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張慧貞/共發表12篇文章

國立彰化師範大學物理學系物理教育組 教授

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『觀念物理』:太空任務

  撰文者:張慧貞  2017-07-28
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探討「太空任務」的問題,除了與「克卜勒定律」、「萬有引力」有關之外,還需連結到「牛頓運動定律」、「功能定理」、「運動學」…等。藉由本單元,讓我們檢測自己對這些定律的了解,尤其是對定律適用條件的掌握。


小試身手

(I)第1~6題:考量外太空的人造衛星運行的三個階段,(1)首先以軌道半徑為做圓周運行,(2)因受到稀薄空氣阻力影響,軌道半徑由,逐漸緩慢地以螺旋軌跡縮小為,(3)衛星以半徑為的圓周軌道運行(如圖1 )。其中,在圓周軌道的運行過程(階段1&3),皆忽略空氣阻力的影響。

 

1.        衛星軌道呈現螺旋內縮的過程中(階段2),衛星的速率將如何變化?
(A) 漸增(B) 漸減  (C) 維持等速

2.        承上題,階段2的過程中,哪一(些)外力會影響其速率?
(A) 只有空氣阻力  (B) 只有重力  (C) 兩者皆是  (D) 兩者皆非

3.        承上題,階段2的過程,衛星的「力學能」將如何變化?
(A) 漸增(B) 漸減  (C) 維持定值

4.        比較同一衛星在不同半徑繞行時(階段1及3),下列哪一(些)物理量維持定值?
(A) 只有角動量  (B) 只有單位時間掃出的面積  (C) 兩者皆是  (D) 兩者皆非

5.        承上題,同一人造衛星分別在階段1及3,其繞行週期(T)與半徑(r),是否仍符合克卜勒行星第三定律()?
(A) 可以(B) 不可以

6.        若比較不同質量的人造衛星,在相同軌道半徑上繞行時,則其繞行速率是否相等?
(A) 相等   (B) 不相等


(II)第7~10題: 訓練太空人時常利用飛機以如圖2軌跡,製造出數秒的失重狀態。飛機操作的方式為,先將飛機向上拉提到具有某個向上速度(及高度)時,立刻關掉引擎,持續數秒後,再度開啟引擎拉提飛機,以避免撞地。(所有過程皆忽略空氣阻力)

7.        根據圖2的軌跡,若僅考慮鉛直方向,試判斷飛機在點5位置時的加速度方向

(A) 向上  (B) 向下  (C) 加速度為零

8.        承上題,試判斷飛機在點8位置時,加速度的方向
(A) 向上  (B) 向下  (C) 加速度為零

9.        承上題,根據圖2推測太空人呈現「失重」狀態的範圍,最可能為以下何者?
(A) 點6~點8  (B) 點5~點8  (C) 點5~點7  (D) 點3~點7

10.     承上題,當飛機內的太空人呈現「失重」狀態時,那一(些)物理量為零?
  (A) 只有合力  (B) 只有加速度  (C) 兩者皆是  (D) 兩者皆非


學習單下載:http://psroc.org.tw/Bimonth/images/uploafiles/files/太空任務學習單.pdf

詳解與剖析:(隨後就來)



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