高一,二物理学测复习讲义2010.doc

高一、二物理學測復習講義2010單元四、電與磁一、靜電1. 摩擦起電：二物體互相摩擦，一物體的微量電子轉移至另一物體上。所以二物體所帶電量相等，電性相反。2. 庫侖靜電力：3. 避雷針：利用尖端放電，降低建築物所累積的電荷，處於電中性狀態而降低閃電的發生。即使發生雷擊，強大電流也會順著避雷針而導入地底，不會對建築物產生傷害。二、交流電與直流電1. 電流：單位時間內通過某截面的電量。2. 電阻：a.金屬導體當溫度一定時，電阻為一定值3. 直流電：電壓保持一定，其電流方恆保持不變，如圖一電壓4. 交流電：電壓隨時間作週期性的變化，其電流方向以某特定頻率來回變換，如圖二時間電壓時間 圖一 圖二5. 電阻的聯結與電流的熱效應a.電流的熱效應： V3V2V1b.電阻串聯I3II1I2R3R1R2V (1)總電阻 (2)電流相等 (3)總電壓 (4)：=： (5)總功率R3R1R2I3I1I2IV1V2V3V c.電阻並聯 (1)總電阻 (2)總電流 (3)電壓相等 (4)：=： (5)總功率 d.電費計算：1度=1千瓦小時=3.6106焦耳三、磁1. 磁力線的特性a. 磁力線為一條封閉平滑曲線，由N極發出經外部到S極，再從S極經磁鐵內部回到N極。b. 任兩條磁力線絕不相交c. 磁力線上任一點之切線方向即為詃點的磁場方向d. 磁力線愈密處，磁場強度愈大2. 電流磁效應a. 安培右手定則：以右手握住導線,拇指為電流的方向、四指彎曲為磁場的方向。如直導線周圍磁場為環繞導線的同心圓b. 線圈與螺線管：用右手握著通電流的線圈，且令拇指伸直，若四指彎曲的方向與電流的方向一致時，大拇指所指的方向即為線圈內磁場的方向c. 右手開掌定則：如右圖所示，將右手手掌張開，使拇指和其餘四指互成直角；如以拇指指示導線上電流方向，其餘四指指示外在磁場方向，則垂直掌心向外之方向即為導線所受磁力之方向d. 兩平行載流長直導線間相互作用之磁力(1) 電流方向相同，則兩導線互相吸引(2) 電流方向相反，則兩導線互相排斥3. 電磁感應：當通過封閉線圈的磁力線數發生變化時，線圈上就會產生感應電流a. 感應電流的方向是使線圈所生的磁場抵抗其原來磁場的變化b. 有磁場不一定有感應電流，必須磁場發生變化才能產生感應電流4. 變壓器：當交流電源輸入時,有交流電流在原線圈上,則此磁通量便經過原線圈,引起副線圈有相同之磁通量變化。若在理想狀態下,其原線圈與副線圈的電功率相等a. 可將交流電的電壓升高或降低的裝置。直流電不能藉變壓器升高或降低電壓。b. 利用電磁感應的原理c. 電壓V與線圈匝數N成正比。 d. 若變壓器為理想變壓器，則電功率不變。 e.四、家庭用電與安全1. 電力輸送：由於發電廠每秒輸出的電能維持定值，採高電壓低電流送()，電能的損失就愈小(輸電線上所生的熱功率，R輸電線電阻為定值)2. 家庭用電a. 室外接至室內之供電系統為兩條火線(110V)，一條中性電(0V)。b. 110V電壓：接一條火線和一條中性線形成c. 220V電壓：接二條火線形成d. 火線電壓比中性線電壓時大時小，故電流方向時時變動。e. 電器的接地：利用導線將電器的金屬外殼與地面相接。如電器有漏電情形發生時，電流會經由接地線流到地面；若沒有接地電流將經人體流至地面，造成人體觸電危險。f. 短路：兩條電線未經過負載電阻而接觸在一起，此時導線上電流極大，產生大量的熱，可能產生電線走火。g. 觸電：當電流流過人體而形成通路時，會產生危險甚至致命。h. 保險絲：與電器串聯並接於火線上，當電流過大時，保險絲會因發熱而熔斷使電器成斷路狀態，以達到保護電路的功效。i. 開關必須與電器串聯並接於火線上。