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🔬 自然 · 第 1 堂

物理運動學 — 秒殺等加速度三大題型

⏱ 約 30 分鐘📝 12 題深度測驗
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👁️ 閉目養神,準備衝刺 💪

📖 一、核心觀念完整教學

學測物理必出 2–3 題運動學,核心在等加速度三大公式、v-t 圖分析、自由落體與拋體,以及向量/純量的區分。以下四個主題點涵蓋所有命題熱點,讀懂就能全拿分!

🔍 主題點 1:向量與純量 — 搞清方向第一步

物理量分為向量(有大小、有方向)與純量(只有大小)。學測常考位移與路徑長、速度與速率的比較,以及正負號的意義。

必背定義:向量:位移、速度、加速度、力、動量;純量:路徑長、速率、時間、質量、功、能量。位移 Δx = x_f − x_i,取決於起終點,與路徑無關。
位移物體位置變化量,向量,方向由起點指向終點。🔥考點:常與路徑長比較,折返時位移可能為零。
速度位移除以時間,向量,方向與位移相同。🔥考點:平均速度可能為零(若回原點),但平均速率不為零。
加速度速度變化除以時間,向量,方向與速度變化量相同。🔥考點:負加速度不一定減速,取決於速度方向。
🚩 考點:學測必考一題「由甲地到乙地再折返」,要求判斷位移大小、路徑長、平均速度與平均速率。設定正負方向是解題第一步。
🤔 易混淆辨析:位移 vs. 路徑長

位移只看起點與終點,是向量;路徑長是物體實際走過的總長度,是純量。例如繞操場一圈回到原點,位移 = 0,路徑長 = 400 m。題目若問「移動了多少」多指位移;「共走了多遠」則指路徑長。

🔍 主題點 2:等加速度三大公式 — 解題核心工具

當物體沿一直線運動,加速度 a 為定值,且方向與初速在同一直線上,即可使用三大公式。學測選擇題多為「已知三求第四」的考法。

三大公式(設初速 v₀、末速 v、加速度 a、時間 t、位移 Δx):
① v = v₀ + a t
② Δx = v₀ t + ½ a t²
③ v² = v₀² + 2 a Δx
公式① v = v₀ + a t無位移時使用,已知初速、加速度、時間求末速,或反求時間。🔥考點:煞車停止時間 t = v₀/|a|。
公式② Δx = v₀ t + ½ a t²無末速時使用,常用於自由落體與水平拋射垂直方向。🔥考點:初速為零時 Δx = ½ a t²。
公式③ v² = v₀² + 2 a Δx無時間時使用,適合煞車距離、垂直上拋最大高度。🔥考點:剎車距離 ∝ v₀²。
💡 口訣:「有速無移,有移無末,有末無時」搭配正負號設定,選擇公式不再猶豫。
🤔 易混淆辨析:什麼時候該設正負號?

一律先設定「正方向」,通常以初速方向為正,則加速度若與初速同向取正,反向取負。垂直上拋時通常取向上為正,則 a = −g。數字代入公式時務必連正負號一併寫入,才不會算錯。

🔍 主題點 3:v-t 圖的密碼 — 讀圖搶分

學測必考利用 v-t 圖求位移與加速度。直線段斜率 = 加速度,線與時間軸所圍面積 = 位移(上方正、下方負)。

v-t 圖分析要點:
• 水平線 → 等速度運動(a=0)
• 斜直線 → 等加速度運動(a = 常數 = 斜率)
• 曲線 → 變加速度運動
• 面積 = 位移(計算時含正負)
斜率代表加速度,正值表正方向加速或負方向減速。🔥考點:比較不同階段的加速度大小。
面積代表位移量值,須注意時間軸上下。🔥考點:算梯形或三角形面積,再加總求總位移。
轉折點速度極值或方向改變處。🔥考點:v=0 時物體瞬間靜止,常見於折返點。
🚩 考點:給定 v-t 圖,學測常要求「0~t 秒內的平均加速度」及「總位移」,務必看清時間區間。
🤔 易混淆辨析:x-t 圖、v-t 圖、a-t 圖如何轉換?

x-t 圖斜率→v;v-t 圖斜率→a,面積→Δx;a-t 圖面積→Δv。由 v-t 圖可知運動過程,學測幾乎全以 v-t 圖出題,只要掌握斜率與面積即可。

🔍 主題點 4:自由落體與拋體 — 重力作用下的運動

僅受重力作用的運動,加速度 a = g(向下,大小約 9.8 m/s²,學測常用 10 m/s²)。包含自由落體、垂直上拋/下拋、水平拋射、斜向拋射。

自由落體(初速為零):代入三大公式,a = g,v₀ = 0
水平拋射:水平方向等速(x = v₀ t),垂直方向自由落體(y = ½ g t²)
垂直上拋:最高點 v = 0,上升時間 = v₀/g,最大高度 = v₀²/(2g)
自由落體位移第1秒內、第2秒內……位移比 = 1:3:5:…🔥考點:等加速度比例。
水平拋射著地時間t = √(2h/g),只與高度有關,與水平初速無關。🔥考點:打破「初速越大越早落地」的迷思。
斜向拋射最大射程初速固定時,仰角 45° 可得最大水平射程 R = v₀²/g。🔥考點:計算時先分解速度為水平與垂直分量。
💡 水平拋射解題 SOP:1. 算落地時間(自由落體) 2. 算水平射程(等速運動) 3. 若問著地速度,合成水平與垂直分量。
🤔 易混淆辨析:垂直上拋的對稱性

