29. 在公車天花板上懸一單擺,若見擺錘向車前擺高,則可判知:公車正以何種仍式開動?
(A)等速
(B)減速
(C)加速
(D)轉彎。
統計: A(0), B(140), C(11), D(0), E(0) #2120756
詳解 (共 1 筆)
正確答案是:(B) 減速
解釋:
這是一道關於慣性與非慣性參考系的物理問題。公車天花板上懸掛的單擺(擺錘)受到重力和繩子的張力作用,若公車運動狀態改變,擺錘會因慣性偏離原來的平衡位置(垂直向下)。題目說擺錘「向車前擺高」,我們需要分析這對應於公車的哪種運動狀態。
1 慣性原理:
◦ 根據牛頓第一定律(慣性定律),物體在無外力或外力平衡時保持靜止或等速直線運動。若公車加速或減速,擺錘會因慣性相對於公車移動。
◦ 在非慣性參考系(如加速的公車內),物體會表現出「慣性力」,這是因為參考系本身的加速度。
2 擺錘向車前擺高的情況:
◦ 若公車減速(即加速度方向與運動方向相反,指向車後),擺錘因慣性傾向於保持原來的速度(向前運動),相對於公車會向前擺動。
◦ 「擺高」表示擺錘偏離垂直位置,繩子與垂直線形成角度,擺錘位置較高,這符合減速時慣性使擺錘向前傾斜的情形。
3 分析過程:
◦ 假設公車向右(正方向)行駛:
▪ 減速:公車的加速度 ( a ) 向左(負方向)。在公車參考系中,擺錘感受到一個慣性力(等於 ( -ma )),方向向右(車前)。這使擺錘向車前偏擺,繩子傾斜,擺錘位置升高。
▪ 平衡時,擺錘受重力(( mg \向下 ))、繩子張力(沿繩方向)和慣性力(向車前)作用,合力為零,導致擺錘穩定在車前的傾斜位置。
其他選項分析:
• (A) 等速:若公車以等速運動,無加速度,擺錘僅受重力和繩子張力,保持垂直向下,不會向車前擺高。
• (C) 加速:若公車加速(加速度向車前),慣性力向車後,擺錘會向車後擺動,而不是向車前。
• (D) 轉彎:若公車轉彎(如向左轉),擺錘受離心力影響,會向車外側(右轉則向左,左轉則向右)偏擺,且運動更複雜,未必穩定「向車前擺高」。題目未明確轉彎方向,且「擺高」更符合直線減速的描述。
結論:
擺錘向車前擺高,表示公車正在減速,正確答案為**(B)**。