PDF 100 學科能力測驗 物理科 試題解析

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第壹部分：

一、單選題

說明︰第1題至第7題，其中只有一個是最適當的答案。

1. 右圖為兩條固定在xy平面上的長直導線，均通過原點，且與x軸的

夾角均為45°，兩導線上的直流電流，大小相同，方向如箭號所示。

假設位於y軸上的甲點到兩導線的垂直距離遠小於兩導線的長度，則 下列關於該點上磁場方向與量值的敘述，何者正確？

(A)磁場量值為零 (B)磁場方向向＋y

(C)磁場方向向－y (D)磁場方向垂直穿入紙面

(E)磁場方向垂直穿出紙面

【答 案】(E) 【概念中心】載流導線磁場

【命題出處】南一版基礎物理（全）6-5電流磁效應；

99南一版基礎物理（一）5-1電流磁效應

【試題解析】由安培右手定則可知：兩條導線均對甲點造成出紙面的磁場，故選(E)。

2. 耳溫槍是一種溫度計，將耳溫槍的探測端塞到耳朵裡，利用探測端內的紅外線檢測元件，可 快速測量耳溫。下列何者是耳溫槍能夠量到耳溫的主要原因？

(A)熱藉由熱質流動由皮膚傳到耳溫槍 (B)熱由耳膜以輻射的方式傳到耳溫槍

(C)熱由耳膜以傳導的方式經由空氣傳到耳溫槍 (D)熱由耳膜以對流的方式經由空氣傳到耳溫槍 (E)熱由接觸的皮膚以傳導的方式直接傳到耳溫槍

【答 案】(B) 【概念中心】熱輻射

【命題出處】南一版基礎物理（全）3-3熱的傳播；

99南一版基礎物理（一）7-2能量的其它形式與轉換

【試題解析】耳溫槍測溫原理是以輻射的方式將熱由耳膜傳到耳溫槍上達成熱平衡而測其溫度。

3. 平靜的湖面上常可看到湖邊建築或樹木的美麗倒影，但在有浪的海面上卻只能看到海浪的起 伏，而看不到岸邊物體的倒影，其原因為下列何者？

(A)浪濤洶湧，容易造成色散 (B)海水中含有鹽分，造成折射

(C)海浪使海面不平坦，造成漫反射（漫射）

(D)海水折射率大於純水的折射率，造成全反射

(E)海面遼闊無邊，容易使岸邊物體的影像全部透射入海中

【答 案】(C) 【概念中心】漫反射

學科能力測驗 物 理 科 試題解析

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學年度

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【命題出處】南一版基礎物理（全）5-3光的反射；

99南一版基礎物理（一）6-3光的反射與折射

【試題解析】因為有海浪，故海面變得不平整，故很容易形成漫反射，而看不見岸邊物體的倒影。

4. 假設一外星人使用的質量單位為☉，長度單位為㊉。當該外星人來到地球時，發現和地球的 單位比較，1☉＝4.0 kg，1㊉＝0.50 m。若此外星人身體的質量為8☉，體積為0.8㊉³，則此 外星人身體的平均密度相當於多少kg／m³？

(A) 2.0×10³ (B) 3.2×10² (C) 8.0×10¹ (D) 4.0×10¹ (E) 6.3×10^－1

【答 案】(B)

【概念中心】物理量的單位

【命題出處】南一版基礎物理（全）1-3 物理量的測量和單位；

99南一版基礎物理（一）1-2 物理量的單位

【試題解析】8☉＝8 × 4.0＝32.0 kg，且1♁³＝(0.5)³m³＝0.125 m³，

⇒ 0.8♁³＝0.8 × 0.125＝0.1 m³

故密度＝8☉／0.8♁³＝32.0／0.1＝3.2 × 10² kg/m³。

5. 一質點沿x軸作一維直線運動，其速度vx與時間t的關係如下圖所示。下列有關該質點位移 與路徑長關係的敘述，何者正確？

(A)從0.0至2.0秒的全程運動，質點的位移量值大於路徑長 (B)從0.0至2.0秒的全程運動，質點的位移量值小於路徑長 (C)從0.0至3.0秒的全程運動，質點的位移量值等於路徑長 (D)從0.0至3.0秒的全程運動，質點的位移量值小於路徑長 (E)從0.0至6.0秒的全程運動，質點的位移量值等於路徑長

