一質量可忽略的理想彈簧左端固定於牆上,其力常數為 k,如圖15所示。一質量為 m 的木塊,以初速率 v 向左滑行於水平面上,在正面擠壓彈簧後與彈簧保持接觸,直到被向右彈回,兩者分離。已知彈簧壓縮量為 x 時,其彈簧位能 U = ½kx²,而木塊與彈簧系統的力學能,定義為木塊動能與彈簧位能的總和。依據上述資料,回答下列44-45題。
若木塊與水平面間沒有摩擦力,則木塊與彈簧系統的力學能守恆。在沒有摩擦力的假設下,下列敘述哪些正確?(應選3項)
(A) 彈簧最大壓縮量 $x =\sqrt{\frac{m}{k}}v$
(B) 在壓縮過程中,木塊的動能守恆
(C) 木塊彈回右方起始位置時的速率為 $v$
(D) 木塊在剛開始壓縮彈簧時受力最大
(E) 彈簧被壓縮到最短時,木塊所受彈簧作用力最大
自然學測
105學測自然試題-45
當木塊與水平面間有摩擦力時,木塊與彈簧系統的力學能會持續減少。在有摩擦力的情況下,下列敘述哪些正確?(應選2項)
(A) 彈簧最大壓縮量 $x \lt\sqrt{\frac{m}{k}}v$
(B) 木塊彈回右方起始位置時速率小於 v
(C) 木塊彈回右方起始位置時速率等於 v
(D) 當彈簧的壓縮量為最大時,系統的力學能為最小
(E) 當彈簧的壓縮量為最大時,系統的力學能為最大
有摩擦力,力學能減少。(A)正確,最大壓縮時彈簧位能來自部分初始動能,故x_max減小。(B)正確,往返過程均有摩擦耗能,彈回速率小於v。(C)錯誤。(D)正確,壓縮最大時,木塊瞬間靜止,動能為0,彈簧位能為此時力學能,但之後彈簧釋放,木塊會再獲得動能,故此時刻是運動過程中力學能的一個局部極小值?嚴格來說,力學能隨時間單調減少,所以在最末狀態(木塊停止)力學能最小。但在壓縮最大時,並非全程最小,因為之後反彈回來到停止,力學能更小。所以(D)敘述不嚴謹。但通常選擇題會認為壓縮最大時,是該瞬間的力學能值,而力學能是一直在減少的,所以壓縮最大時的力學能大於最終停止時的力學能。故(D)可能不算正確。(E)錯誤,初始時力學能最大。因此正確選項為(A)(B)。答案:(A)(B) 報錯
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105學測自然試題-46
質量為50 kg的某生站在電梯內的體重計上,電梯原靜止於第一樓層,電梯起動後最初10 s體重計的讀數均為60 kgw,之後20 s體重計的讀數均為45 kgw。若取重力加速度為10 m/s²,則電梯經過30 s的位移為多少m?
(A) 100 (B) 150 (C) 200 (D) 250 (E) 300
體重計讀數反映視重N。質量m=50 kg。重力mg=500 N。
0~10 s: N=60 kgw = 600 N > mg,超重,加速度a₁向上。N - mg = ma₁, 600-500=50a₁, a₁=2 m/s²向上。初速0,位移s₁=0*10 + ½*2*10²=100 m,末速v₁=0+2*10=20 m/s向上。
10~30 s: N=45 kgw = 450 N < mg,失重,加速度a₂向下。mg - N = ma₂, 500-450=50a₂, a₂=1 m/s²向下。時間Δt=20 s。位移s₂ = v₁Δt + ½a₂Δt² = 20*20 + ½*(-1)*20² = 400 - 200 = 200 m。總位移s = s₁ + s₂ = 100 + 200 = 300 m。答案:(E) 報錯
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105學測自然試題-47
105學測自然試題-48
現有X, Y, Z, W, T, Q六種元素,其相關敘述如下:
X和Y均為第三週期的元素,其價電子數分別為2和7;Z, W, T均為第二週期元素,其價電子數依序為4,5,6;Q為第一週期的元素。根據以上資訊回答下列問題。
試問X與Y所形成之化合物的敘述,何者錯誤?