學測題91年1. 家電用的電磁爐，通常是根據法拉第的電磁感應原理，利用磁場使置於爐面上的鍋子出 現感應電流，再透過電流的熱效應，使鍋子產生高溫以烹煮食物。下列有關此種電磁爐 與所用鍋子的敘述，何者正確(A)電磁爐所用的鍋子必須是電的絕緣體(B)電磁爐 使用的是隨時間變化的磁場 (C)電磁爐所用的鍋子必須是熱的絕緣體(D)鍋子中出 現的感應電流必為直流電答案：(B)解析：(A)電磁爐上面所用的鍋子必須是電的良導體，當電磁爐的線圈產生隨時間而變化的磁場時，鍋子才能產生感應電流。(B)法拉第的電磁感應原理說明當通過一導體的磁場隨時間變化時，導體上產生感應電流。(C)當鍋子通過電流時，鍋子必須產生高熱才能對水加溫，故鍋子不能為熱的絕緣體。(D)電磁爐所接的電源為交流電，電磁爐線圈所產生的磁場也隨著時間做週期性的改變，故鍋子的感應電流也是交流電。2. 變壓器次級線圈的輸出電路，有些如圖一所示，與地完全絕緣，常用於醫院電器的供電系統有些則如圖二所示，以接地線與地相連，多用於一般家庭用電。小明赤腳站在地面，手指不小心碰觸到次級線圈輸出電路上一條裸露的電線。下列有關小明是否會觸電的敘述，何者正確 圖一 圖二 (A)碰觸到電線甲或乙時，均不會觸電(B)碰觸到電線丙或丁時，均會觸電 (C)只有碰 觸到電線甲時，才會觸電(D)碰觸到電線丙時，不會觸電答案：(A)解析：(1)左圖中的次級線圈與地面完全絕緣，表示次級線圈迴路並沒有任何一個地方與地面接觸，無論是甲或乙處裸露，小明接觸後類似接地，電流不可能經由地面再流回次級線圈，無法形成一個迴路，故無論接觸電線甲或乙時，均不會觸電。(2)小明接觸圖中次級線圈裸露的電線丁時，因為丁接地，小明也與地面接觸，故小明與丁之間沒有電位差，不會產生電流而觸電。(3)小明接觸右圖中次級線圈裸露的電線甲時，因為小明與地面接觸，故電流經由小明進入地面，再由丁回到次級線圈構成一迴路，而小明的身體會有電流通過而觸電。3. 下表所示為甲、乙兩種冷氣機的規格說明，其中的EER 值即能源效率比值。根據表 中資料，下列有關冷氣機規格的敘述，何者正確（應選二項）規格機種額定電壓額定頻率（單項）Hz運轉電流（A）起動電流（A）冷房能力（kcalh）總額定消耗電功率（W）EER值（kcalWh）功率因素（）安裝之保險絲規格甲110V6.73516007202.2297.7125V15A乙110V8.253520008802.2797.0125V15A (A)總額定消耗電功率完全由額定電壓與運轉電流的乘積決定，與功率因素無關 (B)以 公制之k J (仟焦耳)作為熱量的單位時，EER 值的數值會變大 (C)EER 值指的是 冷房能力與總額定消耗電功率的比值 (D)就節約能源的觀點而論，甲機種較乙 機種為優 (E)使用的保險絲，其電流規格必須大於起動電流答案：(B)(C) 解析：(A)總額定消耗電功率額定電壓運轉電流功率因素。(B)因為一卡4.186焦耳，所以EER2.22Kcal/Wh9.29KJ/Wh。(C)甲為1600/7202.22，乙為2000/8802.27 (D)就節約能源的觀點而論，若消耗相同的電能，可以有較好的冷房效果，此機種較優，即EER值（能源效率比值）較大者的機種乙為佳。(E)由表格所提供數據可判斷出保險絲的電流規格大於運轉電流即可。4. 右圖為家用110 伏特交流電的線路圖，甲、乙為插座之接線， 丙、丁為電燈之接線，乙和丁均與電壓為零之地線相接。下 列有關此電路之敘述， 何者正確（應選二項） (A)流經丙與丁之電流時大時小(B)接線丙之電壓恆為110 伏特 (C)接線乙與丁之電壓恆相等(D)接線丙之電壓恆比 丁高 (E)接線甲之電壓恆比乙高(F)電流恆由丙流向丁答案：(A)(C) 解析：交流電就是電源提供的電壓與輸出的電流會隨著時間改變方向與大小，故(B)選項中丙的電壓不是固定值。