
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 與 轉動 現象中,彼此間的關聯,包含:「 F = m a 與 τ = I α 、「動量vs.角動量」、「平移動能vs. 轉動動能」…等。
小試身手
(I) 第 1~5 題 ,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) a 1 > a 2 (B) a 1 < a 2 (C) a 1 = a 2
3. 施力過程後,兩長條木板所獲得的 平移動能 (E k ),何者較多?(A) E k1 > E k2 (B) E k1 < E k2 (C) E k1 = E k2
4. 施力過程中,外力對兩木板的 作功 (W),何者較多?(A) W 1 > W 2 (B) W 1 < W 2 (C) W 1 = W 2
5. 兩種施力過程所耗費的 時間 (t),關係如何?(A) t 1 > t 2 (B) t 1 < t 2 (C) t 1 = t 2
(II) 第 6~9 題 ,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) h 1 > h 2 (B) h 1 < h 2 (C) h 1 = h 2
7. [木板+子彈]之系統,在子彈卡入後,何者的 總動能 (E k )較大,或兩者相等?(A) E k1 > E k2 (B) E k1 < E k2 (C) E k1 = E k2
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) p 1 > p 2 (B) p 1 < p 2 (C) p 1 = p 2
9. 子彈卡入兩木板的 距離 (S),何者較長,或兩者相等?(A) S 1 > S 2 (B) S 1 < S 2 (C) S 1 = S 2