IGCSE 物理 0625 Paper 4 練習卷：電學、電路與電磁感應（Extended 理論卷・100 分）

年級：中四至中五（IGCSE Year 10–11）　｜　科目：化學 0620　｜　時限：75 分鐘　｜　總分：100 分　｜　題數：33

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Paper	時間	分數	計算機
Paper 4（Extended，結構題）	1 小時 15 分	75	不可用

題目

第 1 題（16 分）　電路、電流與電壓

(a) 說明串聯電路中各元件電流的規律，並解釋原因。 （3 分）

(b) 說明並聯電路中各支路電壓的規律，並解釋原因。 （3 分）

(c) 用 R = V / I 說明電阻的定義，並寫出單位。 （3 分）

(d) 指出量度電流與量度電壓時，電錶應如何接入電路。 （3 分）

(e) 說明為何實驗時接線柱要清潔並鎖緊。 （2 分）

(f) 某燈泡的電流為 1.2 A，通電 300 秒。計算通過燈泡的電荷量。 （2 分）

第 2 題（18 分）　電阻、歐姆定律與串並聯計算

(a) 說明歐姆定律成立的條件，並指出它不成立的一種情況。 （3 分）

(b) 兩個電阻 4 Ω 與 6 Ω 串聯接在 12 V 電源上。計算總電阻與電流。 （4 分）

(c) 承上題，計算每個電阻兩端的電壓，並核對兩者相加等於電源電壓。 （4 分）

(d) 把同一對電阻改為並聯接在 12 V 電源上，計算等效電阻與總電流。 （4 分）

(e) 比較同一對電阻在串聯與並聯時的總功率，並解釋差異。 （3 分）

第 3 題（17 分）　電功率、能量與電費

(a) 說明 P = V I 的意義，並寫出電功率的另一條常用公式。 （3 分）

(b) 某電熱水壺標示 2000 W、240 V。計算它的工作電流與電阻。 （4 分）

(c) 水壺連續加熱 180 秒，計算耗電量，並以 kWh 表示。 （4 分）

(d) 若每 kWh 電費為 1.20 元，計算上述加熱的電費。 （3 分）

(e) 把 60 W 鎢絲燈換成 12 W 的 LED 燈，每天使用 5 小時。計算每天節省的電能。 （3 分）

第 4 題（17 分）　電磁感應與變壓器

(a) 說明產生感應電動勢的條件。 （3 分）

(b) 列出三個可以增大感應電動勢的方法，並各寫一句解釋。 （4 分）

(c) 某變壓器初級線圈 1200 匝、次級線圈 60 匝，初級電壓 240 V。計算次級電壓。 （4 分）

(d) 若初級電流為 0.5 A，且假設效率為 100%，計算次級電流。 （3 分）

(e) 說明變壓器為何只能使用交流電。 （3 分）

第 5 題（16 分）　家庭用電與安全

(a) 說明保險絲的作用，並指出它應接在電路的哪一條線上。 （3 分）

(b) 三個電器功率為 1500 W、900 W 與 600 W，同時接在 240 V 電路上。計算總電流。 （3 分）

(c) 應選用 3 A、13 A 還是 30 A 的保險絲？解釋你的選擇。 （3 分）

(d) 說明接地線的作用。 （3 分）

(e) 說明為何不可用銅線代替保險絲。 （2 分）

(f) 說明雙重絕緣如何提高用電安全。 （2 分）

第 6 題（16 分）　磁性、電磁鐵與應用

(a) 描述通電直導線周圍磁場的方向與形狀。 （3 分）

(b) 列出三個可以增強電磁鐵磁力的方法。 （3 分）

(c) 某電磁鐵有 200 匝，電流 0.5 A。計算安匝數；若匝數加倍而電流不變，磁場如何變化？ （3 分）

(d) 說明繼電器（relay）的用途與工作原理。 （3 分）

(e) 說明為何軟鐵比鋼更適合做電磁鐵的鐵芯。 （2 分）

(f) 舉出一個電磁鐵的實際應用，並說明為何要用電磁鐵而非永久磁鐵。 （2 分）

答案及評分準則

第 1 題　電路、電流與電壓

(a) 串聯電路中通過每個元件的電流相同（1 分）；因為電荷不會在電路中累積（1 分）；同一時間內通過每個截面的電荷量相等（1 分）。 ［3 分］

(b) 並聯各支路兩端的電壓相同（1 分）；因為各支路的兩端都接在同兩點上（1 分）；所以電勢差相等（1 分）。 ［3 分］

(c) 電阻等於元件兩端的電壓除以通過它的電流（1 分）；即 1 伏特電壓產生 1 安培電流時電阻為 1 歐姆（1 分）；單位為歐姆（Ω）（1 分）。 ［3 分］

(d) 電流錶要串聯接入電路（1 分）；電壓錶要並聯接在被測元件兩端（1 分）；電流錶電阻極小、電壓錶電阻極大，故不會明顯改變電路（1 分）。 ［3 分］

(e) 污垢或鬆動會令接觸電阻增大（1 分）；接觸電阻會發熱並令量得的電流與電壓偏低或不穩定（1 分）。 ［2 分］

(f) Q = I t（1 分）；= 1.2 × 300 = 360 C（1 分）。 ［2 分］

第 2 題　電阻、歐姆定律與串並聯計算

(a) 在溫度不變的條件下，導體的電流與電壓成正比（1 分）；金屬導體在恆溫下大致遵守（1 分）；燈絲因電流增大而升溫，電阻改變，故不遵守（1 分）。 ［3 分］

