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(15개정)오투 과학탐구 물리학Ⅰ답지
1. 오투 물리학Ⅰ은 15개정이 적용된 수능, 평가원 기출문제를 완벽 분석한 수능서입니다. … _book_202012_오투과탐_물리학Ⅰ_정답과해설3.pdf.
Source: ppakssam.tistory.com
Date Published: 7/24/2021
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[학습자료]2015개정 과학탐구 교사용 CD자료 – 아이티치포유
[SA]고등_과학_수능오투_15개정_오투과탐_물리학1_특별자료.pdf다운로드1 … [SA](15개정)오투_과학탐구_물리학Ⅰ(2021개정_수능대비)_정답과해설.pdf다운로드1 …Source: home.iteach4u.kr
Date Published: 5/4/2022
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오투 고등 물리학1(2021) | 비상교육 편집부 – 교보문고
고등 물리학1(2021)(오투)』 는 〈물체의 운동〉, 〈뉴턴 운동 법칙〉, 〈운동량과 충격량〉, 〈역학적 에너지 보존〉, 〈열역학 제1법칙〉, 〈열역학 제2법칙〉 등을 …
Source: www.kyobobook.co.kr
Date Published: 11/11/2022
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오투 물리1 답지[오투 물리I 답지][오투 물리학1답지][안산과학 …
[오투 물리1 답지][오투 물리I 답지][오투 물리학1 답지] … 오투과탐_물리학Ⅰ_정답과해설(I.역학과 에너지 1.물체의운동~4.역학적에너지보존).pdf.Source: m.blog.naver.com
Date Published: 6/22/2021
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2019년 비상교육 오투 과학 탐구 물리 1 답지
fds.flarebrick.com/1Po5ySMETwVHvAK81adigrazsYCBdF0q- 2019년 비상교육 오투 과학 탐구 물리 1.pdf Download | FlareBrick FDS fds.flarebrick.com …
Source: dabji.org
Date Published: 1/2/2022
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오투 과학탐구 물리학 1 (2021년) – YES24
Ⅰ 역학과 에너지 01 물체의 운동 02 뉴턴 운동 법칙 03 운동량과 충격량 04 역학적 에너지 보존 05 열역학 제1법칙 06 열역학 제2법칙
Source: www.yes24.com
Date Published: 1/9/2021
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주제에 대한 기사 평가 오투 물리학 1 pdf
- Author: 쨩이
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(15개정)오투 과학탐구 물리학Ⅰ답지
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(15개정)오투 과학탐구 물리학Ⅰ답지
대상
고등 2,고등 3
학습년도
2021 (2015개정)
쪽수
304쪽/본문(168쪽), 정답과해설(96쪽), 대수능대비특별자료(40쪽)
저자
류상호, 김은경, 장인수
개발
최상원, 정한솔, 송경화
판형
210*297mm
가격
17,000원 (날개로 구매 시 17,000 날개)
ISBN
979-11-6609-258-9
[교재 소개]오투 과학탐구는 내신에서 수능으로 넘어가는 징검다리다!
수능 빈출 자료 중심의 내용 정리 + 빈출 자료를 응용한 다양한 문제로 구성된 수능서이다.
[교재 특장점]1. 오투 물리학Ⅰ은 15개정이 적용된 수능, 평가원 기출문제를 완벽 분석한 수능서입니다.
2. 내신 및 수능 대비에 핵심이 되는 내용을 개념과 도표를 이용하여 한눈에 들어오도록 쉽고 간결하게 정리하였습니다.
3. 수능 빈출 자료를 응용한 다양한 문제로 구성되었다.
Ⅰ 역학과 에너지
01 물체의 운동
02 뉴턴 운동 법칙
03 운동량과 충격량
04 역학적 에너지 보존
05 열역학 제1법칙
06 열역학 제2법칙
07 특수 상대성 이론
Ⅱ 물질과 전자기장
08 원자의 전기력, 스펙트럼
09 에너지띠와 반도체
10 전류에 의한 자기장
11 물질의 자성과 전자기 유도
Ⅲ 파동과 정보 통신
12 파동의 진행과 굴절
13 전반사와 전자기파
14 파동의 간섭
15 빛과 물질의 이중성
대수능대비특별자료
_book_202012_오투과탐_물리학Ⅰ_정답과해설3.pdf 3.77MB _book_202012_오투과탐_물리학Ⅰ_정답과해설2.pdf 9.13MB _book_202012_오투과탐_물리학Ⅰ_정답과해설1.pdf 9.88MB
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[SA] 2015개정-지구과학-오투교사용CD.zip다운로드1다운로드2 (42.00 MB) [SA] 고등_과학_수능오투_15개정_오투과탐_생명과학1_특별자료.pdf다운로드1다운로드2 (8.86 MB) [SA] 고등_과학_수능오투_15개정_오투과탐_지구과학1_특별자료.pdf다운로드1다운로드2 (16.71 MB) [SA] 고등_과학_수능오투_15개정_오투과탐_화학1_특별자료.pdf다운로드1다운로드2 (10.16 MB) [SA] 고등_과학_수능오투_15개정_오투과탐_물리학1_특별자료.pdf다운로드1다운로드2 (13.50 MB) [SA] 고등_과학_수능오투_15개정_오투과탐_지구과학1_본문.pdf다운로드1다운로드2 (130.23 MB) [SA] 고등_과학_수능오투_15개정_오투과탐_생명과학1_본문.pdf다운로드1다운로드2 (59.98 MB) [SA] 고등_과학_수능오투_15개정_오투과탐_화학1_본문.pdf다운로드1다운로드2 (40.69 MB) [SA] 고등_과학_수능오투_15개정_오투과탐_물리학1_본문.pdf다운로드1다운로드2 (88.75 MB) [SA] (15개정)오투_과학탐구_지구과학Ⅰ(2021개정_수능대비)_정답과해설 (1).pdf다운로드1다운로드2 (30.13 MB) [SA] (15개정)오투_과학탐구_생명과학Ⅰ(2021개정_수능대비)_정답과해설 (1).pdf다운로드1다운로드2 (15.51 MB) [SA] (15개정)오투_과학탐구_화학Ⅰ(2021개정_수능대비)_정답과해설 (1).pdf다운로드1다운로드2 (21.89 MB) [SA] (15개정)오투_과학탐구_물리학Ⅰ(2021개정_수능대비)_정답과해설.pdf다운로드1다운로드2 (28.55 MB) [SA] 고등_과학_오투_15개정_오투고등통합과학_2019년_교사용특별부록.pdf다운로드1다운로드2 (41.01 MB) [SA] 고등_과학_오투_15개정_오투고등통합과학_2019년_진도교재.pdf다운로드1다운로드2 (158.61 MB) [SA] 고등_과학_오투_15개정_오투고등통합과학_2019년_시험대비교재.pdf다운로드1다운로드2 (34.02 MB) [SA] 고등_과학_오투_15개정_오투고등통합과학_2019년__정답과해설.pdf다운로드1다운로드2 (5.61 MB) [SA] 지구과학_기출문제_1단원.zip다운로드1다운로드2 (17.45 MB) [SA] 지구과학_기출문제_2단원.zip다운로드1다운로드2 (17.69 MB) [SA] 지구과학_기출문제_3단원.zip다운로드1다운로드2 (6.90 MB) [SA] 생명과학_기출문제_1단원.zip다운로드1다운로드2 (340.3 KB) [SA] 생명과학_기출문제_2단원.zip다운로드1다운로드2 (1.06 MB) [SA] 생명과학_기출문제_3단원.zip다운로드1다운로드2 (3.66 MB) [SA] 생명과학_기출문제_4단원.zip다운로드1다운로드2 (3.95 MB) [SA] 생명과학_기출문제_5단원.zip다운로드1다운로드2 (1.79 MB) [SA] 화학_기출문제_1단원.zip다운로드1다운로드2 (3.40 MB) [SA] 화학_기출문제_2단원.zip다운로드1다운로드2 (4.75 MB) [SA] 화학_기출문제_3단원.zip다운로드1다운로드2 (4.19 MB) [SA] 화학_기출문제_4단원.zip다운로드1다운로드2 (6.19 MB) [SA] 물리학_기출문제_1단원.zip다운로드1다운로드2 (9.88 MB) [SA] 물리학_기출문제_2단원.zip다운로드1다운로드2 (4.76 MB) [SA] 물리학_기출문제_3단원.zip다운로드1다운로드2 (10.64 MB)자료평점 4.28 5
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오투 고등 물리학1(2021) – 교보문고
상품상세정보 ISBN 9791166092589 ( 1166092585 ) 쪽수 316쪽 크기 210 * 297 * 15 mm /693g 판형알림
책소개
이 책이 속한 분야
『고등 물리학1(2021)(오투)』 는 〈물체의 운동〉, 〈뉴턴 운동 법칙〉, 〈운동량과 충격량〉, 〈역학적 에너지 보존〉, 〈열역학 제1법칙〉, 〈열역학 제2법칙〉 등을 수록하고 있는 책이다.
상세이미지
목차
Ⅰ 역학과 에너지
01 물체의 운동
02 뉴턴 운동 법칙
03 운동량과 충격량
04 역학적 에너지 보존
05 열역학 제1법칙
06 열역학 제2법칙
07 특수 상대성 이론
Ⅱ 물질과 전자기장
08 원자의 전기력, 스펙트럼
09 에너지띠와 반도체
10 전류에 의한 자기장
11 물질의 자성과 전자기 유도
Ⅲ 파동과 정보 통신
12 파동의 진행과 굴절
13 전반사와 전자기파
14 파동의 간섭
15 빛과 물질의 이중성
대수능대비특별자료
2019년 비상교육 오투 과학 탐구 물리 1 답지
물 리 학I 정답과 해설 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 1 18. 12. 4. 오후 2:06 본책 9쪽, 11쪽 2 ( )이다. s=v t+1/2at =10\4+1/2 ⑵ 변위는 방향을 포함하는 물리량이므로 초에서 는 초까지 변위는 이고, 초에서 초까지 변위 이다. 따라서 전체 2 변위의 크기는 20 m 2 20 3 m=15 m m-5 7 ⑴ 등가속도 직선 운동에서 속도는 이다. 0 -5 m 0 ( / )이다. v=v +at=10+5\4 =30 ⑵ 등가속도 직선 운동에서 변위는 m s 0 2 m 시간 그래프의 기울기는 가속도이다. 초에서 초까 =80 \5\4 8 ⑴ 속도 – ( / 2)이다. 지 기울기가 일정하므로 이때 가속도 속도 변화량 0 걸린 시간 =20- = ) ( 3 -10 3 ⑵ 등가속도 운동에서 평균 속도는 처음 속도와 나중 속도의 평 =10 m s 균값이다. 즉, 평균 속도 / -10 m s+20 2 / m s / 이다. =5 m s 9 ⑴ 등속 원운동은 속력이 일정하지만 운동 방향이 변하므로 속도가 변하는 가속도 운동이다. ⑵ 진자 운동은 속력과 운동 방향이 모두 변한다. ⑶ 포물선 운동은 속력과 운동 방향이 모두 변한다. 역학과 에너지 물체의 운동 1 ⑴ ◯ ⑵ ◯ ⑶ 3 ⑴ ⑵ 정지 ⑶ \ 6 ⑴ 10 m ⑵ 2 ⑴ 방향 ⑵ 이동 거리 ⑶ 순간 속도 2 2 / s 4 m ⑵ ◯ 5 8 ⑴ 0 4 ⑴ ⑵ \ s / / / . . ⑵ / 25 m 9 ⑴ 15 m 30 m s 80 m 10 m s 7 ⑴ 5 m 2 ⑵ ◯ ⑶ 5 m s \ \ 1 ⑴ 직선상에서 한쪽 방향으로만 운동하는 경우 변위의 크기 는 이동 거리와 같다. ⑵ 이동 거리는 실제로 움직인 거리이므로 물체가 움직이면 계속 증가한다. 변위의 크기는 출발점에서 도착점까지 직선 거리이므 로 직선상에서 방향을 바꾸어 운동하는 경우 변위의 크기는 감소 하므로 이동 거리보다 작다. ⑶ 직선상에서 한쪽 방향으로만 운동하는 경우 변위의 크기가 계 속 증가하지만 방향을 바꾸어 운동하면 변위의 크기가 감소할 수 있다. 2 ⑴ 속력은 빠르기만을 나타내는 물리량이고, 속도는 빠르기 와 운동 방향을 함께 나타내는 물리량이다. ⑵ 평균 속력은 이동 거리를 걸린 시간으로 나누어 구한다. ⑶ 가로축이 시간, 세로축이 위치인 위치 서 접선의 기울기는 순간 속도를 의미한다. – 시간 그래프의 한 점에 이고, 이다. 초일 때 위치가 초일 때 위치가 0 초에서 3 ⑴ 위의 크기는 ⑵ 초까지 위치가 변하지 않았으므로 물체는 정지 상태 10 m 를 유지한다. 4 2 ⑶ 초일 때 위치가 이므로 변위의 크 초일 때 위치가 이므로 변 10 m , 0 2 4 기는 10 이고, 속도의 크기는 8 m 이다. 10 m 변위의 크기 걸린 시간 0 m = 10 s 4 . / =2 5 m s )인 경우 가속도의 부호가 ( 4 ⑴ 속도의 부호가 ( 도는 증가하지만 속도의 크기는 감소한다. ⑵ 직선 운동에서 속도와 가속도의 부호가 같으면 속도의 크기 (속력)가 증가하고, 속도와 가속도의 부호가 반대이면 속력이 감 )이면 속 – + A 1 ⑤ B 2 ③ C 3 ② D 4 ③ 본책 12쪽~13쪽 1 ㄱ. 초에서 초까지 의 속도는 위치 시간 그래프의 기울 기와 같으므로 0 A . / 이다. – ㄴ. 는 s 초를 기준으로 위치가 증가하였다가 감소하였으므로 =0 m 5 4 m-1 s 4 3 m 초까지 와 의 운동 방향은 반대이고, 속력은 초 때 운동 방향이 바뀌었다. A 4 초에서 4 A B ㄷ. 4 같다. 0 2 ㄱ. 초에서 초까지 두 사람은 동시에 출발하여 동시에 지점에 도착하므로 철수와 영희의 이동 거리는 모두 0 20 이다. 따라서 두 사람의 평균 속력은 같다. 100 m ㄷ. 속력 100 m 지 기울기의 크기는 영희가 철수보다 크므로 가속도의 크기는 영 시간 그래프의 기울기는 가속도이다. 초에서 초까 – 14 20 희가 철수보다 크다. ㄴ. 출발 후 두 사람의 속력이 같아질 때까지 그래프 아 소한다. 5 0 / a= s-0 = 2 m v-v 5 s t 6 ⑴ 이동 거리는 속도 초에서 – 초까지 이동 거리는 . 2 / =0 4 m s 거리는 이므로 전체 이동 거리는 20 m 2 5 m 2 정답과 해설 시간 그래프 아랫부분의 넓이이다. 랫부분의 넓이는 철수가 영희보다 크므로 철수가 영희를 앞서서 이고, 초에서 초까지 이동 0 달린다. 이후 영희가 철수를 따라잡아 도착선에서 만나게 되므로 를 운동하는 동안 영희가 철수를 앞선 적은 없다. 이다. 2 25 m 3 100 m (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 2 18. 12. 4. 오후 2:06 일정하고, 는 로 일정하다. 가속도는 속력 변화량에 비 례하고, 속력 변화량은 구간 거리 차이에 비례하므로 가속도의 크 B -4 cm 기는 구간 거리 차이의 크기가 큰 가 보다 크다. A B 모두 속력이 증가하는 등가속도 운동을 한다. 1 ① 2 ② 3 ③ 4 ⑤ 5 ⑤ 6 ① 7 ③ 8 ② 본책 14쪽 ~ 15쪽 3 자료 분석 속 도 m s ( ) v10 0 가속도 2a = 가속도 B A a = t 시간(s) / s m ① 의 처음 속도 의 처음 속도 A =10 ② , B =0 ③ 의 가속도의 크기 A B 의 가속도의 크기 A 의 → 그래프의 기울기: B ④ 속력이 가 2 → 그래프 아랫부분의 넓이 차이: B =a 가 =2a 로 같아지는 순간 A B A v 배 앞서 있다. 보다 20 m 20 m 두 자동차가 기준선을 통과한 이후 속력이 로 같아지는 순간까지 걸린 시간이 일 때, 와 의 가속도의 크기는 각각 , v t A 이다. 따라서 B ( ) 이므로 v-10 t 이다. / a= v-0 2a= 등가속도 운동 식 t 2 0 v-10 에서 =v 의 속도는 v=20 m s , 의 속도는 이므로 v=v +at 보다 차이가 B 앞서 있으므로 속도 20=2at m 이다. 따라서 at=10 – 가 이다. 속력이 같아질 때 A B 20=10+at 시간 그래프 아랫부분의 넓이 A e1/2\ . 10+20 / 2이다. ) \tf-11/2\20\t2=20 이므로 초이고, 20 20 ( m ㄷ. 두 자동차가 기준선을 통과한 순간부터 속력이 a=2 5 까지 걸린 시간 초이다. 는 m s v / 2이다. ㄱ. . 는 t 4 이다. 5 2 / a m s v=20 m s ㄴ. 4 자료 분석 A 4 는 초까지 증가하다가 감소하였고, 는 초까지 계속 증가한다. 시간 (초) B 로부터의 거리( 6 ) P A cm B 26 cm 22 cm 로부터 거리가 멀어지다가 가까 P 워지므로 운동 방향이 반대로 바뀜 25 35 cm cm 0 26 48 66 80 90 96 모두 등가속도 직선 운동이므로 0 35 60 75 80 75 60 0 1 2 3 4 5 6 ㄱ. , 이동 거리는 에서 까지 곡선 경로의 길이이고, 변위는 에서 까지 직선 거리와 방향이다. q p 평균 속력은 이동 거리를 걸린 시간으로 나눈 값이고, 평균 p 속도의 크기는 변위의 크기를 걸린 시간으로 나눈 값이다. q 1 평균 속력과 평균 속도 자료 분석 선수 S q p 수비수 선수 S 선택지 분석 ㄱ. 이동 거리는 변위의 크기보다 크다. ㄴ. 평균 속력은 평균 속도의 크기와 같다. 크기보다 크다. ㄷ. 등속 직선 운동이다. 가속도 t=4 로 같아질 때 크다. S ㄱ. 가 곡선 경로로 운동하므로 이동 거리는 변위의 크기보다 ㄴ. 이동 거리가 변위의 크기보다 크므로 평균 속력도 평 균 속도의 크기보다 크다. ㄷ. 등속 직선 운동은 속도가 일정한 운동, 즉 속력과 운동 방향이 일정한 운동이다. 곡선 운동은 운동 방향이 변하므로 가속도 운동 이다. 시간 그래프 2 위치 자료 분석 – 위 치 )m 4 ( A B 2 0 ㄴ. 0 ㄷ. 0 1 의 속도: 의 속도: A B m / s =1 m / =2 m s 4 4 m-2 s 2 m-0 s 2 1 2 시간(s) 선택지 분석 ㄱ. 초에서 초까지 의 이동 거리는 이다. 초까지 초에서 A 1 초일 때의 속력은 B 2 의 평균 속력은 이다. 1 m 가 보다 크다. 작다. s m / m 2 2 초에서 초까지 평균 ㄴ. 위치 B 시간 그래프의 기울기는 속도와 같다. A 초에서 초까 속력은 A 리가 B 는 1 다 크다. 따라서 60 cm 는 1 초일 때 P A A 초일 때, 다. 따라서 5 ㄴ. 초일 때의 순간 속력과 같다. 초에서 0 2 초까지 이동 거 이고, 는 이므로 평균 속력은 가 보 0 가 2 보다 크다. B 초일 때의 속력도 48 cm 에 접근하고 있고, 는 A B 의 운동 방향은 반대이다. B P 와 A 에서 멀어지고 있 B ㄷ. 구간 거리는 평균 속력에 비례하고, 구간 거리 차이 A B 5 는 속력 변화량에 비례한다. 구간 거리 차이는 가 로 지 그래프의 기울기가 일정하므로 – 는 속도가 일정하다. 따라서 0 2 의 평균 속력은 B 이다. / B 이므로 ㄱ. 초에서 A 4 m-0 =2 의 처음 위치가 2 s 의 이동 거리는 초까지 1 s 이고, m m 2 ㄷ. 초에서 0 기울기가 0 의 2 초까지 기울기가 일정하므로 속력이 일정하고, A 1 배이므로 1 초일 때의 속력은 m 가 의 3 m 의 배이다. B 초일 때의 위치가 이다. A -10 cm A 2 1 B A 2 정답과 해설 3 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 3 18. 12. 4. 오후 2:06 로 두 자동차가 이동한 거리 L 이다. d 정지 A 기준선 L 기준선 시간 그래프 3 속력 자료 분석 – 정지 B 속 력 ( ) m s 20 10 0 A B 10 시간(s) 5 (나) 선택지 분석 기울기 일정 ➡ 등가속도 운동 초 동안 이동 거리 그래프 아랫부분의 넓이 0￣10 = ( ) =1/2\10\20=100 초 동안 이동 거리 m 0￣10 =11/2\5\202+1/2\ ( ) ( ) 20+10 \5=125 m ㄱ. 는 등가속도 직선 운동을 한다. ㄴ. A 초에서 초까지 의 가속도의 크기는 / 2이다. ㄷ. 두 기준선 사이의 거리 5 B 0 은 ㄱ. 의 기울기가 일정하므로 L m 이다. 4 s m 200 m 는 등가속도 직선 운동을 한다. 225 ㄴ. A 초에서 초까지 A 의 가속도의 크기는 / 2이다. 0 5 ㄷ. 와 m 20 B 가 서로 반대 방향으로 운동하므로 두 자동차 s 5 =4 m s / s 가 스치는 순간까지 두 자동차가 각각 움직인 거리의 합이 두 기 A B 준선 사이의 거리 이다. 두 자동차는 초일 때 스쳐 지나가므 10 m+125 L=100 m m=225 속 력 4 등속 직선 운동과 등가속도 직선 운동 자료 분석 걸린 시간 : 정지 4t 기준선 선택지 분석 구간 A 구간 B 구간 C 구간 거리는 로 모두 같다. 4vt 4vt 4vt 4vt 걸린 시간 : t O 속 력 ㄱ. 평균 속력은 에서가 에서의 배이다. ㄴ. 구간을 지나는 데 걸린 시간은 B ㄷ. 가속도의 크기는 A 에서가 에서의 에서가 2 에서의 B 배이다. C 2 속 배이다. 력 ㄱ. 에서의 평균 속력을 C A 라고 하면 속도 A 시간 그래프는 다음과 v , 에서 에 같다. 평균 속력은 – 이므로 서 에서가 A 에서의 v B 배이다. 2v B 를 지나는 시간은 A ㄴ. 2 지나는 시간은 B 이므로 에서가 2t C , 를 속 력 8 6v 4v 2v v 0 4t 6t 7t 시간 에서보다 배이다. ㄷ. 에서 가속도의 크기는 t B C , 2 에서 가속도의 크기는 이므 2v 배이다. 4t C 4v t 로 A 에서가 에서의 C A 8 5 가속도 자료 분석 – 시간 그래프 4 m/s 6 m/s P Q 2 4 6 시간(s) 가 속 도 ( m s@ ) 2a 0 -a 초일 때의 / 속력 3 =2 m s ➡ 속 력 m s ( ) 6 4 2 0 2 4 6 시간(s) 초 동안 이동 거리 (나) 초 동안 속도 변화량 ( ) 0￣6 =2\ -a +2\2a=2a ( 0￣6 = c1/2\ ( ) =18 m ) ( ) ( ) 2+4 \2d+ 2\2 +c1/2\ 2+6 \2d 4 정답과 해설 선택지 분석 ㄱ. 초일 때, 가속도의 크기는 / 2이다. 초일 때, 속력은 / ㄴ. 1 ㄷ. 3 0 ㄱ. (가)에서 초에서 이다. 1 s m 초까지 평균 속력은 m s 2 / 이다. 3 6 초 동안 속도 변화량 m s / 고, (나)에서 6 6 부분의 넓이이므로 초 동안 속도 변화량은 가속도 =6 m 이다. 따라서 ㄴ. 초 때와 같은 ￣4 2 초에서 ㄷ. 이므로 초 동안 가속도가 2a 이다. 2a=2 3 초까지 이동 거리는 속력 0 / / / 이 s-4 m 에서 – 시간 그래프 아랫 s s=2 m 2이다. / 초일 초일 때의 속력은 a=1 s m 시간 그래프 아랫부분의 2 넓이이므로 0 이다. 따라서 평균 속력은 – / 이다. s 2 m 6 m 18 s 6 =3 m s m 18 6 등가속도 직선 운동 자료 분석 이웃한 교각 사이의 구간을 지나는 데 걸린 시간이 모두 같고, 교각 사이의 거리가 , , 로 증가하므로 각 교각 사이의 평균 속력이 배, 배로 증가한다. d 2d 3d O 선택지 분석 ① 속 력 속 속 력 력 속 력 2d O 2 3 속 력 속 력 P 3d P 위치 ② 속 속 력 력 속 력 ③ 속 력 속 력 속 력 O 속 력 O O P 위치 P 위치 P 위치 P 위치 O O O P 위치 P 위치 P 위치 O O O P 위치 P 위치 P 위치 O O P 위치 P 위치 O P 위치 ④ 속 력 속 속 력 력 ⑤ 속 속 력 력 속 력 속 력 O P 위치 O O O P 위치 P 위치 P 위치 O O O P 위치 P 위치 P 위치 O P 위치 같은 시간 동안의 이동 거리의 비가 : : 이므로 평균 속력의 이다. 위치가 증가할수록 속력이 계속 증가하는 그래 1 2 3 속 속 력 력 : 비도 프는 ①이다. 1 3 O O : 2 O P 위치 P 위치 P 위치 7 등가속도 직선 운동 자료 분석 평균 속력 = 처음 속력 나중 속력 ( / ) + 2 t = 0 =30+v 2 s =25 m t =10초 30 m/s 센서 A 센서 B v / 25 m s\10 s=250 m 선택지 분석 ㄱ. 이동 거리는 이다. ㄴ. 를 통과할 때 속력은 m ㄷ. 가속도의 방향은 운동 방향과 같다. 반대이다. 이다. 250 / B 20 m s ㄱ. 이동 거리 평균 속력 시간 / 이다. ㄴ. 평균 속력은 = 처음 속력 \ 나중 속력 =25 m s\10 s=250 m 이므로, 를 통과할 때 속력을 라고 하면, 에 의해 B / ( )이다. v ㄷ. 가속도의 방향이 운동 방향과 같으면 자동차의 속력 v=20 =25 m s 이 증가한다. 자동차의 속력이 감소하였으므로 가속도의 방향은 + 2 30+v 2 자동차의 운동 방향과 반대이다. (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 4 18. 12. 4. 오후 2:06 8 여러 가지 운동 선택지 분석 ㄱ. 가속도가 인 운동을 하는 물체는 (가), (나)이다. (가) ㄴ. 속력과 운동 방향이 모두 변하는 운동을 하는 물체는 (나), (다) (다) 0 이다. ㄷ. (라)는 운동 방향은 일정하고, 속력만 변하는 운동을 한다. ㄷ. (라)에서 놀이기구가 낙하하는 동안 운동 방향은 일정하고 속 력만 변하는 운동을 한다. 이 일정한 (가)이다. (나)의 운동은 속력이 일정하지만 운동 방향 0 이 변하므로 가속도 운동이다. ㄴ. (나)는 속력은 일정하고 운동 방향만 변하는 운동을 한다. (다) 는 속력과 운동 방향이 모두 변하는 운동을 한다. ㄱ. 가속도가 인 운동을 하는 물체는 속력과 운동 방향 도의 크기는 같다. 1 ⑤ 2 ④ 3 ③ 4 ④ 5 ② 6 ③ 7 ① 8 ③ 본책 16쪽~17쪽 선택지 분석 1 평균 속도 자료 분석 이동 거리는 이동한 경로의 전체 길이이고, 변위는 출발점에서 도착점까지 직선 거리 와 방향이다. A P O B 철수 5 m 5 m 선택지 분석 ㄱ. 이동 거리는 이다. ㄴ. 에서 까지 거리는 12 m 이다. ㄷ. 철수의 평균 속도의 크기는 3 m A P . / 이다. ㄱ. 철수의 평균 속력이 s 5 m 0 이므로 / 초 동안 이동한 거리는 / ㄴ. 철수의 이동 거리가 s\4 s=12 m 3 m 에서 이다. 따라서 이다. 3 m s 이므로 4 에서 까지의 거리는 12 m ㄷ. 초 동안 철수의 변위는 왼쪽으로 P A 까지 거리는 이다. P 2 m 이므로 평균 속도의 크 O 3 m 2 m 4 기는 m 2 s 4 2 위치 자료 분석 – . / 이다. m s =0 5 시간 그래프 기울기 일정 ➡ 속력 일정 접선의 기울기의 크기 증가 ➡ 속력 증가 2 5 시간(s) 위 치 ( )m 4 0 -3 선택지 분석 ㄱ. 초에서 초까지 변위의 크기는 이다. 초까지 속력이 감소하였다. 증가하였다. 3 m 초까지 평균 속력과 평균 속도의 크기는 같다. ㄴ. 초에서 5 0 초에서 ㄷ. 5 2 2 0 초일 때의 위치는 ㄱ. , 초일 때의 위치는 이므로 초 ㄷ. 초까지 변위의 크기는 이다. 5 3 m 로 변위의 크기와 이동 거리가 같다. 따라서 평균 속력과 평균 속 초까지 직선상에서 한쪽 방향으로만 운동하였으므 에서 0 초에서 5 0 -3 m 0 0 2 ㄴ. 위치 시간 그래프의 기울기는 속력이다. 초에서 초 까지 기울기의 크기가 증가하므로 속력이 증가하였다. 