【答 案】(D) 【概念中心】位移與路徑長

【命題出處】南一版基礎物理（全）2-1生活中常見的運動；

99南一版基礎物理（一）3-1物體運動的軌跡

【試題解析】一般而言，質點的位移量值小於或等於路徑長，等號於直線無折返運動時成立，故 從0.0至2.0秒的全程運動，質點的位移量值等於路徑長；從0.0至3.0秒的全程運 動，質點的位移量值小於路徑長；從 0.0 至 6.0 秒的全程運動，質點的位移量值小 於路徑長。

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6. 在一大氣壓下，將 1.0 kg 的碎冰塊加入不加蓋的空鍋中，以穩定的小火緩慢加熱。假設加熱 過程中鍋內的冰與水均穩定吸熱，十分鐘後，鍋中只剩下0.90 kg正沸騰中的水，則本過程中 被加熱物質其溫度與加熱時間的關係圖，最可能為下列何者？

(A) (B) (C)

(D) (E)

【答 案】(D)

【概念中心】(1)純物質具有固定的熔點與沸點。

(2)熔點為固相轉變成液相的溫度，沸點為液相轉變成氣相的溫度。

(3)溫度達熔、沸點時，熱量用來增加分子間位能，分子平均動能不變。

【命題出處】南一版基礎化學（全）2-1水、化學（上）1-3物質的狀態變化；

南一版基礎物理（全）3-1溫度與熱、3-2熱對物質的影響；

99南一版基礎物理（一）3-2熱對物質的影響

【試題解析】(1)一大氣壓下，水的熔點0 ℃，沸點100 ℃，溫度對加熱時間變化圖如下：

(2)熔點以下為固態的冰（AB之間），比熱小，溫度隨加熱時間迅速上升。

(3)達熔點時，熱量用於冰轉變成水，此時分子間位能增加，動能不變，則溫度不 變（BC之間）。

(4)完全熔解後（CD之間），水比熱較大，溫度隨加熱時間增加程度比冰緩慢。

(5)達沸點時，熱量用於將水轉變成水蒸氣，分子間位能增加，動能不變，則溫度 維持恆定（DE之間）。

(6)依題意10分鐘後尚有0.9 kg正在沸騰的水，尚未到達E點，表示正處於液相→

氣相變化之際的恆溫過程，故應選(D)。

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7. 現代科技中的雷射、半導體及液晶在日常生活中都具有重要的應用，若應用的實例：(甲)積 體電路，(乙)手術醫療，(丙)顯示器，則此三實例與上述現代科技的對應，下表中的選項何者 最為恰當？

技術

選項 雷射 半導體 液晶

(A) 甲 乙 丙

(B) 乙 丙 甲

(C) 丙 甲 乙

(D) 甲 丙 乙

(E) 乙 甲 丙

【答 案】(E)

【概念中心】現代科技

【命題出處】南一版基礎物理（全）8-1半導體、雷射、超導體，8-2液晶、電漿；

99南一版基礎物理（一）附錄：現代科技

【試題解析】雷射可應用在手術醫療上，半導體是製作積體電路的材料，液晶可作為顯示器。

二、多選題

說明︰第8.題至第10.題，其中至少有一個是正確的選項。

8. 具週期性的聲波在靜止空氣中傳播，下列有關其性質的敘述，哪些正確？（應選2項）

(A)此聲波為波動，不能傳播介質與能量 (B)空氣分子會隨此聲波傳播的方向一直前進

(C)空氣分子在原來的位置，與此聲速相同方向來回振動 (D)空氣分子在原來的位置，與此聲速垂直方向來回振動 (E)此聲波所到之處，空氣的壓力與密度均會呈現週期性變化