(C)選項中，因乙、丁相連接地，故其電壓恆相等為零。(D)丙的電壓介於正負110伏特之間，有時高於丁的電壓，有時低於丁的電壓。(E)理由同(D)。(F)電流有時從丙流向丁，有時從丁流向丙。甲與丙的電壓因為接在電源的同一端，使兩者電壓恆相同，同理乙、丁的電壓恆相同。92年1. 如圖8所示，在已接地之電路上，有甲、乙、丙三個可為通路或斷路的接點。若人站在地上，而手碰觸到金屬外殼形成通路，則當此三個接點為下列何種情況時，此人會有觸電之危險？選項接點甲接點乙接點丙(A)通路通路通路(B)斷路通路斷路(C)斷路斷路通路(D)通路斷路斷路答案：(B)解析：人會有觸電之危險，是因為電流經乙處、金屬外殼進入人體，由地面再回到電源。所以甲、丙必須為斷路，電流才會流經人體。2. 人體因觸電而遭受電震，其嚴重性隨電流的頻率而異，右圖中虛線表示在各種頻率時，能引起人體感覺觸電的最低電流；實線表示觸電後無法憑藉自力脫離電路的最低電流。依據此圖資料，並假設電者的身體，在皮膚乾燥時相當於100 K，而在全身溼透時相當於5 K，則下列敘述，何者正確？ (A)頻率愈高的電流，愈容易使感覺觸電 (B)此圖資料徹底否定了愛迪生有關直流電比交流電更為安全的說法 (C)全身溼透的人若誤觸110 V、60赫的交流電路，將不能憑自力脫離 (D)利用頻率100赫左右的交流電，進行人通電特技表演，才是較安全的答案：(C)解析：(A)超過200赫後，頻率愈高的電流，愈不容易使人感覺觸電。(B)此題並未說明直流電與觸電的關係。(C)全身溼透的人若誤觸110 V、60赫的交流電路，此時流經人體的電流為110522 mA，超過實線部分，表示不能憑自力脫離。(D)頻率100赫左右的交流電，最容易使人體觸電。92年補1. 下圖所示為一馬蹄型電磁鐵，下列有關此電磁鐵之敘述，何者正確？甲磁極乙磁極 (A)若電磁鐵僅一邊繞有線圈，則另一邊不會出現磁極 (B)電池的總電壓愈大，兩磁極的磁場就愈強 (C)電磁鐵的磁極為N極，乙磁極為S極 (D)電磁鐵的甲磁極、乙磁極都N極 答案：B 解析：(A)若電磁鐵僅一邊繞有線圈，則另一邊仍然有磁極出現 (B)電壓愈大，電流愈大，磁場就愈強 (D)根據安培右手定則甲 磁極為S，乙磁極為N2-3為題組：下表所列為小明家中使用的一些電器的資料，依據此資料回答2-3題。電器規格平均每月使用時數(小時)平均每月使用度數(度)電壓(伏特)電功率(瓦特)日光燈1104050020電視11030010030洗衣機1104002510電冰箱11040015060電鍋11080050(待求)電熱水器220400040(待求)2. 若電價如下表所列：用電度數100度以下101330度部分331度以上部分每度電價2.00元2.30元2.60元則小明家平均每個月用電總度數為多少度？約花費多少電費？選項(A)(B)(C)(D)用電總度數(度)320320240240電費(元)640706480522答案：B解析：電鍋每月用電0.8千瓦50小時40度，電熱水器每月用電4千瓦40小時160度， 小明家每個月用電量為20+30+10+60+40+160=320度 電費=100度2元+220度2.3元=706元3. 小明將110伏特、10安培的雙孔插座延長線，接至牆上110伏特、20安培的一個插座，則在此延長線上，同時使用下列哪兩種電器時會有安全顧慮？ (A)日光燈和電視 (B)日光燈和電鍋 (C)洗衣機和電視(D)洗衣機和電鍋 答案：D 解析：洗衣機和電鍋同時使用的電流為，超過10安培的雙孔插座延長線，所以會有安全顧慮訊號電流圓錐面磁鐵4. 