1.基礎一輛汽車由靜止出發,以 2 m/s² 的等加速度直線前進,經過 5 秒後,汽車的速度與位移分別為何?
測驗重點:等加速運動計算
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正確答案:(A) 10 m/s、25 m
v=v₀+at=0+2×5=10 m/s;s=v₀t+½at²=0+½×2×25=25 m,故選(A)。由靜止出發(v₀=0)是題目常見的簡化條件,代公式即可。
等加速運動、力與運動、自由落體
描述運動的物理量:位移(向量)、速度 v=位移/時間、加速度 a=速度變化/時間。等加速度運動三公式:v=v₀+at、s=v₀t+½at²、v²=v₀²+2as。自由落體是初速為零、加速度 g≈9.8 m/s² 的等加速運動。牛頓第一定律(慣性定律):不受淨力時,靜者恆靜、動者維持等速直線運動。牛頓第二定律:F=ma,淨力與加速度同方向。牛頓第三定律:作用力與反作用力大小相等、方向相反、作用在『不同』物體上,故不能相消。等速率圓周運動中,向心力指向圓心,速度方向沿切線不斷改變,故為加速度運動。
大學學科能力測驗出題趨勢:學測重點:v-t 圖判讀(斜率與面積的物理意義)、F=ma 的淨力分析(含摩擦力)、作用反作用力與平衡二力的區辨、自由落體與斜拋的獨立性原理。常見陷阱:作用力與反作用力作用在不同物體上,與『同一物體上的平衡二力』完全不同。
圖形判讀是學測物理的核心素養:x-t 圖中曲線的切線斜率是瞬時速度,斜率漸增代表加速;v-t 圖中,圖線下的面積(含正負)是位移,斜率是加速度。給一段先加速、後等速、再減速的捷運行車 v-t 圖,求總位移或平均速度,是最典型的學測題。
淨力思維是牛頓力學的關鍵:電梯內體重計讀數問題——電梯等速上升時讀數=體重(淨力為零);加速上升時讀數大於體重(向上淨力);加速下降時讀數小於體重;纜繩斷裂自由落下時讀數為零(失重)。這一系列情境完整測驗 F=ma 的理解。
伽利略的斜面實驗與思想實驗是科學方法的典範:他以斜面『稀釋』重力加速度以便測量,並推想完全光滑的水平面上物體將永遠等速運動——這直接啟發牛頓第一定律,推翻亞里斯多德『力是維持運動的原因』的千年觀念。科學史與素養題常考此脈絡。
測驗重點:等加速運動計算
正確答案:(A) 10 m/s、25 m
v=v₀+at=0+2×5=10 m/s;s=v₀t+½at²=0+½×2×25=25 m,故選(A)。由靜止出發(v₀=0)是題目常見的簡化條件,代公式即可。
測驗重點:v-t 圖判讀
正確答案:(D) 前 5 秒等加速,之後等速前進
v-t 圖的斜率代表加速度:由原點出發的正斜率直線表示速度均勻增加(等加速),轉為水平表示速度不再改變(等速),故選(D)。前 5 秒位移為圖線下三角形面積,不為零;5 秒後速度維持定值並非靜止(靜止應為 v=0 的水平線與時間軸重合)。
測驗重點:牛頓第二定律
正確答案:(A) 向東 3 m/s²
淨力=10−4=6 牛頓(向東),依 F=ma,a=6/2=3 m/s²,方向與淨力相同向東,故選(A)。牛頓第二定律中的 F 必須是『合力』,先求淨力再代入是解題關鍵。
測驗重點:作用力與反作用力
正確答案:(B) 兩者是作用在同一物體上的平衡二力
重力與正向力都作用在『書』這同一個物體上,使書保持靜止,屬於平衡二力,故選(B)。作用力與反作用力必須作用在『不同』物體上:書所受重力的反作用力是『書吸引地球的力』;桌面推書的正向力,其反作用力是『書壓桌面的力』。這是學測最經典的觀念陷阱題。