ast_essay
107年
物理
第 3 題
📖 題組：
二、某些電中性分子的正、負電荷分布並非均勻，而具有特殊的排列。例如圖 11 所示，水分子 H₂O 的負電荷（$-q$，$q>0$）靠近氧原子，而等量的正電荷（$+q$）靠近兩個氫原子連線的中點，正負電荷分離固定距離 $r$，稱為電偶極。以乘積 $qr$ 代表電偶極矩 $p$，並將電偶極矩向量定義為 $\vec{p} = q\vec{r}$，其中相對位置向量 $\vec{r}$ 的方向係從負電荷指向正電荷。已知一水分子的電偶極矩的量值為 $6.3 \times 10^{-30} \text{ C}\cdot\text{m}$。
二、某些電中性分子的正、負電荷分布並非均勻，而具有特殊的排列。例如圖 11 所示，水分子 H₂O 的負電荷（$-q$，$q>0$）靠近氧原子，而等量的正電荷（$+q$）靠近兩個氫原子連線的中點，正負電荷分離固定距離 $r$，稱為電偶極。以乘積 $qr$ 代表電偶極矩 $p$，並將電偶極矩向量定義為 $\vec{p} = q\vec{r}$，其中相對位置向量 $\vec{r}$ 的方向係從負電荷指向正電荷。已知一水分子的電偶極矩的量值為 $6.3 \times 10^{-30} \text{ C}\cdot\text{m}$。
微波爐產生的微波可用來加熱食物，而一般市售微波爐的微波頻率約為數個 GHz，試以文字說明微波爐能迅速加熱食物的最主要原因，不必計算。（3 分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
本題為定性論述題，考驗考生對微波加熱原理的物理認識。思路需結合上一題所探討的「水分子具有電偶極矩」與「電場中電偶極受力矩發生轉動」的觀念。微波是高頻的電磁波，其電場方向會不斷且快速地交替翻轉。水分子作為極性分子，為了順應電場方向，會受到反覆改變的力矩作用而頻繁來回轉動。在劇烈的轉動過程中，水分子會與相鄰的分子產生高頻碰撞或摩擦，使分子的微觀平均動能大幅增加，巨觀上即表現為食物溫度的迅速上升。
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AI 詳解
AI 專屬家教
食物中的水分子為極性分子，具有電偶極矩，電磁波來回變動的電場會使水分子受到力矩作用來回轉動，並且不斷撞擊周圍的分子使其加速，因而讓食物快速產生熱量。