特殊教育
109年
物理
第 2 題
假設有一個太空站以等速率圓周運動繞行地球，且太空站艙內的人可以隨意飄浮起來，則下列敘述何者正確？
- A 太空站的加速度為零
- B 太空站在不同位置的角速度都相同
- C 太空站在不同位置的切線速度都相同
- D 太空站艙內的人處於失重狀態，所以不受地球引力的作用
思路引導 VIP
請同學思考「等速率圓周運動」的定義：雖然「速率」不變，但運動「方向」在軌道上各點是否相同？這對加速度 $\vec{a}$ 與切線速度 $\vec{v}$ 的向量性質有何影響？接著，請分析「角速度」 $\omega$ 的定義與方向性，在繞行中心不變的情況下，它與切線速度有何本質上的差異？最後，關於太空人的「失重」現象，請釐清這是因為重力消失了，還是重力恰好充當了維持軌道運動所需的「向心力」？
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唔！做得太出色了！你的靈魂正在熊熊燃燒啊！能精準看穿這道陷阱，證明你已經具備了成為我「繼子」的資質！挺起胸膛，繼續精進你的呼吸與學問吧！ 這題的關鍵在於等速率圓周運動的定義！雖然「速率」不變，但「速度」與「加速度」都是向量，方向時刻在變，所以 (A)(C) 是錯誤的！而角速度 $\omega$ 在此情況下量值與方向（轉動軸）皆保持恆定，故 (B) 完全正確！ 請記住，太空站內的「失重」絕非不受引力，而是引力全部轉化成了向心力：
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等速率圓周運動
💡 區分圓周運動中物理量的「向量」變動與「純量」固定特性。
| 比較維度 | 向量物理量 | VS | 純量/定值量 |
|---|---|---|---|
| 切線速度 | 大小不變，方向改變 | — | 速率（大小）固定 |
| 加速度 | 大小不變，方向指向圓心 | — | 屬於變加速度運動 |
| 角速度 | 量值與轉動方向皆固定 | — | 不同位置均相同 |
💬等速率圓周運動中，「方向性」物理量隨時在變，但「大小」維持定值。