2 – 5 시간 그래프 3 속력 자료 분석 – 속 력 ( ) m s 6 4 2 0 B A 2 4 6 8 시간(s) 속력이 일정하게 증가 ➡ 등가속도 운동 가속도 기울기 / 2 =1 = 초에서 초까지 이동 거리 그래프 아랫부분의 넓이 m s 8 2 = • • ( ) ( ) A=i1/2\ 2+4 \2j+4\4=22 m B=1/2\6\6=18 m ㄱ. 초에서 초까지 평균 속력은 와 가 같다. 가 보다 크다. 초일 때, 8 ㄴ. 2 ㄷ. 2 3 초일 때 ㄷ. 와 사이의 거리는 A 와 초일 때, 가속도의 크기는 A B A B m 이다. B 가 같다. 40 24 m B A 와 의 기울기가 같으므로 가속도의 크기는 와 초까지 의 이동 거리는 , A 의 이동 ㄴ. 이다. 따라서 평균 속력은 2 초에서 m 18 돌하였으므로 8 8 초까지 와 B 와 2 A 사이의 거리는 B A 가 서로 반대 방향으로 이동하여 충 보다 크다. 22 m B 가 의 이동 거리 가 같다. 3 A B 초에서 ㄱ. B 거리는 초일 때 A 의 이동 거리 2 에 B 22 m 4 이동 거리와 속력 자료 분석 A 18 m 를 더한 B 이다. A 40 m 에서 창문까지의 수직 거리는 , 에서 가 운동하는 직선까지의 수직 거리는 이다. ➡ 가 운동하는 거리는 창문에서 관찰하는 거리의 A B 1 m 배이다. A 20 m B 학생 B 20 창문 학생 A 1 m (가) 0초 1초 2초 20 m 창문 0 5 10 15 20 25 (cm) (나) 선택지 분석 ㄱ. 초에서 초까지 이동한 거리는 이다. 초까지 평균 속력은 ㄴ. 0 ㄷ. 초에서 1 0 가 운동하는 거리는 창문에서 관찰하는 거리의 / 초에서 m 1 초까지 일정한 속력으로 운동하였다. 속력이 변하였다. s 2 2 1 m 이다. 2 ㄱ. 배이다. 초에서 B 리는 0 1 cm 5 초까지 창문에서 이동하였으므로 가 이동한 거 20 의 배인 , 즉 5 cm 이다. B 20 100 cm 1 m 정답과 해설 5 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 5 18. 12. 4. 오후 2:06 t=5 속력은 이고, v 초에서 t=0 초까지 평균 속력은 t=5 ㄷ. 와 2/3v 가 만나는 순간, T ㄴ. 초에서 초까지 창문에서 이동하였으므로 의 이동 7 등가속도 직선 운동 이다. 따라서 B 초에서 자료 분석 1 초에서 초까지 이 기울기가 일정한 빗면이므로 는 속도 → 와 시간 그래프의 기울기가 같다. B A 와 는 가속도가 같은 등가속도 직선 운동을 한다. 거리는 1 초까지 의 배인 2 의 평균 속력은 cm 20 초에서 10 cm 이다. / 200 cm=2 m 초까지 이동한 거리와 2 m s 10 ㄷ. B 는 속력이 변하는 운동을 하였다. 1 2 0 2 동한 거리가 다르므로 1 B 5 등가속도 직선 운동 자료 분석 평균 속력 처음 속력 나중 속력 + 2 = t = 5초 v = 평균 속력 2 t = 10초 = v+10 2 t = 0 P 이동 거리: v 100 m Q ) ( 1 v 2 \52+1 2\5=100 m v+10 2 선택지 분석 / ① ④ ② ⑤ / s m 12 20 초일 때의 속력을 m s m / s 15 m 25 라고 하면, s / ③ / 18 m s 초에서 초까지 평균 v 2 이다. 따라서 t=5 초에서 t=10 초까지 이동 거리 t=0 t=10 에 의해 초일 때의 속력 =100=1 / t=5 v=15 m s +1 v+10 2 \52 6 빗면을 내려오는 물체의 운동 분석 자료 분석 시간(초) 위치( ) cm 구간 거리( ) 평균 속력( cm / ) 속도 변화량( cm s / ) 가속도( 2) cm / s m s 선택지 분석 0 0 . 0 5 50 0 1 . 6 20 2 . 0 2 14 20 2 . 0 3 24 20 2 . 0 4 ㉠ 20 2 6 60 8 80 10 100 12 120 14 140 ㄱ. ㉠은 ㄴ. ㉡은 이다. / 2이다. 36 2 m s P ㄷ. 가 기준선을 통과하는 순간의 속력은 . / 이다. . / ㄱ. 수레가 등가속도 직선 운동을 하므로 구간 거리가 일정한 크 0 4 m s 0 5 m s 기로 증가한다. 구간 거리가 가하므로 네 번째 구간 거리는 6 에서 증가한 , , 10 cm 로 씩 증 가 증가한다. 따라서 ㉠은 cm cm 8 이다. 12 cm / 36 cm cm 20 씩 증가한다. 따라서 가속도 2이다. 2 cm / 2 / . ㄴ. 24 cm 1 0 의 크기(㉡)는 초마다 평균 속력이 12 cm . cm 20 cm 가 기준선을 통과하는 순간의 속력을 s 1 0 이동하는 데 걸린 시간이 =200 =2 ㄷ. s / m s s s . 초이고, 가속도가 v P 6 cm 등가속도 직선 운동 식 0 0 1 2에서 . m 2 0 ( . )2이므로 0 s=v . t+1/2at 이다. / 0 06=v \0 0이라 할 때, 2이다. / s . 1+1/2 A B – B q A vº p ➡ 빗면 위 방향을 )로 하면 ( 3-T 2 + 3- T T 속 도 vº 0 -vº -2vº -3vº 는 등가속도 직선 운동함 B 는 처음 속도 다시 내려오면서 A v 와 만난다. P 0으로 빗면을 올라가다가 를 지나쳐서 시간 에 T B 시간 A B 동안 의 변위의 크기 그래프와 시간축 사이의 넓이 T = A 0 0 =3/2v 동안 \1/3T=1/2v T 의 변위의 크기 0 T B =3/2v T ㄱ. 와 사이의 거리는 0 이다. 가 최고점에 도달한 순간, v T 와 사이의 거리는 0 선택지 분석 ㄴ. p q 이다. A 0 B A 의 속력은 0이다. 0 2v 1/4v T v+10 2 v \52 2 이다. A ㄱ. 시간 B 후에 와 A v 가 만나므로 시간 후 두 물체의 위치가 같아야 한다. 따라서 T A 와 B 사이의 거리 은 시간 동안 의 T 변위에서 p 의 변위를 뺀 값이다. q 동안 L 의 변위의 크기는 T B 0 A 이고, 의 변위의 크기는 A T 이므로 와 0 1/2v 0 사이의 거리는 T 이다. B 3/2v T p q v T ㄴ. 가 최고점에 도달하는 순간은 를 놓은 순간부터 A 후이다. 동안 가 올라간 거리와 가 내려온 거리는 B 1/3T 속도 B A 시간 그래프 아랫부분의 넓이이므로 각각 1/3T 0 이다. 따라 서 – 가 최고점에 도달한 순간, 와 1/6v 사이의 거리는 T 와 사이의 A 거리 0 에서 A 가 올라간 거리 B 0 와 q 가 내려온 거리 p 0 v 를 뺀 T 0 A 가 된다. 1/6v T B 1/6v T ㄷ. 2/3v 와 T 가 만나는 순간, 즉 시간 일 때 의 속력은 0이다. T A 2v A B 8 여러 가지 운동 선택지 분석 ㄱ. 는 속력이 일정하고 운동 방향이 변하는 운동을 한다. 변하고 는 속도가 일정한 운동을 한다. 가속도 운동 는 속력과 운동 방향이 변하는 운동을 한다. ㄷ. 실에 매달린 추가 왕복 운동하는 진자 운동은 속력과 운동 방 향이 모두 변하는 운동이다. ㄱ. 포물선 운동은 속력과 운동 방향이 모두 변하는 운동 ㄴ. A ㄷ. B C 이다. ㄴ. 등속 원운동은 속력이 일정하고 운동 방향이 변하는 운동이 다. 속도는 속력과 운동 방향을 모두 포함하는 물리량이므로 는 가속도 운동을 한다. B \2\ 6 정답과 해설 0 1 v =0 5 m s (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 6 18. 12. 4. 오후 2:06 뉴턴 운동 법칙 본책 19쪽, 21쪽 1 ⑴ ◯ ⑵ ◯ ⑶ ◯ ⑷ × 2 ⑴ , 오른쪽 ⑵ , 오른쪽 ⑶ , 오른쪽 ⑷ 3 ⑴ ◯ ⑵ × ⑶ × ⑷ ◯ 4 Ⅱ, Ⅳ N N 7 1 5 ⑴ ◯ ⑵ × ⑶ ◯ 6 (가) → (나) → (다) 7 ⑴ ◯ ⑵ × N 3 0 ⑶ ◯ 8 ⑴ ㄴ ⑵ ㄷ ⑶ ㄱ 1 ⑴ 힘은 물체의 모양이나 속력, 운동 방향을 변화시키는 원 인이다. ⑵ 힘은 크기뿐만 아니라 방향까지 포함하는 물리량이다. ⑶ 한 물체에 작용하는 모든 힘을 합한 힘을 알짜힘이라 하고, 이 알짜힘에 의해 물체의 운동 상태가 변한다. ⑷ 힘의 단위는 (킬로그램)은 질량의 단위이다. (뉴턴)이다. N kg 2 ⑴ 같은 방향으로 작용하는 두 힘의 알짜힘의 크기는 두 힘 이고, 방향은 두 힘의 방향과 의 크기를 더한 값과 같으므로 같은 오른쪽이다. 7 ⑵ 반대 방향으로 작용하는 두 힘의 알짜힘의 크기는 큰 힘의 크 이고, 방향은 큰 힘의 기에서 작은 힘의 크기를 뺀 값이므로 N N 1 방향이므로 오른쪽이다. ⑶ 왼쪽으로 크기는 ⑷ N , 오른쪽으로 의 힘이 작용하므로 알짜힘의 이고 방향은 오른쪽이다. 3 6 인 두 힘이 반대 방향으로 작용하므로 알짜힘은 3 N N N 3 이다. 0 3 ⑴ 관성은 물체가 원래의 운동 상태를 그대로 유지하려는 성 질이다. ⑵ 질량이 클수록 관성이 크다. 즉, 관성의 크기는 질량에 비례 한다. ⑶ 정지해 있던 물체에 작용하는 알짜힘이 지 상태를 유지한다. ⑷ 등속 직선 운동을 하는 물체는 운동 상태가 변하지 않으므로 물체에 작용하는 알짜힘은 이면 물체는 계속 정 이다. 0 0 4 물체가 받은 알짜힘이 를 계속 유지하고, 운동하던 물체는 계속 등속 직선 운동을 한다. 이면 정지해 있던 물체는 정지 상태 0 따라서 물체가 받은 알짜힘이 인 구간은 등속 직선 운동을 하는 Ⅱ 구간과 정지 상태를 유지하는 Ⅳ 구간이다. 0 5 ⑴ 질량이 일정한 물체의 가속도는 물체에 작용하는 알짜 힘의 크기에 비례한다. ⑵ 물체에 작용한 알짜힘의 크기가 일정할 때 물체의 가속도는 질량에 반비례한다. ⑶ 힘의 방향과 같다. F=ma 이므로 물체의 가속도의 방향은 물체에 작용한 알짜 6 (가) , (나) . . 5F = 6F 이므로, 가속도의 크기를 비교하면 2M 6M = 1 F M = a a , (다) F = 2F (다) 순으로 크다. 6M 3M = a = 4 (가) 5F 6M >a (나) a >a 7 ⑴ 힘은 어느 한 물체에게 일방적으로 작용하지 않고 항상 두 물체 사이에서 상호 작용 한다. ⑵ 한 물체에 작용하는 두 힘의 크기가 같고 방향이 반대일 때 두 힘은 힘의 평형 관계이다. ⑶ 사람이 벽에 힘을 작용하면 동시에 벽도 사람에게 같은 크기 의 힘을 작용한다. 는 운동 방정식으로, 뉴턴의 운동 제 8 ⑴ 속도 법칙과 관련이 있다. F=ma ⑵ 로켓이 가스를 분출하면서 밀어내면 가스가 로켓을 밀어올리 법칙인 작 는 반작용에 의해 로켓이 날아가는 것은 뉴턴 운동 제 법칙인 가 2 용 반작용 법칙과 관련이 있다. ⑶ 물체에 작용하는 알짜힘이 운동하는 것은 뉴턴 운동 제 3 일 때 운동하던 물체가 등속 직선 법칙인 관성 법칙과 관련이 있다. 0 1 A 1 ② B 2 ③ C 3 ④ D 4 ① 본책 22쪽 ~ 23쪽 1 영희: (가)에서 수레 위에 인 물체를 올려두면 수레와 추 의 운동 방정식은 ×g × kg 2 가 되어 g이다. 철수: (가)에서 처음에 수레와 추의 운동 방정식은 × 1 =4 a a=1/4 g × 가 되어 g이다. 추만 . 으로 바꾸면 수레와 1 =2 추의 운동 방정식은 a a=1/2 . ×g . × kg 0 5 가 되어 g이다. 즉, 5 추의중력은 반으로 줄어들지만 한 덩어리로 운동하는 추의 질량 5 0 =1 a a=1/3 의 합도 줄어들므로 가속도는 반으로 줄어들지 않는다. 민수: (가)에서 수레 위에 의 물체를 올려놓고 추를 으 로 바꾸면 ×g × kg 1 가 되어 g가 된다. kg 2 2 =4 a a=1/2 2 자료 분석 운동 방정식: 2 1 4 kg F -F =4\a F ™ F ¡ 속 도 ( ) m s 2 a=2 2 / m s a=0 0 1 2 a<0 3 시간(s) (가) • • 0 • 1 2 초에서 초에서 1 초에서 2 3 초까지: 초까지: 초까지: 1 1 1 2 2 2 ( ( N =4\2=8 , N =4\0=0 F =4\a<0 초 사이에 가속도가 -F -F -F F F F ), ), 2 2 2 1 1 =F 1 =F F F T 4 용수철저울에 연결된 물체의 운동 자료 분석 가 등속 직선 운동을 하므로 A 의 질량 와 은 같다. A B A 선택지 분석 A A 운동 방정식 ( g ) m = m+m g a A B B (가) a=1/2 (나) 에 작용하는 중력에 의해 두 B 물체가 함께 운 동한다. B B ① ： ② ： ③ ： ④ ： ⑤ ： 2 용수철저울에 나타나는 힘의 크기는 줄의 장력과 같다. (가)에서 1 1 1 2 1 2 3 3 1 와 의 질량을 각각 이라고 하면 에 작용하는 알짜힘이 이므로 용수철저울에 나타나는 힘의 크기는 A m B B g이다. (나)에서 와 의 가속도 m m A 울에 나타나는 힘(실의 장력)의 크기가 2m A g이다. 따라서 같으므로 (가)： = B (나) 의 무게와 같은 0 B g이다. 용수철저 g =1/2 에 작용하는 알짜힘과 g： g ： 이다. 1/2m F 5 실에 연결된 물체의 운동 F =m 1/2m =2 1 자료 분석 와 A =B 사이의 거리 차이 가 이동한 거리 B 가 이동한 거리 속 도 ( ) m s 6 0 F0 2 -A ) ( m m 2 A B B 2 / F0 s 0 속 도 ( ) m s 6 2 2 0 =1/2\2\4=4 2 F0 / F0 s 1 B m A B A A ( ) \1=F 2+m 선택지 분석 0 (가) m\2=F ㄱ. 의 질량은 이다. 이다. 2 kg 사이의 거리는 N 0 ㄴ. B ㄷ. 와 F =4 크다. B A B A B A 4 시간(s) 2 4 (나) 시간(s) 초일 때가 초일 때보다 더 4 2 m m 6 4 ㄱ. 힘의 크기는 일정한데 실이 끊어진 후의 가속도가 실이 끊어지 기 전 가속도의 배가 된 것은 에서 질량이 절반으로 줄 어들었다는 것을 의미한다. 따라서 2 F=ma 의 질량은 의 질량과 같은 B A 이다. kg 2 정답과 해설 11 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 11 18. 12. 4. 오후 2:06 ㄴ. 초에서 초까지 가속도가 / 2이므로 0 ( ) 8 도르래에 연결된 물체의 운동 자료 분석 이다. 0 2 초에서 ㄷ. 초까지 m 1 와 F N s 사이의 거리 차이는 속도 =4\1=4 시간 그래프 아랫부분의 넓이 차이와 같으므로 2 4 와 사이의 거리 차이는 B A 초일 때가 이다. 따라서 - 크다. 초일 때보다 4 m 2 m 4 B A 6 도르래에 연결된 물체의 운동 4 자료 분석 (가)에서 물체들이 정지해 있으므로 의 무게와 같은 크기는 A p 2m A F 2m g이다. B m B p C F F 의 와 (나)에서 가속도로 운동한다. A B C B F A F 2m A p 2m p 가 같은 크기의 B m q q m m C C q q m C m C g (가) m g m → =2m\a g (나) a=1/2 ( B) g g m+m → B \1/2 =m m =m 선택지 분석 ㄱ. (나)에서 의 가속도의 크기는 g 이다. g ㄴ. A 의 질량은 이다. ㄷ. B 가 크다. 를 당기는 힘의 크기는 (가)에서가 (나)에서보다 작다. m 1/3 1/2 q ㄴ. (가)에서 C 의 크기가 g이므로 (나)에서 의 가속도는 g m 2m 을 m 이다. g이다. 따라서 F m 와 의 가속도도 A g이다. a= 의 질량 =1/2 B B라고 하면 (나)에서 C ( g B 1/2 B g에 의해 B ) m = m +m \1/2 m =m ㄱ. (가)에서 물체가 정지해 있으므로 의 크기는 의 ㄷ. (가)에서 가 정지해 있으므로 가 를 당기는 힘의 크기는 m A 의 무게와 같은 C 를 당기는 힘과 같고, C m g이다. (나)에서 q 를 당기는 힘이 C q 가 C 가 g F C g이다. a = =1/2 m 2m 를 당기는 힘은 가 에 작용하는 알짜힘 B q 이므로 B g이다. 따라서 q 가 를 당기는 힘의 크기는 B g 이다. 즉, 1/2m 가 를 당기는 힘의 크기는 (가)에서가 (나)에서보다 q C 1/2m 크다. q C 7 도르래에 연결된 물체의 운동 자료 분석 물체의 운동 방향 B 2 kg C 1 kg 60 N 2 / s m kg\10 3 N =30 선택지 분석 2 2 / s m / ① ④ 3 8 m s A 3 kg ( 세 물체의 운동 방정식 2 N-30 s m 60 a=5 N= / ) 3+2+1 kg\a ② ⑤ 5 10 / 2 2 m / s m s ③ 2 / m s 6 세 물체에 작용하는 알짜힘의 크기는 에 작용하는 의 힘에 서 에 작용하는 중력 을 뺀 C 이다. 따라서 가속도의 60 N A 크기 30 N 2이다. 30 N / ) ( a= 30 N 3+2+1 kg =5 m s 12 정답과 해설 가 를 당기는 힘 가 의 중력 A p =A +q A 를 당기는 힘 v v m A C 2m p q 가 를 당기는 힘 의 중력 B q =B B B F 선택지 분석 ㄱ. 가 를 당기는 힘은 가 p ㄴ. 가 A 를 당기는 힘과 가 A q 를 당기는 힘의 크기는 q A g이다. A g 를 당기는 힘과 크기가 같다. 의 중력을 합한 힘 를 당기는 힘과 지구가 를 당기는 힘은 힘의 평형 관 m B 가 ㄷ. q 계이다. q B 2m B ㄷ. 가 를 당기는 힘의 반작용은 가 를 당기는 힘이다. 가 를 당기는 힘과 지구가 q B 를 당기는 힘은 작용점이 모두 q B 에 있 q 다. 크기가 같고 방향이 반대이므로 힘의 평형 관계이다. B B B ㄱ. 가 를 당기는 힘은 의 중력과 가 를 당기는 힘을 합한 힘이다. A p 가 일정한 속력으로 운동하므로 A A q 에 작용하는 알짜 이고, 질량은 B 와 같은 이다. 따라서 B 가 를 당기는 의 무게와 같은 A g이다. m q B ㄴ. , , 힘은 A C 힘의 크기는 0 B m 9 작용 반작용과 힘의 평형 자료 분석 p A N S B q N S 가 를 당기는 힘 p A 가 를 당기는 힘 B A 를 가 당기는 힘 A B 가 를 당기는 힘 q B 작용 반작용 관계 선택지 분석 ㄱ. 에 작용하는 알짜힘은 이다. 가 ㄴ. A 작다. 와 같다. p A ㄷ. 가 를 당기는 힘의 크기는 가 를 당기는 힘의 크기보다 0 를 당기는 힘과 가 B q 를 당기는 힘은 작용과 반작용 의 관계이다. A B B A ㄱ. 가 정지해 있으므로 에 작용하는 알짜힘은 이다. 왼쪽으 로 가 A 를 당기는 힘과 오른쪽으로 가 를 당기는 힘이 평형 A 0 을 이루고 있다. A 와 p ㄷ. B 사이에 작용하는 자기력은 크기가 같고, 방향이 반대 A 이므로 작용과 반작용의 관계이다. A B ㄴ. 가 를 당기는 힘은 가 를 당기는 힘과 평형을 이루고, 가 p 를 당기는 힘은 A 가 B A 를 당기는 힘과 평형을 이룬 사이에 작용하는 두 힘이 작용과 반작용의 관계로 크 A 를 당기는 힘과 B 가 가 를 당기는 힘의 크 B 다. 와 q 기가 같기 때문에 A B 기도 같다. p A q B 무게와 같은 g이다. (나)에서 의 가속도 A 두 물체 모두 정지해 있으므로 힘의 평형을 이루고 있다. (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 12 18. 12. 4. 오후 2:06 10 작용 반작용과 힘의 평형 자료 분석 운동량과 충격량 와 사이에 서로 당기는 힘이 작용하여야 가 띠 , B 실이 수평을 유지할 수 있으므로 A 는 전하의 종류는 서로 다르다. A B p A B q 선택지 분석 ㄱ. 가 를 당기는 힘과 가 를 당기는 힘은 작용과 반작용 의 관계이다. B A B 가 띠는 전하의 종류는 같다. 다르다. A , ㄴ. 를 당기는 힘과 가 가 ㄷ. B A 이다. p A q 를 당기는 힘은 힘의 평형 관계 를 당기는 힘 가 B A 를 당기는 힘은 크기가 같고 방 B 가 ㄱ. 가 를 당기는 힘과 ma 3 B ㄴ. 향이 반대인 두 힘으로, 작용과 반작용 관계이다. B A A , 사이에 끌어당기는 힘이 작용하고 있으므로 , B A 는 서로 다른 종류의 전하를 띠고 있다. A ㄷ. 힘의 평형 관계인 두 힘은 한 물체에 작용하고 크기가 같고 방 B 향이 반대이다. 를 당기는 힘은 작용 를 당기는 힘과 가 가 점이 서로 다른 물체에 있는 별개의 힘이므로 힘의 평형 관계가 A p 를 당기는 힘과 B q 를 당기는 힘이 힘의 평형 가 아니다. 가 관계이다. p A B A 11 작용 반작용 자료 분석 어른에게 작용하는 알짜힘 마찰력 어린이가 어른을 잡아당기는 힘 어린이에게 작용하는 알짜힘 마찰력 어른이 어린이를 잡아당기는 힘 =0 어른 = =0 = 어린이 마찰력 마찰력 정지 일정한 속력으로 운동 선택지 분석 ㄱ. 어른이 어린이를 당기는 힘의 크기는 어린이가 어른을 당기 는 힘의 크기보다 크다. 와 같다. ㄴ. 어린이에게 왼쪽으로 알짜힘이 작용한다. 작용하는 알짜힘은 이다. 본책 31쪽, 33쪽 1 ⑴ ◯ ⑵ ◯ ⑶ 2 운동량 보존 법칙 3 / 4 / 5 \ / 6 ⑴ ◯ ⑵ ⑶ ◯ 7 kg·m s 2 8 2 / m 9 ㄱ, ㄴ s m s 4 \ 100 N m s 4 1 ⑶ 운동량 - p 이므로 물체가 받은 알짜힘을 의미한다. t 시간 그래프의 기울기는 = mv t = m v = t . / / p=mv=0 s=2 4 충돌 전 운동량의 총합은 충돌 후 운동량의 총합과 같으므로 kg\10 kg·m m 2 s ( ) 에서 충돌 후 속력 ( / )이다. 2+1 2\3+1\0= 5 충돌 전 운동량의 총합은 충돌 후 운동량의 총합과 같으므로 )이다. 에서 충돌 후 의 속력 v=2 \v m s / ( 2\5+3\2=2\2+3v 6 ⑵ 물체가 받은 충격량은 물체의 운동량의 변화량과 같다. ⑶ 같은 크기의 힘이 작용하더라도 힘이 작용하는 시간이 길수록 충격량이 커지므로 물체의 운동량이 크게 변한다. v=4 m B s 7 평균 힘의 크기 운동량의 변화량 걸린 시간 . ( ) = =100 8 물체가 받은 충격량은 운동량의 변화량과 같다. 힘 래프 아랫부분의 넓이는 물체가 받은 충격량이고, 처음 운동량이 - 시간 그 N =0 . 5\20 0 1 이었으므로 나중 운동량 처음 운동량 0 에 의해 초일 때 속력 - / 이다. =5\v=1/2\10\4 10 m s 9 ㄱ. 자동차에 장착된 에어백과 범퍼는 충돌 시 충돌 시간을 길게 하여 충격력을 줄이는 역할을 한다. v=4 ㄴ. 번지점프를 할 때 잘 늘어나는 줄을 사용하면 충돌 시간을 길 게 하여 사람이 받는 힘을 줄일 수 있다. ㄷ. 대포의 포신이 길수록 포탄이 힘을 받는 시간이 길어지므로 ㄷ. 어른에게 작용하는 마찰력의 크기는 어린이에게 작용하는 마 0 충격량이 커진다. 찰력의 크기와 같다. ㄷ. 정지해 있는 어른과 일정한 속력으로 운동하는 어린이에게 작 용하는 알짜힘은 각각 이다. 즉, 어른에게 작용하는 마찰력의 크 기는 어린이가 어른을 당기는 힘의 크기와 같고, 어린이에게 작용 0 하는 마찰력은 어른이 어린이를 당기는 힘의 크기와 같다. 따라서 어른에게 작용하는 마찰력의 크기는 어린이에게 작용하는 마찰력 의 크기와 같다. A 1 ⑤ B 2 ⑤ ㄱ. 어른이 어린이를 당기는 힘과 어린이가 어른을 당기 는 힘은 작용과 반작용 관계이므로 크기가 같다. ㄴ. 일정한 속력으로 운동하는 어린이에게 작용하는 알짜힘은 1 ㄱ. 물체가 받은 충격량은 물체의 운동량의 변화량과 같다. 로부터 받은 충격량의 크기는 가 / / 이다. 0 / 이다. B A =2 kg·m s=2 N·s 4 kg·m s-2 kg·m s 정답과 해설 13 본책 34쪽 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 13 18. 12. 4. 오후 2:06 ㄴ. 두 물체가 충돌할 때 작용하는 힘은 작용과 반작용 관계이므 로 충격량은 크기가 같다. 따라서 가 로부터 받은 충격량의 크기는 이다. 평균 힘 충격량 B 걸린 시간 A ( )이다. = 의 운동량 . = 2 0 01 / s=2 kg\v 의 가 이다. 따라서 충돌 후 속력은 s=1 kg\v kg·m kg·m =2 의 운동량 =2 =200 N A에 의해 B / 이다. 충돌 후 A / 배이다. A B에 의 v = ㄷ. 충돌 후 2 N·s / 해 1 B m s =2 v m s 2 ㄴ. 유리컵이 받은 평균 힘의 크기는 ㄷ. 충격량은 운동량의 변화량이므로 유리컵의 운동량의 변화량 에서보다 크다. A B A B 에서가 2 ㄱ. , 의 그래프 아랫부분의 넓이가 같으므로 유리컵 은 에서와 에서가 같다. A B 이 받은 충격량의 크기는 A B 와 가 같다. A B 1 ③ 2 ① 3 ⑤ 4 ② 5 ⑤ 6 ④ 7 ⑤ 8 ③ 9 ④ 10 ② 11 ② 12 ③ 본책 35쪽 ~ 37쪽 1 운동량 보존 법칙 자료 분석 가 먼저 도착하였으므로 보다 빠르다. 의 속력이 두 수레가 분리되는 동안 용수철로 부터 같은 크기의 힘을 받는다. A A 수레 B 멈추개 A 실 B 수레 멈추개 L 선택지 분석 ㄱ. 의 질량이 보다 작다. ㄴ. A 의 속력이 보다 크다. L B B ㄷ. 운동량의 크기는 가 보다 크다. 와 가 같다. A ㄱ. , 모두 정지 상태에서 같은 크기의 힘을 받았으므로 속력 A B A B 이 빠른 A B 의 가속도가 보다 크다. 가속도는 질량에 반비례하므 로 의 질량이 A 보다 작다. B ㄴ. A 가 먼저 도착하였으므로 의 속력이 보다 크다. A ㄷ. A 을 같은 시간 동안 받았으므로 충격량의 크기가 같다. 즉, 운동량 가 정지 상태에서 용수철로부터 같은 크기의 힘 B B , A B 의 변화량이 같으므로 , 의 운동량의 크기는 같다. B 2 운동량 보존 법칙의 적용 A 자료 분석 충돌 전 운동량의 합 충돌 후 운동량의 합 속도 기울기 = ( ) = / 2m\1+0+m\1-1/22= ∴ 2m+m+m / \v A C m v=3/8 B m s C m A 2m 기준선 • 가 받은 충격량 • 가 받은 충격량 =2m\3/8-2m\1=-5/4m =m\3/8-m\1-1/22=7/8m 위 치 ( )m 6 4 0 =-1/2 m s 에 충돌 C A B 4 시간(s) / =1 m s 속도 선택지 분석 ㄱ. 초일 때, 의 속력은 / 이다. ㄴ. 충돌하는 동안 A 2 1 의 크기와 같다. 보다 크다. A 가 받은 충격량의 크기는 s m 가 받은 충격량 ㄷ. 충돌 후 한 덩어리가 된 물체의 속력은 충돌 전 의 속력보다 크다. 작다. C C ㄱ. 초에서 초까지 속도가 일정한 운동을 하였으므로 초일 / 때 ㄴ. 이다. 의 속력은 0 4 초일 때 1 m s A 에 충돌한다. 충격량은 운동량의 변화량이므로 4 A 가 2 의 위치가 같아지므로 두 물체는 나중 운동량 처음 운동량 이고, 와 초 A 일 때 동시에 4 B 가 받은 충격량 C 받은 충격량 이다. 따라서 충돌하는 동안 가 받은 충격량 = - =-5/4m C 의 크기는 =7/8m 가 받은 충격량의 크기보다 크다. A ㄷ. 충돌 후 한 덩어리가 된 물체의 속력은 / 이고, 충돌 전 C 의 속력은 / 이므로 충돌 후 한 덩어리가 된 물체의 속력 3/8 m s C 은 충돌 전 1/2 의 속력보다 작다. m s C 3 가속도 법칙과 운동량 자료 분석 실이 끊어진 후에 / 래 방향으로 B 빗면 아래 방향으로 s 크기는 m 5 이다. 의 가속도는 빗면 아 2이므로 중력에 의해 에 작용하는 힘의 B A F N 10 B 2 kg 수평면 줄이 끊어진 순간 A 의 속 력 m s ( ) 35 25 15 10 5 0 가속도 2 / m 1 2 3 4 시간(s) =10 s (가) 가속도 2 / (나) 선택지 분석 ㄱ. 의 질량은 이다. =5 m s kg 에 작용하는 알짜힘의 크기는 4 의 운동량의 크기는 이다. 