109-學測試辦-自然
星系是數億顆以上的恆星系統,星團是數百到數百萬顆恆星組成的系統,其中俗稱七姐妹星團的昴宿星團,更是從上古時代就被詳細記載,與北斗七星都是被各地古文明附予傳說的對象。下列選項哪些正確?(應選2項)
天文望遠鏡的影像解析能力,主要取決於其可解析分辨出的最小角度 θ\theta,當觀測者與兩顆天體之間的觀測夾角若小於 θ\theta 時,則望遠鏡就無法分辨出個別的星體。θ\theta 和望遠鏡在進行觀測時接收之波長成正比,但和其口徑成反比。若要將接收之波長為 600600 奈米、口徑為 66 公分的可見光望遠鏡,換成接收之波長為6毫米的電波望遠鏡。依據上述,此電波望遠鏡的口徑須為何,才能獲得與可見光望遠鏡相同的 θ\theta
艾特塔懸崖位於法國北方的海邊。印象派畫家莫內在1883年畫了一幅《日落時艾特塔懸崖》的油畫如圖1所示,畫中的圓點是太陽。假設從作畫位置看艾特塔懸崖,一年當中夕陽落入海平面的位置,全部落在圖中的白色線段內,且相較於畫作所展現的時間,一個月後落日的位置更往北偏,則此畫所展現的時間最可能接近哪一個月份?image.png
恆星的亮度變化有許多原因,除了本身的週期變化外,當恆星受繞行行星短暫遮掩時,也會發生亮度變化。2009年發射的克卜勒太空望遠鏡專用於尋找系外行星,它專門找尋恆星受繞行的行星短暫遮蔽時,所產生的恆星星光遮掩現象。圖2所示是某恆星亮度隨時間變化的長期觀測數據,各點代表的是不同時間測量到的星光亮度,此恆星的亮度本身隨時間只會緩慢上下起伏,觀測數據中有時間上密集且大幅度下降的資料點。某科學家由此圖推斷此恆星有一顆行星,請從圖判斷該行星繞行恆星的軌道週期大約為幾天?image.png
近地面的風主要受到氣壓梯度力、科氏力與摩擦力影響。今有科學家想要探究風由陸地吹到湖上後,風向及風速是否改變,他們找了北半球一大湖泊並分成兩組人馬進行觀測,如圖3所示。第一組人在西北岸邊的甲地,第二組人在湖泊中央的乙地作觀測。若氣壓梯度力均勻分布,且不隨時間改變,則當甲地測到西北風時,乙地觀測到的風速大小和風向最可能如何變化?(應選2項)image.png
發生在太平洋赤道附近的聖嬰現象為大氣與海洋交互作用所致,它會影響全球天氣。下列有關聖嬰年的敘述哪些正確?(應選3項)
圖4為2020年1月29日14時的地面天氣圖,有關圖中甲地(X 所示)風向及乙箭頭所指鋒面的敘述,下列哪些選項正確?(應選2項)image.png
海洋渦漩或湧升流可以把較深處的高營養鹽海水帶至表層,使藻類容易生長。黑潮北行至臺灣東北外海的彭佳嶼附近時,因為東海陸棚的地形阻擋,部分深層海水上湧,並形成渦漩,會影響表層海水性質。彭佳嶼附近表層海水相較於其他周遭海域,推測應具有哪些特質?(應選3項)
X\ce{X}Y\ce{Y}Z\ce{Z} 為元素態的原子,已知穩定的 XX+\ce{X+}YX2\ce{Y^{2-}} 離子都具有 1010 個電子,Z\ce{Z} 的質子較 X\ce{X}99 個。下列有關此三種元素的敘述,哪些正確?(應選3項)
下列哪些現象是氧化還原反應?(應選3項)
小明以薄層層析法分離葉片萃取液的成分時,如圖5所示,將層析片放入展開槽中展開。下列有關此實驗之操作,哪些錯誤?(應選2項)Screenshot from 2023-12-25 00-35-10.png
