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中四物理练习卷：力与运动、能量与动量、波与光（12 题・100 分・75 分钟）
练习卷 · 中四物理・12 题・100 分・75 分钟
中四物理练习卷：12 题共 100 分、75 分钟，涵盖匀加速运动、牛顿运动定律与惯性、摩擦力、功与功率、机械能守恒、动量与碰撞、力矩与杠杆、波速频率与波长、折射与全内反射、回声与超声波测距，以及凸透镜成像，并附完整答案与评分要点。
卷面资料 年级：中四（S4） ｜ 科目：物理 ｜ 时限：75 分钟 ｜ 总分：100 分 ｜ 题数：12
甲部：力与运动
全部小题均须作答，计算题须列出算式及单位。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 1 | 一辆汽车以 8 m/s 行驶，然后以 2.5 m/s² 的加速度匀加速 6 秒。(a) 求 6 秒末的速度。(b) 求这 6 秒内行驶的距离。(c) 求这段时间的平均速度。 | (a) v = u + at = 8 + 2.5 × 6 = 23 m/s（3 分）。(b) s = ut + ½at² = 8 × 6 + ½ × 2.5 × 36 = 48 + 45 = 93 m（3 分）。(c) 平均速度 = 93 ÷ 6 = 15.5 m/s，亦等于 (8 + 23) ÷ 2（3 分）。 |
| 2 | 一个 4 kg 的木块在水平桌面上，受 30 N 的水平推力，木块与桌面之间的摩擦因数为 0.25（摩擦力 ÷ 法向力），取 g = 10 m/s²。(a) 求摩擦力。(b) 求作用于木块的净力。(c) 求木块的加速度。(d) 若摩擦因数增至 0.5，加速度为多少？ | (a) 摩擦力 = 0.25 × 4 × 10 = 10 N（2 分）。(b) 净力 = 30 − 10 = 20 N（2 分）。(c) a = 20 ÷ 4 = 5 m/s²（3 分）。(d) 摩擦力变为 0.5 × 4 × 10 = 20 N，净力 10 N，a = 2.5 m/s²（1 分）。 |
| 3 | 一个小球由离地 45 m 的塔顶由静止释放，不计空气阻力，取 g = 10 m/s²。(a) 求小球落地所需时间。(b) 求小球落地时的速度。(c) 若同一实验在月球进行（g = 1.6 m/s²），落地时间为多少？ | (a) t = √(2 × 45 ÷ 10) = 3 s（3 分）。(b) v = 10 × 3 = 30 m/s（3 分）。(c) t = √(2 × 45 ÷ 1.6) = 7.5 s（2 分）。 |
| 4 | (a) 巴士突然刹停时，站立的乘客身体为何向前倾？以牛顿第一定律解释。(b) 写出牛顿第一定律中“净力为零”所对应的运动状态。(c) 一个 5 kg 的物体受 20 N 的净力，求其加速度。 | (a) 乘客保持原来的运动状态，车减速而人继续向前，故身体前倾（3 分）。(b) 净力为零时，静止的物体保持静止，运动的物体以匀速沿直线运动（2 分）。(c) a = 20 ÷ 5 = 4 m/s²（3 分）。 |
乙部：能量、动量与力矩
全部小题均须作答，答案须正确使用有效数字。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 5 | 一辆 1500 kg 的汽车由静止加速至 20 m/s，所需时间为 10 秒，忽略阻力。(a) 求汽车增加的动能。(b) 求引擎的平均功率（以 kW 表示）。(c) 实际引擎的功率为何较 (b) 的答案高？ | (a) 动能 = ½ × 1500 × 20² = 300 000 J = 300 kJ（3 分）。(b) 功率 = 300 000 ÷ 10 = 30 000 W = 30 kW（3 分）。(c) 实际需克服空气阻力及路面摩擦，部分能量以热能散失（2 分）。 |
