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!
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
| 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−gt | 45°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 |
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。
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。
答對 8 題(67%)解鎖下一堂。
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