【答 案】(C)(E) 【概念中心】聲波性質

【命題出處】南一版基礎物理（全）4-1聲音是一種波動；

99南一版基礎物理（一）6-1波的性質

【試題解析】(A)聲波為波動，不能傳播介質但可以傳播能量；(B)(C)(D)空氣分子會隨此聲波傳 播的方向來回振動而不會一直前進；(E)此聲波所到之處，空氣的壓力與密度均會 呈現週期性變化。

9. 根據物理原理，下列哪些家用電器一定要使用交流電源才能工作？（應選2項）

(A)電磁爐 (B)電鍋 (C)電燈泡 (D)電烤箱 (E)變壓器

【答 案】(A)(E)

【概念中心】交流電產生電磁感應

【命題出處】南一版基礎物理（全）6-6 電磁感應；

99南一版基礎物理（一）5-2 電磁感應

【試題解析】電磁爐與變壓器的原理均為法拉第電磁感應定律，故需要以交流電才可以工作。

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10. 右圖為一根磁棒置於 x 軸上，它的兩個磁極分別位於 y 軸的左右兩 邊並且和原點等距，而x-y平面則由坐標軸劃分為I、II、III、IV四 個區域。下列有關這磁棒所產生之磁力線分布與方向的敘述，哪些 是正確的？（應選2項）

(A)若在y-軸上直立一無限大的平面鏡，則區域I之磁力線所成的

像，與區域II上的磁力線分布與方向完全相同

(B)若在x-軸上直立一無限大的平面鏡，則區域II之磁力線所成的像，與區域III上的磁力

線分布與方向完全相同

(C)若在y-軸上直立一無限大的平面鏡，則區域IV之磁力線所成的像，與區域III上的磁力

線分布與方向完全相同

(D)若在x-軸上直立一無限大的平面鏡，則區域I之磁力線所成的像，與區域IV上的磁力線

分布與方向完全相同

(E)若在x-軸上直立一無限大的平面鏡，則區域I之磁力線所成的像，與區域III上的磁力線

分布與方向完全相同

【答 案】(B)(D)

【概念中心】磁力線方向與磁場

【命題出處】南一版基礎物理（全）6-3磁鐵與地球磁場；

99南一版基礎物理（一）4-3磁力

【試題解析】磁力線分布如右圖所示：由分布圖可知：上、下平面有 面對稱的情況，但左、右平面則無；故鏡面放在x軸上

，區域II與區域III或區域I與區域IV才會有鏡像對稱。

三、綜合題

說明︰第11.題至第13.題，共3題。

請閱讀下列短文後，回答第11.～13.題：

科技的進步，大幅改善人類的生活，但也過度耗費了物質和能量，造成空氣汙染，嚴重危 害環境。由於地球的資源是有限的，因此人類如何生活才能永續發展，成為大家必須面對的課 題。其中維護環境、開發能源與能源的有效利用，是當今全球各國共同的問題，也是現代科技 面臨的重大挑戰。

在開發能源方面，各國努力尋找再生能源。許多國家以酒精為生質能源，而全球生質酒精 生產國如巴西與美國，主要是以甘蔗、玉米等糧食作物為原料，分別從蔗糖和澱粉中提煉酒精

，技術上雖已成熟，但總有不經濟、不環保，以及爭奪糧食的質疑。近年來，各國科學家積極 開發使用農業廢棄物如玉米稈、稻稈等為原料的研發方向，主要利用廢棄莖稈的纖維素、半纖 維素等成分，提煉出木糖或葡萄糖，經純化過程，皆可製成純度相當高的纖維酒精。

科學家也積極研發能源有效利用的技術，例如抽蓄水力發電，就是利用離峰時間的多餘電 力，將水抽蓄至較高處的方式，以儲存能量，再供尖峰時間使用。我國明潭抽蓄水力發電廠以 日月潭為上池，以水里溪河谷為下池，利用兩池之間約400公尺的水面落差，進行抽蓄水力發 電，供應臺灣尖峰電力需求，由於下池蓄水量極為豐沛，上下池水面落差可視為定值。水力發 電機組的總容量為200萬瓩（2 × 10⁹瓦），是世界上巨型抽蓄水力發電廠之一。

