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112物理分科測驗–05

某生設計了一個不需使用計時器而可量測重力加速度的實驗。他選用了一個彈力常數為 \(k\),自然長度為 \(l\),繁有質量為 \(m\) 之質點的彈簧,使其作水平面之簡諧運動。再以一個擺長為 \(L\),擺鐘不計體積,質量為 \(M\) 的單擺,調整其擺長 \(L\),使兩個系統之簡諧運動的週期相同,則其所測得的重力加速度量值為何?
(A) \(\frac{lM}{k}\)
(B) \(\frac{Lm}{k}\)
(C) \(\frac{LM}{k}\)
(D) \(\frac{lk}{M}\)
(E) \(\frac{Lk}{m}\)

答案

彈簧週期 \( T_s = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}} \),單擺週期 \( T_p = 2\pi\sqrt{\frac{L}{g}} \)。令 \( T_s = T_p \) 得 \( \sqrt{\frac{m}{k}} = \sqrt{\frac{L}{g}} \Rightarrow g = \frac{Lk}{m} \),選(E)。 報錯
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113物理分科測驗09

2024年4月3日花蓮發生規模7.2的地震,台北101大樓僅有輕微晃動,這是由於92樓到87樓間設有以多條鋼鐵懸掛重量660公噸的球形質量塊,並以阻尼器與機板連接所構成的減振系統。原理為:可將前述減振系統視為有效擺長約為12.1m的單擺式減振系統(示意圖如圖4),並設計其振動頻率為接近大樓主結構的基頻。當風力或地震使大樓以主結構的基頻振動時,振動能量便能有效地轉移到朝相反方向移動的球形質量塊,使得阻尼器伸縮以吸收大樓的振動能量,如圖5所示。
估算101大樓主結構以基頻振動的週期約為下列何者?(可將減振系統視為理想單擺,且取重力加速度 \( g = 10 \text{m/s}^2 \) 來估算)
(A) 1.1s
(B) 5.6s
(C) 6.9s
(D) 9.8s
(E) 14.0s

答案

單擺週期 \(T = 2\pi \sqrt{\frac{L}{g}} = 2\pi \sqrt{\frac{12.1}{10}} \approx 2\pi \times 1.1 \approx 6.9 \text{s}\)。故選(C)。答案:C 報錯
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