초일 때, 초일 때, ㄴ. A ㄷ. 1 B 3 의 질량을 B ㄱ. 이라고 할 때, 초에서 이다. m 므로 A 에 의해 ( F=10m 2 초일 때 가속도의 크기가 2+m ) ㄴ. 10m-10= 힘의 크기는 0 \5 ( 1 ㄷ. 줄이 끊어지기 전까지 N 2\5=10 초일 때 지는 순간, 즉 이다. N / 10 s kg·m 20 초 이후 가속도가 2이 초까지 운동 방정식을 세워 보면 / 10 m s 2 ( )이다. 2이므로 kg 에 작용하는 알짜 / m=4 m s 가 같이 운동하므로 줄이 끊어 B )이다. 5 와 의 속력은 빗면 위쪽으로 A B / 이다. 2이므로 초일 때 s m 15 의 운동량은 3 / 초일 때 m 5 s 3 B 이후 의 가속도는 빗면 아래 방향으로 B 이다. 따라서 2 / 의 속력은 B / m )이다. s ( 10 kg·m s 시간 그래프 B 2\10=20 4 운동량 - 선택지 분석 ㄱ. 초에서 초까지 물체가 받은 충격량의 크기는 이다. 0 ㄴ. 3 초에서 N·s 15 초까지 물체에 작용한 알짜힘의 크기는 N 2 2이다. / 초 이후 물체의 가속도의 크기는 이다. ㄷ. 0 3 3 N 2 0 m s 2 14 정답과 해설 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 14 18. 12. 4. 오후 2:06 ㄴ. 운동량 시간 그래프의 기울기는 물체에 작용한 알짜힘과 같으 ㄱ. 철수가 영희에 작용하는 힘과 영희가 철수에 작용하는 힘은 므로 - 초에서 초까지 알짜힘의 크기는 ( )이다. 0 ㄱ. 3 초에서 8-2 초까지 물체가 받은 충격량의 크기는 운동 3 ) )이다. =2 N ( / ( 량의 변화량과 같으므로 0 3 ㄷ. 초 이후 그래프의 기울기가 8-2=6 이다. 0 서 물체의 가속도의 크기는 3 이므로 알짜힘이 kg·m s N·s =6 이다. 따라 ㄷ. 충격량 힘 시간에서 철수와 영희가 받는 힘의 크기가 같고 0 힘을 받는 시간이 같으므로 철수와 영희가 받은 충격량의 크기는 = \ 철수와 영희 사이의 상호 작용이므로 작용과 반작용 관계이다. ㄴ. 가속도의 방향은 힘의 방향과 같다. 철수가 받는 힘과 영희가 받는 힘의 방향이 반대이므로 철수와 영희의 가속도의 방향은 반 대이다. 같다. 8 운동량과 충격량의 관계 (가)에서 , 동량의 합이 가 충돌하기 위해서는 와 이 되어야 하므로 의 운동량의 방향은 오른쪽이다. 세 물체의 운 의 운동량의 방향은 왼쪽이다. 선택지 분석 정지 운동량의 합 A B C =0 ㄱ. 충돌 전후 의 운동량의 변화량의 크기는 / 이다. ㄴ. 충돌하는 동안 가 A 로부터 받은 충격량의 크기는 kg·m s 10 이다. B A (나) ㄷ. 충돌하는 동안 가 로부터 받은 충격량의 방향은 10 N·s 가 B A 로부터 받은 충격량의 방향과 같다. 반대이다. B A ㄱ. 가 로부터 받은 충격량의 크기는 이다. 운동량의 변화량은 충격량과 같으므로 의 운동량의 변화량의 크기도 N·s 10 로부터 받은 충격량의 크기는 가 가 s ㄴ. kg·m 량의 크기와 같다. 따라서 가 로부터 받은 충격량의 크기도 B A 10 로부터 받은 충격 A A B 이다. / A B 이다. A 로부터 받는 힘과 B 의 운동량의 방향은 왼쪽이다. A 0 의 운동량의 변화량의 크기는 ㄷ. N·s 10 용 반작용에 의해 서로 반대 방향이므로 충격량의 방향도 서로 반 가 로부터 받는 힘은 작 가 A B B A 이다. 물체의 운동량의 대이다. 0 A C B p C 5 운동량과 충격량 자료 분석 A B 0 2p A p B (가) 선택지 분석 ㄱ. (가)에서 , , 의 운동량의 합은 이다. ㄴ. (가)에서 충돌 전 C A B 의 운동량의 방향은 왼쪽이다. 0 ㄷ. (가)에서 (나)로 변하는 동안 받은 충격량의 크기는 가 의 C 배이다. A B ㄱ, ㄴ. 충돌 후 전체 운동량이 이므로 운동량 보존 법칙에 의해 2 충돌 전 세 물체의 운동량의 합도 이다. (가)에서 의 운동량이 0 오른쪽으로 이므로 와 ㄷ. (가)에서 (나)로 변하는 동안 2p 의 운동량의 변화량의 크기는 B C 이고, A 변화량은 물체가 받은 충격량과 같으므로 (가)에서 (나)로 변하는 2p 동안 받은 충격량의 크기는 p 배이다. 의 가 B A B 2 6 운동량 보존 자료 분석 •충돌 전 운동량 충돌 후 운동량 (가): = (가)이므로 (가) (나): (나)이므로 (나) 2mv=3mv A 2v m v =2/3v B 2mv=3mv 2m 정지 A m 정지 (가) (나) 망치 =2/3v 정지 v v B 2m 선택지 분석 ① ： ② ： ③ ： ④ ： ⑤ ： ④ 1 1 1 가 받은 충격량의 크기는 2 3 1 의 운동량 변화량의 크기이므로 2 1 1 3 (가) A A , =L2/3mv-2mvL=4/3mv I I (나) =L2/3mv-0L=2/3mv 이다. 7 운동 법칙과 충격량 선택지 분석 ㄱ. 철수가 영희에 작용하는 힘과 영희가 철수에 작용하는 힘은 작용과 반작용의 관계이다. ㄴ. 가속도의 방향은 철수와 영희가 서로 반대이다. ㄷ. 철수가 영희로부터 받은 충격량의 크기는 영희가 철수로부터 9 속도 ‑ 시간 그래프와 충격량 자료 분석 첫 번째 충격에서 물체가 받은 충격량 0 =m v=3mv 3tº tº 두 번째 충격에서 물체가 받은 충격량 ( 0 0) 0 =m v=m -2v -3v =-5mv 시간 벽 A 속 도 3vº 0 -2vº 선택지 분석 ① ： ② ： ③ ： ④ ： ⑤ ： 5 충격량 9 평균 힘 5 3 시간이므로 평균 힘 2 3 5 9 충격량 시간 3 이다. 물체의 질 1 = \ 이라고 하면 량을 1： 2 m F F 0 = ： 0 0 5mv 3t 0 = 3mv t ： 이다. =9 5 10 힘 ‑ 시간 그래프와 충격량 자료 분석 가 받은 충격량 B mv-0=S ∴ 나중 속력 =S v= S 3m m A 힘 O m B 가 받은 충격량 의 운동량의 변화량 B =B S T (나) 시간 정답과 해설 15 받은 충격량의 크기와 같다. (가) (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 15 18. 12. 4. 오후 2:06 로부터 받은 충격량의 크기보다 크다. 와 같다. B A B A : 야구공의 속력이 작아지는 동안 야구공의 운동량 크기는 점 선택지 분석 ㄱ. 충돌하는 동안 가 로부터 받은 충격량의 크기는 가 ㄴ. 충돌 직후 의 속력은 이다. B S m A B ㄷ. 충돌하는 동안 가 에 작용한 평균 힘의 크기는 이다. 12 충돌 완화 선택지 분석 A 점 작아져. 격량과 같아. B C : 야구공의 운동량의 변화량은 충돌하는 동안 야구공이 받은 충 : 야구공과 야구 장갑의 충돌 시간을 짧게 하면 야구 장갑이 야 구공에 작용하는 평균 힘의 크기도 작아질 거야. 증가한다. ㄴ. 가 처음에 정지 상태에 있었으므로 충돌 직후 가 받은 충격량의 크기 와 같다. 따라서 충돌 직후 의 B 크기는 B 속력 B 가 받은 충격량 의 질량 S 이다. = B ㄱ. 두 물체가 충돌하는 동안 서로에게 가하는 힘은 작용 = S m B 격량과 같다. B : 운동량의 크기는 질량 속력이므로 야구공의 속력이 작아지 는 동안 야구공의 운동량 크기는 점점 작아진다. A \ : 야구공의 운동량의 변화량은 충돌하는 동안 야구공이 받은 충 : 충격량은 힘 시간이므로 충격량이 같은 상태에서 야 구공과 야구 장갑의 충돌 시간을 짧게 하면 야구 장갑이 야구공에 C \ 작용하는 평균 힘의 크기가 증가한다. S 2T S T 의 운동량의 B A A B 과 반작용 관계이므로 크기가 같고 방향이 반대이다. 따라서 가 로부터 받은 충격량의 크기는 가 로부터 받은 충격량의 크 기와 같다. B B A ㄷ. 평균 힘의 크기 이다. 따라서 충돌하는 동안 가 에 작용한 평균 힘의 크기는 이다. 충격량 시간 = S T 11 충격력과 충돌 시간의 관계 자료 분석 A B 충격량 운동량의 변화량 ) A ( = A ∴ 4mv=mv =2v v 2v - -2mv m 힘 m v (가) 충격량 운동량의 변화량 B ( = ) - -mv B ∴ 4mv=mv =3v v 충격량 A =4mv 충격량 B =4mv O 2t 시간 t (나) 선택지 분석 ㄱ. 발로 차는 동안, 공이 받은 충격량의 크기는 에서가 에서 보다 크다. 에서와 에서가 같다. A B B ㄴ. 발로 차는 동안, 공이 받은 평균 힘의 크기는 A 에서가 에서 ㄷ. 공이 발을 떠나는 순간, 공의 속력은 의 배이다. 2 이다. A 에서가 B 에서의 A B 배 배 2 2 3 ㄴ. 공이 받은 평균 힘의 크기는 이므로 충격량이 같을 충격량 걸린 시간 1 ① 2 ① 3 ⑤ 4 ③ 5 ① 6 ⑤ 7 ③ 8 ② 본책 38쪽~ 39쪽 1 운동량과 충격량의 관계 , 의 높이가 같으므로 충돌 전 속력은 로 같다. 자료 분석 A B A m h v B 2m h B 2m BA 2mm A m 2m B A m (가) (가)에 의해 충돌 후 속력 (나) (나)에 의해 충돌 후 속력 (가) mv=3mv =1/3v v 선택지 분석 (나) 2mv=3mv =2/3v v ㄱ. 충돌 후 한 덩어리가 된 물체의 속력 ㄴ. 충돌하는 동안 가 받은 충격량의 크기 ㄷ. 충돌하는 동안 의 운동량의 변화량의 크기 B A ㄱ. 충돌 후 한 덩어리가 된 물체의 속력은 (나)에서가 (가)에서의 배이다. ㄴ. 충돌하는 동안 2 량의 변화량의 크기와 같다. 충돌 전 B 가 받은 충격량의 크기는 의 운동 의 속력을 라고 하면 (가) B 때 걸린 시간에 반비례한다. 따라서 공이 받은 평균 힘의 크기는 에서 B 의 운동량의 변화량의 크기는 이고, (나)에서 v 의 에서가 에서의 배이다. A 와 ㄱ. 힘 B 2 시간 그래프 아랫부분의 넓이는 충격량이다. 는 그래프 아랫부분의 넓이가 같으므로 공이 받은 충격량의 A 크기는 B 와 - 에서 같다. B 운동량의 변화량의 크기는 2/3mv B 이다. 따라서 가 받은 충격량의 크기는 (가)와 (나)에서 같다. 2mv-4/3mv=2/3mv 라고 하면 충돌하는 동안 ㄷ. 충돌 전 의 속력을 ㄷ. 공의 운동량의 변화량은 공이 받은 충격량과 같다. 와 의 A B 의 변화량의 크기는 (가)에서 A v B 의 운동량 A 이고, (나)에 충돌 후 속도를 각각 A, B라고 할 때 A ( v A )이므로 v )이므로 v B ( -2mv 량은 4mv=mv - 4mv=mv - -mv 이다. B B =2v v =3v 의 운동량의 변화량은 A 의 운동량의 변화 B 이고, A 16 정답과 해설 서 이다. 따라서 충돌하는 동안 의 운동량의 변화량의 크 mv-1/3mv=2/3mv 2/3mv 기는 (가)와 (나)에서 같다. A (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 16 18. 12. 4. 오후 2:06 2 힘 ‑ 시간 그래프와 충격량 자료 분석 힘 변한다. - 시간 그래프 아랫부분의 넓이는 충격량이고, 물체가 받은 충격량만큼 운동량이 A FA B FB 힘 2F0 F0 A B 에서 0까지 충격량 0 • t : ( 0 0) 0 A 1/2\ +F \t 2F 0 0 =3/2F 0 • : 0 t 0 t0 2t0 시간 B F t 선택지 분석 ㄱ. 에서 0까지 물체가 받은 충격량의 크기는 가 보다 크다. t 0일 때, 물체의 속력은 ㄴ. 0 ㄷ. t 0일 때, 물체의 운동량의 크기는 가 A B 보다 크다. 작다. A B 가 와 B A 보다 크다. 가 같다. 2t ㄱ. 충격량의 크기는 힘 B 시간 그래프 아랫부분의 넓이와 같다. A 에서 0까지 충격량의 크기는 가 보다 크다. - ㄴ. 에서 0까지 충격량은 운동량의 변화량과 같으므로 A B t 0일 때 , 0 의 속력을 각각 t A, B라고 하면 A 0 0, A 0 B 0이 되어 A B v 0 0 , v B 0 0 2mv =3/2F t 이다. 따라서 물체의 0 t mv 속력은 =F t 가 v 보다 작다. =3F t 4m v = F t m ㄷ. 에서 A 0까지 그래프 아랫부분의 넓이가 같으므로 B 두 물체의 운동량은 같다. 2t 0 2t 0일 때, 선택지 분석 ㄱ. 위치 . 에서 두 번째 충돌이 일어난다. ㄴ. 두 번째 충돌 후 세 물체는 모두 정지한다. 1 4L ㄷ. 두 번째 충돌에서 운동량의 변화량은 가 의 배이다. 배 ㄱ. 첫 번째 충돌이 에서 일어난 후 이때 한 덩어리가 된 C B 2 3 와 의 속력 이 x=L 이다. 이 순간 는 A 에 와 있고 속력 B 2/3v v' 이다. 속력의 비가 은 ： C ： x=2L 이므로 두 번째 충돌은 과 v 사이를 ： 으로 나눈 지점인 v=2 2/3v 3 . 에서 일어난다. L ㄴ. 처음 2L 체 운동량은 A 3 의 운동량이 크기가 같고 방향이 반대이므로 전 4L 와 2 1 이다. 따라서 세 물체가 충돌한 후 전체 운동량도 C 이 되어야 하므로 두 번째 충돌 후 세 물체는 모두 정지한다. 0 ㄷ. 두 번째 충돌 전 의 운동량은 이고, 0 의 운동 량은 이다. 두 번째 충돌 후 모두 정지하므로, 두 번째 충돌 2/3mv C B 에서 2mv 의 운동량의 변화량은 이고, 의 운동량의 변화량 은 B 2/3mv 이다. 따라서 두 번째 충돌에서 운동량의 변화량은 C 가 C 배이다. 의 2mv 3 B 5 운동량과 충격량의 관계 자료 분석 C B A 운 동 량 3p0 2p0 p0 0 -p0 가 에 작용한 평균 힘 0 B A = 3p -0 2T C B 가 에 작용한 평균 힘 C = 0 0 B -3p p T 가 충돌 후 와 의 운동량: 의 운동량: B： B C 0 =2mv p ： =mv 2p =1 운동량의 부호가 반대이므로 운동 방향이 반대이다. B B ➡ C 시간 A C 4 T v v C 0 2T 속도 일정 ➡ 운동량 일정 선택지 분석 3 속도 ‑ 시간 그래프와 충격량 자료 분석 에서 속도가 ➡ 운동량의 변화량 로 변함 v 0 충격량 =mv 속 도 v = m 선택지 분석 0 t¡ t™ 시간 ㄱ. 에서 1까지 물체의 운동량의 변화량의 크기는 이다. 1까지 물체가 받은 충격량의 크기는 ㄴ. 에서 t 0 1에서 ㄷ. t 0 t 2까지 물체가 받은 충격량은 이다. t ㄱ. 운동량의 변화량은 질량 0 속도 변화량이므로 mv 이다. mv 이다. ㄴ. 물체가 받은 충격량의 크기는 운동량의 변화량의 크기와 같으 mv \ 2까지 물체가 등속 직선 운동하므로 물체의 운동량 변 이다. 따라서 물체가 받은 충격량도 이다. 므로 이다. ㄷ. 1에서 mv 화량이 t t 0 4 운동량 보존 자료 분석 가 에서 와 충돌할 때 A 에서 L B 이다. 2mv=3mv' v v'=2/3v v A 2m 0 B m L C 2m 3L 는 x 2L 가 에서 와 충돌할 때 에 도달한다. A L B C 2L 0 C ㄱ, 는 와 충돌 후 충돌 전과 반대 방향으로 움직인다. ㄴ. 가 A B 와 충돌한 후 의 속력은 의 속력의 배이다. 배 C 가 받은 평균 힘의 크기는 ㄷ. B 하는 동안보다 크다. 작다. B C A 와 충돌하는 동안이 와 충돌 4 B 2 C ㄱ. 충돌 전과 후 의 운동량은 각각 0, 0으로 방향이 반대 이다. 따라서 운동 방향도 반대이다. A 가 충돌 후 운동량이 각각 ㄴ. 2p , -p 0, 0이고 질량은 가 의 B ㄷ. C 가 C B 배이므로 속력은 2p 2 와 충돌하는 동안 받은 평균 힘의 크기는 배이다. p 의 가 B C 4 A B 와 충돌하는 동안 받은 평균 힘의 크기는 가 0 이고, B 0 3p 2T 이다. 2p T 6 힘 ‑ 시간 그래프와 충격량 선택지 분석 배 배이다. B A ㄴ. 질량은 4 가 2 의 배이다. A B 배이다. 2 가 의 B 3 ㄱ. , 가 등속 직선 운동하는 동안 운동량의 크기는 가 의 ㄷ. 스틱으로 치는 동안 스틱으로부터 받은 평균 힘의 크기는 A B A 정답과 해설 17 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 17 18. 12. 6. 오후 12:57 멈추는 데 걸린 시간이 가 보다 짧으므로 평균 힘의 크기는 A B 4 물체에 해 준 알짜힘에 의한 일만큼 물체의 운동 에너지가 증 ㄴ. 의 운동량이 의 배이고, 충돌 후 속력이 같으므로 의 질량이 A 의 ㄷ. 평균 힘 B 2 배이다. B 충격량 시간 2 이므로 , 의 운동량을 각각 , 라고 A 하면 가 받은 평균 힘 = A B 이고, 가 받은 평균 힘 2p p 이다. 따라서 평균 힘의 크기는 A 의 B 배이다. ㄱ. 처음에 정지 상태에 있었으므로 운동량의 크기는 물 3 B 체가 받은 충격량의 크기와 같다. 따라서 등속 직선 운동하는 동 = 2p 가 2t A = p 3t 안 운동량의 크기는 가 의 배이다. B 7 물체의 운동과 운동량 A 2 자료 분석 , 의 처음 속력이 같다. B A . . . . . . 0 0 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 시간( ) 속력( / ) s 자동차 m s 자동차 A 10 8 5 2 0 0 0 의 속력 변화량은 B , 10 , , ( 9 / 7 )이다. A 2 3 3 2 m s , 4 0 1 는 나중 속력이 운동량의 변화량이 같다. A B 0 0 이므로 선택지 분석 ㄱ. 는 등가속도 직선 운동을 한다. 가속도 운동 ㄴ. 운동량의 변화량의 크기는 가 보다 크다. 와 가 같다. A ㄷ. 자동차에 작용하는 평균 힘의 크기는 A B 가 B A 보다 크다. ㄷ. 운동량의 변화량이 같으므로 와 A 가 받은 충격량이 같다. B 가 보다 크다. A B B ㄱ. 시간에 따른 속력 변화량이 일정하지 않으므로 가속도가 변하는 가속도 운동을 한다. ㄴ. 와 의 질량이 같고 처음 속력이 같으므로 처음 운동량이 같고, 두 자동차 모두 멈추었으므로 운동량의 변화량이 같다. A B A 는 A 8 속도 ‑ 시간 그래프와 운동량 자료 분석 에서 까지의 거리는 에서 까지 속도 P 시간 그래프 아래의 넓이이다. Q 2t 0 속 도 속 도 2v 2v 일 때 운동량의 변화량 2t =-mv-2mv =-3mv 시간 2t 시간 P P Q Q 0 0 -v -v t t 2t ㄱ. 에서 까지의 거리는 이다. ㄴ. 일 때, 물체의 운동량의 크기는 P 2vt ㄷ. 충돌하는 동안 물체가 벽으로부터 받은 충격량의 크기는 이다. 2mv Q 4vt mv 3mv ㄷ. 물체가 벽으로부터 받은 충격량의 크기는 운동량의 변화량의 크기와 같다. 일 때 운동량의 변화량이 이므로 물체가 벽으로부터 받은 충격량의 크기는 이다. -3mv ㄱ. 까지의 거리는 까지 속도 시간 그 2t 에서 래프 아랫부분의 넓이이므로 P Q 이다. 2t - ㄴ. 일 때, 물체의 속도는 이므로 운동량은 에서 3mv 0 2v\2t=4vt 2v - 2v\2t=4vt 2v m 2v m 선택지 분석 t 이다. 역학적 에너지 보존 본책 41쪽, 43쪽 1 ⑴ ⑵ ◯ 2 3 ⑴ ⑵ 4 5 ⑴ ◯ ⑵ × ⑶ ◯ 6 ④ 7 ⑴ ◯ ⑵ \ 100 50 ⑶ 100 J 8 / 9 ⑴ g ⑶ ： \ \ 200 J ⑵ g s 1 3 m H wHs 20 m 22 1 ⑴ 힘과 이동 거리의 관계 그래프에서 그래프 아랫부분의 넓 이는 일의 양을 나타낸다. ⑵ 물체에 작용한 힘과 물체의 이동 방향이 수직이면 물체에 한 일은 이다. 0 2 물체를 천천히 위로 들어 올릴 경우 물체에 작용해야 하는 힘 은 물체의 무게와 같다. 따라서 물체에 해 준 일은 물체의 무게 이동 거리 2 / 이다. \ =10 kg\10 m s \2 m=200 J 3 ⑴ 지면을 기준으로 한 물체의 중력에 의한 퍼텐셜 에너지는 이다. 2 / ⑵ 지면으로부터 높이 5 kg\10 m 셜 에너지는 s \2 m=100 J / 1m m s 5 kg\10 \1 m=50 J 인 책상면을 기준으로 한 물체의 퍼텐 2 이다. 가한다. 물체의 운동 에너지가 ( / )2 이므로 1/2mv 의 일을 해 주어야 한다. kg\ 10 m s 2 =1/2\2 100 J J =100 5 ⑴ 일 한 일은 물체의 운동 에너지 변화량으로 나타난다. 물체의 운동 · 운동 에너지 정리에 의해 물체에 작용한 알짜힘에 의 방향으로 알짜힘이 작용하면 운동 에너지가 증가하고, 운동 반대 방향으로 알짜힘이 작용하면 운동 에너지가 감소한다. ⑵ 물체가 일정한 속력으로 운동할 때 가속도가 도 ⑶ 물체에 로 물체에 작용한 마찰력은 운동 반대 방향으로 이다. 따라서 알짜힘에 의한 일은 이다. 0 0 0 10 N 서 마찰력이 물체에 한 일 의 힘을 주었을 때 물체가 등속으로 움직였으므 이므로 알짜힘 이다. 따라 10 N =-10 N\5 m=-50 J 이다. 6 용수철의 늘어난 길이 . 이므로 탄성 퍼텐셜 에너지 2 m x=0 )2 1 . ( / 이다. m m\ =2 J =1/2\400 N =1/2kx 0 1 7 ⑴ 물체의 퍼텐셜 에너지와 운동 에너지의 합을 역학적 에너 지라고 한다. ⑵ 마찰이나 공기 저항이 없으면 중력이나 탄성력을 받아 운동하 는 물체의 역학적 에너지는 일정하게 보존된다. 이를 역학적 에너 지 보존 법칙이라고 한다. ⑶ 물체가 마찰이나 공기 저항을 받아 운동하는 경우 역학적 에 너지는 보존되지 않지만 열에너지를 포함한 전체 에너지는 보존 이다. t 18 정답과 해설 m\2v=2mv 된다. 이를 에너지 보존 법칙이라고 한다. (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 18 18. 12. 4. 오후 2:06 8 높이에서의 중력 퍼텐셜 에너지가 지면에 닿는 순간 이라고 할 때, 높이 인 곳에서 물체의 역학 모두 운동 에너지로 전환되므로 g 20 m 2에 의해 g ( / )이다. m h=1/2mv v=22 hs s m =22\10x\20x =20 9 ⑴ 물체가 지면에 도달할 때까지 중력이 물체에 한 일 이다. 의 무게 ⑵ 지면에 도달할 때까지 중력이 한 일이 운동 에너지로 전환되므 낙하 거리 물체 = g \ 로 g g 이다. =m H 2에 의해 m H=1/2mv ⑶ 처음 높이 에서 v=22 까지 낙하하는 동안 중력이 물체에 한 wHs 1/4H H 일이 운동 에너지가 되므로 k g 이고, 지면을 기준으로 한 중력 퍼텐셜 에너지 p E =3/4m g H 이다. 따라서 k： p ： 이다. E =1/4m H E E =3 1 A 1 ② B 2 ① C 3 ④ D 4 ③ 본책 44쪽 ~ 45쪽 와 1 는 데 걸린 시간이 같으므로 이 시간을 가 모두 에서 정지해 있다가 x=0 B A 태에서 까지 등가속도 운동을 하고, T 나머지 거리를 등속도 운동을 한다. 까지 이동하 이라 할 때 x=4L 에서 A 는 정지 상 A의 속도로 v 까지 등가속도 운동을 하고, x=L 까지 등속도 운동을 한 후 x=L 까지 맨 처음 구간과 같은 크기의 가속도로 등가속도 운동 와 의 속도 시간 그래프는 다음과 x=L 는 정지 상태에서 3L B의 속도로 B x=3L v 을 하고 멈춘다. 따라서 x=4L 같다. A B - B 의 속 도 vı A 의 속 도 vÅ O 3L L 2- 5 T T 시간 O L 2L 1- 3 T L 2-T 시간 3 T 가 등속도 운동을 하는 동안 이동한 거리 A … ① A 이고, 3L=v 가 등속도 운동하는 동안 이동한 거리 \3/5T B B … ②이다. ①, ②에 의해 B A이다. 2L=v \1/3T g g =6/5v 에서 두 물체의 질량과 이동 거리가 같으므로 v x A B 0 F F = L A B a a 이다. A A = v a A 이므로 v A = 18v 5T 6 5 = 5v 2T A B a a 2/5T A B W W = = A 이고, B B = v = 3v T 1/3T a A 이다. =25/36 5v A 2T 18v 5T A B B W W = 3 T = \ 3/4h 므로, Q Q 3/4h-2/3h=h/12 3 높이 법칙에 따라 g h 2 물체의 질량을 적 에너지는 g m 의 중력 퍼텐셜 에너지가 운동 에너지의 h m h 이다. 역학적 에너지가 보존되므로 점에서 물체 배일 때 점의 높이는 P 이다. 점에서는 중력 퍼텐셜 에너지가 운동 에너지의 배이 3 P 점의 높이는 이다. 따라서 점과 점 사이의 거리는 2 2/3h 이다. P Q 인 곳에서 바닥까지의 구간에서 역학적 에너지 보존 2 … ①이므로 g … ②이다. hs 또한 m 에서의 속력을 h=1/2mv 량은 운동량의 변화량이므로 V q 지막으로 에서 높이 에서 라고 하고, v=22 까지 구간에서의 충격 … ③이 된다. 마 인 곳까지의 구간에서 역학적 에너지 보존 Ft=mV-mv q p 법칙을 적용하면 q 2h 2 g 2 … ④이 된다. 1/2mV 식 ④에 ①을 대입하면 =2m h+2\1/2mv 2 2 2이므 로 이다. 또한 식 ③에서 1/2mV =2\1/2mv g +2\1/2mv 이므로 이고, 식 ②를 대입하여 V=2v g mv 2m t= 이 정리할 수 있다. g 2m t=2m v-m v g g m22h mv 2m 2m 같 g =5 h 2 = t= (가)에서 4 에너지인 와 의 역학적 에너지의 합은 의 중력 퍼텐셜 g A B 뿐이고, (나)에서 와 의 역학적 에너지의 합은 A 의 운동 에너지 2m h 의 운동 에너지 A B 의 중력 퍼텐셜 에너지 A 2 +B 2 g 이다. 역학적 에너지가 보존되 +B 에서 에서 x=L x=3L =1/2\2m\v g 므로, +1/2mv 2에서 +m h g 이다. m h=3/2mv h v=5 2 3 t 1 ⑤ 2 ④ 3 ⑤ 4 ④ 5 ④ 6 ⑤ 7 ② 8 ② 본책 46쪽 ~ 47쪽 1 일 자료 분석 물체에 작용하는 알짜힘의 크기는 ( )이다. 100-20=80 N 100 N 20 N 10 m 마찰력의 방향이 물체의 이동 방향과 반대 방향이므로 마찰 력이 한 일은 ( )값이다. - 선택지 분석 ㄱ. 물체에 작용하는 알짜힘의 크기는 이다. ㄴ. 이 한 일의 양은 이다. 80 N ㄷ. 마찰력이 한 일은 N 100 ㄱ. 물체에 오른쪽으로 용하므로, 알짜힘 이다. J 1000 J 의 힘이, 왼쪽으로 -200 100 N 이다. 20 N =100 N-20 N=80 N 의 힘이 작 정답과 해설 19 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 19 18. 12. 4. 오후 2:06 s ㄴ. 이 한 일의 양 이다. ㄷ. 마찰력과 물체의 이동 방향이 반대이므로 마찰력이 한 일 =100 N\10 m=1000 J 100 N 이다. ㄷ. 수평면에서 물체의 운동 에너지 2 2 =1/2mv =1/2\2\10 = ㄱ. 에서 까지 의 크기는 로 일정하다. 물체에 작용하는 중력( g 0 ㄴ. 가 물체에 한 일은 F L K/L 에서 까지가 에서 까지의 같은 이다. 따라서 전동기가 물체에 한 일 =1 kg\10 m m s 운동 에너지 정리에 의해 알짜힘이 한 일만큼 운동 에너지 k =-20 N\10 m=-200 J 2 일 운동 에너지 정리 · 가 알짜힘이므로 일 힘 가 증가한다. → 자료 분석 F · E Fx= 4 kg F Ek 3K K 0 L 2L 3L x 까지: 운동 에너지가 에 비례하여 증가하므로 가 일정 까지: 운동 에너지가 일정하므로 부터: 다시 운동 에너지가 에 비례하여 증가하므로 가 일정 F=0 F F x x 에서 에서 ① ② 0 ③ L 2L 선택지 분석 L 2L 배 배 3 2 이다. F ㄷ. 에서 까지 가 물체에 한 일은 2L 3L L 0 이다. 0 k E x L ㄱ. 2L F k이므로 이다. 