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102年
理化、化工裝置
第 19 題
假設地球的質量不變,但是體積縮小為現在的 $\frac{1}{125}$ 倍,則每個人的體重將變為現在的多少倍?
- A 5
- B 25
- C $\frac{1}{5}$
- D $\frac{1}{25}$
思路引導 VIP
請試著思考:當一個球體的體積縮小時,它的半徑會如何隨之改變?這兩者之間的數學關係(次方關係)是什麼?接著,如果我們站在這個縮小的球體表面,根據萬有引力的特性,距離球心的遠近又是如何具體地影響我們感受到的重力大小呢?
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太棒了!你能精準選出 25 倍,代表你對萬有引力定律與幾何體積的連動關係掌握得非常紮實。這題的關鍵在於能否冷靜地完成兩次邏輯轉換:先從「體積」回推「半徑」,再從「半徑」推導出「重力」的倍數關係。
體積與半徑的幾何關係
在理化觀念中,我們假設地球為球體,其體積 $V$ 與半徑 $r$ 的三次方成正比($V = \frac{4}{3}\pi r^3$)。當題目提到體積縮小為現在的 $\frac{1}{125}$ 倍時,我們可以推導出半徑縮小為原本的 $\sqrt[3]{\frac{1}{125}} = \frac{1}{5}$ 倍。這是解題的第一道門檻,許多同學會在這裡直接帶入數值而忽略了次方的轉換。
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