政府宣導進出醫療院所可用體積百分濃度 75%75\% 的酒精消毒殺菌。若購得一瓶 500500 毫升、標示為 95%95\% 體積百分濃度的酒精,該如何配製使其體積百分濃度成為 75%75\%
題組 13-14 (4分)
小明在實驗室中以 22 個套疊的保麗龍杯製成簡單卡計進行硝酸銨( NHX4NOX3\ce{NH4NO3},式量:80.080.0)溶解熱測定,實驗過程與紀錄如下:
步驟1:量取 50.050.0 毫升蒸餾水倒入卡計中,靜置 55 分鐘後測得卡計內水溫為 25C25^{\circ}\ce{C}
步驟2:秤取 4.04.0 克硝酸銨固體,全部加入於卡計中。
步驟3:蓋上杯蓋,輕搖卡計使硝酸銨固體完全溶解,測得平衡溫度為 19XC\ce{19^{\circ}C}
秤量過程中,小明觀察到無色硝酸銨固體容易潮解(吸收空氣中濕氣),且部分藥品黏在秤藥紙上。
假設水和水溶液的密度均為 1.01.0 克/毫升,比熱均為 1.01.0 卡/克-C^{\circ}\ce{C},卡計的熱容量和硝酸銨的比熱均忽略。根據上文,回答下列問題。
實驗測得之硝酸銨莫耳溶解熱約為多少千卡/莫耳?
圖6是某物質 X\ce{X} 的相圖,下列關於此物質的敘述哪些正確?(應選3項)image.png
表1所列為甲、乙、丙、丁和戊等五種物質的熔點:
image.png 其中,甲具有共價鍵且不導電,乙具有延展性且可導電,丙易溶於水且其水溶液可導電,丁具有共價鍵和離子鍵,戊易溶於水但水溶液不導電。
已知甲、乙、丙、丁和戊各為下列物質之一:
    ~~~~石墨、金剛石、銅、氯化鈉、醋酸鈉、氯化氫、碘、葡萄糖
則下列選項中的配對哪些正確?(應選3項)
溴瑞香草酚藍是一種酸鹼指示劑,其變色範圍由黃色到藍色( pH\ce{pH} 值為 6.06.07.67.6)。下列哪一種常見的水溶液,在加入溴瑞香草酚藍指示劑後,會呈現黃色?
如圖7所示,長方體木塊 A\ce{A} 最初靜置於光滑水平面上,長方體木塊 B\ce{B} 在時間 ttt1t_1 時,以水平速度 vv 開始在 A\ce{A} 的頂面上滑行,在摩擦力作用下兩木塊向右運動。若在時間 t2t_2 時兩木塊的速度才變成相同,且木塊 B\ce{B} 沒有從木塊 A\ce{A} 頂面滑落,則在 t1<t<t2t_1<t<t_2 期間,下列敘述哪些正確?(應選2項)image.png
重力和電磁力都是基本力,其作用都可到達任意遠處,下列關於此二力的敘述,何者錯誤
機場安檢門是利用電磁感應的一種金屬探測器,如圖8所示。門兩側有線圈 1122,分別代表發射器線圈與接收器線圈。無人通過時,觀察到發射器線圈中的短暫電流 i1i_1,恰好沿圖示方向流動並增大當中,造成接收器線圈中感應的電流 i2i_2 沿圖示方向流動。此時若帶有金屬導體的旅客通過此門,導體中會出現電流,並使探測器中出現應電流,下列敘述何者正確?image.png
甲、乙兩人在垂直於鐵軌的道路上,靜立等候火車通過,甲比較靠近平交道。火車以等速度行駛,並持續發出同一頻率的警笛聲,在時間 t=3t=3 秒時進入平交道。已知火車沿著觀測者視線方向的速率越大,則觀測者聽到的聲波頻率變化越大。若火車乘客和甲、乙兩人聽到的警笛聲頻率 ff 隨時間 tt 的變化如圖9所示,則下列敘述哪些正確?(應選3項)
兩系統之間因溫度差異而引起的能量轉移,稱為熱轉移。下列哪一個裝置在運作時,不是以熱轉移的方式將能量傳給待煮熟的食物?