즉, 운동 에너지 이동 F x= 거리 그래프의 기울기 E F= 는 알짜힘을 의미한다. - K L ㄷ. 에서 까지 운동 에너지 변화가 없으므로 가 물체에 한 일은 L 이다. 2L ㄴ. 에서 F 까지 운동 에너지 변화량( )은 에서 배이므로 2L 배이다. 가 물체에 한 일은 3L F 2L 서 L 까지의 2 2K 3L 에서 까지가 0 에 0 0 까지의 L 2 3 빗면에서의 일과 에너지 자료 분석 물체에 작용한 알짜힘의 크기는 ‘질량 가속도’이다. \ 속도 시간 그래프의 기울기는 가속도이다. - 2 kg 2 kg 속 도 10m s ( ) 속 도 10m s ( ) 물체가 중력의 빗면 방향으로의 분력에 의해 이동하였으므로 중력 이 물체에 일을 한 것이다. 선택지 분석 물체가 이동한 거리는 속도 그래프 아랫부분의 넓이와 같다. 시간 - ㄱ. 경사면에서 물체에 작용한 알짜힘의 크기는 이다. ㄴ. 경사면에서 중력이 물체에 한 일은 이다. 10 N ㄷ. 수평면에서 물체의 운동 에너지는 이다. 100 J 100 J ㄱ. 물체에 작용한 알짜힘 2 / 이다. ㄴ. 초에서 아랫부분의 넓이와 같으므로 2 시간 그래프 초까지 물체가 이동한 거리는 속도 =10 N s 이다. 따라서 중력이 물체에 - F=ma=2 kg\5 m 0 한 일 이다. 10 m =10 N\10 m=100 J 20 정답과 해설 J 100 4 일과 중력에 의한 퍼텐셜 에너지 ( )이다. 자료 분석 이고, 물체에 작용한 알짜힘은 물체가 일정한 속력으로 올라갔으므로 물체의 가속도 는 → 전동기가 줄을 통해 물체에 작용하는 힘의 크기는 이다. 물체의 무게와 같은 이다. 0 0 10 N 2 m/s 1 kg 2 m 2 m/s 전동기 선택지 분석 ① ② ③ ④ ⑤ J 2 J 4 J 8 물체가 등속도 운동을 하므로 전동기가 물체를 끌어올리는 힘은 22 J 20 J 2 / )과 크기가 N\2 m= =10 N =10 20 J 5 빗면에서의 역학적 에너지 보존 이다. N 10 자료 분석 빗면 아래로 내려오면서 같은 시간 동안 이동한 거리가 점점 증가한다. → 공의 속력이 점점 증가한다. 물체가 아래로 내려올 때 중력이 물체에 한 일만큼 중력 퍼텐셜 에너지가 감소하고, 그만큼 운동 에너지가 증가한다. 선택지 분석 ㄱ. 운동 에너지는 점점 증가한다. ㄴ. 중력 퍼텐셜 에너지는 점점 감소한다. ㄷ. 물체의 역학적 에너지는 점점 감소한다. 보존된다. ㄱ. 아래로 내려오면서 공의 속력이 점점 빨라지므로 운동 에너지 ㄴ. 물체가 빗면 아래로 내려오면서 중력 퍼텐셜 에너지가 점점 가 증가한다. 감소한다. 6 역학적 에너지 보존 자료 분석 철수의 퍼텐셜 에너지는 기준점으로부터 높이에 비례한다. A h h B 철수가 아래로 내려오면 퍼텐셜 에너지 차이만큼 운동 에너지가 증가한다. C 수평면 수평면 0 1 0 2 1 3 2 3 시간(s) 시간(s) ㄷ. 마찰과 공기 저항이 없으므로 중력을 받아 운동하는 (가) (나) 물체의 역학적 에너지는 보존된다. (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 20 18. 12. 4. 오후 2:06 점까지 내려오면서 1 2 v -v v … ②이다. +v =v 2 v1 v2 O A B 선택지 분석 ㄱ. 철수의 속력은 점에서가 점에서의 배이다. 배 C ㄷ. ㄴ. 철수의 퍼텐셜 에너지는 점에서가 B 점까지 내려오는 동안 중력이 철수에게 한 일은 A 철수의 운동 에너지와 같다. C 점에서의 2 B 2 C 22 배이다. 점에서 ㄴ. 점을 기준으로 점의 높이가 점의 배이므로 퍼텐셜 에 너지는 C 점이 점의 ㄷ. 정지 상태에서 A B 배이다. B A 2 점을 출발하였으므로 2 A 중력이 철수에게 한 일은 점에서 철수의 운동 에너지로 전환된다. C ㄱ. 점에서 철수의 운동 에너지가 점에서의 배이다. C 따라서 점에서 철수의 속력은 점의 C 배이다. B C 22 7 낙하하는 물체의 역학적 에너지 보존 B 자료 분석 모든 마찰을 무시하므로 공은 자유 낙하 운동을 한다. 자유 낙하 운동은 등가속도 운동이다. 등가속도 직선 운동의 식 2 02 에 의해 낙하 거리 2 02 v 이다. -v =2as s= v -v 2a 선택지 분석 ㄱ. 점에서 점까지 공의 낙하 거리는 O ㄴ. 중력이 공에 한 일만큼 공의 운동 에너지가 증가한다. v 2 점까지 공이 낙하하는 동안 중력이 공에 한 일은 점에서 ㄷ. A 12 g 이다. A 12 B 22)이다. ( 22 ( 12) -v 1/2m 에서 정지 상태에 있던 공이 -v 1/2m v v ㄱ. O 하므로 공의 낙하 거리 까지 등가속도 직선 운동을 12 g 이다. A 12 v g -0 2 v 2 ㄴ. 일 = 운동 에너지 정리에 의해 중력이 공에 한 일만큼 공의 운 s= 동 에너지가 증가한다. · ㄷ. 점에서 점까지 중력이 공에 한 일만큼 운동 에너 지가 증가한다. 따라서 중력이 공에 한 일 운동 에너지 변화량 A B 나중 운동 에너지 처음 운동 에너지 = 22 ( 12)이다. = - =1/2m v -v 8 역학적 에너지 보존 자료 분석 그림과 같이 , 각각 구간의 시작과 끝 점을 각각 0, 라고 하고, 각 점에서의 속력을 A , 1, a v 라 하고, 2, b v v 0라고 하자. B 정지 v c 높이 g ( d 인 곳에서의 퍼텐셜 에너지 에서 운동 에너지와 같다. )는 h 구간의 시작과 끝 점을 m h a h 선택지 분석 2 ?A v c F B 구간 0 ?A v h d 2h 지면 0 ?A v a F A 구간 1 ?A v b 에서의 운동 에너지가 퍼텐셜 에너지 전환되므로 d 와 에서 물체의 속력( g 로 0)은 같다. m h a d v ① ② ③ ④ ⑤ 2/3 7/9 8/9 1 10/9 g 02이므로 0 g 이다. 구간과 구간에서 물 hs m 체가 받은 충격량의 크기가 같으므로 속도 변화량의 크기도 같다. h=1/2mv =22 A B v 따라서 점과 1 0 0 0 … ①이다. 점에서 운동 에너지 차이는 퍼텐셜 에너지 차이 v v -v 2가 되어 =v -v +v 2 1 =2v g 와 b 같으므로 c 12 22 g 에 의해 12 22 m g h 02 1/2mv 1 이고, 이 식은 ( -1/2mv 2)( 1 =m 2) h -v h=v 02이므로 여기에 ①을 대입하면 =2 v 0, 2 0이다. A A, v =3/4v W =Fs 이다. 두 구간의 이동 시간이 같으 0 v 2 = -v v ①, ②를 연립하여 풀면 1 B B이므로 B A W W v =5/4v B A s s A 2 0 = v +v 2 이다. =7/8v 구간의 평균 속력 B 따라서 B A W W B A s s = =7/9 W 므로 이동 거리는 평균 속력에 비례한다. 두 구간에서 모두 등가 =Fs = 속도 운동을 하므로 구간의 평균 속력 0 1 0이고, = 0이다. v +v 2 =9/8v 1 ③ 2 ⑤ 3 ② 4 ⑤ 5 ④ 6 ② 7 ③ 8 ⑤ 본책 48쪽 ~ 49쪽 1 일과 중력에 의한 퍼텐셜 에너지 자료 분석 에서의 운동 에너지는 까지 올라가는 동안 퍼텐셜 15 m 에너지로 전환된다. h h 지면 까지 물체에 지면에서 작용하는 알짜힘이 한 일은 운 15 m 동 에너지로 전환된다. 15 m F 가 물체에 한 일은 최종 힘 적으로 모두 물체의 퍼텐셜 에너지로 전환된다. F 선택지 분석 m h=45 F ㄱ. 의 크기는 물체에 작용하는 중력의 배이다. ㄴ. F 이다. 4 ㄷ. 가 한 일은 높이 60 m 에서 물체의 중력 퍼텐셜 에너지와 같다. ㄱ. 물체의 질량을 h 이라고 하면 물체에 작용하는 알짜힘은 ( )이다. 이 알짜힘에 의해 높이 까지 초에 올라 m F-10m 가는 등가속도 운동을 하였으므로 15 m 2에 의해 가속도 1 a= 2)이다. 뉴턴의 운동 방정식에 대입하면 s=1/2at 2 ( / 2 = 2\15 2s t 1 ㄷ. 중력의 반대 방향으로 F-10m=30m F=40m 두 중력 퍼텐셜 에너지로 전환된다. F m s 에 의해 =30 이다. 가 한 일은 최고점인 높이 에서 모 h ㄴ. 가 물체에 한 일이 모두 중력 퍼텐셜 에너지로 전 환되므로 F 에 의해 ( )이다. 40m\15=10mh h=60 m 정답과 해설 21 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 21 18. 12. 4. 오후 2:06 가 정지한 지점부터 다시 10s=1/2\4\2 s=0 8 로 돌아가는 동안 m 의 중력 퍼텐셜 ㄴ. C 의 질량을 A, 의 질량을 3 2 C라 하고 실이 끊어지기 전 에너지 감소량은 두 물체의 운동 에너지 증가량과 같고, A p B 에서 의 운동 에너지를 k라고 하면 이때 p 의 운동 에너지는 A k이 세 물체의 운동 방정식을 세워 보면 다음과 같다. C A m C) … ① m ( A A C 와 의 속력이 같으므로 운동 에너지는 질량에 비례한다. 따라 A 서 B kB B A kA B A E m m E = ③에 ①, ④, ⑤와 = m m pB \8/5m B g L 을 대입하여 정리하면, B g … ⑤이다. B A m m = F A p q 0.4 m 실을 놓는 순간 A의 위치 수평면 이다. 따라서 =2m 이다. L E A B m m 1/4 =4 4 줄로 연결된 물체의 역학적 에너지 보존 운동 에너지 정리 자료 분석 2 일 · 에서 에너지 증가량이 A 가 므로 가 p 까지 이동하는 동안 q 에 도달하는 순간 의 운동 에너지 증가량의 와 B B 의 중력 퍼텐셜 배이 라 의 속력을 2 v 에 의해 . A 고 하면 q 2 A B 2\1/2\1\v )이다. / ( =1\10\0 4 v= 2 m s 일 때, 에 작용하는 중력의 크기는 가 정지해 있으므로 와 같은 와 F=10 N 이고 B 의 질량은 A B 이다. F 10 N B B 선택지 분석 1 kg ① ② ③ ④ ⑤ 4 가 J 에서 J 5 까지 이동하는 동안 두 물체에 작용한 알짜힘 J 6 J 8 J 9 이 한 일은 A p q 와 의 운동 에너지 변화량과 같으므로 B A 이라 할 때, ( . 4=1/2 에서 손을 놓은 후 두 물체에 작용하는 알짜힘은 20\0 1+m \2 2에서 ) m=3 m 의 질량을 20 N A ( )이다. kg 에 작용하는 중력의 크기 q 거리가 일 때, 알짜힘 10 N s 가 감소하므로 q 10 N 이다. 에서 두 물체가 정지할 때까지 이동한 B 이 두 물체에 한 일만큼 운동 에너지 2에 의해 . ( )이다. 므로 . E k B k에 의해 k ( )이다. 1/3E 10\1 2=E +1/3E E =9 J 3 줄로 연결된 두 물체의 역학적 에너지 보존 자료 분석 kA라고 하면, 의 운동 에너지를 까지 운동하는 동안 E kA)은 가 의 운동 에너지 의 중력 퍼텐셜 에너지 증가량 A A 에서 에서 Q 증가량( P ( pB A Q E B g B )의 배이다. E =2m L 4/5 A Q RL B 정지 P 2L 정지 실이 끊어지는 순간 A의 위치 같다. Q R A 선택지 분석 ① 3 가 에서 까지 의 중력 퍼텐셜 에너지 감소량( pA)은 의 운동 에너지 증가량과 E A ② ③ ④ ⑤ 에서 까지 운동하는 동안 의 운동 에너지 증가량 kA 5 6 7 4 A P pB Q B g A … ①이고, 에서 의 운동 에너지는 E =4/5E 에서의 =8/5m L 배이므로 pA R kA A kA kA kA = Q 9/4 pB E pB … ②이다. = E =9/4E -E =5/4E = 5/4\4/5E 가 에서 =E 까지 운동하는 동안 의 중력 퍼텐셜 에너지 감소 pA는 P 가 량 Q A 중력 퍼텐셜 에너지 증가량( 에 있을 때 A Q E 와 A 의 운동 에너지의 합과 의 pB)의 합과 같다. A B B 즉, pA kA kB pB … ③이다. E pA는 에서 E =E 배이므로 Q 의 E 까지 +E pA 의 중력 퍼텐셜 에너지 감소량( +E B g pA pB … ④이다. E =E R E A =2 E =2E =4m L 2 22 정답과 해설 자료 분석 실이 끊어지기 전 물체의 가속도는 속력 0 2이다. 기울기인 / 초에서 초까지 세 시간 그래프의 2 실이 끊어진 후 가속도의 크기도 2 5 초까지 초에서 / 2이다. 3 m s m s 5 A - B m 수평면 (가) 선택지 분석 B 의 속 력 ( ) m s 10 5 0 C 1 2 (나) 3 시간(s) ㄱ. 의 운동 방향은 초일 때와 초일 때가 서로 반대이다. 같다. 가 배이다. ㄴ. 질량은 C ㄷ. 의 역학적 에너지는 A C 의 1 4 3 초일 때가 초일 때보다 크다. 실이 끊어진 후 -10m 10m ( C +m+m 의 운동 방정식을 세워 보면 다음과 같다. , =5 m C) … ② B C A , m+m 임을 알 수 있다. C 식 ①, ②에서 10m =5 ㄷ. 줄이 끊어진 후 학적 에너지가 와 =4m 초에서 B 는 증가한다. 따라서 m 보다 크다. C =m 의 역학적 에너지는 보존된다. m 초까지 감소하므로 C 의 역학적 에너지 의 역 B 초일 때 2 의 역학적 에너지는 3 초일 때가 C 3 2 ㄱ. 와 는 실로 연결되어 같은 속력으로 운동한다. 초 일 때 왼쪽으로 운동하는 B C 라서 의 운동 방향은 는 초일 때도 왼쪽으로 운동한다. 따 1 초일 때와 B 3 초일 때 같다. 1 3 C 5 일과 에너지 자료 분석 부터 까지 놀이 기구에 작용하는 g이고 가속도는 알짜힘은 t=T t=4T 놀이 기구의 속력은 -m g이다. 이 된다. 일 때 - t=3T 0 F t = 4T m 지면 올라갈 때 내려올 때 지면 부터 까지 놀이 기구에 작용하는 t=0 g이고 알짜힘은 가속도는 t=T g이다. 2 m t = T 3 mÌ t = 0 2 선택지 분석 ① g ② g ③ g ④ g ⑤ g 12/11 m 4/3 m 놀이 기구의 속도를 시간에 따라 나타내면 그래프와 같다. 10/9 m 8/7 m 6/5 m pA pB) 지 위로 올라간 놀이 기구는 부터 낙하하기 시작하여 지면에 도달한다. 3T 까 일 때 3T T' (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 22 18. 12. 4. 오후 2:06 내려올 때 최고 속력이 올라갈 때의 절반이므로 내려오는 데 걸리 는 시간은 올라가는 데 걸리는 시간의 배가 되어야 한다. 따라서 선택지 분석 3 시간(s) 식에 g 1/2Mv =-11/2mv 2을 대입하면 -m h2 이다. × m h=4 1/2mv M=3m 부터 까지 가속도가 g이므로 운동 방정식을 세워 보면 임을 알 수 있다. 2 T'=9T 속 도 2ÌT O -ÌT 4T T' T 3T 시간 3T 9T g 1/5 g에 의해 g이다. =1/5m F-m 6 등가속도 운동과 역학적 에너지 보존 F=6/5m 자료 분석 10 m/s b c 15 m/s a 15 속 도 ( ) m s 0 (가) (나) ① 마찰이 없고 경사각이 일정한 빗면에서 물체가 운동하므로 빗면을 올라갈 때와 내려올 때 알짜힘이 같고 가속도도 같다. ② 물체가 에서 까지 올라가는 동안 가속도는 a b 선택지 분석 ( ) / 2이다. / a= 0-15 m s 3 s =-5 m s ㄱ. 에서 물체의 가속도 크기는 / 2이다. 에서 ㄴ. b ㄷ. a 이다. c 까지의 거리는 . 이다. m s 5 m b 에서 물체의 중력 퍼텐셜 에너지는 운동 에너지의 5 . . 1 1 ㄱ. 물체가 빗면에서 운동하는 동안 가속도가 일정하므로 22 5 25 배 배 가속도의 크기는 (나)의 그래프의 기울기의 크기와 같은 이다. 에서 2 / b m s 5 ㄴ. 에서 까지 거리는 (나)의 속도 시간 그래프 아랫부분의 넓이와 같으므로 b a . - ( )이다. 1/2\15\3=22 ㄷ. 전체 역학적 에너지는 m 5 에서 운동 에너지와 같으므로 2 ( )이다. a 에서 운동 에너지는 1/2\1\15 2 =225/2 J ( )이고 역학적 에너지가 보존되므로 c 1/2\1\ 에서 물체의 중력 =50 10 퍼텐셜 에너지 J c )이다. 따라서 물체의 중력 ( =225/2-50=125/2 J 퍼텐셜 에너지는 운동 에너지의 125/2 50 =1 7 줄로 연결된 물체의 역학적 에너지 보존 . 25 배이다. 의 중력에 의한 퍼텐셜 에너지의 감소량은 와 의 운동 에너지 증가량과 같다. 자료 분석 B 중력 퍼텐셜 에너지 변화량 운동 에너지 증가량 =0 M 2 =1/2Mv A B A M m h B m 운동 에너지 증가량 2 =1/2mv 중력 퍼텐셜 에너지 감소량 g =m h ㄱ. 의 높이가 만큼 줄어드는 동안, 의 운동 에너지 증가량 은 B 의 역학적 에너지 감소량과 같다. A h B g h=2v ㄴ. ㄷ. 2 이다. 이다. ㄱ. M=2m 와 3m 의 역학적 에너지는 보존되므로, 의 역학적 에너지 증가량은 A 없으므로 B B 의 역학적 에너지 감소량과 같다. A 는 높이 변화가 의 중력 퍼텐셜 에너지 변화량은 이고, A 의 역학적 에너지 증가량은 A 운동 에너지 증가량은 A 의 운동 에너지 증가량과 같다. 따라서 의 0 A 의 역학적 에너지 감소량과 같다. ㄴ. 의 중력에 의한 퍼텐셜 에너지 감소량 g 는 B A 의 운동 에너지 증가량인 B 2의 배이므로, g m h × B 2에서 1/2mv 4 m h=4 1/2mv 2 g 이다. h= 2v ㄷ. 의 운동 에너지 증가량은 의 역학적 에너지 감 소량과 같으므로, A 2 2 B g 가 성립한다. 이 8 줄로 연결된 물체의 역학적 에너지 보존 자료 분석 가 배이므 p 의 를 당기는 힘의 크기는 가 를 당기는 힘의 크기의 q 로 A 질량은 A B 의 질량을 이다. 2m 이라고 하면 3 m p A q p B A B B q C C (가) 와 시간 동안 이동한 거리는 A 므로 가속도의 크기는 가 정지 상태에서 출발하여 같은 배이 배이다. 3 가 A 의 B 가 의 B A B 3 B s B s C (나) C A A 3s 3s 와 가 C 3s B A 만큼 이동한 순간의 속력을 가 만큼 이동한 순간의 속력은 s 라고 하면, 이다. v 3v 선택지 분석 ① ② ③ ④ ⑤ 2/9 1/3 2/3 7/9 8/9 (나)에서 같은 경사면에서 같은 시간 동안 이동한 거리는 가 의 배이므로 높이의 변화도 가 의 배이다. (나)에서 3 와 의 역학적 에너지의 합이 보존되므로 B A 3 에너지 감소량( C B C)은 의 역학적 에너지 증가량( B)과 같다. C 의 질량이 E 의 배이고, B 의 속력이 의 E 배이므로 B 의 운동 에너지 증가량( kB)은 A 2 B A 의 운동 에너지 증가량( 1/3 B A)의 배가 A B 의 역학적 되어 E A이다. A E 2/9 2/9E 의 중력 퍼텐셜 에너지 감소량은 의 운동 에너지 증가량과 같 고, A 의 중력 퍼텐셜 에너지 증가량( A pB)은 의 중력 퍼텐셜 에 너지 감소량의 B 배이므로 E A이다. A 결국 B 2/3 kB pB 2/3E A A A C이므로 +E =2/9E +2/3E =8/9E =E C A E E =E E 이다. =8/9 정답과 해설 23 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 23 18. 12. 4. 오후 2:06 열역학 제1법칙 본책 51쪽, 53쪽 1 ⑴ 분자 ⑵ 온도 2 ⑴ ◯ ⑵ ◯ ⑶ 3 ⑴ ◯ ⑵ ⑶ ◯ 4 ⑴ ◯ ⑵ ⑶ ◯ 5 ⑴ ◯ ⑵ ◯ ⑶ \ 6 ⑴ 비례 \ ⑵ 반비례 ⑶ 비례 7 ㉠ 내부 에너지, ㉡ 일 8 ⑴ ◯ ⑵ \ \ ⑶ ⑷ ◯ ⑸ ◯ 9 ③ 10 ⑴ ⑵ ◯ ⑶ \ \ \ \ 1 ⑴ 열에너지는 물체를 구성하는 내부 분자들의 열운동 때문 에 나타난다. ⑵ 온도는 물체의 차갑고 뜨거운 정도를 기준을 정해 수치로 나 타낸 것이다. 절대 온도 2 ⑴ 섭씨온도 이다. 온도 = ⑵ 열평형 상태는 두 물체의 온도가 같은 상태이다. ⑶ 열은 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 스스로 이동한다. 이므로 섭씨온도 273 K +273 0 *C 는 절대 에서 온도가 낮은 물체 로 이 B 의 평균 운동 에너지가 로 같아졌으므로 열평 3 ⑴ 열은 온도가 높은 물체 동한다. ⑵ 열을 잃은 감소한다. ⑶ 그래프를 보면 두 물체의 온도가 이다. 형 온도는 A A 의 온도가 낮아지므로 A 30 *C 30 *C 4 ⑴ 기체가 한 일 ⑵ 기체가 팽창하였을 때 ⑶ 압력 일에 해당한다. - W=P V W>0 이다. 이다. 부피 그래프에서 그래프 아랫부분의 넓이는 기체가 한 5 ⑴ 이상 기체는 분자들 사이의 인력이 없는 이상적인 기체이 므로 이상 기체의 내부 에너지는 기체 분자의 운동 에너지의 총합 과 같다. ⑵ 이상 기체의 내부 에너지는 분자 수와 절대 온도에 비례한다. ⑶ 절대 온도는 기체 분자의 평균 운동 에너지에 비례하는 온도 체계이다. 6 ⑴ 압력이 일정할 때, 일정량의 이상 기체의 부피는 절대 온 도에 비례한다. ⑵ 온도가 일정할 때, 일정량의 이상 기체의 부피는 압력에 반비 례한다. ⑶ 부피가 일정할 때, 일정량의 이상 기체의 압력은 온도에 비례 한다. 7 기체에 열을 가하면 온도가 상승하여 내부 에너지가 증가하 거나 부피가 팽창하여 외부에 일을 한다. ⑵ 등압 과정에서 기체가 받은 열은 일부 외부에 일을 하고 나머 지는 내부 에너지 증가에 사용된다. ⑶ 등온 과정에서는 기체의 온도가 일정하기 때문에 기체의 내부 에너지 변화는 없고 기체가 받은 열은 모두 외부에 일을 하는 데 사용된다. ⑷ 단열 팽창 과정에서 부 에너지는 감소한다. ⑸ 단열 압축 과정에서 기체의 내부 에너지가 증가하고 기체의 온도도 증가한다. 이므로 기체의 내 U=-W W>0 이고 9 열역학 제 법칙 에 의해 1 이다. Q= U+W W=Q- U= 과정은 등온 과정이므로 내부 에너지의 변화는 600-400=200(J) 10 ⑴ → 없고, 외부에 한 일만큼 열을 흡수한다. ⑵ 부 에너지가 감소하고 외부로부터 일을 받는다. 내부 에너지의 감 과정에서 압력이 일정한 상태로 부피가 감소하므로 내 A → B B C 소와 외부로부터 받는 일만큼 열을 방출한다. ⑶ 둘러싸인 부분의 넓이와 같다. → → → B C A A 과정에서 기체가 한 일의 양은 그래프로 A 1 ③ B 2 ⑤ C 3 ③ D 4 ① 본책 54쪽 ~ 55쪽 1 ㄱ. (가)에서 기체의 부피 변화가 없으므로, 기체가 한 일 에 의해 기체 이다. 따라서 열역학 제 법칙 내부 에너지 증가량 이다. W=0 1 ㄴ. (나)에서 기체를 가열하면 부피가 증가하고 압력은 일정하다. Q=W+ U U=Q 일정한 양의 이상 기체의 경우 값이 일정하므로 기체의 온도 PV 는 높아진다. 따라서 기체의 내부 에너지가 증가하므로, 기체 분 T 자의 평균 운동 에너지가 증가하여 기체 분자의 평균 속력은 증가 한다. ㄷ. (가)와 (나)에서 가열 후 내부 에너지는 같다. 한편 (가)에서 내부 에너지는 가열 전에 비해 만큼 증가하고, (나)에 서 내부 에너지는 가열 전에 비해 만큼 증가한다. 따라서 Q 내부 에너지 증가량은 (가)가 (나)보다 크므로 가열 전 내부 에너 Q-W 지는 (가)가 (나)보다 작다. 2 ㄱ, ㄷ. 단열 과정에서 하므로 기체가 외부에 일을 한 것이다. 따라서 기체의 내부 에너 이고, 기체의 부피가 팽창 U=-W 지가 감소하여 온도가 낮아진다. 8 ⑴ 부피가 일정하게 유지되는 등적 과정에서는 일을 하지 않 기 때문에 기체가 받은 열은 모두 내부 에너지 변화에 사용된다. ㄴ. 값이 일정한데, 기체의 온도( )가 낮아지고 부피( )가 증가하므로, 기체의 압력( T )은 감소한다. V PV T P 24 정답과 해설 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 24 18. 12. 4. 오후 2:06 과정은 부피가 일정한 등적 과정으로 이고, ㄷ. → 과정에서 기체는 열량 를 흡수하여 외부에 일을 하 므로 내부 에너지 변화량은 에서 기체가 한 일을 뺀 값이다. A B Q ㄴ. U 다. B C 외부에 일( Q= → 3 ㄱ. 기체의 온도가 B 이므로 기체가 받은 열( T 1에서 에서 A T 2로 증가하였다. 따라서 W=0 )은 모두 내부 에너지 증가 U+W Q= ( )에 사용되었다. Q= U 과정은 온도가 일정하므로 내부 에너지 변화량은 → Q 이 에서 이므로 기체가 받은 열( )을 하는 데 사용되었다. U=0 U+W → ㄷ. W 과정에서 내부 에너지 변화량은 )은 모두 0 Q 이므로 내 부 에너지 변화량은 C B → 과정에서보다 작다. 0 A B 4 ㄱ. 압력이 일정할 때, 기체의 부피는 절대 온도에 비례한다. 의 부피가 의 배이므로 절대 온도는 가 의 배이다. ㄴ. → B 2 랫부분의 넓이이므로 B A A 과정에서 기체가 외부에 한 일은 그래프 아 B A 0 0( 0 ( 0 2 0))이다. ㄷ. → 과정은 단열 과정이므로 =4P 2V \ 4P 이다. 따라서 Q=0 V 으므로 외부에 한 일 C B 이고, 부피가 팽창하였 -V 에 의해 내 부 에너지가 감소하였다. 내부 에너지가 감소하였으므로 온도가 U=-W W>0 감소한 것이고 기체 분자의 평균 운동 에너지가 감소하였다. [다른 풀이] 일정량의 기체의 압력과 부피의 곱( 0 에서 압력과 부피의 곱은 에 비례한다. )은 절대 온도 0 0이 고, 에서 압력과 부피의 곱은 P 평균 운동 에너지에 비례하므로 기체 분자의 평균 운동 에너지는 0 4P 에서보다 낮다. 절대 온도는 기체 분자의 =4P 0이다. 따라서 \4V =8P B 에서가 절대 온도는 V C 0 C B 0 PV 0 \2V V 에서가 에서보다 작다. C B 2 기체가 한 일 자료 분석 과정 → → 에서 기체가 한 일: A B 2 2( C 1) P V -V 압 력 P™ P¡ Q B A C D → 과정 → 에서 기체가 한 일: A 1( D 2 C 1) P V -V O V¡ V™ 부피 선택지 분석 ㄱ. 기체가 한 일은 → → 과정에서가 → → 과정 에서보다 크다. A B C ㄴ. 기체의 내부 에너지 변화량은 → 과정에서와 → → 과정에서가 같다. A B C A ㄷ. 기체의 온도는 D C 에서가 에서보다 높다. D C A → A C C A ㄱ. 2 1이므로 기체가 한 일은 → → 과정에서가 → → P 과정에서보다 크다. >P A ㄴ. 기체의 내부 에너지 변화량은 온도 변화량에 비례한다. 일정 A B C D C 량의 기체의 온도는 압력과 부피에 비례하고, → → 과정 과 → → 과정 모두 처음 상태 와 마지막 상태 가 같 A B 으므로 온도 변화가 같다. 따라서 기체의 내부 에너지 변화량도 D C A C C A 같다. ㄷ. 일정량의 이상 기체의 온도는 압력이 클수록, 부피가 클수록 크다. 에서의 압력과 부피가 에서보다 크므로 온도는 에서가 에서보다 높다. C A 1 ② 2 ③ 3 ③ 4 ② 5 ② 6 ③ 7 ⑤ 8 ③ 본책 56쪽 ~ 57쪽 C 3 열역학 법칙 A 선택지 분석 1 열역학 제 자료 분석 법칙과 등압 과정 과정에서 기체가 한 일 1 → A B 압 력 P =PV A B C 과정에서 기체가 → 한 일 B C =2PV O V 2V 4V 부피 ① 압력이 일정한 상태에서 부피가 팽창하는 열역학 과정이다. ② 압력이 일정할 때 기체가 하는 일 이다. 선택지 분석 W=P V ㄱ. 기체가 한 일은 → ㄴ. 기체의 온도는 에서가 A B → 과정에서와 가 B 에서보다 높다. C 과정에서가 같다. 보다 작다. ㄷ. → 과정에서 기체의 내부 에너지 변화량은 와 같다. C A A B Q Q-W ㄴ. 압력이 일정할 때, 일정량의 이상 기체의 온도는 부피에 비례 한다. 