109-指考-物理
中等
題組 1-2 (6分)
新型冠狀病毒與流感病毒可使人類感染致病,甚至危害生命,因此必須防止病毒傳播。進出公共場所用額溫槍量測額溫、戴口罩及利用紫外線消滅病毒等都是可行的措施。回答第1-2題。
新型冠狀病毒防疫期間,常使用額溫槍量測人體額溫,下列敘述何者正確?
表面沾有流感病毒的口罩,可使用波長為 253.7nm253.7 \mathrm{nm} 的紫外線 C-C 照射,破壞病毒的去氧核糖核酸(DNA\ce{DNA})及核糖核酸(RNA\ce{RNA})結構,達到消滅病毒的效果。若以強度為 6,600μW/cmX2\ce{6,600 \mu W/cm^2} 的紫外線垂直照射口罩表面 2.0s\ce{2.0s},則兩秒鐘內每平方公分的紫外線 C-C 光子數約為若干?(普朗克常數 h=6.63×1034 Jsh=6.63\times10^{-34}\ \mathrm{J}\cdot\mathrm{s},光速 c=3.0×108 m/sc=3.0\times10^{8}\ \mathrm{m/s}
X 射線應用於醫學影像及晶體結構分析,其頻率範圍約在 3×1017Hz3\times10^{17}\,\mathrm{Hz}3×1019Hz3\times10^{19}\,\mathrm{Hz}。下列有關 X 射線的敘述何者正確?(光速 c=3.0×108 m/Sc=3.0\times10^{8}\ \mathrm{m/S}
一質點作週期運動,經測量發現,位移平方的平均等於 X2X^2,動量平方的平均等於 P2P^2,總力學能等於 EE,下列何者的因次與週期相同?
一顆落地前沒有旋轉的網球落在水平地面前瞬間的速度為(vxv_x,vy-v_y),其中 vxv_xvy>0v_y >0 落地反彈後瞬間的速度為 (vx,vy)(v^{\prime}_x, v^{\prime}_y),其中 vx,vy>0v^{\prime}_x,v^{\prime}_y>0 如圖1所示。若網球和地面間有摩擦力,忽略空氣阻力,則下列有關網球反彈後運動的敘述何者正確?image.png
學生為探討磁場對腦部神經組織的影響及臨床醫學應用,查閱網頁資訊得知:「利用可耐高電流的金屬線圈,放置頭部上方約數公分處,並施以線圈約千安培、歷時約幾毫秒的脈衝電流,如圖2所示(脈衝電流以 II 表示,脈衝電流時間以 Δt\Delta t 表示)。電流流經線圈產生瞬間的高強度脈衝磁場,磁場穿過頭顱對腦部特定區域產生應電場及應電流,而對腦神經產生電刺激作用。」以下學生討論的內容,何者較合理?image.png
某卡車的水平載貨廂的長度為 3.0m\ce{3.0 m},上面載有一裝滿衛生紙的紙箱,其長、寬、高皆為 0.50m\ce{0.50m},緊貼前方駕駛室背面放置,如圖3所示。卡車在水平道路上由靜止開始,以加速度 1.2m/sX2\ce{1.2m/s^2} 往前方行駛 10s\ce{10s},已知紙箱和載貨廂底部間的動摩擦係數為 0.100.10、靜摩擦係數為 0.110.11,取重 力加速度為 10.0m/sX2\ce{10.0m/s^2},若載貨廂後方的擋板沒有關上,則下列敘述何者正確?image.png
若行星繞行恆星的軌道可視為圓形軌道,表1所列行星軌道運動的物理量均與其軌道半徑 RRNN 次方成正比,例如行星週期 TR3/2T ∝R^{3/2},即 N=3/2N=3/2。下列 N1N_1N2N_2N3N_3 的大小關係何者正確?image.png
一直徑為 dd 的圓柱狀銅棒,加工製成半徑為 RR、間隙為 xx 的開口圓環狀零件,如圖4所示。若均勻加熱該零件,則下列有關 xxRRdd 長度變化的敘述何者正確?image.png
一體積可變的密閉容器內裝有可視為理想氣體的定量氦氣,當氣體的體積為 V0V_0、溫度為絕對溫度 T0T_0 時,氣體分子的方均根速率為 v0v_0。經由某一過程達到熱平衡後,氣體的體積變為 V0/2V_0/2、溫度變為 4T04T_0,則此時氣體分子的方均根速率為何?