圖10所示的單狹縫裝置,右邊屏幕上佈置偵測器,可以計數抵達屏幕各點的電子數目,屏幕的中心 A\ce{A} 正對著狹縫。假設由狹縫左邊入射的低速電子,都具有相同的動能,根據電子的波粒二象性,下列敘述哪些正確?(應選2項)image.png
北宋沈括《夢溪筆談》提及:李舜舉家曾遭暴雷擊中,有閃光從西側房間窗戶離開,經由屋簷向上竄出,人們都嚇得跑出去躲避。暴雷停止後,房子卻依然完整,只是牆壁和窗紙都變成黑色;而在一個木架上,銀飾漆器上的銀全都熔化流到地上,漆器卻沒被烤焦,另有一把極剛硬的寶刀,也在刀鞘裏熔化為鐵汁,但刀鞘也完好無損。下列哪些說法最有可能用來解釋上文中敘述的現象?(應選2項)
下列有關 DNA\ce{DNA} 粗萃取的敘述,哪些正確?(應選3項)
圖11所示為兩家族之譜系圖,圓形代表女性,方形代表男性,深色代表表現出某性狀的特徵,則下列有關其遺傳型式的敘述,哪些正確?(應選3項)image.png
下列與人類性狀遺傳相關的敘述,哪些正確?(應選2項)
原生生物、三葉蟲、魚類、兩棲類以及爬蟲類在古生代、中生代以及新生代隨時間的物種豐富度變化如圖12,圖中越寬表示物種豐富度越高,則何者是在中生代一度豐富度急遽縮減,而目前的物種豐富度與其古生代豐富度相近?image.png
下列哪一種分子可作為地球上絕大多數生物能量的直接來源?
下列有關顯微測量的敘述,哪些正確?(應選3項)
下列有關複製與轉錄作用的比較,何者正確?
強烈颱風山竹於2018年9月15日(農曆八月初六)經過巴士海峽,對菲律賓、臺東和屏東造成嚴重的災害,圖13是9月15日的衛星雲圖,山竹颱風的颱風眼清晰可見,圖14是9月15日00時至16日00時的累積雨量圖。下列敘述何者正確?image.png
題組 33-34 (4分)
有些整齊切割的肉片,表面會出現虹彩色的光澤。某生在探究其原因時,發現根據同樣的肌纖維(肌細胞)構造圖,有甲、乙兩種模型可以解釋。圖15顯示組成肌纖維的肌原纖維,它們都由左上往右下延伸,具有橫紋。各肌原纖維都以肌小節為單位組成,小節兩端為 Z\ce{Z} 盤,中間有 A\ce{A} 帶(亦稱暗帶)與 I\ce{I} 帶。image.png試依以上資料回答33-34題。
甲模型認為肉片在被切割後,形成有規律的鋸齒狀表面結構,圖16為其示意圖。當白色的平行光以固定角度 θ\theta 入射時,依據惠更斯原理,各肌原纖維的橫截面可視為間隔為 dd、完全相同的小波源,各自發出光波,而產生有如雙狹縫的干涉現象。肉片的虹彩色澤,就是白光中波長為 λ\lambda 的光波彼此疊加後,在特定的偏向角度 ϕ\phi 增強所造成的。下列關於此模型的敘述哪些正確?(應選2項)image.png
乙模型認為肉片具有層狀結構,因此當白色的平行光以角度 θ\theta 入射到層狀結構的表面時,如圖17所示,一部分會被反射,而其餘部分則被折射進入內部,並在各層間的界面發生反射與折射,最後再離開表面射出,產生有如肥皂泡薄膜的光波干涉現象。肉片的虹彩色澤,就是其中波長為 λ\lambda 的光波,由表面離開後,彼此疊加後會增強造成的。下列關於此模型的敘述哪些正確?(應選2項)image.png
題組 35-36 (4分)
某冠狀病毒肆虐全球,小明為了有效防疫,欲比較多種消毒方式對不同病原體(圖18)的消毒效果(使病原體失去致病力的比例)。故設計實驗操作如表2,根據圖18與表2,回答35-36題。image.pngimage.png
下列有關實驗結果,哪些正確?(應選2項)
小明想進一步探討,為何 75%75\% 酒精對不同病原體的消毒效果會有差異,請根據病原體的構造圖及實驗結果,推斷下列何者應該為 75%75\% 酒精能有效作用的關鍵?