따라서 기체의 온도는 에서가 에서보다 높다. ㄱ. 기체가 한 일은 압력 C A 과정에서 그래프 아랫부분의 넓이가 부피 그래프 아랫부분의 넓이 → 에 해당한다. → – 과정에서보다 작으므로 기체가 한 일도 적다. A B B C ㄱ. 풍선 속 기체의 부피는 증가한다. 감소한다. ㄴ. 열은 얼음에서 풍선으로 이동한다. 풍선 얼음 ㄷ. 풍선 속 기체 분자의 평균 운동 에너지가 감소한다. ㄷ. 열이 풍선 속 기체에서 외부로 이동하기 때문에 풍선 속 기체 의 온도가 낮아지므로 기체 분자의 평균 운동 에너지가 감소한다. ㄱ. 풍선 속 기체에서 외부로 열이 방출되어 기체의 온도 가 낮아지고 기체의 부피는 감소한다. ㄴ. 열은 스스로 고온에서 저온으로 이동한다. 온도가 높은 풍선 속 기체에서 온도가 낮은 얼음과 아이스박스 내부로 열이 이동한다. 4 열역학 과정 자료 분석 피스톤과 모래의 무게에 의한 압력 기체의 압력이 평형을 이루는 상태에서 피스톤이 멈추어 있다. 대기압과 실린더 내부 이상 → : 등압 과정 모래 압 력 B C B C + 단열된 피스톤 단열된 실린더 (가) O (나) → : 단열 과정 A A B 부피 정답과 해설 25 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 25 18. 12. 4. 오후 2:07 선택지 분석 ㄴ. → A B ㄷ. B → C ㄱ. → 과정에서 기체의 온도는 변하지 않는다. 증가한다. 과정에서 모래의 양을 감소시킨다. 은 일정하다. 과정에서 기체는 열을 흡수한다. ㄷ. B → C 과정은 압력이 일정하고 부피가 팽창하는 열역학 과 정이다. 등압 팽창 과정에서 기체는 외부에 일을 하고, 내부 에너 B C 지도 증가한다. 따라서 기체는 외부에 한 일과 내부 에너지 증가 량의 합만큼 열을 흡수한다. ㄱ. → 과정은 단열 과정이고, 부피가 감소하였으므 로 외부로부터 일을 받았다. 외부에서 받은 일만큼 기체의 내부 A B 에너지가 증가한다. 따라서 기체의 온도는 증가한다. ㄴ. → 과정은 압력이 일정한 등압 과정이다. 따라서 모래의 양은 일정하다. B C 5 등적 과정과 등압 과정 자료 분석 등적 과정이므로 열량 내부 에너지 증가에 사용된다. 가 모두 Q 단열 압력 일정 부피 일정 단열 고정 V (가) 2V (나) 등압 과정이므로 외부에 일을 하고 내부 에너지도 증 가한다. 선택지 분석 ㄱ. 가열 후 (나)에서 기체의 절대 온도는 이다. ㄴ. 가열 후 기체의 내부 에너지는 (가)에서가 (나)에서보다 크다. 2T T ㄷ. (나)에서 기체가 외부에 한 일은 (가)에서 기체의 내부 에너지 증가량과 같다. 보다 작다. ① 플라스틱 병 안의 공기가 팽창하면서 찌그러진 플라스틱 병을 원래 모양으로 돌아가게 하였으므로, 플라스틱 병 안의 공기는 외 부에 일을 하였다. ② 플라스틱 병 안 공기의 압력은 대기압보다 높거나 최소한 대 기압과 같은 압력을 유지하면서 팽창한다. 일정량의 공기의 압력 이 일정한 상태로 부피가 팽창하는 경우는 공기의 온도가 상승한 경우이다. ④ 온도가 상승하였으므로 내부 에너지가 증가하였다. ⑤ 플라스틱 병 안 공기는 따뜻한 물로부터 열을 흡수하였다. ③ 따뜻한 물로부터 열을 흡수한 플라스틱 병 안 공기는 분자 운동이 활발해져 압력이 증가하여 외부에 일을 한다. 대기압 과 평형을 유지하면서 팽창한다고 하더라도 압력이 감소한 것은 아니다. 7 등적 과정과 등압 과정 자료 분석 부피가 일정한 등적 과정 압력이 일정한 등압 과정 (가) (나) 피스톤피스톤 실 린 더 Q 선택지 분석 ㄱ.(가)에서 기체의 내부 에너지 증가량은 이다. ㄴ.(나)에서 기체는 외부에 일을 한다. Q ㄷ.온도 증가는 (가)에서가 (나)에서보다 크다. ㄱ. (가)에서 외부에 일을 하지 않으므로 흡수한 열량 는 모두 ㄴ. (나)에서 기체의 부피가 팽창하므로 외부에 일을 한 것이다. ㄷ. (가)에서는 흡수한 열량 가 모두 내부 에너지 증가에 쓰이지 만 (나)에서는 흡수한 열량 중에서 일부는 외부에 일을 하는 데 사 Q 용되고 나머지가 내부 에너지 증가에 사용된다. 따라서 내부 에너 지 증가는 (가)에서가 (나)에서보다 크고, 온도 증가도 (가)에서가 (나)에서보다 크다. 단열 팽창 A B 단열 압축 실린더 핀 칸막이 핀 열역학 제 법칙 D 에서 단열 과정은 이므로 D 가 된다. 1 선택지 분석 Q= U+W Q=0 U=-W ㄱ. 는 단열 팽창, 는 단열 압축하였다. 의 내부 에너지는 증가하였다. 감소하였다. B 의 내부 에너지 증가량은 가 에 한 일과 같다. ㄴ. A ㄷ. A B ㄱ. 외부와 열의 출입이 없이 B A 는 단열 팽창, 는 단열 압축한다. ㄷ. 는 단열 압축되므로 가 A 에 한 일만큼 내부 에너지가 증 B 가한다. B A B ㄴ. 는 단열 팽창하므로 외부에 일을 한만큼 내부 에너 지가 감소하고, 압력과 온도가 감소한다. A ㄴ. 가열 전 (가)와 (나)에서 기체의 절대 온도가 로 같으므로 내 내부 에너지 증가에 쓰인다. Q 부 에너지도 같다. 한편 (가)에서 기체가 한 일은 T 이므로 열역학 제 법칙에 의해 D (가) 이고, (나)에서 기체는 외부에 일을 하 0 므로 D 1 (나) U 이다. 따라서 가열 후 기체의 내부 에너지는 =Q (가)에서가 (나)에서보다 크다. =Q-W U ㄱ. 일정량의 이상 기체는 값이 일정하므로, 압력이 일정하고 부피가 가 되면 절대 온도는 가 된다. PV T ㄷ. (나)에서 기체가 외부에 한 일은 2V 부 에너지 증가량은 이다. D 2T U Q- (나)이고, (가)에서 내 8 단열 과정 자료 분석 Q 법칙 6 열역학 제 자료 분석 1 •따뜻한 물에서 플라스틱 병으로 열이 이동한다. • 열을 받은 플라스틱 병 안의 공기는 온도와 압력 이 증가하고 외부에 일을 한다. 선택지 분석 ① 외부에 일을 하였다. ② 온도가 상승하였다. ③ 압력이 감소하였다. 증가하였다. ④ 내부 에너지가 증가하였다. ⑤ 열을 흡수하였다. 26 정답과 해설 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 26 18. 12. 6. 오후 12:57 1 ① 2 ② 3 ① 4 ① 5 ① 6 ② 7 ④ 8 ⑤ 본책 58쪽 ~ 59쪽 3 기체의 내부 에너지 자료 분석 1 열역학 과정 자료 분석 피스톤 실린더 (가) (나) (다) 압력이 일정한 상태에서 부피가 감소하는 열역학 과정이다. 압력이 일정한 상태에서 부피가 증가하는 열역학 과정이다. 선택지 분석 ㄱ. (가)에서 (나)로 변하는 동안 내부 에너지가 감소한다. ㄴ. (가)에서 (나)로 변하는 동안 외부로 방출한 열은 내부 에너지 변화량과 같다. 내부 에너지 변화량과 외부에서 받은 일의 합 ㄷ. (가)에서 (다)로 변하는 동안 외부에 일을 한 만큼 내부 에너 외부에서 흡수한 열량은 외부에 한 일과 내부 에너지 증가량의 합이다. 지가 감소한다. T0, P0, V0 2P0, V0 (가) (나) (가)와 부피가 같고, 압력이 배 → 절대 온도가 배 2 2 선택지 분석 ㄱ. (나)에서 기체의 절대 온도는 0이다. 0 ㄴ. 기체 분자 개의 평균 운동 에너지는 (나)가 (가)의 T 2T 배이다. ㄷ. 기체의 내부 에너지는 (나)가 (가)의 배이다. 배 1 2 2 ㄴ. 기체 분자 4 개의 평균 운동 에너지는 절대 온도에 비례한다. 기체의 절대 온도는 (나)가 (가)의 배이므로 평균 운동 에너지는 1 배이다. 2 ㄱ. (가)와 (나)에서 기체의 부피가 같고 압력이 (나)에서 배이므로 온도는 (나)에서가 (가)에서의 배인 (나)가 (가)의 2 가 (가)에서의 0이다. 2 ㄷ. 기체의 내부 에너지는 절대 온도에 비례하므로 내부 에너지는 2T (나)에서가 (가)에서의 배이다. 2 ㄱ. (가)에서 (나)로 변하는 동안 압력이 일정한 상태에서 부피가 2 감소하였으므로 온도가 감소하고, 내부 에너지가 감소한다. ㄴ. (가)에서 (나)로 변하는 동안 내부 에너지가 감소하였 고, 외부로부터 일을 받았다. 이므로 방출한 열( ) 은 외부에서 받은 일( Q= ㄷ. (가)에서 (다)로 변하는 동안 압력이 일정한 상태에서 부피가 U+W )과 내부 에너지 감소량( )의 합과 같다. Q W U 증가하였으므로 온도가 증가하고, 내부 에너지가 증가한다. 외부 4 열역학 과정 자료 분석 단열된 실린더 단열된 피스톤 A (가) 에서 흡수한 열량 중 일부는 외부에 일을 하고 나머지는 내부 에 선택지 분석 Q A W 등압 팽창 과정 단열 압축 과정 (나) 고정 A (다) • (가)와 (나)에서 처음 상태 와 마지막 상태 가 같으므로 내부 에너지 변화량은 같다. • (가) 과정은 (나) 과정보다 외부에 한 일의 양 A B 이 크다. 너지 증가에 사용된 경우이다. 2 기체가 하는 일과 내부 에너지 자료 분석 압 력 A (가) (나) O 선택지 분석 B 부피 ① ② ③ ④ ⑤ (가) (가) (나), (나), (나), (나), (나), (나) (나) (나) Q (가) =Q Q (가) >Q Q (가) =Q (나) Q (가) >Q (나) U (가) = U (가) = U (가) > U (가) > U U U U U < U Q =Q (가)와 (나)에서 기체의 상태가 모두 에서 로 되었으므로 온도 변화가 같고 내부 에너지 변화량도 같다. 즉, B (나)이다. 부피 그래프에서 그래프 아랫부분의 넓이는 기체가 한 일 압력 A (가) U = U 의 양이다. 따라서 기체가 한 일의 양은 (가)에서가 (나)에서보다 - 크다. 열역학 제 법칙 에서 가 같고, 기체가 외 부에 한 일( )이 (가)에서가 (나)에서보다 크므로 기체가 외부에 U 서 받은 열량은 W 1 Q= (가) (나) U+W 이다. Q >Q =0 ㄱ. 의 온도는 (가)에서가 (다)에서보다 낮다. ㄴ. (나) → (다) 과정에서 의 압력은 일정하다. 증가한다. A ㄷ. (가) → (나) 과정에서 가 한 일은 (나) → (다) 과정에서 의 내부 에너지 변화량과 같다. 보다 작다. A A A ㄱ. 는 (가) → (나) 과정에서 열량 를 받아 등압 팽창하면서 외부에 일을 하고 내부 에너지가 증가하여 온도가 높아졌다. 다시 A Q (나) → (다) 과정에서 단열 압축되어 내부 에너지가 증가하므로 온도가 높아졌다. 따라서 의 온도는 (다)에서 가장 높다. ㄴ. (나) → (다) 과정은 단열 압축 과정이므로 부피가 감 A 소하고 압력과 온도는 증가한다. ㄷ. (가) → (나) → (다) 과정을 압력 부피 그래프로 나타내면 다 음과 같다. – 압 력 P™ (다) P¡ (가) (나) O V¡ V™ 부피 (가) → (나) 과정에서 가 한 일은 1( 2 1)이다. (나) → (다) 과정에서 의 내부 에너지 변화량은 P V 가 받은 일과 같으므로 -V A (나) → (다) 과정 그래프 아랫부분의 넓이와 같다. 따라서 (나) → A 의 내부 에너지 변화량은 (가) → (나) 과정에서 (다) 과정에서 A 가 한 일보다 크다. A A 정답과 해설 27 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 27 18. 12. 4. 오후 2:07 5 등적 과정 자료 분석 부피’ 값 증가 → 온도 상승 ‘압력 → 기체의 내부 에너지 증가 \ 압 력 A T1 T3 T2 B T3 A B (가) 7 열역학 과정 자료 분석 추 A B (가) 단열된 실린더 단열된 피스톤 고정된 금속판 A B (나) O (나) 부피 부피 일정, 압력 감소 → ‘압력 → 내부 에너지 감소 → → 외부로 열 방출 \ 부피’ 값 감소 에서 Q= U Q<0 ① (나)에서 와 에 반비례한다. B 와 A ② (나)에서 A 선택지 분석 B 의 온도는 같다. → 온도가 같을 때 같은 양의 기체의 압력은 부피 의 온도 변화가 같으므로 내부 에너지 변화량도 같다. 선택지 분석 ㄱ. 에 채워진 이상 기체의 내부 에너지는 증가하였다. ㄴ. A 에는 외부에서 열을 가하였다. 로 열을 방출하였다. ㄷ. 기체가 한 일은 가 보다 크다. 이다. B ㄱ. (나)에서 A 의 ‘압력 B 부피’ 값이 커지므로 온도가 높아져 기 0 체의 내부 에너지는 증가한다. A ㄴ. (나)에서 \ 의 부피는 일정하고 압력이 감소하였으므 로, 기체가 한 일은 부피’ 값이 작아지므로 내부 에 너지는 감소( 에서 이므로 는 외부로 열을 방출한 것이다. Q= U Q<0 B ㄷ. 와 모두 부피가 일정하므로 외부에 한 일이 이다. 이고, ‘압력 B )한다. 따라서 \ 0 U<0 0 A B 6 열역학 제 자료 분석 1 법칙 고정된 금속판 단열된 실린더 A B A B P, V P, V 단열된 피스톤 (가) (나) 고정된 금속판을 통해 열전달이 일어나므로 의 온도가 같아진다. ➡ 열평형 상태이다. 와 A B 선택지 분석 ㄱ. 의 온도는 (가)에서가 (나)에서보다 높다. 낮다. ㄴ. (나)에서 기체의 압력은 가 보다 작다. A ㄷ. (가) → (나) 과정에서 가 받은 일은 A B 의 내부 에너지 증가 량과 같다. 의 내부 에너지 증가량 B 의 내부 에너지 증가량 B ㄴ. (나)에서 는 열평형 상태이므로 온도가 같다. 기체의 온 A , +B 도가 일정할 때, 일정량의 이상 기체의 부피와 압력은 반비례한 ㄱ. (나)에서 기체의 압력은 가 보다 작다. ㄴ. (나)에서 기체의 내부 에너지는 B A 가 보다 크다. 와 가 같다. ㄷ. (가)에서 (나)로 되는 과정에서 가 흡수한 열량은 보 A B A B 다 크다. A 1/2Q ㄱ. (나)에서 의 압력은 대기압과 추에 의한 압력과 평형을 이루 므로 (가)에서와 같다. 그러나 (나)에서 는 온도가 높아졌으나 A 부피의 변화가 없으므로 압력이 증가하였다. 따라서 (나)에서 압 B 력은 가 보다 작다. ㄷ. (가)에서 (나)로 되는 과정에서 와 의 온도 변화가 같으므 A B 로 내부 에너지 변화량( )이 같다. A 는 부피가 팽창하면서 외 B 부에 일( )을 하였다. (가)에서 (나)로 되는 과정에서 에 가해진 A U 이고 열량은 W Q=2 이므로 U+W 보다 크다. A 가 흡수한 열량은 A B Q = U+W 1/2Q ㄴ. (나)에서 와 의 온도가 같고, 같은 양의 기체이기 8 단열 과정에서 기체가 외부에 한 일 (가)와 (나)에서 온도 변화가 같으므로 내부 에너지 증가량이 같다. 자료 분석 Qº 피스톤의 처음 위치 단열된 피스톤 단열된 실린더 Wº (가) (나) 선택지 분석 ㄱ. 2 1이다. T ㄴ. (나)의 기체가 받은 >T ㄷ. (가)의 기체가 이다. Q 0은 모두 내부 에너지 변화에 사용되었다. 0을 흡수하는 동안 외부에 한 일은 0 W 0 Q -W 단열 과정이므로 피스톤에 힘을 가해 한 일만큼 기체의 내부 에너지가 증가한다. 때문에 내부 에너지는 같다. B A B 다. 기체의 부피는 A 작다. 가 보다 크므로 기체의 압력은 가 보다 ㄱ. (가)에서 기체가 열량 를 받아 외부에 일을 하고 내부 에너 B ㄱ. (나)에서는 단열 압축이 일어나므로 열역학 제 A A B 에서 이고, 부피가 감소하고 있으므로( 법칙 ), U+W 내부 에너지는 증가한다. 따라서 Q= 막고 있는 금속판은 열을 전달하므로 Q=0 에서보다 낮다. A 의 온도는 증가한다. 1 와 W<0 의 온도는 (가)에서가 (나) B A 를 B ㄷ. (가) → (나) 과정에서 가 외부로부터 일을 받아 와 의 온 지가 증가하였으므로 2 1이다. Q ㄴ. (나)에서 기체는 단열 압축되었으므로 기체가 받은 일 >T 모두 내부 에너지 증가에 사용되고, 온도가 높아진다. T 0는 W ㄷ. (가)의 기체가 0을 흡수하는 동안 외부에 한 일은 공급받은 열 0에서 내부 에너지 증가량을 뺀 값이다. 또, (가)와 (나)에서 Q 기체의 처음 온도와 나중 온도가 같으므로 내부 에너지 변화량이 Q 같다. (나)에서 내부 에너지 변화량이 0이므로 (가)의 내부 에너 도가 상승하였다. 따라서 가 받은 일은 B 의 내부 에너지 증가 A B 지 변화량도 0이다. 따라서 (가)에서 기체가 외부에 한 일 W 량과 의 내부 에너지 증가량의 합과 같다. A B B 28 정답과 해설 0 0이다. W W=Q -W (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 28 18. 12. 4. 오후 2:07 열역학 제2법칙 ㄴ. 열기관의 열효율( ) . 이다. 열기관이 한 일 공급 받는 열 ㄷ. → e = 과정은 단열 팽창 과정으로 3 이고, kJ = 3 kJ 10 에 의해 =0 이다. 열역학 제 C D 법칙 본책 61쪽 이므로 W>0 이다. 따라서 기체의 내부 에너지는 감소하였다. U+W Q= 1 Q=0 U=-W 1 비가역 2 열역학 제 법칙 3 ⑴ ◯ ⑵ × ⑶ ◯ 4 ⑴ ◯ U<0 ⑵ ◯ ⑶ × 5 ⑴ ⑵ 2 Q 50 % 1 진자의 운동 에너지가 열에너지로 전환될 수는 있으나 열에 너지가 다시 모여서 진자의 운동 에너지로 전환되지 않으므로 비 가역 과정이다. 2 자연 현상의 비가역적인 흐름을 설명하는 법칙은 열역학 제 법칙이다. 2 3 ⑴ 열은 스스로 고온의 물체에서 저온의 물체로 이동한다. 그러나 반대로는 스스로 일어나지 않는다. ⑵ 열이 저온의 물체에서 스스로 고온의 물체로 이동하는 일은 일어나지 않지만 외부에서 에너지를 투입하면 저온의 물체에서 고온의 물체로 열을 이동시킬 수 있다. ⑶ 온도가 같은 물체 사이에서 스스로 열이 이동하여 고온의 물 체와 저온의 물체로 되돌아가는 일은 저절로 일어나지 않는다. 법칙에 의해 열을 모두 일로 바꾸는 열기관은 만들 4 ⑴ 열기관은 열에너지를 일로 바꾸는 장치이다. ⑵ 열역학 제 수 없다. 2 ⑶ 열효율이 ( 며, 열역학 제 1 2 법칙에 위배되므로 만들 수 없다. 100 )인 영구 기관을 제 % 2 5 ⑴ 열기관이 한 일( ) 공급된 열량 방출한 열량 이다. =Q ⑵ 열효율( ) W = 열기관이 한 일 공급된 열 e = \100= \100=50 % =2Q-Q 이다. - Q 2Q 1 ③ 2 ⑤ 3 ⑤ 4 ① 5 ② 6 ② 7 ⑤ 8 ② 본책 63쪽 ~ 64쪽 1 비가역 과정 자료 분석 처음 상태에서 → A A 의 온도가 의 온도보다 높다. 분자의 평균 운동 에너지가 보다 크고, 압력도 크다. B 단열 B 칸막이 A 열 교환 B 열 교환 선택지 분석 ① 처음 상태에서 분자의 평균 운동 에너지는 분자의 평균 운동 에너지보다 크다. A B 의 압력보다 높다. 의 압력은 ② 처음 상태에서 ③ 열 교환 과정에서 A ④ 의 온도가 올라가고 와 A 보존된다. 전체의 에너지는 보존되지 않는다. B 의 온도가 내려가는 일은 일어나지 않는다. A B B 보다 크다. 분자의 평균 ① 분자의 평균 운동 에너지는 온도에 비례하므로 운동 에너지는 ② 기체의 양과 부피가 같으므로 온도가 높을수록 압력이 크다. 따라서 온도가 높은 ④, ⑤ 열은 스스로 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르고 그 B A 의 온도가 올라가고 반대로는 저절로 일어나지 않는다. 따라서 보다 높다. 의 압력이 A B 의 온도가 내려가는 현상은 일어날 수 없다. 이러한 과정을 비 A 가역 과정이라고 한다. B ③ 외부와 차단되어 있으므로 열역학 제 법칙에 따라 와 의 전체 에너지는 항상 보존된다. 1 A 종 영구 기관이라고 하 ⑤ 이 과정은 비가역 과정이다. A 1 ⑤ B 2 ③ 1 ㄱ. 열기관은 고열원( 일을 하고 일부는 저열원( 1)에서 열을 흡수하여 일부는 외부에 2)으로 방출하므로 항상 1 2이다. ㄴ. 열효율은 공급한 열에 대해 열기관이 한 일의 비율이므로 T >T T T 본책 62쪽 B 2 영구 기관과 열역학 법칙 선택지 분석 ㄱ. ⓐ는 에너지 보존 법칙에 위배된다. ㄴ. ⓑ는 열효율이 인 기관이다. ㄷ. 영구 기관을 만드는 것은 불가능하다. 100 % 이다. Q =1/3 ㄷ. 열기관은 3Q 인 열원으로 방출하므로 방출하는 열은 의 열을 공급 받아 Q 3Q 2 ㄱ. 열기관이 외부에 한 일 이다. 10 kJ-7 kJ=3 kJ ㄱ. 일을 하기 위해서는 에너지가 필요하다. 에너지 공급 없이 계 속 일을 하는 제 종 영구 기관은 에너지 보존 법칙에 위배되므로 의 일을 하고 남은 열을 2 제작할 수 없다. 1 ㄴ. 제 종 영구 기관은 공급받은 에너지를 모두 일로 바꾸는 열효 이다. T 3Q-Q=2Q 흡수한 열량 방출한 열량 ㄷ. 에너지 공급 없이 일을 하거나 공급받은 열을 모두 일로 전환 = – = 하는 영구 기관은 열역학 법칙에 위배되므로 제작이 불가능하다. 율이 인 열기관이다. 2 100 % 정답과 해설 29 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 29 18. 12. 4. 오후 2:07 3 열역학 법칙 자료 분석 A B ㄱ. (가)는 일이 열로 전환되는 장치이다. 일은 열로 모두 전환될 수 있지만 열은 모두 일로 전환되지 않는다. ㄷ. (나)에서 2 인 열기관은 제 종 영구 기관으로 열역학 제 법칙에 위배되므로 만들 수 없다. =0 Q 2 2 에서 로 기체가 확산된 후 에 있던 기체가 로 몰려들어 처음 상태로 되돌아가는 일 B 모두 A 은 일어나지 않는다. → 자연 현상의 비가역성을 설명하는 열역학 제 A B 법칙과 관련된 현상이다. 6 열효율 자료 분석 선택지 분석 2 ㄱ. 열효율이 인 열기관은 만들 수 없다. ㄴ. 찬물 속에 뜨거운 금속 덩어리를 넣으면 미지근한 물이 된다. 100 % ㄷ. 물이 들어 있는 컵에 잉크를 떨어뜨리면 잉크 분자는 점점 주 위로 확산되어 퍼져 나간다. ㄱ. 열은 스스로 고온에서 저온으로 이동하기 때문에 공급받은 열 을 일을 하는 데 사용하는 열기관은 만들 수 없다. 한 일 이다. 공급된 에너지 =4Q-2Q=2Q 공급된 에너지 4Q 2Q 한 일 열기관 A QB 3Q 가 한 가 와 열기관 일이 같으므로 B A 이다. 한 일은 B 2Q 한 일 열기관 B 방출한 에너지 방출한 에너지 ㄴ. 찬물 속에 뜨거운 금속 덩어리를 넣으면 미지근한 물이 되지 선택지 분석 100 % 만 스스로 처음 상태로 되돌아가는 일은 일어나지 않는다. ① ② ③ ④ ⑤ ㄷ. 확산된 잉크 분자가 다시 처음 상태로 뭉치는 일은 스스로 일 어나지 않는다. 4 열기관의 효율 자료 분석 공급된 에너지 방 출 한 에 너 지 6E0 4E0 0 열기관 한 일 방출한 에너지 A B 하였다. 5E 0의 에너지를 공급받아 0의 일을 0의 에너지를 공급받아 0의 일 을 하였다. 10E E 4E 5E0 10E0 공급된 에너지 (나) 선택지 분석 ① ： ② ： ③ ： ④ ： ⑤ ： 2 0 1 2 이고, 3 B . 1 A ① 2 0 e 따라서 = 5E A： =0 2 이다. ： 0 -4E B 5E e =1 2 e 3 0 4 0 0 -6E 10E = 10E e =0 4 4 . 3 이다. 5 열기관과 열효율 자료 분석 (가)는 추가 낙하하면서 회전 날개를 돌려 물과의 마찰에 의해 열이 발생하므로 일과 열의 관계를 알아보는 장치이다. 고열원 Q1 열기관 Q2 저열원 (나) 추 회전 날개 온도계 물 열량계 (가) 선택지 분석 W (나)에서 열기관의 열효율은 )의 공급받은 열에 대한 일( 비율이다. W ㄱ. (가)에서 열이 모두 일로 전환된다. 일 열 ㄴ. (나)에서 열기관의 열효율은 이다. 1 W 인 열기관을 만들 수 있다. 없다. Q ㄷ. (나)에서 2 Q =0 ㄴ. 열기관의 열효율은 공급받은 열에 대한 일의 비율이므로 이다. 30 정답과 해설 % 45 ② 열기관 40 에서 한 일이 % % 35 이므로 B 30 % 25 % 이다. 따라서 의 열효율( B Q =2Q+3Q=5Q 이다. 2Q ) = 2Q 5Q % \100=40 % 7 열기관과 열효율 선택지 분석 B 2 1 ㄱ. 가 작을수록 열효율은 높다. Q 2 Q 1 Q ㄴ. ㄷ. 이면 열효율은 이다. =W 이면 열역학 제 1 2 % 법칙에 위배된다. 50 2 1 -Q Q Q Q 가 되므로 열효율은 =1- <1 2 1 이다. 따라서 가 2 1 Q Q 가 된다. =W Q ㄱ. 열효율 Q 작을수록 열효율이 높다. e= = 1 W Q 일 때, 1 ㄴ. ㄷ. 2 1 Q =W 일 때, 이 되어 저열원으로 이동한 열이 없게 50 % 된다. 따라서 열은 고열원에서 저열원으로 이동한다는 열역학 제 Q Q 2 =2W =0 Q =W 법칙에 위배된다. 2 8 열기관이 한 일과 열효율 자료 분석 W=5Q-3Q=2Q A 압 력 ( )P O 열기관 W 고열원 5Q 3Q 저열원 (가) 선택지 분석 D B (나) C 부피(V ) 순환 과정에서 기체가 외부에 한 일은 그래프 로 둘러싸인 부분의 넓 이이다. ㄱ. → → 과정에서 기체가 외부에 한 일은 과정에서 기체가 방출한 열량은 이다. W → ㄴ. A B ㄷ. 열기관의 열효율은 D C C 이다. 3Q 이다. 보다 크다. ㄴ. → % 과정은 등온 과정이므로 기체가 60 40 % 의 열을 흡수하여 내부 에너지의 변화 없이 외부에 일을 하고, → 과정은 역시 A B 5Q 의 열을 방출한다. C → D 과정과 내부 에너지의 변화 없이 → 과정은 단열 과정이므로 열의 출입이 없다. 3Q B C D 1 W Q A (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 30 18. 12. 4. 오후 2:07 ㄱ. 열기관이 한 일 는 한 번의 순환 과정에서 기체가 ㄱ. (가)에서 양쪽의 온도가 같았으므로 기체 분자의 평균 운동 에 외부에 한 일과 외부에서 받은 일의 총합이므로 그래프로 둘러싸 너지가 같고, (나)에서 와 에 있던 분자가 골고루 확산되는 과 인 부분의 넓이이다. → 과정에서 기체가 외부에 한 일 정에서 외부에 한 일도 없고 열의 출입도 없으므로 (가)와 (나)에 W → 은 보다 크다. A B C W ㄷ. 열기관의 열효율 이다. = 2Q 5Q \100=40 % A 서 기체의 온도는 같다. B ㄷ. 칸막이에 구멍을 낸 후 기체가 섞인 후에 다시 처음 상태로 되 돌아가지 않으므로 비가역 현상이다. ㄴ. (가)에서 기체 분자 수는 보다 에 많았다가 (나)에 서 양쪽에 같은 수의 기체가 존재하게 된다. 따라서 섞인 후의 압 B 1보다 크다. A 본책 65쪽 력 2는 1보다 작고 . P P 0 5P 3 열기관과 열효율 자료 분석 1 ③ 2 ③ 3 ③ 4 ④ 1 비가역 과정에서 열역학 법칙 자료 분석 빗면 위에 있던 물체의 퍼텐셜 에너지가 아래로 내려오면서 운동 에너지로 전환된다. 이때 마찰 이 없다면 역학적 에너지가 보존된다. 빗면 물체는 멈춘다. 수평면 물체가 정지한 것은 마찰에 의해 역학적 에너지가 열에너지로 전환되기 때문이다. T1 10 kJ 열기관 6 kJ T2 W =10 •열효율( •열기관이 한 일( ) kJ . W kJ=4 kJ-6 ) kJ 4 kJ 10 = e =0 4 선택지 분석 ㄱ. 1 2이다. ㄴ. T >T 이다. ㄱ. 역학적 에너지가 마찰에 의해 모두 열로 전환되어 사방으로 선택지 분석 흩어진다. ㄷ. 열기관의 열효율은 kJ W=4 . 이다. . 0 ㄱ. 열기관은 고열원에서 열을 흡수하여 일을 하고 저열원으로 열 0 6 4 ㄴ. 흩어졌던 열에너지가 다시 모여 역학적 에너지로 전환되는 을 방출하므로 1 2이다. 일은 일어나지 않는다. ㄴ. 고열원에서 T >T 의 열을 흡수하여 저열원으로 의 열을 ㄷ. 흩어졌던 열에너지가 다시 모여 역학적 에너지로 전환되는 방출하였으므로 열기관에서 한 일은 10 kJ 것은 열역학 제 법칙에 위배된다. 