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愛迪生自然科學第 43 堂範例卷：力的效應、虎克定律與力的合成
本堂整理力造成的形變與運動改變、接觸力與超距力、力圖與重量單位、虎克定律，以及合力與平衡的判斷。
愛迪生自然科學第 43 堂：力的效應、虎克定律與力的合成
我的課程探索段位與個人檔案學習目標
學習目標
1. 能從現象辨認形變與運動狀態改變。
2. 能區分接觸力、超距力、質量與重量。
3. 能由力圖、資料表與關係圖判讀力及彈簧伸長量。
4. 能計算同一直線合力並判斷力的平衡。
觀念
觀念一：力的效應
想像球撞牆後轉向、海綿被壓扁：力可能改變物體的運動狀態，也可能造成形變，兩種效應不必同時出現。運動狀態包含由靜到動、由動到靜、快慢與方向；判題時先指出看見哪一種改變。重力使物體向地心方向運動，也能由下落現象看見它的效應。
力的效應辨識 例題 1
力無法像物質一樣直接予以定義，於是利用力作用於物體時所產生的影響來加以描述力的作用，稱為力的效應。請問下列何者不屬於力的效應？
運動狀態改變 例題 2
下列哪些生活實例屬於物體受到力的效應，而改變其運動狀態？(甲)球碰到牆壁後回彈；(乙)將麵團壓成扁平狀；(丙)火車煞車減速進入月臺；(丁)用手擠壓海綿出水；(戊)樹上的蘋果成熟脫落
重力現象判讀 例題 3
平常觀察三種自然現象：(甲)瀑布的水往下沖；(乙)保齡球掉落地面；(丙)太陽光照射地面。其中可直接說明重力存在的是下列何者？
觀念
觀念二：力的形式
接觸力需要施力物與受力物接觸，例如推力、摩擦力、彈力、浮力與支撐力；超距力不需接觸，例如重力、磁力、靜電力。真空只代表沒有空氣，超距力仍可作用。受力造成形變時，撤去外力能恢復原狀稱為彈性，留下永久形變則呈現塑性。
接觸力與超距力 例題 1
下列何者屬於接觸力？
重力與重量 例題 2
有關重力的敘述，下列何者錯誤？
超距力與真空 例題 3
(甲)要發生力的作用，必須與物體接觸；(乙)可以不需接觸物體，仍可發生力的作用；(丙)真空中無法發生力的作用；(丁)地球引力在真空中無法發生作用，以上有關力的敘述，下列何者正確？
形變與恢復 例題 4
手壓橡皮泥會被壓扁，拉伸橡皮筋會變長，放手後恢復原狀。此現象代表力的何種效應？
觀念
觀念三：力的測量、單位與圖示
質量用 g、kg，重量或力用 gw、kgw。
力圖的箭尾是作用點、箭頭是方向、線段長度按比例表示大小。
在彈性限度內，先算伸長量 （全長減原長）；再由一組數據求彈力常數 ，單位是 gw/cm，意思是每拉長 1cm 需要幾 gw；之後力與伸長量就用 互換；題目若問全長，最後才把原長加回 。
全長—外力圖的縱軸截距是原長，斜率是 。
力的單位 例題 1
下列何者是「力」的單位？
力圖尺度判讀 例題 2
如圖所示，甲物體所受向左的作用力大小為多少？（一格代表 5gw）
力圖比例換算 例題 3
在力圖上以線段長5cm表示6gw的力，則9.6gw的力在力圖上，以多少cm長表示？
虎克定律換算 例題 4
阿菘取一個彈性限度標示為 100 gw，原長為 10 cm 的彈簧測量 20 gw 的砝碼時，彈簧全長為 18 cm，若改掛一個玩具小熊，則彈簧全長為 16 cm。試問玩具小熊的重量為多少 gw？
虎克定律條件 例題 5
有關虎克定律的敘述，下列何者正確？
虎克資料表判讀 例題 6
| 項目 | 數據一 | 數據二 | 數據三 | 數據四 | 數據五 |
|---|---|---|---|---|---|
| 外力（公克重） | 0 | 5 | 10 | 20 | X |
| 彈簧全長（公分） | 12 | 14 | 16 | 20 | 24 |
下表為陳同學在實驗室操作外力與彈簧長度關係的紀錄資料（忽略實驗誤差且所使用的彈簧均未超過彈性限度），針對附表的數據，請問下列敘述何者正確？
全長—外力圖判讀 例題 7
若以彈簧全長為y軸，所受外力為x軸，則B彈簧圖形可以數學式y＝ax＋b表示，其中b所含的意義是指B彈簧的什麼？
觀念
觀念四：力的平衡與合成
同一直線上的力，同向相加、反向相減，合力方向跟較大的力相同。要求未知平衡力時，先求其餘各力的合力，再取大小相等、方向相反的力。物體靜止或等速直線運動時合力為零；若只受兩力，還要確認兩力作用在同一物體、大小相等、方向相反且在同一直線上。
反向兩力合成 例題 1
有一顆氣球重量為2gw，今受空氣向上的浮力5gw而垂直向上飄，此時氣球所受的合力為何？
三力平衡 例題 2
今有兩個力同時作用在物體上，甲力120公克重，向西；乙力40公克重，向東。若欲保持物體不動，則還需要一個丙力，其大小及方向為何？
重力與支撐力 例題 3
300克重的某物體靜止平放於桌子上，則其所受支撐力是多少？
二力平衡方向 例題 4
一個靜止的物體，同時受兩力作用，若仍維持靜止狀態，則此兩力的夾角為何？［90. 基測Ⅱ］
靜止與合力 例題 5
一靜止物體受 5 gw、6 gw、10 gw、8 gw 四力同時作用，物體仍然靜止，則這些力的合力為何？
兩力合力範圍 例題 6
靜止在光滑水平桌面上的物體，受到 10gw 和 5gw 的兩個力作用，此兩力平行於桌面但兩個的作用方向不平行，則物體再受到下列哪一個力的作用時，物體有可能靜止不動？
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