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105學測自然試題-41


<單選題>一物體的動量定義為質量與速度的乘積。假設甲、乙兩物體的質量分別為 \( m \) 與 \( m’ \),此兩物體於 \( \Delta t \) 時段內發生正面碰撞,碰撞前後的速度變化量分別為 \( \Delta v \) 與 \( \Delta v’ \)。依據牛頓第二運動定律,在 \( \Delta t \) 時段內甲、乙的平均受力 \( F \) 與 \( F’ \) 分別為 \( F = m \frac{\Delta v}{\Delta t} \) 與 \( F’ = m’ \frac{\Delta v’}{\Delta t} \),而根據牛頓第三運動定律 \( F = -F’ \),故可得 \( m\Delta v + m’\Delta v’ = 0 \),此即為「動量守恆律」。依據前述牛頓運動定律、動量守恆律,以及外力所作的功等於物體動能變化量的定理,回答下列41-43題有關碰撞的問題。
以高速攝影機拍攝一質量為50 g之網球撞擊牆面的過程,所得到的球中心速度 v 對時間 t 的變化如圖12所示,則在撞擊牆面的過程中,網球受到牆面平均作用力的量值,最接近下列何者?
(A) 0.02N (B) 0.2N (C) 2N (D) 20N (E) 200N

答案

質量m=0.05 kg。由圖12,撞擊時間Δt約0.005 s,速度變化量Δv約20 m/s (假設由20 m/s反向為-20 m/s,變化40 m/s,需看圖確認。若圖中速度從正變到負,變化量約40 m/s)。平均力F = mΔv/Δt = 0.05 * 40 / 0.005 = 2 / 0.005 = 400 N。但選項中無400N,可能圖中速度變化量較小。若Δv=20 m/s,則F=0.05*20/0.005=1/0.005=200 N。選(E) 200N。答案:(E) 報錯
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