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國中 理化 b5 功與功率
大逼兜

謝謝!但第三題還是不太明白

需要討論什麼答案嗎

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題 1(小球由 a 點滑到 b 點,質量
m
=
10

k
g
m=10 kg,圖上
a
a 高
30

c
m
30 cm、
b
b 高
20

c
m
20 cm,且小球由 a 下滑到 b 後立刻返回)
先整理已知:

h
a
=
0.30

m
,

h
b
=
0.20

m
h
a

=0.30 m, h
b

=0.20 m

m
=
10

k
g
,

g
=
10

m
/
s
2
m=10 kg, g=10 m/s
2

小球由靜止從 a 下滑,滑到 b 時又瞬間停下(題目說到 b 後隨即返回),所以
v
a
=
0
,
  
v
b
=
0
v
a

=0,v
b

=0。

(1) 重力做功(從 a 到 b)
重力作功 =
W
g
=
m
g
(
h
a

h
b
)
W
g

=mg(h
a

−h
b

)

W
g
=
10
×
10
×
(
0.30

0.20
)
=
10

J
.
W
g

=10×10×(0.30−0.20)=10 J.
(2) 動能變化
Δ
K
=
1
2
m
v
b
2

1
2
m
v
a
2
=
0

0
=
0
ΔK=
2
1

mv
b
2


2
1

mv
a
2

=0−0=0.

(3) 非保守力(摩擦)做功
能量守恆(含非保守力):

W
g
+
W
摩擦
=
Δ
K
W
g

+W
摩擦

=ΔK
代入:

10
+
W
摩擦
=
0

W
摩擦
=

10

J
.
10+W
摩擦

=0⇒W
摩擦

=−10 J.
檢視選項(用上面計算說明)
(A) 「位能減少等於動能增加」:錯。位能減少 10 J,但動能並沒有增加(從 0 到 0),所以不成立(因為有摩擦消耗能量)。

(B) 「重力作功為 50 J」:錯,實際是
10

J
10 J。

(C) 「水平移動時重力和摩擦力都不做功」:錯。重力在水平位移上不做功,但摩擦對水平移動會做功(若有摩擦力);敘述不正確。

(D) 「摩擦力作功為

10

J
−10 J」:正確,如上計算。

→ 題 1 正確答案:D。

題 2(用定時閃光拍攝一個單擺擺鐘的運動,哪一個圖序列是正確的?)
定時閃光在固定時間間隔拍攝單擺的位置。單擺運動(若有阻尼,幅度會逐漸減小)有兩個重要觀察點:

速度在擺球經過中垂位置(最低點)時最大,所以相鄰兩張影像的距離(位置間隔)在中間應該最遠(移動量最大)。

在兩側轉折點(振幅最大處)速度接近 0,相鄰影像應該最密集(位置變化小)。

若有阻尼,隨時間兩側轉折點會逐漸靠近中心(整體幅度逐漸變小),但上述速度-位置關係仍成立。

看選項圖形(A、B、C、D):

正確的序列應該是:左右對稱、兩端點的影像間距較小、靠近中間的影像間距較大,並且如果有阻尼振幅逐漸縮小,兩側轉折點之位置會慢慢靠中間。

根據圖中每個選項的間隔分佈(距離在中間最大、兩端最密的)(B) 是符合單擺(有阻尼)且用定時閃光拍攝的典型點列。

→ 題 2 正確答案:B。

(解析重點:固定時間間隔拍攝 → 速度大時點間距大;速度小時點間距小;擺動兩側點應密,中間點稀。)

題 3~5(如圖:甲、乙、丙 三個光滑無摩擦斜面,長度分別
4

m
,

3

m
,

2

m
4 m, 3 m, 2 m,同一金屬球由斜面頂端靜止下滑到斜面底部)
重要前提:三個斜面底端在同一水平面上,且頂端高度相同(由圖看出是同一起點垂直高度相同),且「光滑無摩擦」——所以只有重力在做功(保守力)。

題 4:由哪一個斜面滑到底部瞬間的速度最大?
無摩擦時,滑到底的速率僅由高度差決定(能量守恆:
m
g
h
=
1
2
m
v
2
mgh=
2
1

mv
2
),三者高度相同 → 最終速度相同(不依路徑長短)。
→ 答案:三者相同(選 D)。

題 5:由哪一個斜面滑到底部,重力作功最大?
重力作功等於
m
g
Δ
h
mgΔh,三者垂直高度相同 → 做功相同。
→ 答案:三者相同(選 D)。

題 6:由哪一個斜面滑到底部,重力作功的平均功率最大?
平均功率
P
avg
=
W
Δ
t
=
m
g
Δ
h
t
P
avg

=
Δt
W

=
t
mgΔh

m
g
Δ
h
mgΔh 對三者相同,故比較就是比較所需時間
t
t;時間愈短,平均功率愈大。

在無摩擦情形下,路徑最短(斜面最陡)的滑下所需時間通常最短 → 丙(長度 2 m,最陡)到達底部所需時間最短,故平均功率最大。
→ 答案:丙(選 C)。

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