一般擴音器內部的構造如右圖所示，使用時，線圈因通有訊號電流，感受磁力作用，左右往復運動，帶動紙製圓錐面一起振動，產生聲波。下列有關此種擴音器的敘述，何者正確？(應選二項) (A)擴音器將電能轉換為聲能 (B)流入線圈的電流為直流 電 (C)通過線圈的電流愈大，所受的磁力愈小 (D)線圈左 右往復運動愈快，產生的聲波頻率愈高 答案：AD 解析：(A)利用電流的大小產生磁場使線圈振動發出聲， 故為電能轉換為聲能(B)流入線圈的電流為交流電(C) 通過線圈的電流愈大，所受 的磁力愈大(D)線圈左右往復運動愈快，產生的聲波頻率愈高93年1. 市售90W燈泡所標示的90W， 是指這種燈泡在穩定發光時所消耗的功率。然而電燈泡內鎢絲的電阻會隨溫度而變化，所以鎢絲溫度較低時，其功率不一定恰為90W。假設剛開燈時，一個90 W燈泡的電阻為15，接著讓此燈泡穩定發光一段時間後，燈泡內鎢絲的電阻升高至135。試問剛開燈時，該燈泡內鎢絲所消耗的電功率約為多少瓦 (A) 10 (B) 30 (C) 90 (D) 270 (E) 810答案：(E) 解析：燈泡在穩定發光時，電功率P電壓V2/電阻R，90V2/135，得V290135 剛開燈時燈泡的電阻為15，電功率電壓V2/電阻R90135158103-4為題組發光二極體(LED)是新型的半導體元件，可藉由施加電壓將元件內的電子激發。當這些被激發的電子回復至其原狀態時，便可發光。最近科學家已能製作出可發白光的LED。白光LED具有發熱量低、耗電量小、壽命長、可封裝成平面光源等優點，有可能逐步取代一般較為耗費能量的傳統光源，成為未來照明設備的主流。表2是白光LED光源與傳統照明光源的耗電功率與發光效率之比較。光源種類每顆消耗功率(W)發光效率(lm/W)白熾燈泡158白熾燈泡10015日光燈3080白光LED(2000年)0.0715白光LED(預期2005年生產)-45表二2. 根據表2，若欲使2000年所產製的白光LED，發出相當於一個功率15 W白熾燈泡的照度，試問約需幾個這種白光LED (A)35個 (B)60個 (C)85個 (D)115個 (E)145個答案：(D)解析：由表格可以讀出光通量(流明)等於消耗功率發光效率，維持相同的照度時一個燈泡消耗功率燈泡發光效率LED消耗功率LED發光效率數目1580.0715數目，數目80.07114.3，故需115個3. 假設全台灣每年用於照明的電力約為18億度，相當於一個中型天然氣發電廠全年的總發電量，其中6億度用於100 W的白熾燈泡，12億度用於30 W的日光燈。若欲以預期在2005年生產的白光LED，取代這些白熾燈泡，作為照明設施的主要光源， 試問在總照度不變下， 每年約可節省幾度的照明用電(A)1億度 (B)2億度 (C)3億度 (D)4億度 (E)5億度答案：(D)解析：100 W的白熾燈泡用於照明的電力約為6億度，但發光效率為15，2005年白光LED的發光效率為45，表示同樣的照度下LED只需原來三分之一的電力即可，會省下2/3的電力，共為4億度。94年1. 電力輸送功率相同時，輸電電壓V愈高，電流I愈小，輸送電線耗電愈少。若輸送電線電阻為R，則下列有關輸送電線本身所消耗之電功率P的計算式何者正確？ (A)P=IV(B)P=IR (C)P=V2/R (D)P=I2R答案：(D)解析：輸送電的電線其電阻固定，若通過的電流愈小，則消耗之電功率P=I2R愈小95年1. 如右圖所示， 在一直線上有兩個點電荷。電量為+4Q的點電荷固定於x = 5a，電量為Q的點電荷固定於x = 9a。