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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
A
m 、比熱為
A
s
、初溫為
A
T
。
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
T
T
m s
T
T
C
T
T
熱 熱
熱
冷 冷
冷
量
量
其中
T
為熱平衡溫度，且T
T
冷
量
。
2
由表
1 的實驗數據可得
200 4.2 (100 65) 100 4.2 (65 15)
(65 15)
C
量
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
A
s
。同理可得
A A
A
(
')
( '
)
( '
)
m s T
T
m s
T
T
C
T
T
冷 冷
冷
量
量
其中
'
T
為熱平衡溫度，且T
T
冷
量
。
由表
2 的實驗數據可得
A
100
(100 24) 100 4.2 (24 19) 168 (24 19)
s
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
E
IV 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
B
m
、比熱為
B
s
、初溫為
i
T 、末溫為
f
T
。
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
B
s
為 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
75%
720
4
Q
E
3
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，
C
F
mg
f
。
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
2
C
f
mr
，其中
為角速度量值、
r
為旋轉半徑。故
2
mr
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，
C
F
N
mg
f
。
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)
C
f
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)
C
f
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)
k
f
N
因摩擦所損耗的功率
k
P
f v
，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)
k
P
f
r
45∘
mg
f
C
F
N
45∘
mg
f
C
F