ast_essay
110年
物理
第 1-1 題
📖 題組：
在『金屬的比熱』實驗單元中，有相同質量的兩個純金屬塊 A 和 B，其上的標籤都已脫落在旁，標籤一：比熱 $0.39\ \text{J}/(\text{g}^{\circ}\text{C})$，標籤二：比熱 $0.15\ \text{J}/(\text{g}^{\circ}\text{C})$，因而進行實驗探討，以測定金屬塊的比熱，並貼上正確標籤。已知水的比熱為 $4.2\ \text{J}/(\text{g}^{\circ}\text{C})$、量熱器質量為 $600\ \text{g}$。經多次實驗平均後，得到的數據取兩位有效數字節錄如表 1 與表 2。表 1 為熱水加到盛有冷水的量熱器過程中所得到的實驗數據。表 2 為將金屬塊 A 投入盛有冷水的量熱器過程中所得到的實驗數據。冷水的初始溫度為冷水加入量熱器內達到熱平衡後的溫度。 表 1 | 質量（g） | 初始溫度（℃） | 熱平衡溫度（℃） | | --- | --- | --- | | 熱水 | 200 | 100 | 65 | | 冷水 | 100 | 15 | 65 | 表 2 | 質量（g） | 初始溫度（℃） | 熱平衡溫度（℃） | | --- | --- | --- | | 冷水 | 100 | 19 | 24 | | 金屬塊 A | 100 | 100 | 24 |
在『金屬的比熱』實驗單元中，有相同質量的兩個純金屬塊 A 和 B，其上的標籤都已脫落在旁，標籤一：比熱 $0.39\ \text{J}/(\text{g}^{\circ}\text{C})$，標籤二：比熱 $0.15\ \text{J}/(\text{g}^{\circ}\text{C})$，因而進行實驗探討，以測定金屬塊的比熱，並貼上正確標籤。已知水的比熱為 $4.2\ \text{J}/(\text{g}^{\circ}\text{C})$、量熱器質量為 $600\ \text{g}$。經多次實驗平均後，得到的數據取兩位有效數字節錄如表 1 與表 2。表 1 為熱水加到盛有冷水的量熱器過程中所得到的實驗數據。表 2 為將金屬塊 A 投入盛有冷水的量熱器過程中所得到的實驗數據。冷水的初始溫度為冷水加入量熱器內達到熱平衡後的溫度。 表 1 | 質量（g） | 初始溫度（℃） | 熱平衡溫度（℃） | | --- | --- | --- | | 熱水 | 200 | 100 | 65 | | 冷水 | 100 | 15 | 65 | 表 2 | 質量（g） | 初始溫度（℃） | 熱平衡溫度（℃） | | --- | --- | --- | | 冷水 | 100 | 19 | 24 | | 金屬塊 A | 100 | 100 | 24 |
進行表 1 的測量時，先將冷水加入量熱器達到熱平衡後再加入熱水，而不是直接將熱水加入量熱器，說明此實驗步驟的目的為何？（2分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
看到本題先辨識量熱器實驗的誤差來源與操作目的。若直接加注熱水，可能使得量熱器快速升溫導致熱量散失；先加冷水可以取得熱平衡初始基準溫度，並增大總熱容量，減少高溫對環境的熱散失。此題考驗對實驗細節安排背後物理意義的理解。
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AI 詳解
AI 專屬家教
(1) 為了測量量熱器的初始溫度。由於量熱器的初始溫度難以直接測量，若先將冷水加入量熱器內達成熱平衡後，可由測量水溫得知量熱器的初始溫度。 (2) 增加系統熱容量。由於將冷水加入量熱器後，系統的總熱容量變大，可避免直接將熱水加入量熱器後，使得系統溫度過高，造成更多熱量散失的情形發生。