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高考申論題 109年 [氣象] 大氣測計學(包括傳統觀測與遙測)

第 一 題

📖 題組:
五、依據雨滴譜儀,請回答下列問題: ㈠請說明較小雨滴及較大雨滴墜落時其形狀有何差異(請繪圖輔助說明),並說明一般降雨時,雨滴直徑約多大(mm)。(10分) ㈡大氣中常出現如高爾夫球大的冰雹,說明為何從沒觀測到這麼大的水滴。(10分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

請說明較小雨滴及較大雨滴墜落時其形狀有何差異(請繪圖輔助說明),並說明一般降雨時,雨滴直徑約多大(mm)。(10分)

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解答本題應破除「雨滴呈淚滴狀」的常見迷思,從『表面張力』與『空氣動力阻力』的力學平衡來切入。小雨滴由表面張力主導呈球狀,大雨滴則因底部空氣阻力而變形為漢堡狀,並須明確點出自然界降雨的雨滴直徑範圍及物理上限。

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【破題】 雨滴在墜落過程中的形狀,取決於其本身的「表面張力」與墜落時所受的「空氣動力阻力」(Aerodynamic drag)兩者之間的力學平衡。 【論述】

小題 (二)

大氣中常出現如高爾夫球大的冰雹,說明為何從沒觀測到這麼大的水滴。(10分)

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本題測驗流體動力學與雲物理學基本概念。解題關鍵在於比較「液態水滴」與「固態冰雹」在高速墜落時,抵抗空氣阻力(動壓)的物理機制差異,核心觀念為液體的表面張力極限與固體的晶格結構強度。

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【破題】 大氣中水滴的大小極限取決於其下落時「表面張力」與「空氣動力學阻力(動壓)」之間的力學平衡,而冰雹因屬固體結構,不受液體表面張力脆弱性的限制,故兩者存在巨大的尺寸差異。 【論述】

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