題組 37-39 (8分)
演化生物學家 David Reznick 在千里達島某條河流研究古比魚(Poecilia reticulata)與其掠食者的交互作用。該河流因為瀑布造成上下兩河段的高低落差,上河段的古比魚的主要掠食者為殺手魚,下河段的古比魚的主要掠食者為梭子魚。與梭子魚相比,殺手魚的體型小很多,甚至與較大的古比魚體型相近,故對古比魚的掠食壓力較小。今調查甲、乙兩河段古比魚的族群特徵數據如表3(數據為平均值),根據上述資訊,回答37-39題。image.png
不同河段的古比魚會因為掠食壓力不同,而表現出不同的族群特徵。請由掠食者體型的特性及古比魚族群特徵(表3),判斷甲、乙兩河段古比魚應各自對應何種掠食者?並說明判斷理由。
掠食者說明理由
(1)河段乙
(1)河段甲
下列對於甲、乙兩河段古比魚的推測,哪些合理?(應選2項)
下列何者為此研究報告最適當的標題?
題組 40-42 (8分)
小明看到一份資料提到藍色食用色素在雙氧水的鹼性溶液中可以快速分解成為無色,因此做了下列實驗:
步驟1:於 25.025.0℃ 下取 10.010.0 毫升 0.010 M0.010~ \mathrm{M}的藍色色素水溶液於試管中。
步驟2:於上述試管中,加入 2.02.0 毫升 0.035 M0.035~ \mathrm{M} 的雙氧水鹼性溶液。
步驟3:測量混合溶液之藍色褪色到無色所需的時間(Δt\Delta t),Δt\Delta t 越大代表藍色色素分解速率越慢。
小明與同學討論設計了一系列實驗,想要研究雙氧水鹼性溶液濃度加倍對藍色色素分解速率的影響,則應選擇表4中哪二組之試驗數據進行比較最為適合?image.png
小明與同學討論後,又設計且操作了一組實驗,實驗結果紀錄如表5。下列何者是此實驗的操作變因?image.png
承上題,關於小明的實驗結果紀錄表(表5):
(1) 提供適合的紀錄表名稱。(2分)

(2) 對紀錄表中各欄位的表示方式,提出兩點改進建議。(2分)
題組 43-45 (8分)
克卜勒根據觀察,認為彗星尾會朝向遠離太陽的方向,是因為受到太陽光施加的壓力,而馬克士威則由理論,推導出電磁波入射到表面或由表面反射(發射)時,對該表面施加的力 FF,等於電磁波的功率 WW 除以光速 cc,即 F=W/cF=W/c;該力的方向,在入射時,與入射方向相同,但在反射(發射)時,則與反射(發射)方向相反。上述的推論在 19011901 年被證實與實驗結果一致。
根據上文,回答43-45題。
一雷射發出的平行光,波長 λ=540nm\lambda = 540 \mathrm{nm}。若普朗克常數 h=6.6×1034Jsh=6.6\times 10^{-34} J\cdot s,而雷射光束沿前進方向產生 F=1.0μNF=1.0 \mu\mathrm{N} 的力,則此雷射每秒發出的光子數目大約為下列何者?
一道輻射功率為 WW 的平行光向下垂直入射於平面鏡時,反射光的功率為 rW<WrW<W。若光速為 cc,則平面鏡受到的力為下列何者?
