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110指考物理分科考科_05

甲、乙兩計時器原來置於地球表面計時,甲計時器以在鉛垂面作小角度左右擺動的單擺週期,作為計時基準;乙計時器利用彈簧讓重物在光滑水平面上振動,以其週期作為計時基準。現將兩計時器移至另一星球表面,該星球表面的重力加速度量值為地球表面的4倍,則下列有關甲計時器擺動週期 \( T_{\text{甲}} \) 和乙計時器振動週期 \( T_{\text{乙}} \) 的敘述何者正確?(忽略空氣阻力)
(A) \( T_{\text{甲}} \cdot T_{\text{乙}} \) 均變為原來的4倍
(B) \( T_{\text{甲}} \cdot T_{\text{乙}} \) 均變為原來的1/2
(C) \( T_{\text{甲}} \) 變為原來的2倍,\( T_{\text{乙}} \) 不變
(D) \( T_{\text{甲}} \) 變為原來的1/2,\( T_{\text{乙}} \) 不變
(E) \( T_{\text{甲}} \cdot T_{\text{乙}} \) 均不變。

答案

略解:單擺週期 \( T_{\text{甲}} = 2\pi \sqrt{\frac{\ell}{g}} \),g 變 4 倍,週期變 \( \frac{1}{2} \) 倍。
彈簧振子週期 \( T_{\text{乙}} = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}} \),與 g 無關,故不變。
答案:D 報錯
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111物理分科測驗–06

一樂器上張緊的弦兩端固定,其基音頻率 \( f_o = 252 \) Hz。若在張力不變下,按住此弦的中點,則彈奏此弦時發出基音 \( f_o’ \) 為 \( f_o \) 的多少倍?
(A)0.25
(B)0.5
(C)1
(D)2
(E)4

答案

兩端固定弦基音頻率 \( f = \frac{v}{2L} \)。按住中點,可振動長度減半,頻率變為2倍,故選(D)。 報錯
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111物理分科測驗–08

有一項理論認為所有比鐵重的元素都是超新星爆炸時形成的。已知 \( ^{235}U \) 和 \( ^{238}U \) 的半衰期分別為 0.704×10\(^9\) 年和 4.47×10\(^9\) 年,若地球上的鈾來自 5.94×10\(^9\) 年前的恆星爆炸,且爆炸時產生相同數量的 \( ^{235}U \) 和 \( ^{238}U \),則目前地球上兩者的數量比 \( ^{235}U \) 約為下列何者?
(A) \( 2^{-9} \)
(B) \( 2^{-7} \)
(C) \( 2^{-5} \)
(D) \( 2^{-3} \)
(E) \( 2^{-1} \)

答案

\( N = N_0 (\frac{1}{2})^{t/T} \)。\( \frac{N_{235}}{N_{238}} = (\frac{1}{2})^{5.94/0.704} / (\frac{1}{2})^{5.94/4.47} = (\frac{1}{2})^{8.44 - 1.33} = (\frac{1}{2})^{7.11} \approx 2^{-7} \),選(B)。 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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113物理分科測驗10

在某石灰岩洞中可聽到規律的滴水聲,其間隔固定為 3.0s,每滴水都恰落在半徑為 0.22m 的圓形水盆中央,激起一圈圈週期性漣漪向外傳播。若在第二滴水落入水面時,第一滴水激起的第一圈漣漪傳播到盆邊反射回來,在距盆邊 0.02m 處和第一滴水激起的第二圈漣漪相會,形成建設性干涉,則漣漪的頻率約是多少?
(A)1.5Hz (B)2.0Hz (C)2.5Hz (D)3.1Hz (E)5.0Hz

答案

第一漣漪反射後走 \(0.22 + 0.02 = 0.24 \text{m}\) 用時3s,波速 \(v = 0.08 \text{m/s}\)。建設性干涉時波程差為波長 \(\lambda = 0.04 \text{m}\),故 \(f = \frac{v}{\lambda} = 2 \text{Hz}\)。故選(B)。答案:B 報錯
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114物理分科測驗05