(A)此化合物中X與Y之間的鍵結屬於離子鍵
(B)此化合物易溶於水
(C)將此化合物加熱成熔融態,則可導電
(D)此化合物具有延展性
(E)此化合物之化學式可以XY₂表示
105學測自然試題-49
下列化學式代表由這些元素所形成的分子,其中哪一個分子的路易斯結構不具有孤電子對?
(A) QY (B) ZQ₄ (C) WQ₃ (D) ZT₂ (E) T₂
105學測自然試題-50
105學測自然試題-51
王同學進行基礎化學(二)化學電池的實驗,取4個燒杯,配製了4種溶液並置入4種不同的電極,構成甲、乙、丙、丁4種半電池(單電池)如表3所示:
| 半電池 | 溶液(1M) | 溶液顏色 | 電極 |
| 甲 | 硫酸鋅 | 無色 | 鋅片 |
| 乙 | 硫酸鎳(Ⅱ) | 綠色 | 鎳片 |
| 丙 | 硫酸銅 | 藍色 | 銅片 |
| 丁 | 硝酸銀 | 無色 | 碳棒 |
上課時,張老師先解釋化學電池的原理:化學電池的陽極就是負極,可釋出電子;陰極就是正極,可接受電子。此外,四種金屬釋出電子的傾向大小依序為鋅>鎳>銅>銀。圖17是鎳銅電池的簡易裝置。圖中,鎳片置於負極,銅片置於正極,三用電表顯示約0.57V,此鎳銅電池的淨反應如下:
\[ \text{Ni(s)} + \text{Cu}^{2+} (aq) \rightarrow \text{Ni}^{2+} (aq) + \text{Cu(s)} \]
下列關於王同學所進行的實驗,哪些敘述正確?(應選3項)
(A)隨著反應式(1)的進行,右燒杯中硫酸銅的藍色會變淺
(B)隨著反應式(1)的進行,左燒杯中硫酸鎳(Ⅱ)的綠色會變淺
(C)若圖中燒杯的溶液不變,將電極片清洗後,交換電極片位置,則三用電表同樣可顯示約0.57V
(D)若將鎳銅電池的裝置改為鋅銅電池,則三用電表的讀數會大於0.57V
(E)表3的丁半電池可使用碳棒來取代銀片,同理,鎳銅電池的銅片亦可使用碳棒來取代
(A)正確,Cu²⁺被還原為Cu,濃度下降,藍色變淺。
(B)錯誤,Ni被氧化為Ni²⁺,綠色變深。
(C)錯誤,交換電極位置會改變電壓極性,讀數大小相同但符號相反(若電表有方向性則顯示負值或反向)。
(D)正確,Zn還原力大於Ni,Zn-Cu電池電位差大於Ni-Cu電池。
(E)錯誤,丁半電池(Ag⁺/Ag)中,Ag⁺可在碳棒表面還原析出Ag,故碳棒可作惰性電極。但鎳銅電池中,若銅片換成碳棒,Cu²⁺無法在碳棒上直接還原析出銅(除非碳棒表面已鍍銅),通常需金屬電極。故(E)不完全正確。答案:(A)(D) 但題目要求選3項。檢查(E):「表3的丁半電池可使用碳棒來取代銀片」正確,因Ag⁺/Ag反應可在惰性電極進行。「同理,鎳銅電池的銅片亦可使用碳棒來取代」不正確,因Cu²⁺/Cu反應通常需銅電極。故(E)整體錯誤。因此正確選項為(A)(D)以及?可能(C)若忽略方向,讀數大小相同,但電表接反可能顯示負值或0,故(C)不嚴謹。可能(B)是錯誤的。重新審視選項,可能(A)(D)和另一個。檢查電池電位:Zn>Ni>Cu>Ag,故Zn-Cu電位>Ni-Cu電位,(D)正確。可能(E)的前半正確,但後半錯誤,故整體錯誤。因此正確選項只有(A)(D)兩項?但題目說應選3項。可能(C)在忽略極性下,讀數大小相同,視為正確。故答案為(A)(C)(D)。答案:(A)(C)(D) 報錯
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105學測自然試題-52
由甲、乙、丙、丁的4種半電池,以圖17的方式連結兩半電池時,其可構成幾種電流方向與鎳銅電池相同的電池?(不含鎳銅電池)
(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5

