1103學年度指定科目考試物理考科非選擇題參考答案

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1 

 

103 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》。 

103 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 

(a) 

 

 

 

 

(b) 會一樣大,因為實像成像時,像的大小正比於像距與物距之比值,而在「次

序 1」的實驗中,像距 CD 等於物距 BC ,故像和物的大小相同。 

 
第 2 小題 

為了明確驗證薄透鏡的成像公式:

1

1

1

物距

像距

焦距

,必須作圖證明

1

1

1

BC

CD

f

,對相同的透鏡而言,焦距 f 為一常數。 

 

(上) 

(右) 

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2 

 

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

1

/C

D 

(X

1

0

0

  1

/c

m

)

1/BC (X100  1/cm)

【解法一】以

1

BC

為橫軸,

1

CD

為縱軸作圖 

1

BC

與

1

CD

的數據如下表,並以

1

BC

為橫軸,

1

CD

為縱軸作圖如下。 

 

1

BC

(1/cm) 

1

CD

 

(1/cm) 

0.050 

0.050 

0.040 

0.059 

0.033 

0.067 

0.025 

0.077 

0.020 

0.080 

 

呈一斜率為負的直線,即表示兩者的和為常數,因此驗證了

1

1

1

BC

CD

f

,即

1

1

1

物距

像距

焦距

。 

【解法二】以

1

BC

或

1

CD

為橫軸,

1

1

BC

CD

為縱軸作圖 

1

BC

、

1

CD

與

1

1

BC

CD

的數據如下表,並以

1

BC

為橫軸,

1

1

BC

CD

為縱軸作圖如

下。 

 

次序 

1

BC

(1/cm) 

1

CD

 

(1/cm) 

1

1

BC

CD

 

(1/cm) 

1 

0.050 

0.050 

0.100 

2 

0.040 

0.059 

0.099 

3 

0.033 

0.067 

0.100 

4 

0.025 

0.077 

0.102 

5 

0.020 

0.080 

0.100 

background image

3 

 

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

B

C

 

C

D 

(c

m

2

)

BC + CD (cm)

呈一水平直線,即表示兩者的和為常數,因此驗證了

1

1

1

BC

CD

f

,即

1

1

1

物距

像距

焦距

。 

【解法三】以

BC

+

CD

為橫軸,以

BC

CD

為縱軸作圖 

BC

+

CD

與

BC

CD

的數據如下表,並以

BC

+

CD

為橫軸,以

BC

CD

為縱軸作

圖如下。 

 

BC

+

CD

(cm) 

BC

CD

(cm

2

) 

40.0 

400 

42.0 

425 

45.0 

450 

53.0 

520 

62.5 

625 

 

呈一通過原點的直線,即表示 BC CD

與 BC CD

呈正比,因此驗證了

BC CD

1

1

1

BC CD

BC

CD

f

,即

1

1

1

物距

像距

焦距

。

 

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

1

/B

C

 +

 1

/C

D 

(X

1

0

0

  1

/c

m

)

1/BC (X100  1/cm)

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4 

 

第 3 小題 

(a)  BC 的距離必須小於焦距 10.0 cm。 

(焦距即為第 2 小題【解法二】表列第三欄平均值(約為 0.100)的倒數:

1

10.0 cm

0.100

f

) 

 

(b) 利用視差法,將一支筆(參考物)垂直豎立於圖 10 中與光源屏 B 同一側,

由像屏 D 往透鏡 C 觀測,此時以單眼觀測,保持眼睛到透鏡 C 的距離不變而

水平移動眼睛,並調整筆到透鏡 C 的距離,直到該筆看起來會和圖 11 中向上

箭頭的虛像重合,此時筆到透鏡 C 的距離即為像距。 

 

第二題 

第 1 小題 

列出電子動能關係式       

2

19

0

1

4.55 10

2

mv

   

代入數據,求得電子的入射速率   

19

2

0

31

9.1 10

9.1 10

v

   

 

6

0

1.0 10  m/s

v

 

第 2 小題 

【解法一】將電子的運動比擬成重力場中的斜拋運動 

(a)  電子在平行板電場中的運動軌跡為拋物線。 

(b) 平行板中的電場為 y 方向的均勻電場,電子在 y 方向的加速度

a

為定值,

x

方

向為等速度運動,故電子的運動可視為在重力場中的斜向拋射運動,而重力

加速度

g

更換為

a

。 

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5 

 

【解法二】求出電子的軌跡方程式 

(a)  電子在平行板電場中的運動軌跡為拋物線。 

(b) 

0

0

cos

cos

x

x

x

v

t

t

v

 

方向位移:

 

2

0

1

sin

2

y

y

v

t

at

方向位移:

 

45

qE

a

m

為定值,

, 

故

2

2

2

2

2

2

0

0

0

1

1

 tan

(

)

1

2

(

cos )

2

2

x

x

a

y

x

a

x

a

x

x

v

v

v

 

 

 

,此為拋物線方程式。 

第 3 小題 

【解法一】由水平射程L與加速度a的關係求得電場E 

電子以 45 射出,會以 45 下落, 

故其水平射程為 

2

2

0

0

sin(2 )

sin(2 45 )

v

v

L

g

a

 

,a 為 y 方向向下的加速度,故

2

0

v

L

a

。 

又

qE

a

m

,所以

2

2

19

2

2

0

0

19

sin 2

2 4.55 10

5.7 10  

V/m 

 N/C 

kg m/s C

1.6 10

0.01

mv

mv

E

qL

qL

(

或

或 

)

 

【解法二】由水平速度求得電子穿過兩個小縫的時間

t ,且由等加速度運動方

程式求出加速度a,再由

ma

E

q

求出電場E 

由水平速度求得電子穿過兩個小縫的時間 t

 

8

8

6

0

0.01

2 10

1.414 10  s

cos

2

10

2

x

L

L

t

v

v

 

 

background image

6 

 

垂直方向為等加速度運動,a  為加速度 

0

14

2

sin

2

10  m/s

y

t

v

v

a

a

 

 

且

qE

a

m

 

31

14

2

2

19

9.1 10

10

5.7 10   

V/m 

 N/C 

kg m/s C

1.6 10

ma

E

q

(

或

或 

)

 

【解法三】由水平速度求得電子穿過兩個小縫的時間 t

,且由垂直方向的衝量

F t

等於動量變化量

y

m v

,再由 F

qE

求出電場E 

由水平速度求得電子穿過兩個小縫的時間 t

 

8

8

6

0

0.01

2 10

1.414 10  s

cos

2

10

2

x

L

L

t

v

v

 

   

垂直方向的衝量等於動量變化量: 

y

F t

m v

  

,

0

6

0

2

sin

2

1.414 10  m/s

y

v

v

v

 

 

   

y

qE t

m v

  

   

19

8

31

6

1.6 10

1.414 10

9.1 10

1.414 10

E

 

   

2

2

5.7 10  

V/m 

 N/C 

kg m/s C

E

(

或

或 

) 

備註:因計算或有效數字而使求出的數值在可容許的範圍之內(即 E 為

2

5.5 10  V/m

  ~ 

2

6.0 10  V/m

)

,仍為可給全部分數之答案。 

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