11. 下列哪些選項為臺灣已經作為商業使用的再生能源？（應選2項）

(A)核能發電 (B)潮汐發電 (C)風力發電 (D)海流發電 (E)水力發電

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12. 抽蓄水力發電，其能量轉換主要的過程為下列何者？

(A)電能→水的位能→水的動能→電能 (B)電能→水的動能→水的位能→電能

(C)水的動能→化學能→水的位能→電能 (D)電能→化學能→水的動能→電能

(E)化學能→水的位能→水的動能→電能

13. 今以明潭抽蓄水力發電廠為例，假設每天的離峰時間為5小時，離峰時的多餘電力功率為 10萬瓩（1 × 10⁸瓦），且該電力可完全用於作功將水抽蓄，則此電廠每天約可將多少立方 公尺的水從下池抽到上池？取重力加速度的量值為10 m／s²，水的密度為1000 kg／m³。 (A) 1 × 10⁴ (B) 5 × 10⁵ (C) 5 × 10⁸ (D) 1 × 10⁹ (E) 2 × 10¹¹

【答 案】11.(C)(E) 12.(A) 13.(B)

【概念中心】11.(1)再生能源是指無匱乏之虞的能源。

(2)再生能源包括太陽能、水力能、風力能、潮汐能、洋流能等。

12.(1)不同形式的能量間可以相互轉換。

(2)抽蓄電廠於離鋒時段將電能轉換成水位能儲存起來，於尖峰時間再將水位能 轉換成電能。

13.(1)能量間的轉換：電能＝力位能（設能量轉換時無損耗）。

(2)電能＝電功率P × 時間t。

(3)重力位能＝質量m × 重力加速度g × 鉛直高度變化量h。

【命題出處】11.南一版基礎化學（全）4-4其他能源；南一版基礎物理（全）7-3地球的能源；

99南一版基礎物理（一）7-4能源的有效利用

12.南一版基礎化學（全）4-2能源與生活；

南一版基礎物理（全）7-4能源的有效利用與節約；

99南一版基礎物理（一）7-2能量的其它形式與轉換

13.南一版基礎物理（全）7-1能量的形式和轉換；

99南一版基礎物理（一）7-2能量的其它形式與轉換

【試題解析】11.(A)核能不屬於再生能源。

(B)臺灣海岸無足夠的潮差來發展潮汐發電。

(C)臺灣目前在澎湖、桃園、新竹、臺中、彰化、屏東等地區均有風力發電機組 在運轉。

(D)臺灣附近雖有黑潮經過，但目前尚未著手開發，對於洋流發電仍處於探索階 段，還沒有實際的運轉機組。

(E)臺灣有多座水力發電廠，如桃園的石門電廠、南投日月潭的大觀發電廠、臺 中大甲溪的德基與谷關電廠、臺南曾文溪上游的曾文發電廠...等。

故本題應選(C)(E)。

12.明潭抽蓄電廠會在用電的離峰時段，將電能經抽水馬達將水抽至較高的水庫，

於用電尖峰時段，再將水庫中的水釋出發電，其整個的能量轉換過程為：電能 →

（水庫中）水的位能→（由水庫中流出，未能轉變成動能）水的動能→（推 動發 電機發電）電能，故選(A)。

13. 1 × 10⁸ × 5 × 60 × 60＝V × 1000 × 10 × 400 ⇒ V＝4.5 × 10⁵，故選(B)。

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第貳部分

說明︰第14.題至第18.題，共5題。

請閱讀下列短文後，回答第14.～17.題

人們對宇宙的探索，主要是靠觀察星光。因為真空中的光速是每秒三十萬公里，我們所觀 察到的其實都是在稍早時間的天體的形象。除了光波外，來自外太空的輻射線還包括紫外線，

以及由高速的帶電粒子所組成的宇宙射線等。對於較接近我們的太陽系中的星體，科學家們也 曾發射一些偵測器，以作更近距離的觀察。

例如，美國 航太總署所發射的精神號探測車，在2004年初降落於火星的古希柏（Gusev）

隕石坑。這個隕石坑直徑約200公里；而地球上常見的隕石坑直徑則約為20公尺到1公里。

火星是太陽系中的行星，其表面的大氣壓力及重力加速度大約分別是地球對應值的0.006和0.4 倍。精神號的裝備類似於地質探勘機器人，主要是利用立體攝影機和紅外線攝影機拍攝火星的 地形影像，再以無線電波傳回地球。

