「射鏢槍」統整力學原理
- 觀念物理
- 撰文者：張慧貞
- 發文日期：2016-08-01
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「力學」原理包含了1)運動學、2)力圖分析、3)能量守恆、4)動量守恆，共四項。面對力學問題時，往往需先從選擇適當的原理開始，才能順利得到解答。本單元透過「射鏢槍」主題，設計出不同情境的問題，協助學生比較「力學」中各項原理的差異，並熟悉彼此的連結。
小試身手
玩具射鏢槍(如圖1)，是透過槍內部擠壓之彈簧，彈出射鏢後彈出(如圖2)。(以下所有題目皆忽略空氣阻力)
圖1：射鏢槍統整力學原理 圖2：射鏢槍內部結構
1. 以不同質量之射鏢向下射出(如圖3)，則何者較快射到地面？
(A) 輕的較快 (B) 重的較快 (C) 兩者同時
圖3：落地的快慢
2. 判斷第1題所需的原理為
(A) 只需力圖分析 (B) 只需能量守恆 (C) 兩者皆需要 (D) 兩者皆不需要
3. 若將射鏢槍“上膛”之彈簧壓縮，由1段增為2段，使得子彈鉛直射出之初速，增為原來之2倍(如圖4)，則射鏢受到槍的「衝量」，應變為原來之幾倍?
(A) 1倍 (B) 2倍 (C) 4倍
圖4：鉛直射出
4. 承上題，射鏢射出後可達之頂點高度，應為原來幾倍?
(A) 1.414倍 (B) 2倍 (C) 4倍
5. 承上題，射鏢抵達最高點所需之時間，應為原來幾倍?
(A) 1/4倍 (B) 1/2倍 (C) 1倍 (D) 2倍 (E) 4倍
6. 如圖5所示，將射鏢槍以不同的傾斜角度向上射擊，若皆能到達虛線位置，則到達時三者速率大小關係為何？
(A) (1)>(2)>(3) (B) (3)>(2)>(1) (C) (1)=(2)=(3)
7. 射鏢槍上的射鏢質量，若增加為原來2倍，並水平射出(如圖6)，則射鏢射出之速率應為原來之幾倍？
(A) 1/2倍 (B) 1/1.414倍 (C) 1倍 (D) 1.414倍 (E) 2倍
圖6：水平射出
8. 承上題，射鏢質量增加後，射出之動能應為原來幾倍？
(A) 1/4倍 (B) 1/2倍 (C) 1倍 (D) 2倍 (E) 4倍
9. 承上題，射鏢射出之動量應為原來幾倍？
(A) 1/2倍 (B) 1/1.414倍 (C) 1倍 (D) 1.414倍 (E) 2倍
10. 承上題，射鏢由相同高度射出後，落地時的水平射程(如圖7) 應為原來幾倍？
(A) 1/4倍 (B) 1/2倍 (C) 1/1.414倍 (D) 1倍 (E) 2倍
圖7：水平射程比較