將一點電荷+Q置於直線上何處時，此+Q電荷所受的靜電力為零？(A) 3a(B) 7a(C) 11a(D) 13a(E) 15a答案：(D)解析：設+Q的坐標為x，且在-Q右方，所受合力才會為零，則：2. 人們利用變壓器將電壓升高或降低，變壓器的應用使得發電廠不須設在住家附近。下列有關變壓器的敘述，哪幾項正確？（應選三項）(A)變壓器的環形鐵心是永久磁鐵 (B)變壓器能變壓，與電流的磁效應有關 (C)變壓器能變壓，與電流的熱效應有關 (D)變壓器能變壓，與磁場改變時會產生感應電動勢有關 (E)變壓器可使兩電力系統不 須直接連結，就可以作電能的轉移答案：(B)(D)(E)解析：(A)環形鐵心是暫時磁鐵3. 某次閃電的過程中，雲的底部和地面之間，電壓高達1千萬伏特，並在約0.02秒內輸送20庫倫的電量至地面。下列與閃電有關的敘述，哪幾項正確？（應選二項）(A)該次閃電所產生的電功率約為107瓦特 (B)雲和地面間高電壓的產生與摩擦起電有關 (C)飛機在空中飛行時不可能遭雷擊，因此不須裝置避雷針 (D)閃電時的大電流，使空氣產生高熱而快速膨脹， 故常伴隨有雷聲 (E)當閃電擊中住家電路的屋外電線時，屋內電視若未拔掉插頭，則可能會受損答案：(D)(E)解析：(A)瓦特 (B)雲層的電荷感應地面，使地面產生感應電荷(C)飛機在空中飛行時與空氣摩擦可能帶電，裝置避雷針可將電荷放掉避免雷擊(E)閃電擊中電線時會使電路上有極大的電流通過，則與電路連接的電器會燒毁96年1. 發電廠輸出電時，通常利用超高壓變電所將電壓升高（如升至34.5萬伏特）後，將電輸送至遠方，在此傳輸過程中，其目的為何？ (A)增加輸電線的電阻 (B)增加傳輸的速率 (C)減小輸電線上的電流 (D)減小傳輸的電功率答案：(C)解析：變壓器輸入與輸出的功率相等，I1V1I2V2，故升高電壓可降低傳輸電流的大小，因傳輸線上的功率耗損為I2R，故此可有效降低功率耗損。2. 一微波爐標示為110V-900W，如要為此微波爐接一附有保險裝置的單獨插座，應選購電流值為若干安培的保險裝置，在使用此微波爐時較為安全？(A)1 (B)5 (C)10 (D) 50答案：(C)解析：由PIV可知900 WI（110V），I8.2(A)，故選10 (A)3. 科學博覽會實驗者站在塑膠凳子上，以手指接觸高達上萬伏特高電壓的金屬球，但見他頭髮直豎，人卻安然無恙。下列的物理解釋何者正確？（應選兩項）(A) 手指接觸高電壓金屬球後，頭髮帶同性電荷，所以頭髮直豎 (B) 手指接觸高電壓金屬球後，頭髮與高電壓相斥，所以頭髮直豎 (C) 手指接觸高電壓金屬球後，塑膠凳將身體電荷導入地面，故不被電擊 (D) 身體雖與高電壓金屬球等電位，但因塑膠凳將身體與地面隔絕，故不會被電擊 (E) 人體為電的不良導體，故不會被電擊答案：(A)(D)解析：(A)(B)手指接觸高壓金屬球後，頭髮與金屬球帶同性電荷，故頭髮直豎。(C)(D)(E) 手指接觸高壓金屬球後，人體因接觸帶同性電，但因塑膠 凳為絕緣體，無法接地形成迴路，故人體不感覺觸電。97年1. 假設電子繞著原子核作圓周運動，如圖2所示。則下列有關此原子模型的敘述哪一項正確？ (A)圖中電子運動產生的電流為順時針方向 (B)原子核與電子帶同性電荷，提供電子運動所需之力 (C)圖中電子運動產生磁場的N極方向為射出紙面 (D)原子核與電子之間的作用力，類似於彈簧，相距愈遠，作用力愈強答案：(C)解析：(A)電子運動方向為順時鐘，因電子帶負電，故所產生的電流方向為逆時鐘方向；(B)原子核帶正電、電子帶負電，原子核與電子帶異性電；(C)電子運動產生的電流為逆時鐘，由右手定則可得，所生的磁場為出紙面；(D)相距愈遠，原子核與電子間的庫侖愈小，與距離平方成反比。