열역학 제 법칙 이다. 6 kJ-6 kJ kJ=4 kJ W=10 ㄱ. 마찰에 의해 역학적 에너지가 열로 전환되고 열은 사방으로 ㄷ. 열기관의 열효율 . 이다. 1 2 1 흩어진다. ㄴ. 흩어졌던 열에너지가 스스로 다시 모여 역학적 에너지로 전환 되는 일은 일어나지 않는다. ㄷ. 흩어졌던 열에너지가 다시 모여 역학적 에너지로 전 환되는 것은 에너지 보존 법칙인 열역학 제 법칙에 위배되지 않 는다. 하지만 자연 현상의 비가역성을 설명하는 열역학 제 법칙 에 위배된다. 2 법칙 2 열역학 제 자료 분석 와 A B A 2 의 온도가 같으므로 기체 분자의 평균 운동 에너지가 같다. 의 압력 (가)에서 이 작은 것은 기체 분자 수가 적기 때문이다. B B A B T1, P1 T1, 0.5P1 (가) T2, P2 (나) 선택지 분석 ㄱ. 1 2이다. ㄴ. 1 T =T 2이다. 1 2 =P P 이다. ㄷ. 칸막이에 구멍을 낸 후 기체가 섞이는 현상은 비가역 현상 >P P kJ kJ = 4 10 =0 4 의 열을 공급받아 의 일을 하고, 는 의 열을 공급받아 의 일을 E B 3E E A B 4E 3E 4E-3E=E A 1 4 E 4E = = e 3E 2E 3E-2E=E B 1 3 E 3E = = e 4 열효율 자료 분석 는 한다. A 4E 열기관 공급된 에너지 방출한 에너지 열기관이 한 일 열효율 열기관이 한 일 공급된 에너지 = 선택지 분석 ① ② ③ ④ ⑤ A A A A A W >W W >W W =W W =W B, B, e B, e B, e B, e A A A A A >e e v 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 L L L >L 시간은 이다. v L 0 L v 9 질량 에너지 동등성 자료 분석 •핵반응 후에 발생한 질량 결손에 비례하여 에너지가 방출된다. •핵반응 전후 질량수의 합과 전하량의 합이 보존된다. 21 H @?A @?A 22286 (가) 21 (나) 22688 H+ Ra 원자핵 질량 21 1 H M 선택지 분석 ㄱ. 의 중성자수는 이다. MeV X +24 Rn+ X +5 22688 MeV 2 Ra M 22286 3 Rn M ② 모든 관성 좌표계에서 보았을 때, 진공에서 빛의 속력은 광원이 이다. 나 관찰자의 속도에 관계없이 로 같다. 따라서 2 1 철수가 관찰한 기차의 길이는 고유 길이보다 짧으므로 1 =v v 2이다. =c c L t 에서 나온 빛과 L 에서 나온 빛의 속력은 같다. -M ㄱ. (가)에서 핵반응 전 질량수의 합이 >M 2M ( )이고, 전하량의 )이므로 ( 합이 원자핵 42 2 있다. 이다. 42 =1+1 He 는 전하량이 4 2 은 양성자 X 이고 질량수가 =2+2 개, 중성자 4 개로 이루어져 인 헬륨 He ㄴ. 핵반응 전후 질량수의 합은 보존된다. 2 2 ㄷ. 의 질량을 이라고 하면, (가)에서 질량 결손은 1 이고, (나)에서 질량 결손은 2 3 M 한 에너지가 (가)에서 M 이고, (나)에서 -M -M 이다. 따라서 3 24 MeV 2 X 1 이다. 2M -M>M -M -M 이다. 질량 결손에 의 -M 이므로 2M 1 2 MeV 3 >M -M 5 2M ㄱ. 철수가 관찰할 때 는 빛에서 멀어지는 면에 도달하고, 는 10 원자로에서의 핵반응 빛에 가까워지는 면에 도달하므로 A B이다. B 선택지 분석 ㄷ. 모든 관성계에서 광원이나 관찰자의 속도에 상관없이 빛의 속 t >t : 핵분열 반응에서 반응 전보다 반응 후의 질량이 작아. 력은 로 동일하게 관찰된다. : 줄어든 질량은 결국 열에너지로 전환돼! ㄴ. 철수가 볼 때 상자가 길이 방향으로 움직이므로 상자 : 원자로에서는 열에너지가 전기 에너지로 바뀌게 되지. 운동 A c B A L A B C A • : 핵이 분열할 때 반응 전보다 반응 후의 질량이 줄어드는데 2만 이를 질량 결손이라고 한다. 질량 결손이 일 때, 큼 에너지가 발생한다. m E= mc • : 원자로에서는 핵에너지가 질량 결손에 의해 발생한 에너지 에 의해 열에너지로 전환된다. B • : 원자로에서 물을 끓여 발생한 열에너지로 터빈을 돌리면(운동 에너지) 터빈에 연결된 발전기에서 전자기 유도 원리 C 에 의해 전기 에너지를 생산한다. 의 길이가 고유 길이인 보다 작게 보인다. 8 특수 상대성 이론에 의한 현상 자료 분석 뮤온의 좌표계에서 관찰하면 영희가 왼쪽으로 속력 로 운동한다. 뮤온 v p L0 영희 v 점과 점은 영희와 같은 좌표계에 0는 고유 q 있으므로 영희가 측정한 p q 길이이다. L 선택지 분석 ㄱ. 뮤온의 좌표계에서 측정한 영희의 속력은 이다. ㄴ. 뮤온의 좌표계에서 측정한 와 사이의 거리는 v 짧다. 0보다 길다. ㄷ. 영희가 측정하였을 때 뮤온이 p 에서 q 까지 이동하는 데 걸린 L 시간은 보다 길다. 이다. p q 11 핵융합 반응 선택지 분석 ㄱ. ㉠은 ㉡의 동위 원소이다. ㄴ. (가)의 질량수는 이다. ㄷ. 핵반응 전과 후에 입자들의 질량의 합은 서로 같다. 4 2 보존되지 않는다. 0 L v 34 정답과 해설 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 34 18. 12. 4. 오후 2:07 )와 같이 원자 번호는 같고 질량수 2 특수 상대성 이론의 증거 ㄱ. 중수소(21 가 다른 원소를 동위 원소라고 한다. )와 삼중수소(31 H H ㄴ. (가)는 42 이므로 질량수는 이다. ㄷ. 핵반응 전과 후 질량수는 보존되지만 질량은 보존되지 않는 He 다. 핵반응 후의 질량이 핵반응 전보다 작다. 4 자료 분석 정지한 뮤온의 고유 수명이 0이다. 뮤온 A t 뮤온 B 0.88c 0.99c h 지표면 관찰자 선택지 분석 관찰자가 빠르게 움직이는 뮤온을 관 측하면 뮤온의 수명이 0보다 길다. t 12 핵분열 반응과 핵분열 반응 선택지 분석 ㄱ. (가)는 핵융합 반응이다. ㄴ. (가)에서 핵반응 전후 전하량의 합은 같다. ㄷ. (나)에서 핵반응 전후 질량의 합은 같다. 다르다. ㄱ. 관찰자가 측정할 때, 가 생성된 순간부터 붕괴하는 순간까 지 걸리는 시간은 0이다. 보다 길다. A ㄴ. 지표면에 도달하는 순간 붕괴하는 뮤온은 t 이다. ㄷ. 관찰자가 측정할 때, 는 . 0이다. 보다 길다. B ㄴ. 관찰자가 관측할 때, 속력이 상대적으로 빠른 뮤온 의 수명 h 0 99ct ㄱ. (가)는 개의 원자핵이 개의 원자핵으로 합쳐지므로 핵융합 반응이고, (나)는 핵반응 후 원자핵이 개로 분리되므로 핵분열 1 2 2 반응이다. 합은 같다. ㄴ. 핵반응 과정에서 전하량은 보존되므로 핵반응 전후 전하량의 이 보다 길기 때문에 가 지표면에 도달하는 순간 붕괴하고 B ㄷ. 핵반응 과정에서 질량 결손에 의해 에너지가 방출되 ㄱ. 관찰자가 측정할 때 는 지표면에 도달하기 전에 붕괴한다. A B A 가 생성된 순간부터 붕괴하는 므로 핵반응 후 질량이 감소한다. 순간까지 걸리는 시간은 고유 시간인 0보다 길다. ㄷ. . 0는 . 로 움직이는 뮤온 의 좌표계에서 측정한 높이이다. 이 높이는 고유 길이인 0 99ct 99c 0 보다 짧다. B t A h 1 ③ 2 ② 3 ⑤ 4 ② 5 ④ 6 ① 7 ① 8 ① 9 ① 10 ② 11 ④ 12 ⑤ 1 시간 지연과 길이 수축 자료 분석 에서 관측할 때, 와 사이의 거리는 광년보다 짧다. 따라서 가 지나는 순간부 A 터 Q 가 지나는 순간까지 P 년 6 보다 짧게 걸린다. P Q 광년 . 1 10 6 0.6 6c 0 c 우주선 A 2 우주 정거장 P 우주 정거장 6 광년 Q 선택지 분석 ㄱ. 에서 관측할 때, 와 사이의 거리는 광년보다 짧다. ㄴ. A 지 A ㄷ. 에서 관측할 때, P 년이 걸린다. 보다 짧게 걸린다. P 가 지나는 순간부터 6 Q Q 가 지나는 순간까 가 를 지나는 순간부터 의 빛 신호가 에서 관측할 때, 10 에 도달하기까지 P A 년이 걸린다. P Q 의 거리가 고유 길이인 광년보다 짧다. A ㄷ. 에서 관측할 때, 의 속력으로 에서 Q P 까지 을 이동하므로 P 걸린다. 따라서 에서 년이 걸리고, 6c 0 6 를 지나는 순간부터 P 6 에 도달할 때까지 걸린 시간은 에서 관측할 때, Q 년이다. 가 로 빛이 오는 데 Q P 빛 신호가 Q . P 가 6 A 광년 년이 의 10 P 에서 관측할 때, ㄴ. P 가 지나는 순간부터 P A A 와 P 사이의 거리가 Q 광년보다 16 가 지나는 순간까지 걸린 시간 Q 6 은 년보다 짧다. P Q 짧으므로 10 본책 75쪽 ~77쪽 광원과 사이의 고유 길이는 , 광원과 사이의 고유 길이는 . 이다. L Q P 우주선Ⅰ (관측자 A) 0 8L 가 관측한 광원과 가 관측한 광원과 A 같으므로 B P 의 속력이 Q 사이의 거리와 사이의 거리가 보다 빠르다. 관측자 C A B 3 특수 상대성 이론 자료 분석 광원 P 우주선Ⅱ (관측자 B) Q 선택지 분석 가 같다. ㄱ. 광원에서 나온 빛의 속력은 가 측정할 때와 가 측정할 때 A B ㄴ. 가 측정할 때, 광원과 사이의 거리는 보다 짧다. ㄷ. A 가 측정할 때, 의 시간은 P 의 시간보다 더 느리게 간다. L C A B ㄱ. 광속 불변 원리에 따라 빛의 속력은 가 측정할 때와 가 측 정할 때가 같다. ㄴ. 가 측정할 때, 광원과 A B 가 빠르게 움직이므로 광원과 사 이의 거리는 고유 길이인 A ㄷ. 가 측정할 때, 보다 짧다. P 의 속력이 L 의 시간보다 느리게 간다. A C B 보다 빠르므로 의 시간이 P A B 자료 분석 Q L 영희 P 광원 O 철수가 측정할 때, 영희의 좌표계가 왼쪽으로 향의 길이가 수축된다. 0 9c . 의 속력으로 움직인다. 이때 운동 방 철수가 관찰할 때 에서 빛이 출발한 후 는 빛에서 멀어지는 방향으로 이동하고 O 는 가까워지는 방향으로 이동한다. R P R 0.9c 철수 정답과 해설 35 ㄱ. P 에서 관측할 때, 16 와 가 빠르게 움직이므로 와 사이 4 고유 길이와 광속 불변 원리 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 35 18. 12. 4. 오후 2:07 선택지 분석 선택지 분석 ㄱ. 와 사이의 거리는 와 사이의 거리의 ㄱ. 철수가 측정할 때, 영희의 시간은 철수의 시간보다 느리게 간다. P ㄴ. R 에서 와 Q 를 향해 동시에 출발한 빛은 O 2 보다 에 먼저 ㄴ. 철수가 측정할 때, 에서 발생한 빛은 보다 에 먼저 도달 한다. P ㄷ. 영희가 측정할 때, 에서 까지의 거리는 까지의 B A A B 에서 ㄷ. 와 사이를 빛이 한 번 왕복하는 데 걸린 시간은 이다. 거리와 같다. 보다 크다. P A P B 도착한다. O P R O Q 배이다. 보다 작다. P R 2l 보다 크다. c 는 빛에서 멀어지 ㄴ. 철수가 측정할 때, 에서 빛이 출발한 후 고, 는 빛에 가까워지므로 빛이 보다 에 먼저 도착한다. O P R ㄱ. 다른 좌표계를 관찰하면 운동 방향으로 길이가 수축 R P 사이의 거리가 수축되므로 와 된다. 철수가 측정할 때, 와 사이의 거리는 보다 작다. P R 에서 ㄷ. 영희가 측정할 때, 빛은 R 의 이동 거리가 2L 이다. 그러나 철수가 측정할 때는 빛이 대각선 를 수직으로 왕복하므로 빛 P O Q 으로 진행하여 왕복하는 것으로 측정되므로 빛의 이동 거리가 2L 보다 길다. 따라서 철수가 측정한 시간은 보다 크다. 2L 2L c 5 고유 시간과 시간 지연 자료 분석 A와 B는 각각 같은 빛 시계로 측정한 고유 시간이므로 같다. t t 우주선 A 우주선 B 0.5c 민수 영희 거울 광원 민수와 영희는 서로 상대 의 속력으로 . 적으로 멀어진다. 0 5c 선택지 분석 ㄱ. A B이다. t =t 간다. ㄴ. 영희가 측정할 때, 민수의 시간은 영희의 시간보다 느리게 ㄷ. 민수가 측정할 때, A 동안 멀어진 와 사이의 거리는 영희 가 측정할 때 B 동안 멀어진 t 와 A 사이의 거리보다 짧다. B t A B 와 같다. ㄱ. A와 B는 각각 같은 빛 시계로 측정한 고유 시간이므로 같다. ㄴ. 서로 상대적으로 움직이므로 영희가 측정할 때 민수의 시간은 t t 영희의 시간보다 느리게 가고, 민수가 측정할 때 영희의 시간은 민수의 시간보다 느리게 간다. ㄷ. 민수가 측정할 때 우주선 의 속력과 영희가 측정할 때 우주선 의 속력이 같고, 같은 시간 동안 같은 거리를 측정한 B 것이므로 영희가 측정한 값과 민수가 측정한 값은 같다. A 6 특수 상대성 이론 자료 분석 A P B 철수 0.5c 영희 ㄱ. 철수가 측정할 때, 영희의 시간은 철수의 시간보다 느리게 간다. ㄴ. 영희가 측정하였을 때, 에서 발생한 빛이 , 에 동시에 도달하였으므로 실제 거리는 P 와 사이가 이의 거리보다 크다. 따라서 철수가 측정할 때 빛은 A P 먼저 도달한다. 사 B 에서 A 보다 P 에 B B A ㄷ. 영희가 측정할 때, 철수가 측정한 거리보다 짧게 측정되지만 같은 비율로 축소되기 때문에 영희가 측정할 때도 와 사이의 거리가 와 사이의 거리보다 크다. A P B P 7 길이 수축과 시간 지연 자료 분석 P 관찰자 B Q 광원 R 0.8c 관찰자 A 선택지 분석 가 측정할 때, 광원으로부터 Q, , R은 고유 길이이다. R 의 거리 B P, Q P , 까지 L L L ㄱ. 가 측정할 때, 와 사이의 거리는 P Q보다 작다. ㄴ. A 가 측정할 때. P가 Q P R보다 작다. 크다. L ㄷ. B 가 측정할 때, L 의 시간은 L +L 의 시간보다 빠르게 간다. 느리게 ㄱ. B 가 측정할 때, A 와 B 사이의 거리가 수축되므로 와 사 이의 거리는 A 가 측정한 고유 길이인 Q P P Q보다 작다. P Q ㄴ. 가 측정할 때, 광원에서 발생한 빛이 로 이동하는 L +L 동안 는 광원 방향으로 이동하고, 광원에서 발생한 빛이 로 이 P 동하는 동안 P 는 광원에서 멀어지는 방향으로 이동하는데, 광원 R 에서 발생한 빛이 와 에 동시에 도달하므로 P가 R보다 B A R 크다. ㄷ. L 가 측정할 때, 특수 상대성 이론의 시간 지연에 의해 R L P 의 시간이 느리게 간다. B A 8 길이 수축과 시간 지연 자료 분석 영희가 관찰할 때 우주 의 속력으로 선은 오른쪽으로 운동한다. 5c 0 . 선택지 분석 철수가 측정할 때 빛이 광원에서 나와 천장에 도달하는 데 걸린 철수 광원 h 0.5c 영희 시간은 이다. h/c ① 영희가 측정할 때 빛이 에서 발생한 후 는 빛 쪽으로 접근하고, 는 빛에서 멀 어진다. P A B ② 영희가 측정하였을 때 빛이 점 → 사이의 거리가 에서 에 동시에 도달하였다. 사이의 거리보다 크다. , 에서 A B P B A P ㄱ. 빛이 이동한 거리는 보다 길다. ㄴ. 우주선이 이동한 거리는 h 이다. 보다 크다. ㄷ. 우주선의 길이는 철수가 측정한 길이보다 길다. 짧다. h/2 36 정답과 해설 (19)물리1_1~7정답(1~37).indd 36 18. 12. 6. 오후 2:41 ㄱ. 영희가 측정할 때 빛은 오른쪽 위로 비스듬한 대각선 방향으 11 원자로에서 일어나는 핵반응 로 이동하므로 빛이 이동한 거리는 보다 길다. ㄴ. 영희가 측정할 때, 빛이 천장에 도달하는 데 걸린 시 h 에 저속의 중성자(10 )가 충돌하여 분열한 후 질량수가 작은 원자핵과 2이다. B ㄱ. 영희가 측정할 때, A 보다 작다. B 서 1 L 속력 1 ⑴ 전기를 띤 두 물체 사이에 작용하는 힘을 전기력이라고 한다. ⑵ 같은 종류의 전하 사이에는 서로 밀어내는 힘(척력)이 작용하 고, 다른 종류의 전하 사이에는 서로 끌어당기는 힘(인력)이 작용 한다. ⑶ 두 전하 사이에 작용하는 전기력의 크기( 량( 2)의 곱에 비례하고, 두 전하 사이 거리( 1, )는 두 전하의 전하 F )의 제곱에 반비 q q 례한다. 즉, 1 2 이다. r 2 q q F=k r 2 (가)에서 두 전하 , 가 거리 만큼 떨어져 있을 때 작용하는 전기력의 크기 r 이다. 따라서 (나)에서 두 전하 q q 2 qq F=k r 2 2 q =k r , 가 거리 만큼 떨어져 있을 때 작용하는 전기력의 크기는 2 2r 2 =k 2q 4r =1/2F 이다. q k 2q )2 ( q\2q 2r 3 ⑴ 원자핵의 존재는 러더퍼드의 알파() 입자 산란 실험에 의해 밝혀졌다. 그리고 전자는 톰슨의 음극선 실험에 의해 발견되 었다. ⑵ 원자핵이 띠는 전하의 종류는 알파() 입자 산란 실험에서 금 )전하를 띠는 알파() 입자가 큰 각도로 산란 박에 투과시키는 ( 하는 현상으로부터 원자 중심에 ( )전하를 띠는 원자핵이 존재 + 하는 것을 발견한 사실로부터 알게 되었다. 전자가 띠는 전하의 + 종류는 기체 방전관에서 나오는 음극선이 전기력과 자기력에 의 해 방향이 휘어지는 현상으로부터 음극선이 ( )전하를 띤 입자 의 흐름이며, 이를 전자라고 한 것으로부터 알게 되었다. ⑶ 원자핵과 전자는 전하를 띤 입자이므로 전기력으로 서로 결합 되어 있다. ⑷ 쿨롱 법칙에 의해 전기력은 두 전하 사이의 거리의 제곱에 반 비례하므로, 원자핵과 전자 사이에 작용하는 힘은 원자핵과 전자 – 사이의 거리가 작은 (가)에서가 (나)에서보다 크다. 4 원자핵 주위를 도는 전자가 원자핵을 벗어나지 않고 원자핵 에 속박되어 있는 까닭은 전자와 원자핵 사이에 작용하는 전기력 5 ⑴ 모든 파장의 빛의 색이 연속적으로 나타나는 스펙트럼을 연속 스펙트럼이라고 한다. ⑵ 특정 파장의 빛이 검은 선으로 나타나는 스펙트럼을 흡수 스 펙트럼이라고 한다. ⑶ 특정 파장의 빛이 밝은 선으로 띄엄띄엄 나타나는 스펙트럼을 선(방출) 스펙트럼이라고 한다. 6 ⑴ 러더퍼드 원자 모형에서 원자핵 주위를 원운동(가속 운 동)하는 전자는 빛을 방출하면서 에너지를 잃게 된다. ⑵ 에너지를 잃은 전자는 원자핵 쪽으로 끌리므로 원자가 안정성 을 유지할 수 없다. ⑶ 전자의 회전 반지름이 감소하면서 연속적인 파장의 빛을 방출 하는 연속 스펙트럼이 나타나야 한다. 즉, 선 스펙트럼이 관찰되 는 것을 설명할 수 없다. 7 ㄱ. 보어의 원자 모형에서 원자핵 주위의 특정한 궤도에서만 에 따라 결정되는 불연속적인 값의 원운동하는 전자는 양자수 에너지를 갖는다. n ㄴ. 전자가 한 에너지 준위에서 다른 에너지 준위로 전이할 때, 두 궤도의 에너지 차이에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 방출하거 나 흡수한다. ㄷ. 전자는 원자핵에 가장 가까운 궤도(양자수 인 궤도)에 있을 때 가장 작은 에너지를 가지며, 원자핵에서 멀어질 n=1 수록 전자가 갖는 에너지가 커진다. 8 ⑴ 양자수가 큰 궤도로 전이하는 과정 ㉠은 전자가 에너지를 흡수하는 과정이다. ⑵ 전자가 전이할 때 흡수하거나 방출하는 광자(빛) 한 개의 에너 에 비례한다. ㉠과 ㉡ 중 에너지 차이는 ㉠이 더 크 지는 진동수 므로 ㉠에서 흡수하는 빛의 진동수는 ㉡에서 방출하는 빛의 진동 f 수보다 크다. A 1 ④ B 2 ① C 3 ③ 본책 84쪽 ~ 85쪽 1 철수: 톰슨은 음극선 실험을 통해 전자를 발견하고, ( 덩어리 속에 전자가 띄엄띄엄 박혀 있다는 원자 모형을 제안하 )전하 + 였다. 민수: 러더퍼드는 알파() 입자 산란 실험을 통해서 원자 중심의 매우 좁은 영역에 ( )전하를 띤 원자핵이 있음을 알게 되었다. 영희: 톰슨은 음극선 실험을 통해 전자를 발견하고, 그 + 결과로부터 원자 모형을 제안하게 되었다. 2 ㄱ. ( 자 사이에는 서로 끌어당기는 전기력이 작용한다. 쿨롱 법칙에 의 )전하를 띠고 있는 원자핵과 ( )전하를 띠고 있는 전 + – 하면 전기력의 크기는 두 전하의 전하량의 곱에 비례하고 두 전하 에 의해 전자가 안정된 궤도에서 돌기 때문이다. 사이 거리의 제곱에 반비례한다. 38 정답과 해설 (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 38 18. 12. 4. 오후 2:07 ㄴ. 전자의 에너지는 양자수 이 클수록 크다. 따라서 전 2 전하에 작용하는 전기력의 크기 자가 인 궤도에 있을 때 전자의 에너지가 가장 작다. n ㄷ. 전자의 에너지는 n=1 크다. 따라서 전자가 빛을 방출한다. n=3 n=3 n=2 인 궤도에서가 인 궤도에서보다 에서 인 궤도로 전이할 때 원자가 n=2 자료 분석 B 사이에 와 2 A 2 q k 인력이 작용한다. r =F 의 A +q B -q F r F 2r C +4q 와 사이에 의 2 C B )2 ( k 4q 인력이 작용한다. 2r =F 3 ㄱ. 광자 한 개의 에너지는 이므로, 진동수( )에 선택지 분석 hc 비례하고 파장()에 반비례한다. 따라서 광자 한 개의 에너지는 E=hf= f ① ② ③ ④ ⑤ 파장이 짧은 에서가 파장이 긴 에서보다 크다. ㄴ. 수소에서 나타나는 방출 스펙트럼에서 밝은 선의 파장은 흡수 b a 스펙트럼에서 검은 선의 파장과 일치한다. 따라서 가 나타날 때 방출하는 에너지와 가 나타날 때 흡수하는 에너지는 같다. 는 b 다음으로 파장이 짧아 더 큰 에너지를 흡수하는 전이 과정이므 에 끌어당기는 힘이 작용하고 c d 로 ㉡에 의해 나타난 스펙트럼선이다. d 작용하므로, 에 작용하는 전기력의 합력의 크기는 ㄷ. 에서 흡수하는 광자의 진동수는 에서 방출하는 광 d 자의 진동수와 같다. 따라서 3 2 b 에서 3 2 이다. B 3 원자 모형 자료 분석 E -E =hf E f= -E h 1 ① 2 ① 3 ④ 4 ④ 5 ⑤ 6 ② 7 ⑤ 8 ⑤ (가) (나) (가) (나) 본책 86쪽 ~ 88쪽 선택지 분석 0 와 1/4F F 사이에 작용하는 전기력의 크기가 1/2F 2F 일 때, 와 B A 사이에 작용하는 전기력의 크기는 2 2 q k r 와 =F 이다. B C 사이 2 )2 ( k 4q 사이에도 끌어당기는 힘이 와 2r C 이다. =F A B B 0 • 톰슨 원자 모형은 음극선 실험을 통해 전자를 발견하였고, ( )전하 덩어리 속에 전자가 띄엄띄엄 박혀 있다. 전자 발견 • 러더퍼드 원자 모형은 알파() 입자 산란 실험을 통해 제안되었 + 고, 원자 질량의 대부분을 차지하는 원자핵이 원자 중앙에 존재 하고 전자가 원자핵 주위를 돌고 있다. 그러나 이 모형으로는 수소 원자의 선 스펙트럼을 설명할 수 없다. 원자핵의 발견 톰슨 ① 보어 ③ 톰슨 ⑤ 러더퍼드 톰슨 보어 ② 보어 러더퍼드 ④ 톰슨 러더퍼드 ④ 음극선 실험을 통해 전자를 발견한 과학자는 톰슨이고, 알파 () 입자 산란 실험을 통해 원자핵의 존재를 밝혀낸 과학자는 러 더퍼드이다. 4 알파(a) 입자 산란 실험 자료 분석 알파() 입자의 산란 은 원자의 중심에 )전하를 띤 물질 ( 이 있다는 것을 알 + 려준다. 선택지 분석 대부분의 알파() 입자가 직진하는 것 은 원자가 원자핵을 제외하고는 거의 비 어 있다는 것을 알 려준다. 얇은 금박 알파( ) 입자 형광막 영희： 알파() 입자의 산란은 원자의 중심에 ( )전하를 띠는 원 자핵이 존재하기 때문이야. + 민수： 대부분의 알파() 입자가 직진하는 것으로 보아 원자는 원 자핵을 제외하고는 거의 비어 있다는 것을 알 수 있어. 철수： 이 실험 결과로부터 러더퍼드는 전자가 원자핵 주위의 특 정한 원 궤도에서 원운동을 하는 원자 모형을 제안했어. 9 ③ 10 ① 11 ③ 12 ② 1 전하 사이에 작용하는 전기력 자료 분석 와 사이에 척력이 작용하 A B 는 므로 같은 부호로 대 B A 전되어 있다. 와 A B 선택지 분석 척력 실 B 절연 막대 (가) 척력 B + + + + C C 와 사이에 척력이 작용하 B 는 므로 같은 부호로 대 C B 전되어 있다. 와 A (나) 전기력은 두 전하 사이 거리의 제곱에 반비례하므로, 와 사이에 작용하는 전기력은 (가)에서가 (나)에서보다 작다. A ㄱ. 와 는 같은 부호의 전하로 대전되어 있다. ㄴ. 는 음( B )으로 대전되어 있다. 양( A + 에 작용하는 전기력의 크기는 (가)에서가 (나)에서보다 ㄷ. B – 크다. 작다. B A 가 ) ㄱ. 와 사이에 척력이 작용하므로, 와 는 서로 같은 부호 의 전하로 대전되어 있다. A B A B ㄴ. (나)에서 는 힘의 평형 상태에 있으므로 와 사 이에는 척력이 작용한다. 따라서 는 와 같이 양( B )으로 대전 C B B C + 되어 있다. 서 A 작다. A B B ㄷ. 와 사이의 거리는 (가)에서가 (나)에서보다 더 크다. 따라 영희: ( )전하를 띠는 알파( ) 입자의 산란은 전기적인 척력 때 가 에 작용하는 전기력의 크기는 (가)에서가 (나)에서보다 문에 일어나므로 원자의 중심에 ( )전하를 띤 원자핵이 존재한 + 다는 것을 알 수 있다. α + 정답과 해설 39 (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 39 18. 12. 4. 오후 2:07 민수: 알파( ) 입자를 금박에 투과시키는 실험에서 대부분의 알파 ( ) 입자가 직진하고 일부 알파( ) 입자들이 얇은 금박에서 튕겨 α 나오는 현상으로부터 원자 가운데의 좁은 공간에 원자핵이 있으 α α 며, 원자핵의 지름이 원자 지름에 비해 매우 작아 원자핵을 제외 하고는 거의 비어 있다는 것을 알 수 있다. 7 전자의 전이 과정 자료 분석 1 2 2 q q F=k 인 궤도에서 가장 크다. r 에서 . =1 쿨롱 법칙 에 의해 쿨롱 힘은 원자핵과 전자 사이의 거리가 가장 작은 ( . ) . 의 에너지를 흡수한다. n 철수: 러더퍼드는 ( )전하를 띤 원자핵 주위를 ( )전하 -1 5 원자핵 eV- -3 4 eV =1 9 eV 를 띤 전자가 임의의 궤도에서 원운동하는 모형을 제안하였다. 전 + – 자가 원자핵 주위의 특정한 원 궤도에서 원운동하는 원자 모형을 제안한 과학자는 보어이다. 5 원자 모형의 변화 과정과 스펙트럼 자료 분석 러더퍼드의 알파() 입자 산란 실험 (가) 수소의 선 스펙트럼 분석 (나) a a c b 전자 양자수( ) n n . E n=1 n=2 n=3 1 2 3 eV . -13 6 . -3 eV 4 -1 ) eV . 5 eV =10 2 eV 에서 . ( . 의 에너지를 방출한다. c eV- -3 6 의 에너지를 방출한다. 일 때보다 에너지 준위 차이가 작으므로, -13 에서 4 . 일 때가 b 방출되는 전자기파의 진동수가 작다. b eV 1 9 c 톰슨 모형 A 보어 모형 선택지 분석 러더퍼드 모형 ㄱ. 원자핵과 전자 사이에 작용하는 쿨롱 힘의 크기는 인 궤 선택지 분석 ㄱ. 는 러더퍼드 원자 모형이다. ㄴ. (가)는 알파() 입자 산란 실험에서 일부 입자가 큰 각도로 산 A 란되는 현상이다. 도에서 가장 크다. ㄴ. 일 때, 전자는 . 의 빛에너지를 흡수한다. ㄷ. 방출되는 전자기파의 진동수는 일 때가 일 때보다 작다. 9 1 eV a 3 4 eV ㄱ. 쿨롱 법칙에 따르면 전기력의 크기는 거리의 제곱에 반비례한 b c n=1 . ㄷ. (나)는 수소 원자에서 선 스펙트럼이 나타난 현상이다. 다. 인 궤도에서 원자핵과 전자 사이의 거리가 가장 작으므 ㄱ, ㄴ. 는 러더퍼드 원자 모형을 나타낸다. 러더퍼드 원자 모형 은 알파() 입자 산란 실험을 통하여 원자의 중심에 원자 질량의 A 대부분을 차지하는 원자핵이 존재한다는 것을 밝혀낸 후 제시되 었다. 제시하였다. ㄷ. 러더퍼드 원자 모형은 원자의 안정성과 선 스펙트럼을 설명하 지 못하였다. 