1.基礎公車緊急煞車時,站立的乘客會向前傾倒。這個現象最適合用下列何者解釋?
測驗重點:慣性現象
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正確答案:(B) 慣性定律——乘客的身體傾向保持原有的運動狀態
煞車時車子減速,但乘客身體因「慣性」仍保持原來的速度前進,故相對於車子向前傾。慣性是物體維持原運動狀態的性質(牛頓第一定律),質量越大慣性越大。故選(B)。
力的作用、牛頓三大運動定律、壓力與浮力
力能改變物體的形狀或運動狀態,單位為牛頓(N)。牛頓第一定律(慣性定律):不受力或合力為零時,靜者恆靜、動者沿直線等速運動——物體有維持原運動狀態的慣性。第二定律:F=ma,合力使物體產生加速度,力越大加速度越大、質量越大加速度越小。第三定律(作用與反作用):施力必有反作用力,大小相等、方向相反、作用在「不同物體」上。壓力 P=F/A(同力下受力面積越小壓力越大);液體壓力隨深度增加。浮力=物體排開液體的重量(阿基米德原理):物體密度小於液體則浮、大於則沉。
國中教育會考出題趨勢:會考必考:①「合力為零」對應「靜止或等速直線運動」的判斷;②慣性現象的解釋(煞車前傾);③作用反作用力與平衡力的區別(前者不同物體、後者同一物體);④浮力計算與浮沉判斷(密度比較法)。F=ma 的簡單計算與圖表題(速度-時間圖)也是常客。
「作用反作用」vs「兩力平衡」是最經典的混淆組:書放桌上,「書的重量」與「桌面對書的支撐力」是平衡力(都作用在書上,合力為零);而「書壓桌面的力」與「桌面撐書的力」才是作用反作用(分別作用在桌與書上)。判別口訣:「同物平衡、異物反作用」。會考題會畫出四個力要求配對,先問「這個力作用在誰身上」就能分類。
等速直線運動「不需要力來維持」是牛頓力學對直覺的顛覆:日常經驗中推車停止推就慢下來,讓人誤以為「運動需要力維持」——其實是摩擦力使車減速。若無摩擦(太空中),物體會永遠等速前進。「力改變運動狀態,而非維持運動狀態」,這是第一定律的精髓,也是會考觀念題的最愛:「等速行駛的汽車,引擎的推力與阻力的關係?」答案:大小相等(合力為零)。
浮力解題的兩條路線:①沉在水底的物體:浮力=ρ液×V物×g(排開的體積=物體全體積),此時視重=實重-浮力;②漂浮的物體:浮力=物重(力平衡),排開體積=物重/(ρ液×g)<物體體積。先判斷「沉或浮」再選公式,是計算題的第一步。經典應用:死海密度大所以人易浮、輪船用鋼鐵做卻能浮(中空使平均密度小於水)。
測驗重點:慣性現象
正確答案:(B) 慣性定律——乘客的身體傾向保持原有的運動狀態
煞車時車子減速,但乘客身體因「慣性」仍保持原來的速度前進,故相對於車子向前傾。慣性是物體維持原運動狀態的性質(牛頓第一定律),質量越大慣性越大。故選(B)。
測驗重點:合力為零的意義
正確答案:(B) 推力等於阻力,合力為零
等速直線運動表示「合力為零」——推力與阻力大小相等、方向相反。「力維持運動」是直覺誤解:力改變運動狀態,等速前進不需要淨力。(A) 推力大於阻力時車子會「加速」而非等速。故選(B)。
測驗重點:作用反作用 vs 平衡力
正確答案:(B) 書壓桌面的力與桌面對書的支撐力
作用反作用的判準:同大、反向、作用在「不同物體」。書壓桌(作用在桌)與桌撐書(作用在書)互為作用反作用。(A) 兩力都作用在「書」上,是平衡力。口訣:「同物平衡、異物反作用」。故選(B)。
測驗重點:浮力與密度
正確答案:(B) 木頭的密度為 0.75 g/cm³
漂浮時浮力=重量(力平衡),故(C)錯。露出 1/4 表示沒入水中 3/4,排開水的體積為木頭的 3/4,(D)錯。由浮力公式:ρ水×(3/4)V×g=ρ木×V×g,得 ρ木=(3/4)×1=0.75 g/cm³。漂浮物體「沒入比例=密度比」是快速解法。故選(B)。