14. 上文提及的輻射線與光波中，哪一種不以光速傳播？

(A)可見光 (B)宇宙射線 (C)紫外線 (D)紅外線 (E)無線電波

15. 當地球距離火星約為6 × 10⁷公里時，精神號探測車將火星表面影像利用無線電波傳回地球

，則地球上的科學家須等待多久後才能收到訊號？

(A) 2分鐘 (B) 20分鐘 (C) 2秒 (D) 20秒 (E) 200秒 16. 下列何種撞擊原因，最可能造成火星與地球上的隕石坑直徑差別？

(A)地球表面各處均較火星表面堅硬，受撞擊形成的坑洞較小

(B)地球的大氣密度較大，隕石通過大氣層時，因摩擦燃燒損失較多質量

(C)地球的重力場較大，造成隕石通過大氣層的時間較久，因摩擦燃燒損失較多質量 (D)地球有磁場，會使隕石加速落下，隕石通過大氣層時，因摩擦燃燒損失較多質量 (E)地球有電離層，會使隕石加速落下，隕石通過大氣層時，因摩擦燃燒損失較多質量 17. 取地球表面重力加速度的量值為9.8 m／s²，大氣壓力在0 ℃時為760 mm水銀柱高。當火星

表面溫度接近0 ℃時，以托里切利實驗裝置測量火星表面的大氣壓力，則水銀柱高出水銀槽 表面的高度約為若干？

(A) 760 mm (B) 380 mm (C) 11 mm (D) 4.6 mm (E) 1.8 mm

【答 案】14.(B) 15.(E) 16.(B) 17.(C)

【概念中心】14.電磁波

15.速度與時間，電磁波 16.隕石坑大小與撞擊的關係 17.重量與大氣壓力的成因

【命題出處】14.南一版基礎物理（全）5-1人類對光的認識；

99南一版基礎物理（一）6-4光的波動現象

15.南一版基礎物理（全）2-1生活中常見的運動、5-1人類對光的認識；

99南一版基礎物理（一）3-1物體的運動軌跡、6-4光的波動現象

16.南一版基礎地球科學（全）3-2有組織的太陽系；

99南一版基礎地球科學（上 ）4-2有組織的太陽系

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17.南一版基礎物理（全）2-3重力的性質及其應用；

99南一版基礎物理（一）4-1重力的延伸閱讀

【試題解析】14.宇宙射線不是電磁波，故不以光速傳播。

15.因為6 × 10⁷公里＝6 × 10¹⁰公尺，故所需時間t＝6 × 10¹⁰／3 × 10⁸＝200秒。

16.上文指出火星的大氣壓力是地球的 0.006 倍，比地球小很多，因此火星大氣稀薄

，而隕石坑是隕石落入表面（地球或火星）撞擊所致，若隕石經過的大氣層較 厚，則摩擦燃燒損失較多質量，落入表面的坑洞就較小，因此火星隕石坑會比 地球大。

17.表面大氣壓力P＝水銀密度ρ × 重力加速度g × 水銀柱高h

⇒ h＝ P ρg

P

g ⇒ h^火星

760 ＝0.006

0.4 ⇒ h^火星＝11.4 mm

18. 兩質點間的萬有引力與其質量的乘積成正比，而與其距離的平方成反比。小君想從萬有引力

常數G、地球表面的重力加速度g、和地球半徑R去估算地球的質量M，她寫出的正確計算

式應為下列何者？

(A) M＝gR²

G (B) M＝GR²

g (C) M＝Gg

R² (D) M＝ R²

gG (E) M＝gGR²

【答 案】(A) 【概念中心】萬有引力與重力

【命題出處】南一版基礎物理（全）2-3重力的性質及其應用；

99南一版基礎物理（一）4-1重力

【試題解析】萬有引力＝重力 GMm

R² ＝mg ⇒ M＝ gR² G