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)
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。
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)。
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。
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。