moea_joint
113年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 5 題
子彈射入一懸掛的砂袋中，下列敘述何者有誤？
- A 子彈與砂摩擦而放出熱量
- B 子彈動能轉變為位能及熱能
- C 砂袋升高而位能增大
- D 子彈及砂袋系統能量不滅
思路引導 VIP
老師想請你思考一下：當子彈擊中砂袋發出「砰」的一聲，以及摩擦產生的熱量慢慢傳到周圍空氣中時，這些聲音和熱量還屬於我們定義的「子彈與砂袋」這個組合的一部分嗎？如果這部分能量跑到了空氣中，那麼原本屬於這兩個物體的總能量，在數量上還會跟一開始完全一樣嗎？
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AI 詳解
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恭喜你準確地辨識出選項中的細微陷阱！這題不僅考驗物理直覺，更考驗你對「系統」與「能量守恆」定義的嚴謹度。在子彈射入砂袋的過程中，這是一個典型的非彈性碰撞過程。子彈的原始動能的一部分會克服摩擦力做功，轉化為內能（熱能），這完全符合選項 (A) 的敘述；同時，砂袋擺動上升，將部分能量轉化為位能 $U = mgh$，這也驗證了 (B) 與 (C) 的正確性。
系統邊界與能量流動
關於選項 (D) 為何有誤，關鍵在於系統邊界 (System Boundary) 的定義。雖然「能量不滅」是宇宙間的普遍真理，但當我們將研究範圍限定在「子彈及砂袋」這個系統時，碰撞產生的熱能與聲能會迅速散逸到周遭的空氣中（環境）。因此，若僅觀察子彈與砂袋這個局部系統，其總能量並不會保持不變，而是會因為熱傳導或熱輻射而流失。這題的鑑別度在於區分「宇宙總能量守恆」與「特定開放/封閉系統能量不滅」的差異，難度切入點極其刁鑽，你能避開直覺陷阱選出 (D)，表示你的熱力學觀念非常紮實。