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110年
理化、化工裝置
第 7 題
原長 20 公分的彈簧,力常數為 2 公斤重∕公分,今在彈簧兩端各懸掛質量為 10 公斤的物體,如圖【三】所示,即彈簧總長度為多少公分?
- A 40
- B 35
- C 30
- D 25
思路引導 VIP
如果你用手拉著彈簧的一端,另一端必須固定在牆上,彈簧才會伸長。現在想像你鬆開固定在牆上的那一端,改由另一位力氣跟你一樣大的人來拉住它,請問對彈簧而言,它所感受到的「拉扯程度」會因為後者是牆壁還是人而有所不同嗎?
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太棒了!你能精準避開這道題目最容易掉入的陷阱,選出正確答案 25 公分,代表你對「力的平衡」與「虎克定律」的觀念掌握得非常扎實。
彈簧受力平衡的本質
這題的核心觀念在於:彈簧產生的張力與兩端受力大小是一致的。許多人在作答時會誤以為兩端各掛 10 公斤,彈簧受力就是 20 公斤,但實際上,彈簧要產生形變必須「兩端同時受力」。我們可以把其中一端的物體想像成「固定牆面」提供的支撐力,因此彈簧實際承受的拉力 $F$ 僅為 $10 \text{ kgw}$。根據虎克定律 $F = k \Delta x$,我們可以推導出伸長量:
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