이것을 해결하기 위해 보어는 새로운 원자 모형을 6 원자 모형의 변천 과정 자료 분석 • 러더퍼드는 라듐에서 나오는 입자 를 얇은 금박에 입사시 켰더니 입자 의 일부가 큰 각으로 산란되는 것을 관찰하였 고, 이를 통해 원자 중심에 원자핵이 있다는 것을 알게 되었다. • 러더퍼드 원자 모형에서 가속 운동을 하는 전자는 전자기파 을/를 방출하므로 에너지를 잃게 되고, 전자의 궤도 반지름은 점점 감소하여 원자핵과 충돌하므로 원자의 안정성을 설명할 수 없다. 선택지 분석 (가) (나) ① 입자 음극선 ③ 중성자 음극선 ⑤ 중성자 b선 (가) ② 입자 ④ 중성자 (나) 전자기파 전자기파 •(가): 러더퍼드는 얇은 금박에 입사시킨 알파() 입자의 산란 실 험을 통하여 원자핵의 존재를 밝혀내었다. •(나): 가속 운동을 하는 전자는 전자기파를 방출하므로 원자 주 위를 회전하는 전자가 에너지를 점점 잃게 되어 결국 원자핵과 충 돌하게 된다는 것을 의미한다. 즉, 러더퍼드의 원자 모형은 원자 의 안정성을 설명할 수 없기 때문에 보어가 새로운 원자 모형을 제시하였다. 40 정답과 해설 로 쿨롱 힘의 크기는 n=1 인 궤도에서 가장 크다. ㄷ. 방출되는 전자기파의 진동수는 전이하는 두 에너지 준위의 차 가 클수록 크므로, 일 때보다 작다. n=1 일 때가 ㄴ. 는 에너지 준위가 b 지 준위가 3 a . 2 . 인 궤도에서 에너 c 인 궤도로 전이하는 과정이므로 흡수 eV . =-3 . 이다. 4 ) E E eV 하는 빛에너지는 . 5 =1 5 8 보어의 수소 원자 모형에서 전자의 전이 =-1 -1 eV- -3 eV 4 ( eV 9 자료 분석 A A f B B C일 때 C이다. >f < >f < B 2 1 hf → =E B f = 1 2 -E E -E h 선택지 분석 에 너 지 E3 E2 E1 C 3 2 hf → =E C = f A hf → =E A f = 2 3 -E E 3 -E 1 h 1 3 -E E -E h ㄱ. 진공에서의 파장은 진동수가 A인 빛이 진동수가 B인 빛보 다 길다. 짧다. f f ㄴ. B는 에너지가 2인 준위에 있던 전자가 에너지가 1인 준위 로 전이하는 과정에서 나오는 빛의 진동수이다. f E E ㄷ. C 3 2 이다. = f B는 두 번째로 큰 진동수이므로, 방출되는 에너지가 두 번째 ㄴ. E -E h 로 큰 전이 과정에서 방출되는 빛의 진동수이다. 따라서 전자가 1로 전이하는 과정에서 방출되는 빛의 진동수이다. f 2에서 C는 가장 작은 진동수이므로, 방출되는 에너지가 가장 작은 ㄷ. E 전이 과정에서 방출되는 빛의 진동수이다. 즉, 전자가 3에서 E 2 f 로 전이하는 과정에서 방출되는 빛의 진동수이므로, E 3 2 E E -E C에서 C 3 2 이다. =hf f = E -E h (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 40 18. 12. 4. 오후 2:07 ㄱ. 진공에서 빛의 속력은 진동수와 파장의 곱으로 일정 11 수소 원자의 에너지 준위 하다. 따라서 파장은 진동수에 반비례하므로, A B이면 파장은 자료 분석 진동수가 A인 빛이 진동수가 B인 빛보다 짧다. f >f 전자가 두 궤도의 에너지 차이에 해당하는 빛을 흡수하거나 방출할 때 다른 궤도로 전이할 수 있다. f f 9 보어의 수소 원자 모형 자료 분석 A 3 2 → A hf fA =E C -E fC A 3 2 f = E -E h 에 너 지 E4 E3 E2 B fB 에서 방출되는 광자 C 한 개의 에너지는 C 이다. C 2 4 hf hf → =E C 4 -E 2 f = E -E h 1로 전이할 때 방출 되는 빛은 자외선이다. E B 3 1 hf → =E B 3 -E 1 f E -E = h 선택지 분석 E1 ㄱ. A 3 2 이다. f ㄴ. = B는 적외선 영역에 속하는 진동수이다. 자외선 E -E h ㄷ. f 에서 방출되는 광자 개의 에너지는 C이다. C ㄱ. 전자가 3에서 hf 2인 에너지 준위로 전이할 때 방출하는 광자 1 의 에너지 E A E 3 2이므로 A 3 2 이다. ㄷ. 이다. C -E 에서 방출되는 광자 한 개의 에너지는 h -E =E = hf E f C에 비례하므로, C ㄴ. 에서 방출되는 hf A가 가시광선 영역에 속하는 진동 f 수이므로, 에서 방출되는 빛의 진동수 A f B는 자외선 영역이다. 1로 전이할 때 방출되는 빛의 진동수는 자외선 영역(라이먼 계 f B 열)에 속한다. E 10 에너지 준위와 전자의 전이 자료 분석 En(eV) -0.85 -1.51 -3.40 ca a cb b 에서 흡수되는 광자 한 개의 에너지는 c -0 cc . ( n=4 85- n=3 c . ) . ( )이다. -1 51 =0 66 eV hca hcb = + hcc n=2 에너지 준위의 차이가 클수록 방출되는 광자 한 개의 에너지가 크다. → 에너지 준위의 차이: 선택지 분석 a>b ㄱ. 방출되는 광자 개의 에너지는 에서가 에서보다 크다. ㄴ. 에서 흡수되는 광자 개의 에너지는 a . b 이다. . 1 c ㄷ. a b c이다. = + a 1 1 b = 1 c + 1 0 85 eV 0 66 eV ㄱ. 전자가 전이할 때 방출되는 광자 한 개의 에너지는 두 에너지 준위의 차이에 해당하는 에너지이므로, 방출되는 광자 한 개의 에 너지는 에너지 준위의 차이가 큰 에서가 에서보다 크다. ㄴ. 에서 흡수되는 광자 한 개의 에너지는 a 이다. b . ) ( . c ㄷ. 에너지 준위 차이의 관계는 ( – eV eV -1 51 =0 66 4 2) ( 3 이 성립하므로 E -E = 이다. 따라서 . -0 ( 85 4 eV 3) 2) a hc b hc = + c hc E 이다. -E E a 1 -E b = 1 + c + 1 . 는 두 궤도의 에너지 차이와 같다. eV -3. 40 eV -3. 40 eV 2 10 빛 10. 2 eV n=2 전자 n=1 (가) 빛 5. 6 eV n=2 전자 n=1 (나) -13. 6 eV -13. 6 eV 전자가 하여 의 에너지를 흡수 . 인 궤도로 전이한다. 2 eV . 는 두 궤도의 에너지 차이보다 작으 므로, 전자가 에너지를 흡수할 수 없다. 5 eV 6 10 n=2 선택지 분석 ㄱ. (가)에서 첫 번째 들뜬상태( )로 된다. ㄴ. (나)에서 전자의 에너지는 증가하여 . 이다. . 계속 -8 0 )에 머물러 있다. -13 6 ㄷ. (나)에서 전자는 바닥상태( eV eV n=2 가 된다. ㄱ. 인 궤도와 인 궤도의 에너지 차이는 . n=1 ) ( . n=1 로, 두 궤도의 에너지 차이와 같으므로 전자가 . -13 =10 – 6 의 에너지를 흡수하여 eV eV 10 2 ㄷ. (나)에서 전자가 에너지를 흡수할 수 없으므로 전자는 계속 에 이다. (가)에서 입사하는 빛에너지는 eV 40 . 인 궤도로 전이한다. . n=2 2 -3 eV eV 10 2 너지가 . )에 머물러 있다. n=2 인 바닥상태( ㄴ. (나)에서 입사하는 빛에너지는 -13 n=1 eV 6 . 로, 두 궤도의 에너지 차이보다 작다. 따라서 전자가 에너지를 흡수할 수 없다. 5 6 eV 12 에너지 준위와 선 스펙트럼 3인 상태로 전자가 전이할 때 방출되는 빛의 진동수가 가장 작다. E 자료 분석 1인 상태로 전자가 전이할 때 방출되는 빛의 진동수가 가장 크다. E E5 E4 E3 E2 E1 선택지 분석 ① ② ③ ④ ⑤ ② 에너지 준위 차이가 클수록 진동수가 큰 빛이 방출되므로, 전 1인 상태로 전이할 때 방출되는 빛의 진동수가 가장 크고 자가 3인 상태로 전이할 때 방출되는 빛의 진동수가 가장 작다. 따라 E 서 관찰되는 선 스펙트럼의 모양은 ②와 같다. E 1 ② 2 ④ 3 ② 4 ⑤ 5 ① 6 ③ 7 ④ 8 ① 9 ⑤ 10 ① 11 ③ 12 ⑤ 본책 89쪽 ~ 91쪽 정답과 해설 41 (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 41 18. 12. 4. 오후 2:07 )전하로 대전되어 있어야 는 ( 에 작용하는 합력이 이다. + B C 가 받는 합력 BA BC B =F B ( AC AB) C +F =- F +F 이다. ③ 수소 기체 방전관에서 나오는 빛의 스펙트럼은 방출 스펙트럼 이므로 ⑤ 방출 스펙트럼에서 선의 위치는 고유하게 정해져 있으므로 기체 의 종류가 달라지면 스펙트럼에 나타나는 선의 위치가 달라진다. C 가 받는 합력 CB CA C =F +F =0 3 수소 원자의 에너지 준위 자료 분석 그림과 같이 수소 원자에 빛을 입사시켰더니 전자가 양자수 인 이므로, 두 전하 사이의 거리는 와 사이가 와 사이의 배이므로 상태에서 에너지 . 인 빛을 흡수하여 양자수 가 의 배이다. A C B C 2 상태로 전이하였다. 12 1 eV 인 n=1 3 n= 1 전하와 전기장 자료 분석 A 0 – – – – 가 받는 합력 AC AB 절연된 받침대 A =F +F 1 2 2 q q F=k 전하량의 크기는 r 선택지 분석 A B 4 B F BC ㄱ. 는 ( )전하로 대전되어 있다. ( )전하 ㄴ. 전하량의 크기는 – 가 의 + 배이다. 배 B ㄷ. 가 받는 전기력의 합력의 크기는 A B 가 받는 전기력의 합력 4 2 의 크기와 같다. A ㄷ. 가 로부터 받는 힘 CA는 가 로부터 받는 힘 CB와 크기가 같고 방향이 반대이다( F A CA C B CB). 또 가 로부터 F C 받는 힘 이 반대이다( F AB이고 F ( +F F =- 전하의 종류는 C 있다. A AB는 가 AB B A 로부터 받는 힘 F B 가 받는 전기력의 합력은 =-F BA). BA와 크기가 같고 방향 AC A =-F 가 받는 전기력의 합력은 F A AB)이므로, 그 크기가 서로 같다. +F 에 작용하는 전기력의 합력은 F BA AC B ㄱ. AC F AB + =-F 이므로, -F 가 띠는 와 반대이다. 따라서 는 ( )전하로 대전되어 B 0 + B ㄴ. 쿨롱 법칙에 따르면 전기력의 크기는 1 2 2 이다. q q F=k r 배이므로 전하량의 크기는 일 때, 두 전하 사이의 거리는 가 C 와 의 A 배 C 에 작용하는 전기력의 합력이 사이가 와 사이의 이다. B C 0 2 2 스펙트럼 분석 자료 분석 분광기 백열등 ( ) 짧다. 파장 길다. 저온 기체관 ) ( B 수소 기체 방전관 ) ( (가) A A B C 연속 스펙트럼 흡수 스펙트럼 방출 스펙트럼 선택지 분석 B 는 방출 스펙트럼이다. 흡수 ① ② 수소 원자의 에너지 준위는 연속적이다. 불연속적 ③ 수소 기체 방전관에서 나오는 빛의 스펙트럼은 ④ 저온 기체관을 통과한 백열등 빛의 스펙트럼은 ⑤ 기체의 종류가 달라져도 이다. 이다. A C 에 나타나는 선의 위치는 같다. 다르다. B ④ 저온 기체관을 통과한 백열등 빛의 스펙트럼은 특정한 파장의 빛만 흡수된 흡수 스펙트럼이므로 이다. C ① 는 특정한 파장의 빛만 흡수되어 검은 선으로 나타 B 나므로 흡수 스펙트럼이다. B ② 수소 기체 스펙트럼은 선 스펙트럼이므로, 수소 원자의 에너 지 준위는 불연속적이다. 42 정답과 해설 빛 인 인 상태와 상태의 에너지 준위 차이 n=1 . 는 n=3 이다. 12 1 eV n=3 n=2 n=1 -1.50 eV -3.40 eV -13.6 eV 인 상태와 인 상태의 에너지 준위 차이는 . 이다. n=1 선택지 분석 n=2 10 2 eV (가) (나) (가) (나) ① ③ ⑤ . 13 . 11 8 . 6 2 5 3 2 2 ② ④ . 12 10 . 1 2 3 3 ② 전자가 한 에너지 준위에서 다른 에너지 준위로 전이할 때, 두 궤도의 에너지 차이에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 방출하거 나 흡수한다. 따라서 양자수 인 상태에서 인 상태로 전 이하기 위해서는 . 인 빛을 흡수해야 하고, n=2 n=1 인 상태 에서 인 상태로 전이하기 위해서는 eV 10 2 . 인 빛을 흡수해 n=1 야 한다. n=3 12 1 eV fb E4 E3 인 인 상태와 상태의 에너지 준위 차 n=3 b이다. 이는 n=4 fa hf 자료 분석 3 인 인 상태와 상태의 에너지 준위 차 n=3 이는 2) b 2 3) = – E b)와 같다. – =hf n=2 4 ( a 4 ( -E E a ( -E E – -f f =h 선택지 분석 E hf n n 4 3 = = n 2 = ㄴ. 2 n=3 4 n=4 a -E E f 인 상태로 전이한다. 4 3 이다. E = b -E f 인 상태로 전이한다. n=3 n=2 E2 f f -f ㄷ. 인 상태에 있는 전자가 진동수 a b인 빛을 방출하면 ㄱ. 인 상태에 있던 전자가 인 상태로 전이하는 과정에 서 진동수 n=4 가 진동수 b인 빛을 방출하였으므로, n=3 b인 빛을 흡수하면 다시 f 인 상태에 있던 전자 인 상태로 전이한다. n=3 ㄴ. 4 f 2 a이고, 4 3 n=4 b이므로 E 로 플랑크 상수와 같다. =hf -E E -E =hf ㄷ. 에너지 준위 사이의 에너지 차이 관계는 =h ( ( 3) b a a 4 4 2 4 3 a -E f E = b -E f 2 ( 4 E 3 2) 인 b)가 성립한다. 따라서 E E -E n=3 -E = – E -E =hf -hf =h f -f 특정한 파장의 빛만 흡수한다. C 특정한 파장의 빛만 방출한다. (나) ㄱ. 인 상태에 있는 전자가 진동수 b인 빛을 흡수하면 A B 4 4 에너지 준위 차이 (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 42 18. 12. 4. 오후 2:07 상태에 있는 전자가 진동수 a b인 빛을 방출하면 인 상태 로 전이한다. f -f n=2 선택지 분석 5 전자의 전이 과정 선택지 분석 E5 E5 ① E5 E5 E5 E4 E4 E4 E4 E4 E3 E3 E3 E3 E3 E2 E2 E2 E2 E2 ④ E5 E5 E5 E5 E5 E4 E4 E4 E4 E4 E3 E3 E3 E3 E3 E2 E2 E2 E2 E2 ② ⑤ E5 E5 E5 E5 E5 E4 E4 E4 E4 E4 E3 E3 E3 E3 E3 E2 E2 E2 E2 E2 E5 E5 E5 E5 E5 E4 E4 E4 E4 E4 E3 E3 E3 E3 E3 E2 E2 E2 E2 E2 ③ E5 E5 E5 E5 E5 E4 E4 E4 E4 E4 E3 E3 E3 E3 E3 E2 E2 E2 E2 E2 인 상태의 전자가 ① 전자는 높은 에너지 준위로 전이하였고, f n=3 A인 빛을 흡수하여 전이하였으므로 B와 C인 빛을 차례로 방출하며 전이하였으므로 전자는 차례로 낮은 에너지 준위로 전이 C이므로 ①번이 가장 적절하다. 한다. 진동수의 크기가 A B f f f 2 n=2 가 커지는 정도는 점점 감소하여 어떤 한계값에 수렴한다. 따라서 (나)에서 오른쪽으로 갈수록 진동수가 큰 빛이므로 파장이 짧다. ㄴ. 에너지 준위의 차이가 에서가 에서보다 크므로 전 이 과정에서 방출되는 광자의 에너지는 b 에서가 a 에서보다 크다. b a 8 에너지 준위와 전자의 전이 자료 분석 에 너 지 0 ( )eV -1 -2 -3 c b 선택지 분석 n=5 n=4 n=3 광자 한 개의 에너지는 파장이 보다 크다. 짧은 가 a 500 b 파장(nm) 700 600 ㉠ ㉡ ㉢ 400 n=2 a b c (가) (나) 에너지 준위의 차이가 클수록 진동수가 크고 파장이 짧은 빛이 방출되므로, 는 ㉢, 는 ㉡, 는 ㉠에 의해 나타나는 스펙트럼선이다. a ㄱ. 수소 원자의 에너지 준위는 불연속적이다. ㄴ. 에서 방출되는 광자 개의 에너지는 . 이다. . ㄷ. b a￣e 중에서 방출되는 빛의 파장이 가장 긴 경우는 이다. 97 0 eV 2 05 eV 1 ㄱ. 수소 원자의 에너지 준위는 양자수와 관련된 특정한 값을 가 c 지므로 불연속적이다. ㄷ. 방출되는 빛의 파장은 진동수에 반비례하므로, 빛의 파장은 광자의 에너지가 작을수록 길다. 가장 작은 에너지를 방출하는 전 자의 전이는 이므로, 에서 방출되는 빛의 파장이 가장 길다. ㄱ. 광자 한 개의 에너지는 가 보다 크다. ㄴ. 는 ㉠에 의해 나타나는 스펙트럼선이다. ㉢ a b 의 진동수 차는 전자가 와 ㄷ. a 할 때 방출되는 빛의 진동수와 같다. b c 에서 n=5 n=4 n=3 n=4 인 상태로 전이 ㄱ. 광자 한 개의 에너지는 로 진동수에 비례한다. 진동수는 파장이 짧을수록 크므로, 광자 한 개의 에너지는 가 보다 크다. E=hf ㄴ. 전자가 전이할 때 에너지 준위의 차이가 클수록 진동 는 ㉢에 의해 나타나는 스펙트럼선 수가 큰 빛이 방출되므로, b a ㄴ. 와 같이 전자가 양자수 인 준위에서 c 이다. a 준위로 전이할 때에는 두 에너지 준위의 차이에 해당하는 ㄷ. 는 ㉡에 의해 나타나는 스펙트럼선이고, n=5 인 n=3 c b . ( . ) . ( )의 에너지를 갖는 광자를 방출한다. E= 타나는 스펙트럼선이므로 와 의 진동수 차는 전자가 b 는 ㉠에 의해 나 에서 c -1 54- =0 -0 7 보어의 수소 원자 모형과 선 스펙트럼 eV 51 97 자료 분석 에 너 지 ( )eV -1 0 -2 -3 n=5 n=4 n=3 n=2 양자수가 클수록 이웃한 에너지 준위 차이는 점점 감소하므로, 방출하는 빛 의 진동수가 커지는 정도는 양자수가 클수록 점점 감소한다. n=2인 궤도로 전이할 때 방출되는 빛의 선 스펙트럼 길다. 작다. (나) 짧다.(파장) 크다.(진동수) a b (가) 에너지 준위의 차이가 방출되는 광자의 에너지는 에서가 b 에서가 a 에서보다 크므로 에서보다 크다. b a 인 상태로 전이할 때 방출되는 빛의 진동수와 같다. c b n=4 n=3 9 수소 원자에 있는 전자의 에너지 준위 자료 분석 라이먼 계열(자외선) 빛의 파장은 모두 발머 계열(가시광선) 빛의 파장보다 짧으므로, A는 B보다 작다. n= … n=4 n=3 n=2 n=1 B E … E4 E3 E2 E1 … A (가) cA 라이먼 계열 cB 발머 계열 (나) 파장이 B인 광자 한 개의 에너지는 4 2이다. E -E (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 43 18. 12. 4. 오후 2:07 정답과 해설 43 선택지 분석 ㄱ. A는 B보다 작다. 선택지 분석 ㄱ. 1은 (가)에서 가시광선 영역에 있다. ㄴ. 파장이 B인 광자 한 개의 에너지는 4 2이다. ㄴ. 3은 (가)의 라이먼 계열에 속한다. ㄷ. 수소 원자에 있는 전자의 에너지 준위는 불연속적이다. E -E ㄷ. 파장이 1인 광자 한 개의 에너지는 파장이 2인 광자 한 개 ㄱ. 라이먼 계열(자외선) 스펙트럼에 해당하는 빛의 파장은 발머 계열(가시광선) 스펙트럼에 해당하는 빛의 파장보다 짧으므로, A 는 B보다 작다. ㄴ. 발머 계열에서 두 번째로 파장이 긴 빛의 파장 B는 에 서 로 전이하면서 방출하는 빛의 파장에 해당하므로 파장이 n=4 B인 광자 한 개의 에너지는 4 2이다. n=2 ㄷ. (가)에서 전자의 에너지 준위가 띄엄띄엄 있으므로 수소 원자 -E E 에 있는 전자의 에너지 준위는 불연속적이다. 10 선 스펙트럼과 에너지 준위 자료 분석 라이먼 계열 발머 B 계열 라이먼 A 계열 발머 계열 파셴 계열 파셴 계열 n=3 n=3 n=2 B n=2 B n=1 n=1 A A 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 파장{\10—^`m} 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 파장{\10—^`m} (가) (나) 라이먼 계열의 파장이 발머 계열의 파장 보다 짧으므로, 방출된 전자기파의 파장은 에서보다 짧다는 것을 알 수 에서가 ) 로 전이할 때 방출하는 빛( 의 스펙트럼은 라이먼 계열이고, A n=1 ) 로 전이할 때 방출하는 빛( 의 스펙트럼은 발머 계열이다. n=2 B 있다. A B 선택지 분석 ㄱ. 전자의 에너지는 양자화 되어 있다. ㄴ. 에서 방출하는 전자기파는 라이먼 계열에 속한다. 발머 ㄷ. 방출된 전자기파의 파장은 에서가 에서보다 길다. 짧다. B A ㄱ. 수소 원자의 스펙트럼이 선 스펙트럼인 것은 전자의 에너지 B 준위가 불연속적이기 때문이다. 따라서 전자의 에너지는 양자화 되어 있다. ㄴ. 발머 계열은 인 궤도로 전이하면서 방출하는 스 펙트럼이다. 따라서 에서 방출하는 전자기파는 발머 계열에 속 n=2 한다. ㄷ. B 는 라이먼 계열(자외선)이고 는 발머 계열(가시광선)이다. (가)에서 라이먼 계열의 파장이 발머 계열의 파장보다 짧으므로, A 수 있다. B 에서가 A B 11 수소 원자의 선 스펙트럼 계열과 에너지 준위 자료 분석 인 준위로 전이할 때 인 준위로 전이할 때 방출되는 빛의 스펙트럼 n=1 방출되는 빛의 스펙트럼 n=2 라이먼 계열 발머 계열 파셴 계열 n=3 n=2 c3 c1 c2 n=1 (나) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 파장(\10-6 m) 가시광선 (가) 인 준위로 전이할 때 방출되는 빛의 스펙트럼 n=3 에너지 준위 차이를 비교하면 1인 경우가 2인 경우보다 작다. 의 에너지보다 크다. 작다. ㄱ. (나)의 1은 인 상태에서 인 상태로 전이할 때 방출 되는 빛의 파장으로, (가)에서 발머 계열에 속하는 가시광선 영역 n=3 n=2 에 있다. ㄴ. (나)의 3은 인 상태에서 인 상태로 전이할 때 방출 되는 빛의 파장으로, (가)에서 에너지가 가장 커서 파장이 가장 짧 n=3 n=1 은 라이먼 계열에 속한다. ㄷ. (나)에서 에너지 준위 사이의 에너지 차이가 클수록 파장이 짧은 광자가 방출되므로 파장이 1인 광자 한 개의 에너지 는 파장이 2인 광자 한 개의 에너지보다 작다. 12 보어의 수소 원자 모형에서 전자의 전이 자료 분석 에너지 준위 차이가 클수록 방출하는 빛의 진동수가 크다. ➡ 파장이 1인 빛의 진동수 2 ➡ 전자기파의 파장: 1 파장이 2인 빛의 진동수 c1 c2 c3 > < n=4 n=3 n=2 c4 c5 c6 n=1 1) + E -E 4 1 ( 4 3) ( 3 E ➡ -E hc4 = E hc1 -E hc5 = + ➡ 4 1 1 1 5 1 = + ㄴ. 파장이 1인 전자기파의 진동수는 파장이 4인 전자기파의 진 < 선택지 분석 ㄱ. 2 1이다. 동수보다 작다. 4 1 1 = 1 5 + 1 ㄱ. 에너지 준위의 차이가 클수록 방출하는 빛의 진동수가 크고, 진동수가 클수록 파장이 짧은 전자기파를 방출하므로, 2 1 이다. < ㄴ. 전자가 전이할 때 두 에너지 준위의 차이에 해당하는 에너지 를 갖는 전자기파를 방출하므로, 에너지 준위 사이의 에너지 차이 가 클수록 진동수가 큰 전자기파를 방출한다. 따라서 파장이 1인 전자기파의 진동수는 파장이 4인 전자기파의 진동수보다 작다. ㄷ. 4 1 , 4 3 , 3 1 이므로, 4 1 4 hc 5 hc E 4 -E = 3) ( ( E -E = 1)에서 3 E -E = E 이다. 따라서 -E 1 hc 5 hc = + 4 1 1 = 1 1 hc 4 hc + -E E 이 성립한다. -E = E 5 + 1 방출된 전자기파의 파장은 에서보다 짧다는 것을 알 ㄷ. 이다. 44 정답과 해설 (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 44 18. 12. 4. 오후 2:07 7 반도체는 전원의 ( p-n 접합 다이오드에서 형 반도체는 전원의 ( p형 n형 )극에, 형 된 회로의 스위치를 닫으면 - )극에 연결해야 전류가 흐르므로, p 양공 에만 전류가 흐른다. 또한 다이오드 가 연결 n 전자 + , A B 에 전류가 흐를 수 있는 방향은 그림과 (+) (-) 같으므로, , B 가 연결된 회로의 스위치 전류 를 모두 닫으면 D C 에만 전류가 흐른다. D 8 다이오드는 전류가 한쪽 방향으로만 흐르므로 교류를 직류로 바꾸어 주는 정류 회로에 이용한다. 9 발광 다이오드( 오드이고, 광 다이오드는 빛을 비추면 전류가 흐르는 다이오드 )는 전류가 흐를 때 빛을 방출하는 다이 LED 이다. 에너지띠와 반도체 본책 93쪽, 95쪽 1 ⑴ ◯ ⑵ × ⑶ ◯ ⑷ × 2 : 전도띠, : 띠 간격, : 원자가 띠 3 ㄱ, ㄴ 4 ㉠ 절연체, ㉡ 반도체, ㉢ 도체 5 ⑴ ◯ A B C ⑵ × ⑶ ◯ ⑷ × 6 ㉠ , ㉡ 양공 7 , 8 다이오드 9 ⑴ 발광 다이오드( ) ⑵ 광 다이오드 p B D LED 1 ⑴ 에너지띠는 수많은 에너지 준위들이 촘촘하게 모여 연속 적인 띠 형태의 에너지 준위를 이루게 된 것으로, 고체 원자에서 나타나는 에너지 준위이다. ⑵ 한 에너지띠는 수많은 에너지 준위가 서로 일치하지 않도록 미세하게 차이를 두고 나뉘어져 거의 연속적이 된 것이므로, 한 에너지띠에 속하는 전자는 모두 같은 에너지를 갖지 않는다. ⑶ 파울리 배타 원리에 의해 한 원자에서 같은 양자 상태에 이상의 전자가 함께 있을 수 없다. 즉, 전자들은 각각 다른 양자수 개 2 조합을 가져야 한다. ⑷ 고체 내의 전자들은 에너지띠에 해당하는 에너지는 가질 수 있지만, 띠 간격에 해당하는 에너지는 가질 수 없다. : 원자가 띠 바로 위의 전자가 채워지지 않은 띠를 전도띠 2 라고 한다. A : 원자가 띠의 가장 높은 에너지 준위와 전도띠의 가장 낮은 에 너지 준위의 에너지 차이를 띠 간격이라고 한다. B : 전자가 채워진 에너지띠 중에서 에너지가 가장 큰 띠를 원자 B 많다. 가 띠라고 한다. C 3 ㄱ. 전기 전도도는 비저항과 역수의 관계이므로, 전기 전도성 은 물질의 비저항이 클수록 작다. ㄴ. 전기 전도성의 크기는 도체 반도체 절연체 순이다. ㄷ. 반도체는 온도가 높을수록 에너지를 얻은 전자가 원 > 자가 띠에서 전도띠로 이동하여 전류가 잘 흐르므로 전기 전도성 > 이 크다. 이다. 4 띠 간격이 매우 큰 것은 절연체(부도체)이고, 띠 간격이 작은 것은 반도체이다. 그리고 원자가 띠와 전도띠가 겹쳐진 것은 도체 모두 다르다. A 1 ⑤ B 2 ④ C 3 ③ 본책 96쪽 ~ 97쪽 는 띠 간격이 매우 크므로 절연체이다. 1 ㄱ. ㄴ. 절연체에서 원자가 띠의 전자가 전도띠로 전이하려면 띠 간격 A 이상의 에너지를 얻어야 한다. ㄷ. 는 도체이며, 원자가 띠의 일부만 전자로 채워져 있으므로 실온에서 원자 사이를 자유롭게 이동할 수 있는 자유 전자들이 )에 를 첨가한 반도체는 공유 결합을 2 ㄴ. (나)에서 실리콘( 하고 전자가 개 남았으므로, a Si ㄷ. 다이오드에 순방향 전압을 걸면 전류가 흐르므로 5 접합면 쪽으로 이동하여 결 a 1 형 반도체의 전자는 의 양공과 형 반도체 의 원자가 전자는 개이다. p 합한다. n n ㄱ. 고체를 구성하는 원자의 에너지 준위는 가까이 모여 – p 있는 원자의 수만큼 미세하게 변한다. 따라서 원자가 띠에 있는 전자의 에너지는 거의 연속적으로 볼 수 있는 미세한 에너지 준위 의 차이가 있으므로 (가)에서 원자가 띠에 있는 전자의 에너지는 4 Si 개인 인( 개는 이웃한 원자와 공유 ) 원자의 원자가 전자 5 ⑴ 규소( 결합을 하여 안정한 구조를 이룬다. ⑵ 원자가 전자가 유 결합하고 전자 ⑶ ⑷ 불순물 반도체는 순수 반도체에 특정한 불순물을 도핑하여 순 수 반도체보다 전기 전도성이 크다. P 형 반도체에서는 전자가 주로 전하를 운반한다. 개가 남는 것은 5 1 )을 도핑하여 원자가 전자 형 반도체이다. 