猶如風力可推動帆船,利用太陽輻射產生的壓力,也可推動稱為太陽帆的太空船,使它在行星間航行。若要你設計太陽帆,則就帆的形狀(包括長、寬、厚的比例、對稱性)與物理特性(包括力學、熱學、光學性質)而言,應符合哪些條件,才較有利於在太陽的輻射與重力下,推動太陽帆在行星間航行?為什麼需要滿足這些條件? 每一類別各為1分,且只需舉出一項條件與理由即可。
類別需滿足的條件理由
力學性質 (範例) 帆張開後要能維持形狀與大小 (範例) 以利可持續以最大截面積對準太陽,取得動力。
熱學性質
光學性質
光學性質
題組 46-48 (8分)
斷層持續活動造成地表移位或變形,稱為斷層的潛移活動。科學家在某地發現一活動斷層,為研究該斷層潛移活動,在斷層兩側各埋設一固定樁(圖19),固定樁上各固定一支鋼棒,鋼棒端以水平變形感應計連結。此變形感應計可記錄兩個固定樁之間水平距離的變化。圖20為變形感應計在1998年8月至2001年12月間的紀錄,以及同期間該地區累積雨量,根據圖19、20,回答46-48題。image.pngimage.png
下列有關此斷層的活動特性與降雨量關係之敘述哪些正確?(應選2項)
在測量期間,該斷層潛移活動造成地表的水平位移量平均每年約為多少毫米?
若只考慮正斷層、逆斷層、平移斷層三種型式的斷層,根據此水平變形感應計的設計方式,請問這三種斷層在「固定樁間距離」的數據上會如何表現?並根據圖20的資料推測,此斷層最不可能為哪一種斷層?
斷層種類「固定樁間距離」的數據上會如何表現
正 斷 層
逆 斷 層
平移斷層
最不可能為哪一種斷層?
題組 49-52 (12分)
    ~~~~冰的顏色和它的大小有關。不含氣泡的純冰,當其體積夠大時會呈藍色;但內部含有氣泡的冰,看起來多少會帶有白色。這是因為波長愈長的可見光,愈容易被冰吸收,例如光在冰中的吸收長度(即光子在被吸收前的平均路徑長),紅光約為 22 公尺,而藍光則約為 200200 公尺。冰、雪內的氣泡會使光子因折射或反射而變向,在穿行短距離後(遠小於2公尺),可返回表面穿出。
    ~~~~在南極海域的冰山,是由厚達數百甚至上千公尺的冰棚前端崩解斷裂,然後漂離浮在海上形成的,如圖21所示。冰棚的冰大多來自冰川,內部常有許多氣泡,故冰山一般多呈白色或藍白色。
    ~~~~「海洋冰」是在冰棚下方由深層海水凝固形成的(見圖21),厚度可達冰棚的 1/31/3,且由於是在海中壓力較大處形成的,因此不含氣泡,鹽度也比一般海水低了 2233 個數量級。「海冰」與海洋冰不同,是在海面附近由海水凝固而成的冰,厚度僅約 11 公尺,且含有氣泡,鹽度約為一般海水的 1/31/3image.png     ~~~~一組科學家於1988年在南極探險,看到了顏色奇特的綠色冰山後便展開研究。他們假設冰山呈綠色,原因與出海口附近海水呈綠或黃色是相同的,因此假設兩者都是因為含有有色的溶解有機物(CDOM)以致呈綠色。他們採集了冰山融水的樣品,由其螢光證實綠色冰山內確有CDOM存在。由於缺乏設備,他們並未定量分析CDOM的含量,但還是做出結論認為綠色冰山含有黃色的CDOM就是它呈綠色的原因。
    ~~~~後來他們得知綠色冰山的冰,其實是冰山翻轉後由底部露出海面的「海洋冰」,如圖21所示,而這種海洋冰夾雜著黃色氧化鐵微粒。於是他們提出新假說,認為「綠色冰山的冰是海洋冰,且其氧化鐵含量夠高,故呈綠色」。
依據上文所述,回答49-52題。
下列關於冰與海水之理化性質的比較,哪些正確?(應選3項)
在陽光下,人眼所見的海洋冰與海冰,一般來說比較接近什麼顏色?給出答題所根據的理由。