2. 如右圖所示，臺灣的家用電源，一般都由紅、黑、白三條電線引入，再經由無熔絲開關接到電器插座上，其中紅線及黑線為火線，白線為接地線。若要從配電箱拉出電線，連至二孔插座，供電給一規格為110 V、1200 W的電器，則下列哪些選項的接線方式，對電器有傷害或有危險？（應選三項） (A)一接紅線，另一接黑線(B)一接紅線，另一接白線 (C)一接白線，另一接黑線(D)一接紅線，另一接黑、白兩線的絞合線 (E)一接黑線，另一接紅、白兩線的絞合線答案：(A)(D)(E)解析：(A)一接紅，一接黑，提供220 V電源。(B)一接紅，一接白，提供110 V電源。 (C)一接白，一接黑，提供110 V電源。(D)一接紅，一接黑白絞線，提供220 V電源。(E)一接黑，一接紅白絞線，提供220 V電源。對電器有傷害者為(A)(D)(E)。98年1. 國內一般都用三條電力輸送線供電給家庭用電戶，其中有一條是接地的中性線。下列有關此三條電力輸送線電壓的敘述，何者正確？ (A)中性線與其他任何一條輸電線間的電壓，有時為+110伏特，有時則為-110伏特 (B)中性線的電壓永遠低於其他兩條輸電線的電壓 (C)此三條輸電線相對於地球的電壓都是110伏特 (D)其中任何兩條輸電線之間的電壓都是110伏特答案：(A)解析：中性線電壓為0伏特，火線為110伏特週期性變化。(B)中性線的電壓可高、可低於火線。(D) 二條火線間的電壓為220伏特2-3題為題組接地線ABCD避雷針富蘭克林為研究雷電現象，設計了如圖所示的裝置。他將避雷針線路與接地線分開，並在分開處裝上帽形的金屬鐘A與B，兩鐘之間另以絲線懸吊一個金屬小球C，A鐘下方另以導線連接兩個很輕的金屬小球，形成驗電器D。當避雷針上空附近的雲不帶電時，三個小球均靜止下垂。依據以上所述，並假設驗電器周圍的空氣不導電，試回答2-3題。2. 當低空帶電的雲接近避雷針頂端時，下列有關小球C的敘述，何者正確？(A)小球會保持靜止下垂，不會擺動 (B)小球會在A與B間擺動，來回撞擊A與B (C)小球會先擺向A，撞到A後被A吸住，不再分離 (D)小球會先擺向B，撞到B後被B吸住，不再分離答案：(B)解析：A鐘先帶電吸引C球而接觸帶同性電，A、C帶同性電排斥分開，C球帶電與不帶電的B吸引接觸，C球的靜電藉由B鐘的接地與地面中和，C球恢復不帶電再被A鐘吸引重複上述過程3. 驗電器D的兩個小球原本靜止下垂，互相接觸。當避雷針因為帶有負電的雲接近，而出現尖端放電時，下列有關驗電器上兩個小球的敘述，何者正確？ (A)兩個小球會帶負電而分離，並保持張開，不相接觸 (B)兩個小球會帶正電而分離，並保持張開，不相接觸 (C)兩個小球會帶負電而分離，在張開後會再次下垂，並互相接觸 (D)兩個小球會帶正電而分離，在張開後會再次下垂，並互相接觸答案：(A)解析：避雷針因為帶有負電的雲接近，會藉由尖端放電而獲得電子，此時A鐘與驗電器D的兩個小球將帶負電而互相排斥分開4. 現代生活中常用到一些電氣用品與裝置，它們在沒有直接與電源連接下，可利用電磁感應產生的電流，發揮功能。下列有關電磁感應的敘述，何者正確？ (A)電磁感應現象是丹麥科學家厄司特最先發現的 (B)發電機可以利用電磁感應原理將力學能轉換為電能 (C)電氣用品中引起電磁感應的電源電路，使用的是穩定的直流電 (D)輸送電力用的變壓器利用電磁感應原理，可以提高電壓，但不能降低電壓答案：(B)解析：(A)電磁感應現象是法拉第最先發現的 (C)電氣用品中引起電磁感應的電源電路，使用的是交流電 (D)可以提高電壓也可降低電壓99年1. 宋朝時的學者沈括在他所著的夢溪筆談中，