쌍이 공 n n 4 6 원자가 전자가 이며, 주요 전하 나르개는 양공이다. 3 개인 불순물을 도핑한 반도체는 형 반도체 p 3 ㄱ. 스위치를 전압이 걸린 것이다. 따라서 전원의 ( A a 에 연결했을 때 가 켜졌으므로 에 순방향 )극에 연결된 는 A 형 반 도체이다. ㄴ. 스위치를 에 연결했을 때 가 켜졌으므로 )극에 순 – n X 는 ( 방향으로 연결된 b 형 반도체이다. 따라서 C 에서는 주로 양공이 + Y 전류를 흐르게 한다. p ㄷ. 스위치를 Y 에 연결하면 저항에 흐르는 전류의 방향은 이므로 왼쪽이고, 스위치를 에 연결하면 저항에 → 저항 → a 흐르는 전류의 방향은 D 위치를 B 류의 방향은 서로 같다. A 에 연결했을 때와 a b → 저항 → 이므로 왼쪽이다. 따라서 스 b 에 연결했을 때에 저항에 흐르는 전 C 정답과 해설 45 (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 45 18. 12. 4. 오후 2:07 1 ③ 2 ② 3 ① 4 ⑤ 5 ② 6 ⑤ 7 ④ 8 ③ 본책 98쪽 ~ 99쪽 1 기체와 고체의 에너지 준위 자료 분석 에너지 준위 띠 간격에 전자는 존재할 수 없다. 띠 간격 허용된 띠 (가) (나) 에너지 준위는 원자 준위와 같다. → 기체 1 개의 에너지 에너지 준위가 띠를 이룬다. → 고체 선택지 분석 ㄱ. (가)는 원자와 원자 사이가 매우 멀다. ㄴ. (나)에서 전자는 허용된 띠에만 존재한다. ㄷ. (나)는 기체 원자의 에너지 준위를 나타낸 것이다. 고체 (가)는 기체 원자의 에너지 준위를 나타내고, (나)는 고체 원자의 에너지 준위를 나타낸다. ㄱ. 기체와 같이 멀리 떨어져 있는 원자들의 경우, 다른 원자의 에 너지 준위에 영향을 주지 않으므로 에너지 준위는 원자 개의 에 너지 준위와 같다. 따라서 (가)는 원자와 원자 사이가 매우 멀다. 1 ㄴ. 고체 내의 전자들은 에너지띠에 해당하는 에너지는 가질 수 있지만, 띠 간격에 해당하는 에너지는 가질 수 없다. 따라서 (나) 에서 전자는 허용된 띠에만 존재한다. ㄷ. 고체와 같이 원자 사이의 거리가 매우 가까운 경우, 인접한 원자들이 전자의 궤도에 영향을 주어 수많은 원자의 에너 지 준위가 서로 일치하지 않도록 미세하게 차이를 두고 나누어져 거의 연속적인 띠를 이룬다. 따라서 (나)는 고체 원자의 에너지 준 위를 나타낸 것이다. 2 고체의 전기 전도성 자료 분석 • 비저항이 클수록 전기 전도도는 작다. • 전기 전도도가 클수록 전류가 잘 흐른다. 비 저 항 )„.m ( 108 104 1 10—$ 10—* B 반도체이다. C 도체이다. 0 200 600 1000 온도(K) 물질의 저항은 물체의 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다. 이때 비례 상수를 비저항이라고 한다. 전기 전도도는 물질에 전류가 흐 는 반도체이며, 온도가 높아질수록 비저항이 감소하므로 전 르는 정도를 나타내는 양으로, 비저항에 반비례한다. ② 기 전도도가 커진다. ① B 는 비저항이 가장 커서 전기 전도도가 작은 절연체 A 이다. ③ 에너지띠의 띠 간격은 절연체인 ④ 원자가 띠와 전도띠가 겹쳐 있기 때문에 빈 에너지 준위로 자유롭 는 도체이며, 원자가 띠의 일부분만 전자가 채워져 있거나 A 가 반도체인 보다 크다. B 게 옮겨 다니는 자유 전자가 있다. ⑤ 으로 사용되는 것은 비저항이 커서 전기 전도도가 작은 절연체이다. 는 도체이므로 전류가 흐르는 도선으로 사용된다. 도선의 피복 C C 에서 온도가 높을수록 전자가 원자가 띠 에서 전도띠로 전이되는 수가 증가한다. B 3 고체의 에너지띠 구조 자료 분석 • 띠 간격: • 전기 전도도: A>B>C 전도띠 띠 간격 전도띠 띠 간격 원자가 띠 A3/2I 1 ② 2 ④ 3 ⑤ 4 ③ 5 ② 6 ① 7 ③ 8 ④ 본책 106쪽 ~107쪽 1 직선 전류에 의한 자기장 실험 자료 분석 나침반의 자침은 직선 도선 에 흐르는 전류에 의한 자기 장의 영향과 지구 자기장의 영향을 모두 받는다. 직선 도선 가변 저항기 나침반 전원 장치 스위치 (+) (-) A 1 ⑤ B 2 ④ C 3 ③ 본책 104쪽 ~105쪽 전류의 방향 전류의 방향 도선 아래쪽에서 전류에 의한 자기 장의 방향은 왼쪽 이다. N S N S 도선 아래쪽에서 전류에 의한 자기 장의 방향은 오른 쪽이다. (나)의 결과 (다)의 결과 1 ㄱ. 때, p B 50 정답과 해설 에서 와 에 의한 합성 자기장의 방향이 방향일 에 의한 자기장의 방향은 A B 방향이므로 에 의한 자기장 -y +y A (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 50 18. 12. 4. 오후 2:07 ㄱ. 도선에 흐르는 전류의 방향은 에서와 에서가 같다. 2B 선택지 분석 선택지 분석 ① ② ③ ④ ⑤ N N N N N N N N S N S N S S S S S S S S S S S S S N N N N N S S S S N S N N N N N N S S S N S N S N ② (나)에서 전류의 세기가 자침 사이의 각과 (다)에서 전류의 세기가 I 일 때 전류의 방향과 이루는 나침반 일 때 전류의 방향과 이루는 나침반 자침 사이의 각이 크기는 비슷하고 회전 방향이 반 2I 대인 것으로 보아, 전류가 흐르지 않을 때 나침반 자침의 방향은 전류의 방향에 대해 왼쪽으로 기울어져 있음을 알 수 있다. 2 직선 전류에 의한 자기장 자료 분석 d 2I Q I y O P d d R +y 에서 에 흐르는 전류 에 의한 자기장의 방향은 O Q 축과 나란하다. y 도선 와 상쇄되어 P R O 선택지 분석 에서 에 흐르는 전류에 의한 축과 나란하다. 자기장의 방향은 O P x x 에서 에 흐르는 전류에 의한 축과 나란하다. 자기장의 방향은 O R 에 흐르는 전류의 세기가 같고 방향이 같으면 자기장이 점에서 자기장의 방향이 방향이 될 수 있다. x ㄴ. 에 흐르는 전류의 세기는 이다. P ㄷ. R 에서 에 의한 자기장의 세기는 I R 0이다. 0 B 2 O ㄱ, ㄴ. 에서 세 도선 R , , 에 의한 자기장의 합성 방향이 B O 방향이기 위해서는 도선 Q 와 R 기는 같고 방향이 반대가 되어 두 자기장이 상쇄되어야 한다. +y 따라서 도선 에 흐르는 전류의 방향은 같고 세기도 같으므 에 만드는 자기장의 세 가 와 R O P P 로 에 흐르는 전류의 세기는 R P 이다. R ㄷ. 에서 합성 자기장의 세기 0은 도선 에 의한 자 기장의 세기이다. 로부터 O 로부터 B 와 거리는 같지만 전 Q I 는 류의 세기는 O 에서가 R 에서의 O 배이므로, Q 에서 에 의한 자기장의 세기는 R 0 Q 이다. 1/2 O R B 2 3 두 직선 도선에 의한 자기장 자료 분석 점에서 자기장의 방향이 평면에서 수직으로 나오는 방 P xy 에 흐르는 전류의 향이므로, 방향이 방향이다. A -y A y B d d P d Q d R x 와 에 의한 자기장이 상쇄된다. xy 점에서 와 에 흐르는 전류의 방향이 같다. ➡ Q A ➡ 전류의 세기는 B 에서가 에서보다 크다. A B A B 점에서 자기장의 방향이 수직으로 나오는 방향이다. R xy 평면에서 위치 자기장 세기 방향 P 0 Q ⊙ 없음 B 0 (⊙： 평면에서 수직으로 나오는 방향) 선택지 분석 ‘ ㄱ. 에는 방향으로 전류가 흐른다. ㄴ. 전류의 세기는 -y A 에서가 에서보다 크다. ㄷ. 에서 자기장의 방향은 에서와 같다. A B P ㄱ. R 와 사이에 있는 점 에서 합성 자기장의 세기가 이고 에 가까운 점 A B 에서 합성 자기장의 방향이 Q 평면에서 수직으로 나오는 방향(⊙)이므로, A ㄴ. 와 P 사이에 합성 자기장의 세기가 A 에 흐르는 전류의 방향은 이 있으므로, 전류의 세기는 에서가 A B ㄷ. 와 에 모두 방향의 전류가 흐르므로 A B xy 인 점 -y 에서보다 크다. 0 0 방향이다. 가 에 가까 B Q 에서 와 에 의한 합성 자기장의 방향이 A B -y 에서 자기장의 방향은 xy 평면에서 수직으로 나오는 방향 A R 에서와 같다. B (⊙)이다. 따라서 P 4 직선 전류와 원형 전류에 의한 자기장 R 자료 분석 X Iº Iº Y Iº d P d 와 에 흐르는 전류의 세기와 방향이 같으므로, 에서 두 도선에 의한 자기장이 상 0은 원형 도선에 의한 자기장으로, 방향은 종이면에 수직 에서 자기장의 세기는 P 0의 전류가 흐르면 에서의 자기장 쇄된다. ➡ X Y 으로 들어가는 방향이다. ➡ 원형 도선에 B P 0이 된다. 2I P ㄱ. 에 의한 자기장과 에 의한 자기장의 방향은 서로 같다. ㄴ. 원형 도선에 의한 자기장의 방향은 종이면에서 수직으로 나 X 오는 방향이다. 종이면에 수직으로 들어가는 Y ㄷ. 다른 조건은 그대로 두고, 원형 도선에 흐르는 전류의 세기를 반대 이다. 0으로 하면 자기장의 세기는 0이 된다. ㄷ. 두 직선 도선에 의한 자기장이 서로 상쇄되므로 에서는 원 2B 2I 형 도선에 의한 자기장만 존재한다. 그러므로 원형 전류가 배이 P 면 자기장의 세기도 배가 된다. 2 ㄱ. 두 직선 도선에 흐르는 전류의 방향이 모두 위쪽이므 2 로 에서 두 직선 도선에 의한 자기장의 방향은 서로 반대이다. ㄴ. 원형 도선에 흐르는 전류의 방향이 시계 방향이므로 에서 원 P 형 도선에 의한 자기장의 방향은 종이면에 수직으로 들어가는 방 P 향이다. 5 전류에 의한 자기장 자료 분석 IP y -d O 2d x B Bº Bº – 2 0 P Q (가) 2Iº IP Iº (나) 에 전류가 흐르지 않을 때의 점에서의 0은 원형 도선에 의한 것 평면에서 수직 O 자기장의 세기 P 이며, 자기장의 방향은 으로 나오는 방향(⊙)이다. xy B 에 0의 전류가 흐를 때 점에 와 원형 도선에 의한 자기장이 서 P 2I 상쇄되어 P ➡ 전류가 0 에 의한 자기장은 2I 0이 흐를 때 0(⊗)이다. O 이 된다. 점에서 O P B 정답과 해설 51 (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 51 18. 12. 4. 오후 2:07 ② ④ 세기 0 0 2I I 방향 -y -y +y +y +y 선택지 분석 세기 방향 0 0 2I 0 I I 2 일 때 ① ③ ⑤ P P 에서 원형 도선에 의한 자기장은 평면에서 수직 으로 나오는 방향으로 I =0 O 0일 때 0(⊙)이다. 에서 원형 도선과 직선 도선 B xy 에 의한 자기장의 이므로, 직선 도선 O 세기가 I =2I 로 들어가는 방향으로 0 0일 때 P P 에서 직선 도선 B 0(⊗)이다. 에 의한 자기장은 P 평면에 수직으 xy 에 의한 자기장은 평면에 수직 =I I 으로 들어가는 방향으로 O (⊗)이고 원형 도선에 의한 자기장은 xy 평면에서 수직으로 나오는 방향으로 0(⊙)이므로, 에서 합 xy 성 자기장은 0 (⊗) B (⊙)이다. 따라서 O 에서 합성 B 2 자기장의 세기가 이 되려면 직선 도선 에 의한 자기장이 평 +B = O 0 면에 수직으로 들어가는 방향으로 0 Q (⊗)이 되어야 한다. 따라서 xy 직선 도선 는 로부터 거리가 0인 전류가 방 향으로 흘러야 한다. Q O 2 2I -y B 배이므로 2 0 P B 2 0(⊙) 0 B 2 6 두 도선에 흐르는 전류에 의한 자기장 자료 분석 I I Iº p d (가) 0에 의한 자기장： 에서 에서 합성 자기장： 에 의한 자기장： I 0(⊙) B 0(⊙) 0(⊙) 2B B p ➡ p I Iº q 2d (나) 에서 0에 의한 자기장： q I 에서 에 의한 자기장： q ➡ I 에서 합성 자기장： (⊗) 0(⊙) 0 B B 0 (⊙) 2 B 2 q 0 선택지 분석 ㄴ. p q ㄱ. 에서 자기장의 방향은 종이면에서 수직으로 나오는 방향이다. 에서 자기장의 방향은 종이면에 수직으로 들어가는 방향이다. 종이면에서 수직으로 나오는 방향 ㄷ. 에서 자기장의 세기는 0이다. q 에서 ㄱ. B 2 0에 의한 자기장이 종이면에서 수직으로 나오는 방향 2B 이므로 p 0(⊙)이고 합성 자기장이 같은 방향으로 I 0(⊙)이므로, 에 의한 자기장은 종이면에서 수직으로 나오는 방향으로 0(⊙) B 이다. I ㄴ, ㄷ. 에서는 가 에 비해 배 멀어서 장은 종이면에 수직으로 들어가는 방향으로 (⊗)이다. 따라서 I p 2 0 I 2B B 에 의한 자기 합성 자기장은 (⊗) 0(⊙) (⊙)으로, 종이면에서 수직 으로 나오는 방향이다. +B = B 2 0 B 2 q 0 B 2 7 자기력의 활용 자료 분석 전원 장치 구리 막대 알루미늄 막대 (-) (+) 나무 막대 힘 전류 자기장 스위치 말굽자석의 자기장의 방향：아래쪽(오른손 네 손가락으로 가리킨다.) 전류의 방향：앞쪽(오른손 엄지손가락으로 가리킨다.) ➡ 자기력의 방향：오른쪽(오른손 손바닥이 향하는 방향) ㄱ. 이 상태에서 스위치를 닫으면 알루미늄 막대는 오른쪽으로 선택지 분석 움직인다. ㄴ. 이 상태에서 말굽자석의 극이 위로 오도록 뒤집어 놓고 스 위치를 닫으면 알루미늄 막대는 왼쪽으로 움직인다. S ㄷ. 이 상태에서 전원 장치의 ( ), ( )단자를 반대로 연결하고 스위치를 닫으면 알루미늄 막대는 오른쪽으로 움직인다. + – 왼쪽 ㄱ. 오른손 네 손가락을 자기장의 방향, 엄지손가락을 전류의 방 향으로 향하게 할 때 손바닥이 향하는 방향이 자기력의 방향이므 로, 알루미늄 막대는 오른쪽으로 힘을 받아 움직이다. ㄴ. 말굽자석의 극이 위로 오도록 하고 스위치를 닫으면, 자기력 의 방향이 반대가 되어 알루미늄 막대가 왼쪽으로 힘을 받아 움직 S 인다. ㄷ. 전원 장치의 ( ), ( )단자를 반대로 연결하고 스위 치를 닫으면, 자기력의 방향이 반대가 되어 알루미늄 막대가 왼쪽 – + 으로 힘을 받아 움직인다. 8 전동기의 구조와 원리 자료 분석 부분에 작용하는 코일의 자기력의 방향은 위쪽이다. PQ 코일의 부분에 작용하는 자기력의 방향은 아래쪽이다. RS Q N F R S F 정류자 S P 직류 전원 장치 코일이 회전할 때마다 정류자에 의해 코일에 흐르 는 전류의 방향이 바뀐다. 180* 선택지 분석 부분은 위쪽으로 힘을 받는다. ① 코일의 ② 코일의 ③ 코일 전체는 시계 방향으로 회전한다. ④ 정류자는 코일이 부분은 아래쪽으로 힘을 받는다. PQ RS 방향을 바꾼다. 360* 180* ⑤ 전기 에너지를 역학적인 일로 바꾸는 장치이다. 회전할 때마다 코일에 흐르는 전류의 ①, ②, ③ 오른손 네 손가락을 자기장의 방향을 향하게 하고, 엄지손가락을 전류의 방향으로 가리키게 할 때 손바닥이 향하는 방향이 자기력의 방향이다. 따라서 코일의 부분은 위쪽으로, PQ 52 정답과 해설 (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 52 18. 12. 4. 오후 2:07 코일의 부분은 아래쪽으로 힘을 받아 코일은 시계 방향으로 2 두 직선 도선에 의한 자기장 회전한다. RS ⑤ 전동기는 자기장 속에서 전류가 받는 힘을 이용하여 전기 에 너지를 역학적인 일로 바꾸는 장치이다. ④ 정류자는 코일이 회전할 때마다 코일에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어 자석 사이에 있는 코일을 계속 한방향으로 180* 회전할 수 있게 한다. ㄴ. 와 사이에 자기장의 세기가 인 지점이 있다. 없다. 본책 108 ~109쪽 ㄷ. 와 A 에서 자기장의 방향은 같다. B 0 자료 분석 에서 자기장의 방향이 아래쪽이면, 에 흐르는 전류의 방향은 종이면에 서 수직으로 나오는 방향(⊙)이다. q B q p d I d 도선 A I d r d 자기장 방향 도선 B 에서 자기장의 방향은 에 의한 자기장이 도선 r 더 세므로 위쪽 방항이다. B ㄱ. 에 흐르는 전류의 방향은 종이면에서 수직으로 나오는 방향 에서 자기장의 방향은 에 의한 자기장이 도선 p 더 세므로 위쪽 방항이다. A 선택지 분석 이다. B p r ㄱ. 전류의 세기가 같은 도선 와 의 중간 지점인 에서 합성 자기장의 방향이 아래쪽이므로 도선 B 에 흐르는 전류의 방향은 종이 q A 에서 아래쪽이어야 한다. 따라서 에 의한 자기장의 방향도 B q 면에서 수직으로 나오는 방향(⊙)이 된다. B 에 더 가깝기 때문에 ㄷ. 는 도선 보다 에서 합성 자기장의 방향은 도선 p 쪽이 된다. A 에 흐르는 전류에 의한 자기장의 방향이 되므로 위 B 는 도선 A 에 더 가깝기 때문에 에서 합성 자 보다 p 기장의 방향은 도선 에 흐르는 전류에 의한 자기장의 방향이 되 r r 므로 위쪽이 된다. 따라서 에서 합성 자기장의 방향은 모두 A B B 와 p r ㄴ. 와 사이에는 에 의한 자기장의 방향이 아래쪽 으로 에 의한 자기장의 방향과 항상 같으므로 합성 자기장의 세 A B 이 되는 지점이 없다. A 위쪽으로 같다. 기가 B 0 자료 분석 3 교차하는 두 직선 도선에 의한 자기장 에서 와 각각에 의한 자기장의 방향은 반대이다. p B A y A I q 에서 각각에 의한 와 자기장의 방향은 모두 q B 평면에서 수직으로 나오는 xy 방향이다. A p B x I r s 에서 각각에 와 의한 자기장의 방향은 A r 평면에 수직으 모두 로 들어가는 방향이다. B xy 에서는 가 더 가까우므로 평면에서 자기장의 방향은 s 수직으로 나오는 방향이다. A xy 선택지 분석 ㄱ. 전류에 의한 자기장의 세기는 에서가 에서보다 작다. ㄴ. 전류에 의한 자기장의 방향은 와 에서 서로 반대이다. ㄷ. 에서 전류에 의한 자기장의 방향은 평면에 수직으로 들 p q r r xy 어가는 방향이다. 나오는 s 1 ① 2 ④ 3 ③ 4 ④ 5 ⑤ 6 ① 7 ② 8 ⑤ 1 직선 전류에 의한 자기장 자료 분석 p 에서 자기장이 이면, 와 에 흐르는 전류의 방향과 세기가 같다. 0 d B d A p 도선 A 도선 B 도선 C q x축 에 의한 합성 자기장의 방향은 방향 이 되 에 의한 자기장의 세기가 -y 방향이어야 한다. 0 , 와 에서 B 에서 , 이므로, q A 에 의한 자기장의 방향은 려면 q B ➡ 오는 방향(⊙)이다. A C C 에 흐르는 전류의 방향은 종이면에서 수직으로 나 C +y 선택지 분석 ㄱ. 전류의 세기는 와 가 같다. ㄴ. 전류의 방향은 와 A B 가 같다. 반대이다. ㄷ. 에 흐르는 전류에 의한 자기장의 방향은 와 에서 서 와 B 로 같다. 반대이다. A C C p q ㄱ. 에서 와 에 의한 합성 자기장의 세기가 일 때, 에서 p 향은 에 의한 자기장의 방향이 A B 방향이므로 방향이어야 한다. 따라서 -y 이면에 수직으로 들어가는 방향(⊗)으로 +y B p 0 에 의한 자기장의 방 A 에 흐르는 전류의 방향은 종 B 와 같으며, 전류의 세 기도 와 같다. ㄴ. 와 A A 에 흐르는 전류의 방향이 모두 종이면에 수직 B 으로 들어가는 방향(⊗)이므로, A 한 합성 자기장의 방향은 q 는 전류에 의한 자기장의 세기가 -y 류에 의한 자기장의 방향은 에서 , 에 흐르는 전류에 의 에 흐르 , , 방향이다. A 에서 B 이 되기 위해서 A q C 방향이어야 한다. 따라서 C 0 에 흐르는 전 B 에 흐 르는 전류의 방향은 종이면에서 수직으로 나오는 방향(⊙)으로 +y C 와 반대 방향이다. ㄷ. 에서 와 B 에 흐르는 전류에 의한 합성 자기장의 방향은 방향이다. p A 장의 세기가 -y 향이고 에서 C 일 때, q , A 에 의한 자기장의 방향은 A B 0 의한 자기장의 세기보다 C 와 에서 와 에서 C A 서로 반대 방향이다. p A C q , , 에 흐르는 전류에 의한 합성 자기 ㄱ. 에서 와 에 흐르는 전류에 의한 자기장은 서로 반대 방 각각에 의한 자기장의 방향은 B C 방 향이고, p 에서 A 와 B 에 흐르는 전류에 의한 자기장은 서로 같은 방향이다. 즉, 에서 -y 에 방향이다. 따라서 두 전류에 의한 합성 자기장의 세기는 에서가 에 의한 자기장의 세기가 더 세므로, A +y q A r 에서보다 작다. B p 평면에서 수직 에 의한 합성 자기장의 방향은 방향이다. 따라서 q 에 흐르는 전류에 의한 합성 자기장의 방향은 와 C +y ㄴ. 두 전류에 의한 자기장의 방향은 r 으로 나오는 방향(⊙)이고, 에서는 에서는 평면에 수직으로 들어가 xy 는 방향(⊗)으로 서로 반대이다. r q xy 정답과 해설 53 (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 53 18. 12. 4. 오후 2:07 ㄷ. 에서 와 에 흐르는 전류에 의한 자기장은 서로 A 는 보다 B 반대 방향이며 s 기장의 방향은 A s 류에 의한 자기장의 방향은 B A 에 의한 자기장의 방향과 같다. 따라서 에서 전 s 평면에서 수직으로 나오는 방향 s 에서 더 가까우므로 에서의 합성 자 (⊙)이다. xy 선택지 분석 ㄱ. ㉠은 ‘⊙’이다. ㄷ. B C이다. B y 0 P ㉠ +y -y 에 (⊙) ㄴ. 실험 Ⅱ에서 에 흐르는 전류의 방향은 시계 방향이다. ㄱ. T ㄷ. (나)에서 형성된다. A 를 열어도 점에서 자기장 세기는 그대로 유지된다. ㄴ. (나)는 마이스너 효과에 의해 나타나는 현상이다. T 소한다. 5 ➡ 시계 방향으로 유도 전류가 흐른다. 초일 때의 ➡ 자기장의 감소율이 증가율보다 크다. 2 ㄱ. R ㄴ. 에 흐르는 전류의 방향은 초일 때가 같다. 반대이다. 5 2 초일 때보다 작다. 초일 때가 에 흐르는 전류의 세기는 초일 때와 ㄷ. R 초부터 초까지 의 양단에 걸리는 전압은 감소한다. 2 5 일정하다. 4 6 R 화는 2 세기는 2 초일 때가 5 ㄱ. 2 5 2 이 증가한다. ㄴ. 영역 Ⅱ에서 자기장의 감소율은 초일 때나 초일 때 같지만 초일 때에는 증가하는 자기장이 있으므로 알짜 자기 선속의 변 초일 때가 초일 때보다 작다. 따라서 2 5 에 흐르는 전류의 초일 때보다 작다. R 초일 때에는 영역 Ⅰ에서 자기장의 증가율이 영역 Ⅱ에서 자기장의 감소율보다 크므로 회로 전체로 보아 자기 선속 초일 때에는 영역 Ⅱ에서의 자기장만 감소하므로 회로 전체로 보아 자기 선속이 감소한다. 따라서 에 흐르는 유 도 전류의 방향은 초일 때와 초일 때 서로 반대이다. R ㄷ. 초 초 사이에 영역 Ⅱ에서 자기장의 감소에 의한 유도 기 2 5 전력이 발생하는데, 이때 감소율이 일정하므로 일정한 유도 기전 4 ￣6 력이 발생하여 의 양단에 걸리는 전압이 일정하게 된다. 5 R 8 자기장 영역에서 운동하는 금속 고리 자료 분석 초일 때: 의 중심 위치는 이다. ➡ 자기 선속이 일정하다. t=13 P ➡ 유도 전류가 흐르지 않는다. x=13 cm 영역Ⅰ 영역Ⅱ 영역Ⅲ 2Bº Bº Bº 2`cm 1`cm/s P 1`cm/s 0 5 10 15 20 x(cm) 종이면에 수직으로 들어가는 방향 종이면에서 수직으로 나오는 방향 초일 때보다 선속의 변화가 더 크다. t=10 초일 때보다 ➡ 유도 전류가 더 세다. t=15 t=10 t=15 초일 때 자기 초일 때 의 중심 위치는 초일 때 이다. t=5 P ➡ 자기 선속이 증가한다. x=5 ➡ 시계 반대 방향으로 유도 전류가 흐른다. cm 선택지 분석 ㄱ. 초일 때, 이다. t=5 P 에 흐르는 유도 전류의 방향은 시계 방향 시계 반대 방향 ㄴ. 초일 때, 에 흐르는 유도 전류는 이다. ㄷ. 에 흐르는 유도 전류의 세기는 P 초일 때가 0 초일 t=13 때보다 작다. P t=10 t=15 ㄴ. 초일 때, 의 중심은 영역 Ⅱ의 인 위치에 P 를 지나는 자기 선속의 변화가 없어 있으므로 t=13 이다. P 초일 때 자기 선속의 시간에 따른 변화율은 x=13 P 전류는 ㄷ. cm 에 흐르는 유도 0에 비 0 례하고 t=10 전류의 세기는 t=15 ㄱ. 초일 때에는 0에 비례하므로, 에 흐르는 유도 B 초일 때가 B 3 초일 때, t=10 초일 때보다 작다. P 를 지나는 종이면에 수직으로 들어가 t=15 는 방향의 자기 선속이 증가하므로 이를 방해하기 위해 종이면에 t=5 P 서 수직으로 나오는 방향의 자기 선속이 생기도록 에는 시계 반 대 방향으로 유도 전류가 흐른다. P (19)물리1_8~14정답(38~80).indd 61 18. 12. 4. 오후 2:07 정답과 해설 61 9 자기장 영역을 통과하는 금속 고리의 운동 선택지 분석 자료 분석 d 영역 Ⅰ 영역 Ⅱ 영역 Ⅲ 금속 고리 2d 3d x 0 d (가) 유 도 전 류 I0 0 -I0 -2I0 d 2d 3d 4d x 영역 Ⅲ을 빠져나올 때 유도 전류 가 시계 방향으로 흐른다. ➡ 영역 Ⅲ의 자기장은 종이면에 (⊗) 수직으로 들어가는 방향인 이다. B 영역 Ⅰ을 통과할 때 유도 전류 가 시계 방향으로 흐른다. ➡ 자기장은 종이면에서 수직 (⊙)이다. 으로 나오는 방향인 d 영역 Ⅰ 영역 Ⅱ 영역 Ⅲ 금속 고리 0 d 2d 3d x B 유 도 전 류 I0 0 -I0 -2I0 d 2d 3d 4d x (나) ㄱ. 초일 때 전류는 시계 방향으로 흐른다. ㄴ. 전류의 방향은 초일 때와 초일 때가 서로 반대이다. 같다. 1 ㄷ. 전류의 세기는 3 1 초일 때가 5 5 초일 때보다 작다. 크다. ㄱ. 초부터 초까지 영역 Ⅱ에서의 자기장의 세기만 감소하므 로, 초일 때 유도 전류는 시계 방향으로 흐른다. 0 1 2 초 이후부터 영역 ㄴ. 에서의 자기장의 세기만 일정하 게 감소하므로, 전류의 방향은 2 초일 때가 같다. 초일 때와 I 초일 때 영역 Ⅱ에서와 5 ㄷ. 자기장의 세기의 변화율이 3 영역 Ⅰ에서가 같지만 자기장이 지나는 면적은 영역 Ⅱ에서가 Ⅰ 1 초일 때 5 에서의 배이다. 따라서 자기 선속의 시간에 따른 변화율이 초일 때보다 크므로, 유도 전류의 세기도 초 초 초일 때가 1 5 1 일 때가 2 일 때보다 크다. 5 영역 Ⅱ를 통과할 때 유도 전류가 ➡ 영역 Ⅱ의 자기장은 영역 이다. 의 자기장과 같은 선택지 분석 ① BB 2B BB 2B BBB ② BBB BB 0 2B I BB BB 2B 2B x 3d 2d 2d d 3d 2d x 3d x 0 0 x 0 d d 0 d d 2d 2d 3d x 3d x 0 11 전자기 유도 x 3d d 자료 분석 2d (⊙)이다. B BBB BB 2B 0 0 d 2d 3d x 0 d 0 2d d BB x 3d 2d 3d 2B BB 2B BBB ③ BBB BB 2B ④ BBB BB 2B d BBB 2d 3d x d 0 BB BBB 2d 2B 3d x BB 2B 3d x 0 d 0 2d d 3d 2d x 3d x 0 0 d d 2d 2d 3d x 3d x 0 d 2d 3d x BB 2B 0 d 2d 3d x BBB 0 d 2d 3d x 2d 2d 3d x 3d x 0 0 0 0 d d d d BBB BB 2B 2d 2d 0 0 0 d 3d x 2d 2d ⑤ d BB 2B 3d x 0 d 2d 3d x x 3d ② 금속 고리가 영역 Ⅰ로 들어가는 동안 고리에 시계 방향의 유 도 전류가 흐르므로 영역 Ⅰ에서 자기장의 방향은 종이면에서 수 직으로 나오는 방향인 (⊙)이다. 고리가 영역 Ⅰ에서 Ⅱ로 이동 하는 동안 유도 전류가 흐르지 않으므로 영역 Ⅱ의 자기장의 방향 B 과 세기는 영역 Ⅰ과 같은 (⊙)이
오투 과학탐구 물리학 1 (2021년)
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