| 6 | 一个小球由离地 20 m 的高处由静止落下，不计空气阻力，取 g = 10 m/s²。(a) 求小球到达地面时的速度。(b) 若空气阻力令 25% 的机械能散失，求小球到达地面时的速度（取三位有效数字）。(c) 列出小球下落过程中能量的两种转换。 | (a) v = √(2 × 10 × 20) = 20 m/s（3 分）。(b) 剩余动能占 75%，v = √(2 × 0.75 × 10 × 20) ≈ 17.3 m/s（3 分）。(c) 重力势能转为动能，部分转为热能及声能（3 分）。 |
| 7 | 一个 2 kg 的小车以 5 m/s 向右运动，撞向一个静止的 3 kg 小车，碰撞后两车黏在一起运动。(a) 求碰撞后两车的共同速度。(b) 求碰撞前后的总动能，并求损失的动能。(c) 这次碰撞属哪一种类型？ | (a) 动量守恒：2 × 5 = (2 + 3) × v，v = 2 m/s（3 分）。(b) 碰撞前动能 = ½ × 2 × 25 = 25 J；碰撞后 = ½ × 5 × 4 = 10 J；损失 15 J（3 分）。(c) 完全非弹性碰撞（2 分）。 |
| 8 | 一把扳手以 60 N 的力作用于距离支点 1.5 m 的位置，另一端距离支点 0.5 m 处有一向下的力 F 使其平衡。(a) 求 F 的大小。(b) 求支点所受的向上反作用力。(c) 说明为何使用较长的扳手较省力。 | (a) 力矩平衡：60 × 1.5 = F × 0.5，F = 180 N（3 分）。(b) 反作用力 = 60 + 180 = 240 N（3 分）。(c) 力臂越长，同一力矩所需施力越小（2 分）。 |
丙部：波与光
全部题目均须作答，解释题须引用相关物理定律。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 9 | 一个声源发出频率 250 Hz 的声波，在空气中的波长为 1.36 m。(a) 求声速。(b) 求该声波的周期。(c) 若同一声波进入另一介质，波长减半而频率不变，波速如何改变？ | (a) v = fλ = 250 × 1.36 = 340 m/s（3 分）。(b) T = 1 ÷ 250 = 0.004 s（3 分）。(c) 频率不变、波长减半，故波速减半，即 170 m/s（2 分）。 |
| 10 | 一束光由空气以 30° 入射角射入折射率为 1.5 的玻璃。(a) 求折射角（取三位有效数字）。(b) 求光由该玻璃射入空气时的临界角。(c) 写出发生全内反射的两个条件。 | (a) sin r = sin 30° ÷ 1.5 = 0.3333，r ≈ 19.5°（3 分）。(b) sin c = 1 ÷ 1.5 = 0.6667，c ≈ 41.8°（3 分）。(c) 光由光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角（2 分）。 |
| 11 | 一艘船向海底发出声纳讯号，0.60 秒后收到回声，声速为 340 m/s。医用超声波仪器在软组织中声速为 1500 m/s，讯号来回需 0.08 秒。(a) 求该处海水深度。(b) 求该处组织的厚度。(c) 说明医学造影为何采用超声波而非可听声波。 | (a) 深度 = 340 × 0.60 ÷ 2 = 102 m（3 分）。(b) 厚度 = 1500 × 0.08 ÷ 2 = 60 m（3 分）。(c) 超声波波长短、分辨率高，且不会被人耳察觉（2 分）。 |
| 12 | 一个物体放在焦距 10 cm 的凸透镜前 15 cm 处。(a) 求像距。(b) 求放大率，并说明像的性质。(c) 若物体移至镜前 5 cm 处，求像距与放大率，并说明像的性质。 | (a) 1/f = 1/u + 1/v，v = 10 × 15 ÷ (15 − 10) = 30 cm（3 分）。(b) 放大率 = 30 ÷ 15 = 2，像是倒立、放大、实像（3 分）。(c) v = 10 × 5 ÷ (5 − 10) = −10 cm，放大率 = 2，像是正立、放大、虚像（4 分）。 |
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