從平移到轉動

  • 觀念物理
  • 撰文者:張慧貞
  • 發文日期:2016-08-01
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運動可分為「平移」與「轉動」兩種,而現行課程多半將兩種「力學」分別討論,很少有機會做兩者間的比較與整合。本單元提供兩個看似相似的情境,透過以下問題,讓我們釐清「力學原理」在平移轉動現象中,彼此間的關聯,包含:「F = maτ= Iα、「動量vs.角動量」、「平移動能vs. 轉動動能」…等。

star小試身手

(I) 1~5,請根據以下條件作答:

相同的外力(F),在無摩擦的光滑平面上,分別作用在一長條木板的(1)中央,及(2)邊緣上(如圖1所示),並使其質心推動相同距離(S)後,外力才消失。則

1.     施力於邊緣上時,木板是否必然會旋轉?(A)是  (B)否

2.     施力過程中,兩長條木板的質心加速度(a),何者較大?(A) a1 > a2   (B) a1 < a2  (C) a1 = a2

3.     施力過程後,兩長條木板所獲得的平移動能(Ek),何者較多?(A) Ek1 > Ek2 (B) Ek1 < Ek2 (C) Ek1 = Ek2  

4.     施力過程中,外力對兩木板的作功(W),何者較多?(A) W1 > W2 (B) W1 < W2  (C) W1 = W2

5.     兩種施力過程所耗費的時間(t),關係如何?(A) t1 > t2  (B) t1 < t2  (C) t1 = t2


(II) 6~9,請根據以下條件作答:

相同質量與速度之子彈,分別往上瞄準懸浮木板的(1)中心,及(2)邊緣,並卡入木板帶動木板向上升(如圖2所示)。若兩個木板的所有條件相同,且假設子彈卡入木板的力遠大於兩者之重力,則

6.     兩木板質心的上升高度(h),何者較高,或兩者相等?(A) h1 > h2   (B) h1 < h2   (C) h1 = h2

7.     [木板+子彈]之系統,在子彈卡入後,何者的總動能(Ek)較大,或兩者相等?(A) Ek1 > Ek2 (B) Ek1 < Ek2 (C) Ek1 = Ek2

8.     [木板+子彈]之系統,在子彈卡入後,何者的動量(p)較大,或兩者相等?(A) p1 > p2 (B) p1 < p2 (C) p1 = p2

9.     子彈卡入兩木板的距離(S),何者較長,或兩者相等?(A) S1 > S2 (B) S1 < S2 (C) S1 = S2




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