某生比較太陽系中行星與其最大衛星的資料,相關資料如表一,表中的衛星皆可視為繞其行星作等速圓周運動。

行星 行星質量 (kg) 最大衛星 衛星質量 (kg) 衛星繞行星週期 (day) 衛星與行星平均距離 (km)
地球 \( 6.0 \times 10^{24} \) 月球 \( 7.4 \times 10^{22} \) 約為28 \( 3.6 \times 10^{5} \)
土星 ? 泰坦衛星 \( 1.3 \times 10^{23} \) 約為14 \( 1.2 \times 10^{6} \)

試估算土星的質量約為多少 kg?
(A) \( 10^{23} \) (B) \( 10^{25} \) (C) \( 10^{27} \) (D) \( 10^{29} \) (E) \( 10^{31} \)

答案

由 \( T = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{GM}} \) 得 \( M \propto \frac{r^3}{T^2} \)。地球與土星衛星參數比較得 \( \frac{M_{\text{地球}}}{M_{\text{土星}}} = \frac{27}{4000} \),代入地球質量得 \( M_{\text{土星}} \approx 10^{27} \, \text{kg} \)。
答案:C 報錯
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114物理分科測驗06

小角度的單擺擺動可視為簡諧運動。一個擺長0.20m的單擺作小角度的左右來回擺動,當擺鐘由左向右經過平衡位置時開始計時,經過1.5s後,下列關於單擺運動狀況的敘述何者正確?(取重力加速度為9.8m/s²)
(A)擺鐘向左運動且速率增加 (B)擺鐘向左運動且速率減少
(C)擺鐘向右運動且速率減少 (D)擺鐘向右運動且速率增加
(E)擺鐘向左作等速運動

答案

週期 \( T = 2\pi \sqrt{\frac{0.2}{9.8}} \approx 0.9 \, \text{s} \)。1.5s約1.67週期,已過平衡點向左運動,速率減少。
答案:B 報錯
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114學測自然考科22

[題組:第22題到第23題]
搭載火星探測器的太空船,加速脫離地球引力後,以等速飛行一段距離,然後減速準備登陸火星,過程中太空船持續遠離地球,歷經約200天的飛行抵達火星。從火星以電磁波傳訊到地球,約需10分鐘才能收到訊號。太空船飛行過程持續向地球傳送電磁波,用以監測飛行速度。依據以上資料,回答下列問題。
假設太空船飛行的距離與從火星傳訊到地球的距離大致相同,則該太空船的平均飛行速率約為多少?(真空中的光速約為\(3\times10^8\) m/s)
(A) 10 m/s
(B) \(10^{2}\) m/s
(C) \(10^{4}\) m/s
(D) \(10^{6}\) m/s
(E) \(10^{8}\) m/s

答案

距離\(s=3\times10^8\times10\times60=1.8\times10^{11}\)m。
時間\(t=200\times24\times3600=1.728\times10^{7}\)s。
速率\(v=\frac{1.8\times10^{11}}{1.728\times10^{7}}\approx1.0\times10^{4}\)m/s。
答案:(C) 報錯
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107學測自然試題-65

64-65為題組
由於月球繞行地球的軌道並非正圓形,所以在一個公轉週期中有一個近地點及一個遠地點。假設1月16日早上10時月球行經遠地點,月球該年應於下列哪些日期經過近地點?(應選 2 項)
(A) 1月2日 (B) 1月31日 (C) 2月12日 (D) 2月14日 (E) 2月26日

答案

月球近地點週期約27.55天。1月16日遠地點,前一次近地點約1月16日-13.78天≈1月2日;後一次近地點約1月16日+13.78天≈1月30日。考慮月相週期29.53天影響,選 (A) 和 (B)。故選 (A)(B)。 報錯
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106學測自然試題-19

研究人員在重建地球環境隨時間演變的歷史研究時,可以從很多材料中找尋相關紀錄。下列哪一選項的材料是最難獲得與時間演變相關的資料?
(A)塊狀石英 (B)樹木年輪 (C)珊瑚化石 (D)極區冰層 (E)沉積岩層

答案

塊狀石英為火成岩,形成後變化少,難提供連續時間序列。其他選項皆有明顯時間層序。故選 (A)。 報錯
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