免費開始練習
普考申論題 108年 [天文] 普通物理學概要

第 一 題

📖 題組:
有一以直流馬達驅動的電梯,馬達所施的力和通過馬達的電流成正比,電梯和乘客的總質量為 1500 kg,重力加速度為 9.8 m/sec²。(每小題 5 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

若電梯以 2.5 m/sec 的定速度上升,則馬達對電梯施以的功率為何?

思路引導 VIP

看到「定速度」應立刻聯想到牛頓第一運動定律(合力為零),推知馬達拉力等於系統總重力。接著利用功率的瞬時定義式 P = F · v,將求得的施力與速度直接相乘即可得出答案。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題思路】利用牛頓第一運動定律求得平衡狀態下的馬達施力,再由功率定義式 P = F · v 計算機械功率。 【詳解】 已知:

小題 (二)

若此時通過馬達的電流為 100 A,而馬達的線圈電阻為 0.5 Ohm,則消耗在電阻的功率為何?

思路引導 VIP

本題測驗焦耳定律與電功率的計算。看到求「消耗在電阻的功率」,且已知電流大小與電阻值,應立即聯想熱功率公式 P = I²R。解題時需注意過濾掉題組背景中與本小題無關的力學條件(如質量、重力加速度等干擾項)。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題關鍵】使用電阻熱功率(焦耳熱)公式:$P = I^2R$。 【解答】 已知條件:

小題 (三)

此時加在馬達兩端的電壓為何?

思路引導 VIP

看到「馬達所施力與電流成正比」以及求「馬達兩端電壓」,應聯想到直流馬達的機電能量轉換原理。需先利用牛頓第二定律求出馬達施力以推算電流,再配合反電動勢與馬達內阻的電壓方程式(V = E + IR)推導出總電壓。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題思路】利用牛頓第二定律求出馬達施力並推算電流,再結合直流馬達功率轉換關係與克希荷夫電壓定律推導總電壓。 【詳解】 已知:

小題 (四)

若電梯的總質量不變,但電梯以 2.5 m/sec 的定速度下降,則馬達兩端的電壓為何?(註:負電壓代表電壓的方向和上題所加的電壓相反)

思路引導 VIP

看到這類直流馬達與力學結合的題組,首先要利用牛頓第一運動定律(等速意味著合力為零)確認馬達提供的拉力仍等於重力,進而推斷下降時的電流與上升時完全相同。接著,利用反電動勢與速度成正比的特性(速度反向則反電動勢反向),代入馬達電壓公式 V = IR + ε 進行變數代換,即可求得解答。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題思路】利用等速運動條件推導馬達受力與電流關係,並結合直流馬達的電壓、電流與反電動勢的方程式進行求解。 【詳解】 本題為題組題之子題,因題目未提供前一小題之「上升時所加電壓($V_{up}$)」與「通過電流($I$)」等數據,以下將先進行嚴謹的代數推導得出通用公式,再代入此類國考題最常見的經典數據進行示範計算。

升級 VIP 解鎖