貳、實驗器材：（請清點下列器材，若有短缺請立即告知監試老師）
器 材 數量 器 材 數量
發光二極體(LED) 1 個 彈簧（限重 100gw） 1 條 黏 土 1 份 美 工 刀 1 把
長 尾 夾 2 個 棉 線 1 捆
夾 鏈 袋 2 個 鐵 架 1 個
量杯（50ml） 1 個 喉 頭 1 個
滴 管 1 支 鐵 夾 1 個
碼 表 1 個 壓 克 力 1 個 3 號電池 2 顆 A4 白紙 1 張 電 池 盒 1 個 方 格 紙 1 張 100Ω電阻 1 根 厚 紙 板 1 張 小 彈 簧 3 條 直尺（1m） 1 支 礦 泉 水 1 瓶
注意：發光二極體通電後的亮度極強，眼睛切勿直視圓拱的正上方 參、實驗內容：
一、游標尺的使用與校準。(6 分)
第一題 第一題 第一題
第一題、 、 、游標尺的使用與校準 、 游標尺的使用與校準 游標尺的使用與校準: 游標尺的使用與校準 :: : (6 分 分) 分 分
有一有一
有一有一未校準的游標尺未校準的游標尺未校準的游標尺未校準的游標尺，，，，夾具夾緊夾具夾緊夾具夾緊夾具夾緊後讀值並不為零後讀值並不為零，後讀值並不為零後讀值並不為零，，，如圖一如圖一如圖一。如圖一。。。現在用這把游標尺量測物體現在用這把游標尺量測物體現在用這把游標尺量測物體現在用這把游標尺量測物體 尺寸後尺寸後
尺寸後尺寸後，，，讀值如照片圖二，讀值如照片圖二讀值如照片圖二。讀值如照片圖二。。圖一。圖一、圖一圖一、、、圖二中的箭頭標示刻度對齊處圖二中的箭頭標示刻度對齊處圖二中的箭頭標示刻度對齊處。圖二中的箭頭標示刻度對齊處。。。試問該物體的真實尺試問該物體的真實尺試問該物體的真實尺試問該物體的真實尺 寸測量值為何
寸測量值為何 寸測量值為何
寸測量值為何?? ?? ________________________________________________________________________ ______________ (_____ _____ (((請注意有效位數與單位請注意有效位數與單位請注意有效位數與單位請注意有效位數與單位))))。。。。
第二題 第二題 第二題
第二題、 、 、重力常數 、 重力常數 重力常數 g 重力常數 gg g 值量測 值量測: 值量測 值量測 :: : (12 (12 (12 (12 分 分 分 分) )) )
(A)(A)
(A)(A) 使用已提供之使用已提供之使用已提供之使用已提供之黏土捏成小球黏土捏成小球黏土捏成小球黏土捏成小球，，，，選擇適當高度做自由落體實驗選擇適當高度做自由落體實驗選擇適當高度做自由落體實驗選擇適當高度做自由落體實驗，，求出重力常數，，求出重力常數求出重力常數 g求出重力常數ggg 值值值值。。。。 (((
(請注意實驗誤差與單位請注意實驗誤差與單位請注意實驗誤差與單位請注意實驗誤差與單位) ) ) ) ((4((444 分分分分)))) (B)(B)
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求出重力常數 求出重力常數
求出重力常數 gggg 值值值值。。。。 ((((請注意實驗誤差與單位請注意實驗誤差與單位請注意實驗誤差與單位請注意實驗誤差與單位)))) ((((8888 分分分分))))
第三題 第三題 第三題
第三題、 、 、彈簧彈力常數 、 彈簧彈力常數 彈簧彈力常數 k 彈簧彈力常數 kk k 值量測 值量測: 值量測 值量測 :: : (12 (12 (12 (12 分 分 分 分) )) )
(A)(A)
(A)(A)將彈簧垂直懸掛將彈簧垂直懸掛將彈簧垂直懸掛將彈簧垂直懸掛，，，變，變變化下方懸掛變化下方懸掛水化下方懸掛化下方懸掛水水之重量水之重量之重量 (之重量 ( (已知水的密度為 (已知水的密度為 1已知水的密度為已知水的密度為111.00.00.00.00 g/cm g/cm g/cm g/cm3333))))，，，，量測量測量測量測 對應的彈簧長度變化
對應的彈簧長度變化 對應的彈簧長度變化
對應的彈簧長度變化((((∆X)X)X)X)。。。。繪出懸掛繪出懸掛繪出懸掛繪出懸掛水水水之重量水之重量(W)之重量之重量(W)(W)與彈簧長度變化(W)與彈簧長度變化與彈簧長度變化(與彈簧長度變化(((∆X)X)X)的關係X)的關係的關係的關係 圖圖
圖圖，，，，並利用此圖求出彈簧彈力常數並利用此圖求出彈簧彈力常數並利用此圖求出彈簧彈力常數並利用此圖求出彈簧彈力常數 kkkk 值值。值值。。(6。(6(6 分(6分分分)))) (B)(B)
(B)(B)選擇適當的重物選擇適當的重物選擇適當的重物選擇適當的重物((((質量質量質量 M)質量M)M)M)垂掛在彈簧下垂掛在彈簧下垂掛在彈簧下垂掛在彈簧下，，量測彈簧震盪週期，，量測彈簧震盪週期量測彈簧震盪週期量測彈簧震盪週期(T)(T)(T)(T)。。利用重物。。利用重物利用重物利用重物((((質量質量質量質量 M)
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M)與震盪週期與震盪週期與震盪週期與震盪週期(T)(T)(T)(T) 的關係的關係的關係的關係: : : :
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T =2π ，，，，求出彈簧彈力常數求出彈簧彈力常數求出彈簧彈力常數求出彈簧彈力常數 kkkk 值值。值值。。。(6(6(6(6 分分分)分)))
第四題 第四題 第四題
第四題、 、 、測量壓克力塊的折射率 、 測量壓克力塊的折射率 測量壓克力塊的折射率。 測量壓克力塊的折射率 。(10 。 。 (10 (10 (10 分 分 分 分) )) )
串聯使用電池盒 串聯使用電池盒 串聯使用電池盒
串聯使用電池盒、、電阻、、電阻電阻、電阻、、、LEDLED 燈泡LEDLED燈泡。燈泡燈泡。。。點亮點亮點亮點亮 LEDLED 燈泡後LEDLED燈泡後燈泡後燈泡後，，，，假設假設假設 LED假設LED 為點光源LEDLED為點光源為點光源，為點光源，，發出固定立，發出固定立發出固定立發出固定立 體角的光束
體角的光束 體角的光束
體角的光束，，如圖一，，如圖一如圖一。如圖一。。將。將 LED將將LEDLEDLED 貼近壓克力塊貼近壓克力塊貼近壓克力塊貼近壓克力塊，，如下圖，，如下圖如下圖如下圖二二二二所示所示。所示所示。。。量測量測量測量測在有無壓克力塊的情在有無壓克力塊的情在有無壓克力塊的情在有無壓克力塊的情 況下
況下 況下
況下對應之對應之對應之對應之 LEDLEDLEDLED 照射範圍直徑照射範圍直徑照射範圍直徑照射範圍直徑，，，利用司乃耳定律，利用司乃耳定律(利用司乃耳定律利用司乃耳定律(((Snell’s Law))))得到壓克力折射率得到壓克力折射率 n=? 得到壓克力折射率得到壓克力折射率n=? n=? (n=? (((已已已已 知空氣折射率為
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