顏色答題所根據的理由
海洋冰
海 冰
上述有關冰山會呈綠色乃是由CDOM引起的結論,根據下列哪些見解是仍需進一步檢討與研究,才能確定其正確性的?(應選2項)
假設已確定綠色冰山的冰是海洋冰,為了要以實驗證實上述「綠色冰山的冰是海洋冰,且其氧化鐵含量夠高,故呈綠色」的新假說,
(1)需要以哪些量為變因進行定量的測量? (2)根據測量結果建立這些變因之間具有什麼樣的關係?不必說明技術性的細節。
題組 53-56 (12分)
    ~~~~塑膠的問世增進了人類生活的便利,但以化石燃料為主的塑膠(fossil fuel-based plastics)大致上很難在自然環境中被微生物分解,所以大都以焚化或掩埋的方式處理,這會造成環境污染及溫室效應。因此科學家研發出對環境較友善的生物可分解塑膠(biodegradable plastics)。生物可分解塑膠是指在特定的環境條件下,可被微生物分解(或部分分解)的聚合物。生物可分解塑膠種類很多,有的成分是源自石油的原料,有的是完全為生物基質的塑膠(bio-based plastics),也有的是混合兩者的材料。
    ~~~~聚乳酸(polylactic acid,PLA)是一種以乳酸為單元的聚酯,可作為生物基質塑膠的材料。植物經由光合作用把水和大氣中的二氧化碳轉化成葡萄糖,再轉變成為澱粉和纖維素等,這些產物經過發酵與加工處理得到乳酸,再經縮合反應即成聚乳酸。聚乳酸在自然界中藉由微生物分解後的最終殘留物為水、二氧化碳、生物基質等,比較不會造成環境的額外負擔。生物基質的塑膠強調生物基質成分是源自於天然,且為可再生的永續性原料,具有環境友善等優點;但是,若以減緩溫室氣體的觀點來看,聚乳酸頂多只能達到碳中和。此外,此類塑膠在缺氧的掩埋場中,厭氧分解會讓它釋出甲烷,而甲烷的全球暖化潛勢(GWP)是二氧化碳的34~86倍。所以新塑膠材料的開發,對於環境仍存在許多的衝擊。
    ~~~~在一篇2019年發表的期刊論文中,科學家將三種不同材質的塑膠袋,分別置於不同的場所進行測試,場所包括:控制組(實驗室的暗黑箱子中)、學校花園的泥土中、泡在海水裡以及戶外空間中。三種塑膠袋包括:傳統高密度聚乙烯材質、加了氧化裂解劑之生物可分解材質以及不加氧化裂解劑之生物可分解的塑膠袋。這些樣本在2015年放置於測試場所中,然後定期檢查是否有表面損耗、破洞或碎裂的跡象,並測量樣本的抗拉應力(即受到拉扯而破裂的難易程度)。經過27個月的時間,此測試的實驗結果如圖22所示。
下列與本文相關的敘述,哪些正確?(應選3項)
聚乳酸在不同的情境下,釋出二氧化碳與甲烷的比例不盡相同。請同時評估單一種分子以及其在大氣中的佔有量(表6),二氧化碳與甲烷對於全球暖化的影響何者較為顯著?並說明之。image.png
何種氣體影響全球暖化較顯著?說明原因
在戶外空間放置的三種塑膠袋,經過 1818 個月之後,幾乎斷裂成碎片,無法承受抗拉應力測試。與「泥土中」和「海水中」的樣品比較,試問下列哪些因素是最可能造成戶外空間塑膠袋所產生結果的主要原因?(應選2項)
根據實驗結果,回答下列問題。
(1) 三種不同材質塑膠袋的實驗中,於實驗進行前,為何都要進行抗拉應力的測試?(2分) (2) 經 2727 個月的實驗時間,置於海水的環境下,不添加氧化裂解劑的生物可分解塑膠袋與傳統塑膠袋兩者抗拉應力之數值大約各為何(N/mmX2\ce{N/mm^2})?(2分)
傳統塑膠袋抗拉應力之數值為:N/mmX2\ce{N/mm^2}
不添加氧化裂解劑的生物可分解塑膠袋抗拉應力之數值為:N/mmX2\ce{N/mm^2}