(b) R = 4 ＋ 6 = 10 Ω（1 分）；I = V / R（1 分）；= 12 ÷ 10（1 分）；= 1.2 A（1 分）。 ［4 分］

(c) V1 = I R1 = 1.2 × 4 = 4.8 V（2 分）；V2 = I R2 = 1.2 × 6 = 7.2 V（1 分）；4.8 ＋ 7.2 = 12 V，與電源電壓相等（1 分）。 ［4 分］

(d) 1/R = 1/4 ＋ 1/6（1 分）；R = 2.4 Ω（1 分）；I = V / R = 12 ÷ 2.4（1 分）；= 5 A（1 分）。 ［4 分］

(e) 串聯功率 = 12 × 1.2 = 14.4 W（1 分）；並聯功率 = 12 × 5 = 60 W，約為串聯的 4.17 倍（1 分）；並聯時等效電阻較小，故總電流大得多（1 分）。 ［3 分］

第 3 題　電功率、能量與電費

(a) 電功率是每秒轉換的電能（1 分）；P = V I 表示功率等於電壓乘電流（1 分）；另一常用式為 P = I² R（或 P = V² / R）（1 分）。 ［3 分］

(b) I = P / V = 2000 ÷ 240（1 分）；= 8.33 A（1 分）；R = V / I = 240 ÷ 8.33（1 分）；= 28.8 Ω（1 分）。 ［4 分］

(c) E = P t = 2000 × 180（1 分）；= 360000 J（1 分）；1 kWh = 3.6 × 10^6 J（1 分）；= 0.10 kWh（1 分）。 ［4 分］

(d) 耗電 0.10 kWh（1 分）；電費 = 0.10 × 1.20（1 分）；= 0.12 元（1 分）。 ［3 分］

(e) 功率差 = 60 − 12 = 48 W（1 分）；能量 = 48 × 5 = 240 Wh（1 分）；= 0.24 kWh（1 分）。 ［3 分］

第 4 題　電磁感應與變壓器

(a) 導體要處於磁場中（1 分）；導體與磁場之間要有相對運動，或穿過線圈的磁通量要改變（1 分）；電路須閉合才會產生感應電流（1 分）。 ［3 分］

(b) 加快相對運動速度，令磁通量改變更快（1 分）；增強磁場，令同樣運動下磁通量改變更大（1 分）；增加線圈匝數，令每匝的電動勢相加（1 分）；把線圈繞在軟鐵芯上，集中磁通量（1 分）。 ［4 分］

(c) 匝數比 = 1200 ÷ 60 = 20（1 分）；Vs / Vp = Ns / Np（1 分）；Vs = 240 ÷ 20（1 分）；= 12 V（1 分）。 ［4 分］

(d) 輸入功率 = 240 × 0.5 = 120 W（1 分）；輸出功率相同，故 Is = 120 ÷ 12（1 分）；= 10 A（1 分）。 ［3 分］

(e) 變壓器靠改變磁通量來感應電動勢（1 分）；交流電令鐵芯中的磁通量不斷改變（1 分）；穩定的直流電產生穩定磁通量，沒有感應電動勢（1 分）。 ［3 分］

第 5 題　家庭用電與安全

(a) 電流超過額定值時保險絲熔化，切斷電路（1 分）；它接在帶電的活線上（1 分）；並在開關與電器之間保護整個電路（1 分）。 ［3 分］

(b) 總功率 = 1500 ＋ 900 ＋ 600 = 3000 W（1 分）；I = P / V = 3000 ÷ 240（1 分）；= 12.5 A（1 分）。 ［3 分］

(c) 應選 13 A（1 分）；總電流 12.5 A 大於 3 A，會令 3 A 保險絲無故熔斷（1 分）；13 A 略高於工作電流，可以長期正常工作（1 分）。 ［3 分］

(d) 接地線把金屬外殼接往大地（1 分）；外殼意外帶電時電流經接地線流走（1 分）；大電流令保險絲熔斷，金屬外殼不會長時間帶電（1 分）。 ［3 分］

(e) 銅線熔點高、電阻小，過大電流時不會熔斷（1 分）；電線會過熱而起火，失去保護作用（1 分）。 ［2 分］

(f) 帶電部分被兩層絕緣包住（1 分）；外層損壞時仍有內層絕緣，外殼不會帶電，故不需接地線（1 分）。 ［2 分］

第 6 題　磁性、電磁鐵與應用

(a) 磁場形成以導線為中心的同心圓（1 分）；方向由右手螺旋定則決定（1 分）；離導線越遠磁場越弱（1 分）。 ［3 分］

(b) 增加線圈匝數（1 分）；增大電流（1 分）；使用軟鐵芯（1 分）。 ［3 分］

(c) 安匝數 = 200 × 0.5 = 100 A·匝（2 分）；匝數加倍後安匝數變為 200，磁場約增強一倍（1 分）。 ［3 分］

(d) 繼電器用小電流控制另一個大電流電路（1 分）；線圈通電時產生磁力吸下銜鐵，令觸點閉合（1 分）；可用低壓電路安全地操作高壓或大功率設備（1 分）。 ［3 分］

(e) 軟鐵容易被磁化，也容易失去磁性（1 分）；斷電後磁性迅速消失，適合需要開關控制的用途（1 分）。 ［2 分］

(f) 例如電磁起重機（1 分）；因為可以通電吸住、斷電放開，方便反覆操作（1 分）。 ［2 分］

下載

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