進行「載流導線的磁效應」的示範實驗時,將導線連接可變電阻及電源後,卻沒有看到指北針的指針偏轉,下列使用三用電表檢修該實驗電路的方式,何者不正確
某城市的輕軌電車自上方電線引電,其引電構造側視圖,如圖5所示,電線連接直流高壓電源,在空中沿水平延伸,可視為一載流長直導線。若電線離地面 3m\ce{3m} 且電流為 150A\ce{150A},為探討電線的高電流產生的磁場是否對行人有害,試計算在其正下方 1.5m\ce{1.5m} 處所產生磁場的量值,約為該處地球磁場的幾倍?(該處的地球磁場約 0.5×10X4 T\ce{0.5\times 10^{-4} T},磁導率約 4π×10X7 T m/A\ce{4 \pi \times 10^{-7} T \cdot m/A}image.png
有一雙狹縫裝置,其狹縫間距為 dd,屏幕與雙狹縫平行、距離為 LL,以一束綠色雷射光經空氣垂直射入雙狹縫,在屏幕上相鄰兩亮紋間距為 x1x_1。若改在平靜的水中進行上述實驗,其餘條件皆相同,在屏幕上相鄰兩亮紋間距為 x2x_2,則 x2/x1x_2/x_1 之值為何?(已知水的折射率為 4/34/3
兩塊完全相同的直角三角形玻璃塊,將其中一塊倒置,使其斜面互相平行,且兩平行斜面間的灰色區域填入某種均勻透明介質,如圖6所示。以一道雷射光束由左方垂直入射,若不考慮所有的反射光線,則右方哪些線條是可能的折射光線?image.png
長笛與單簧管為常見的管樂器,長笛的管柱兩端皆為開口,單簧管的管柱一端封閉而另一端開口。吹奏時,透過按壓管柱的音孔,可改變管內空氣柱長度,當吹氣通過簧片或管口產生聲音的頻率與空氣柱振動頻率相同時,會發生共振並在管內空氣柱形成駐波。若忽略聲音駐波的管口修正量,當長笛吹奏出基音的頻率與單簧管第一泛音的頻率相同時,此時長笛空氣柱長度為單簧管空氣柱長度的幾倍?
已知氫原子的能階公式為 En=13.6 /n2 eVE_{n}=-13.6\ /n^{2}\mathrm{~eV},其中 nn 為主量子數。一個動能為 12.3eV\ce{12.3 eV} 的電子與基態的氫原子發生碰撞,下列何者可能為激發後的氫原子所發出的光子能量?
核反應:甲→乙+丙,產生的乙、丙粒子垂直經過出紙面方向的均勻磁場之軌跡紀錄,如圖7所示。若忽略重力與空氣阻力,已知乙、丙的 電量大小相同,且對應軌跡的圓弧半徑比 R:R=5:3R_乙:R_丙=5:3,則甲、乙、丙三粒子動量的量值比 p:p:pp_甲:p_乙:p_丙 為何?image.png
實驗室常因應用上的需要而自行設計分壓器。圖8為以兩串聯電阻 R1R_1R2R_2 和一電壓源 VinV_in 組成分壓器的電路,其中 R1=75ΩR_1=75\OmegaVin=100VV_{in}=100V,若負載 RLR_L 的電壓 VoutV_{out}25V25V,且流經 RLR_L 的電流為 900mA\ce{900 mA},則 R2R_2 的電阻值為何?image.png
水平面上有一圓盤半徑為 RR,圓盤邊緣放置一質點,圓盤和質點一起繞圓盤中心旋轉,如圖9所示,若圓盤角速度超過 ω\omega 時,質點就會脫離圓盤。設重力加速度為 gg,當質點和圓盤一起旋轉時,下列敘述何者正確?image.png
蘇花公路山區改善路段(簡稱蘇花改)已全線通車,包含隧道內的部分路段,行車最高速限於 20202020662020 日正式調整至 7070 公里/小時。目前的科技,可以在長隧道內每隔一段區間建置一個具有自動化設備的偵測點,以兩固定點間之平均速率偵測是否超速。有一輛汽車駛入一長直隧道內,隧道內某段區間的兩偵測點間距離為 4.24.2 公里,該車之車尾通過第一個偵測點時的速率為 6666 公里/小時,汽車以等加速運動行駛 3636 秒後速率達到 7474 公里/小時,接著以等速率行駛 6060 秒,然後以等減速運動行駛。為使汽車在兩偵測點間之平均速率不超過最高速限 7070 公里/小時,該車之車尾通過第二個偵測點時的最高速率為何?