物體上拋,上升時間等於下降時間,回到原高度的速率等於初速,方向相反。最高點速度為零但加速度仍為 g 向下。許多同學誤以為最高點加速度為零,這是嚴重錯誤。

⚠️ 學測常見陷阱總整理:
1. 將位移大小當作路徑長,忽略折返;
2. 未設定正負號導致加速度符號錯誤,尤其煞車問題;
3. v-t 圖面積未區分正負,直接加總取絕對值;
4. 認為水平拋射初速越大落地越快,實則時間僅由高度決定;
5. 混淆最高點速度為零與加速度為零。

🔤 二、必考重點速記表 🔥 學測必考

重點內容考點記憶口訣
位移 vs. 路徑長位移:向量,Δx=x_f−x_i;路徑長:純量,實際路徑總長折返運動中比較大小,位移可能為零位移看終始,路徑算全程
平均速度 vs. 平均速率平均速度=位移/時間;平均速率=路徑長/時間折返運動平均速度可能為零,速率不為零向量位移速,純量路徑率
等加速度三大公式①v=v₀+at ②Δx=v₀t+½at² ③v²=v₀²+2aΔx已知三求第四,務必設定正負方向有速無移、有移無末、有末無時
v-t 圖斜率斜率 = 加速度,斜直線表等加速度給圖求 a,比較各段加速度大小斜上加(加速度)
v-t 圖面積面積 = 位移,上正下負,代數和為總位移多段運動求總位移,或回到原點時間面下移(位移)
自由落體a=g 向下,初速為零,h=½gt²位移比例1:3:5,時間由高度決定落體無初速,等時距比奇數
垂直上拋取向上為正,a=−g,最高點 v=0上升時間=v₀/g,最大高度=v₀²/(2g)最高點速零,時間對稱妙
水平拋射水平等速,垂直自由落體,t=√(2h/g)落地時間只由高度決定,射程 x=v₀t時間獨立高,水平乘時長
斜向拋射分解水平 v₀cosθ,垂直 v₀sinθ−gt45°射程最遠,R=v₀²sin2θ/g斜拋分解,四五最遠
向量加法與分量平行四邊形法、直角分解成水平與垂直分量拋體運動先分解再分析,合成著地速度向量有方向,分量分開算
📢 總口訣:「運動三大式,速移末三分;圖解面積斜率,自由垂直水平分;向量純量別搞混,正負方向定要準。」

🎯 三、考場 SOP — 運動學解題流程

1
審題與畫重點(約15秒):圈出已知物理量(v₀, v, a, t, Δx),確認方向並設定正方向,標明所求未知數。
2
判斷運動類型(10秒):等速?等加速度?自由落體?拋體?若為拋體決定分解為水平與垂直分量。
3
選擇公式或圖解法(20秒):等加速度選三大公式中「不含所求」的那一個;若有 v-t 圖則直接計算斜率與面積。
4
代入數字計算(30秒):連同正負號代入,注意單位轉換(km/h→m/s ÷3.6),得出答案後確認數量級是否合理。
5
選項比對與檢查(15秒):對照四個選項,排除明顯錯誤(正負號相反、數量級差太多),尤其注意「單位陷阱」。若有剩餘時間可反向驗算。
⏱ 每題時間建議:1.5 分鐘內完成,若超過 2 分鐘仍無頭緒先標記跳過,等全部題目寫完再回頭。運動學共 2–3 題,理想總耗時 4–5 分鐘。

📝 四、學測實戰區

實戰題 1|計算型:等加速度公式應用
一輛機車沿筆直公路等加速度行駛,由靜止出發,10 秒後速度達到 20 m/s,則此 10 秒內機車的位移為多少公尺?
(A) 50 m (B) 100 m (C) 200 m (D) 400 m
看解析

答案:(B) 100 m

解析:
已知 v₀=0,t=10 s,v=20 m/s,求 Δx。
先用公式①求加速度:a = (v−v₀)/t = 20/10 = 2 m/s²。
再用公式②:Δx = v₀ t + ½ a t² = 0 + ½×2×10² = 100 m。
或者直接用平均速度:等加速度時平均速度 = (v₀+v)/2 = 10 m/s,位移 = 平均速度×時間 = 10×10 = 100 m。
(A)50 m 是只算 ½ v t 忘了平方或誤用;(C)200 m 是用 v t 沒除以 2;(D)400 m 是直接用 v² 或亂乘。

實戰題 2|圖表應用題:水平拋射計算
某懸崖距海面高度為 45 公尺,某人自崖邊以 15 m/s 的水平初速拋出一石塊,重力加速度 g=10 m/s²,不計空氣阻力,則石塊落海處與崖底的水平距離為何?
(A) 30 m (B) 45 m (C) 60 m (D) 75 m
看解析

答案:(B) 45 m

解析:
水平拋射:垂直方向自由落體,由 h = ½ g t² 得落地時間 t = √(2h/g) = √(2×45/10) = √9 = 3 s。
水平距離 x = v₀ t = 15 × 3 = 45 m。
(A)30 m 可能誤用 t = √(h/g) = √4.5 ≈ 2.12 s 計算錯誤;(C)60 m 可能用 v₀×√(2h/g) 忘了代入或誤算時間為 4 s;(D)75 m 直接用 v₀×h 或其他錯誤組合。

📝 五、深度測驗 12 題

答對 8 題(67%)解鎖下一堂。

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