1
101 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
I
1
與
I
2
後，電流天平的平衡原理係利用電流
I
1
流經導線
b
時，在螺線管內的
均勻磁場
B
(由 I
2
產生)作用下因而受向下的磁力，等於小掛勾的總重量，即
B
I
w
b
1
。
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
2
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
I
2
關係的圖線為通過原點的直線。
(2) w 與螺線管的電流 I
2
成正比，而
w 又與螺線管內的均勻磁場 B 成正比，故螺線
管內的均勻磁場
B 與螺線管的電流 I
2
成正比。
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0
1
2
3
4
5
6
I
2
(A)
w(個數)
註:
x-y 軸物理量可以相互對調
。
2
第3題
【解法一】 I
2
固定，且移動後電流天平仍等臂
(1) 歸零後，固定螺線管電流 I
2
(a) 調整懸掛小掛勾的重量
w
或
(b) 調整通過
b
的電流
I
1
或
(c) 同時調整
w 與 I
1
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
b
的沿軸位置
x (若將
a
視為螺線管管口
至
b
的距離，則
a
即代表
x) ，直到螺線管離開
b
為止。
(3) 由於
B
I
w
b
1
，即
b
I
w
B
1
，據以知道此位置的磁場強度。
【解法二】 I
2
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
2
(a) 調整懸掛小掛勾的重量
w
或
(b) 調整通過
b
的電流
I
1
或
(c) 同時調整
w 與 I
1
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
d
，紀錄
b
的沿軸位置
a
x
d
(3) 則
1
(
)
(
)
a
b
a
w
d
I
B
d
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
M 為坐標原點 ，系統質心位置 X
C
=(Mx
1
+mx
2
)/(M+m) ，
x
1
=0，x
2
=L
，
故
m
d
L
M m
3
第2題
設
M的動能等於彈簧的彈性位能時，彈簧的伸長量為ℓ，此時彈簧的彈性位能為原來
全部能量的1/2，即
2
2
1
1
1
(
)
2
2
2
k
k L
，則
2
L
。
第3題
【解法一】
因質心不移動，
M
、
m 分別對系統質心作簡諧運動，當 M 向左位移最大時，m 向
右位移最大，此時兩者的距離為
，
M 距離質心為
，故
M 簡諧
運動的振幅為
。
【解法二】
兩木塊動量相等，
M
m
P
P
2
2
動能
，
M
k
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
m
x
L
M m
【解法三】
將原彈簧從質心切成兩段，分別伸長
x 與
L x
， 如下圖所示。
質心兩側的力相等，
(
)
M m
M m
kx
k L x
m
M
m
x
L
M m
L
L
(
)
m
L
L
M m
m
L
M m
M
伸長
x
C
m
伸長