籃球比賽中,進攻球隊的當家射手運球在三分線外,突然急停跳投,以與水平 面夾角 θ\thetacosθ=45\cos\theta={\dfrac{4}{5}})的仰角、初速 v0=9.00m/sv_0=9.00 \mathrm{m/s} 將籃球投出,並通過籃框中心入網,已知籃框距離水平地面的高度 H=3.05mH=3.05 \mathrm{m},籃球被投出時,距離地面高度 hh 、與籃框中心點的水平距離 d=7.20md=7.20\mathrm{m},若將籃球視為質點,且忽略籃球的旋轉與 空氣阻力,則下列有關籃球運動狀態的描述哪些正確?(重力加速度 g=10.0m/s2g=10.0\mathrm{m/s^2}
下列有關聲波的敘述,哪些正確?
智慧型手機的照相裝置主要包括兩部分:鏡頭透鏡和位於成像平面的感光元件。為了使遠近不同的物體均能成像於感光元件上,透鏡和感光元件之間的距離,需靠手機的自動控制機件,使其在 4.0mm\ce{4.0mm}4.5mm\ce{4.5mm} 之間變動。已知照相裝置可以將無窮遠處的物體透過透鏡成像於感光元件上,若鏡頭透鏡可視為單一薄透鏡,且透鏡的焦距固定,則下列敘述哪些正確?
高速鐵路列車通常使用磁剎車系統。磁剎車工作原理可簡述如下:將磁鐵的 N\ce{N} 極靠近一塊正在以逆時鐘方向旋轉的圓形鋁盤,使磁力線垂直射入(以╳表示)鋁盤內,鋁盤隨即減速,如圖10所示。圖中磁鐵左方鋁盤的甲區域(虛線區域)朝磁鐵方向運動,磁鐵右方鋁盤的乙區域(虛線區域)朝離開磁鐵方向運動。下列有關鋁盤磁剎車的敘述哪些正確?image.png
題組 25-26 (10分)
兩物體碰撞並與彈簧作用的運動:
大小相同的甲、乙兩個均勻物體,質量分別為 3m\ce{3m}m\ce{m}。甲物體自靜止沿固定於地面的光滑曲面下滑後,與靜止在光滑水平地面上的乙物體發生正面彈性碰撞,如圖11所示。若甲物體的質心下降高度為 hh,重力加速度為 gg,則碰撞後瞬間,甲、乙兩物體的速率各為多少? v=v^{\prime}_甲=    v=~~~v^{\prime}_乙= (以 mmgghh 表示)
承第1小題,碰撞後隔一段時間,當甲、乙兩物體相距 rr 時,乙物體恰正向接觸前方一處於自然長度、力常數為 kk、右端固定於牆壁之理想彈簧(其質量可忽略不計),如圖12所示。乙物體壓縮彈簧後反彈,當作簡諧運動的彈簧第一次恢復至原自然長度時,乙物體恰與甲物體發生第二次碰撞。
image.png 乙物體剛接觸彈簧時,甲、乙兩物體間的距離 rr 為何? (以 mmgghhkk 表示)(3分)
在乙物體與甲物體發生第二次碰撞前,從彈簧開始接觸乙物體至彈簧到達最大壓縮量時,彈力對乙物體所作的功 與最大壓縮量之值 各為何?(以 mmgghhkk 表示)(3分)
題組 27-30 (10分)
物理老師在課堂介紹平行板的等電位線與電場,同學為探討其他形狀電極等電位線與電場的分布情形,向實驗室借用到 33 個圓柱形金屬電極(圓柱直徑 33 公分、高度 55 公分)、11 條長條形金屬電極(長、寬、高各為 3030 公分、33 公分、55 公分)、22 組金屬探針、11 台直流電源供應器( 00 ~ 1515 V)、數條導線、數張方格紙,欲進行「等電位線與電場」的實驗。
除上述所列,尚需要哪些必要的實驗器材,才能完成等電位線與電場的實驗?(列出至少兩項器材名稱)。
實驗器材架設完畢後,寫出如何以金屬探針量測得到等電位線,並說明如何繪出電力線的方法。
若兩圓柱形金屬電極相距 2020 公分,左邊圓柱為正極、右邊圓柱為負極(相對位置的俯視圖,如圖13所示),畫出兩圓柱形金屬電極四周的等電位線與電力線的分布情形(以虛線代表等電位線,以實線代表電力線)。
根據平行板電極與圓柱電極的實驗,推論並畫出一個圓柱形與一條長條形金屬電 極之間的電力線分布情形(圓柱形與長條形金屬電極相距 2020 公分,左邊長條形金 屬為正極、右邊圓柱形金屬為負極,相對位置的俯視圖,如圖14所示)。