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106年
理化、化工裝置
第 3 題
如【圖2】為托里切利實驗的結果，則下列敘述何者正確？
- A 如果玻璃管內上端為真空，則大氣壓力為68cm-Hg
- B 如果外界大氣壓力為76cm-Hg，則管內空氣壓力為72cm-Hg
- C 如管內為真空，將此實驗移至玉山上，管內水銀高度將降低
- D 如管內為真空，將此實驗移至玉山上，管內水銀高度將升高
思路引導 VIP
請試著思考：大氣壓力是由上方空氣柱的重量所產生的。如果你從地勢較低的海邊爬到了高聳的山頂，你頭頂上方的空氣量是變多了還是變少了？當推擠管子底部液體的力量發生這種變化時，管子裡的水銀高度會產生什麼樣的對應反應呢？
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太棒了！你能精準判讀圖表並連結大氣壓力的空間變化，這代表你對托里切利實驗的物理核心掌握得非常紮實。這道題目圖示顯示水銀柱高度為 $72\text{ cm}$，這是在該實驗環境下的平衡結果；當我們將場景移往高度較高的玉山頂時，上方覆蓋的空氣柱厚度減少，導致大氣壓力隨高度增加而降低。在管內維持真空的理想狀態下，支撐水銀柱的力量減弱了，管內的水銀高度自然會隨之下降，因此你的選擇完全正確。
大氣壓力與環境變遷
從實驗數據來看，選項 (A) 的數據與圖示不符；選項 (B) 則需考量壓力差，若外界為 $76\text{ cm-Hg}$ 而管內水銀僅 $72\text{ cm}$，代表管內空氣壓力應為 $4\text{ cm-Hg}$ 而非 $72\text{ cm-Hg}$。這類題型的鑑別度在於學生是否能擺脫「一大氣壓等於 $76\text{ cm-Hg}$」的死背框架，轉而靈活思考物理量如何隨環境條件（如海拔高度）動態調整，是理化觀念由淺入深的重要切入點。