Ⅵ. 일과 에너지 전환

5분 TEST

개념 문제

1. 일과 일의 원리

1 과학에서는 물체에 ( )이 작용하여 그 물체가 ( )의 방향으로 이동한 경우에만 일을 하였다고 한다. 2 벽을 밀어도 움직이지 않을 때는 물체의 ( )가 [eqn: 0]이므로 과학에서의 일이 [eqn: 0]이고, 가방을 들고 수평으로 걸어갈 때는 힘과 이동 방향이 ( )이므로 과학에서의 일이 [eqn: 0]이다. 3 물체에 한 일의 양을 구하는 식을 완성하시오. ⑴ 물체를 수평 방향으로 일정한 속력으로 이동시킬 때：( )[eqn: times]이동 거리 ⑵ 물체를 수직 방향으로 일정한 속력으로 이동시킬 때：( )[eqn: times]들어 올린 높이 4 일률은 단위 시간 동안 한 일의 양으로, 한 일의 양을 ( )으로 나누어 구한다. 5 일을 하는 데 걸린 시간이 같을 때 일률은 한 일의 양에 ( )하고, 한 일의 양이 같을 때 일률은 걸린 시간에 ( )한다.	6 지레의 [eqn: 3]요소는 ( ), ( ), ( )이다. 7 지레를 이용할 때 물체의 무게×받침점에서 ( )까지의 거리＝지레에 작용한 힘×받침점에서 ( )까지의 거리가 성립한다. 8 빗면을 따라 물체를 끌어 올릴 때 필요한 힘은 물체의 무게[eqn: TIMES {빗면의``높이} over {빗면의(~~~~)}] 이다. 9 ⑴ 고정 도르래 1 개를 이용할 경우 필요한 힘은 물체 무게의 ( )배이고, 줄을 당기는 거리는 물체가 올라간 높이의 ( )배이다. ⑵ 움직도르래 1 개를 이용할 경우 필요한 힘은 물체무게의 ( )배이고, 줄을 당기는 거리는 물체가 올라간 높이의 ( )배이다. 10 도구의 무게나 마찰을 무시하면 도구를 이용할 때나 이용하지 않을 때나 한 일의 양은 ( ).
반┃ 이름┃

Ⅵ. 일과 에너지 전환

5분 TEST

그림 문제

1. 일과 일의 원리

1 그림과 같은 힘–이동 거리 그래프 아랫부분의 넓이가 무엇을 의미하는지 쓰시오. 2 지레를 이용한 다음 도구에서 작용점, 받침점, 힘점을 각각 쓰시오. ⑴ 가위 ⑵ 병따개	3 그림과 같이 도르래를 이용할 경우 필요한 힘의 크기와 줄을 당긴 거리를 각각 쓰시오. 4 그림은 무엇을 이용한 예인지 각각 쓰시오.
반┃ 이름┃

Ⅵ. 일과 에너지 전환

5분 TEST

개념 문제

2. 역학적 에너지 전환과 보존

1 물체가 가지고 있는 에너지는 물체가 할 수 있는 ( )의 양으로 측정한다. 2 물체가 일을 하면 물체의 에너지는 ( )하고, 물체에 일을 해 주면 물체의 에너지는 ( )한다. 3 [eqn: rm100``` J]의 에너지를 가진 물체에 [eqn: rm50``` J]의 일을 해 주었다. 이 물체가 가지게 되는 에너지는 몇 [eqn: rmJ]인지 쓰시오. 4 질량 [eqn: rm4``` kg]인 물체가 [eqn: rm4``` m/s]의 속력으로 운동할 때, 이물체가 가지는 운동 에너지는 몇 [eqn: rmJ]인지 쓰시오. 5 물체의 속력이 일정할 때 운동 에너지는 물체의 질량에 ( )하고, 물체의 질량이 일정할 때 운동 에너지는 물체의 ( )에 비례한다. 6 높은 곳에 있는 물체가 가지는 에너지를 ( )에 의한 위치 에너지라고 하고, 탄성체가 변형되었을 때 가지는 에너지를 ( )에 의한 위치 에너지라고 한다.	7 질량 [eqn: rm5``` kg]인 물체가 기준면으로부터 [eqn: rm2``` m] 높이에 있을 때 가지는 위치 에너지는 몇 [eqn: rmJ]인지 쓰시오. 8 물체의 높이가 일정할 때 위치 에너지는 물체의 질량에 ( )하고, 물체의 질량이 일정할 때 위치 에너지는 물체의 높이에 ( )한다. 9 운동 에너지와 위치 에너지의 합을 ( ) 에너지라고 한다. 10 물체가 위로 올라갈 때는 물체의 ( ) 에너지가 ( ) 에너지로 전환된다. 11 물체가 낙하할 때 감소한 위치 에너지가 [eqn: rm70``` J]이었다면 증가한 운동 에너지는 몇 [eqn: rmJ]인지 쓰시오. (단, 공기 저항은 무시한다.) 12 물체가 연직 위로 올라갈 때 증가한 위치 에너지가 [eqn: rm150``` J]이었다면 감소한 운동 에너지는 몇 [eqn: rmJ]인지 쓰시오. (단, 공기 저항은 무시한다.)
반┃ 이름┃

Ⅵ. 일과 에너지 전환

5분 TEST

그림 문제

2. 역학적 에너지 전환과 보존

1 그림 ㈎, ㈏는 운동 에너지를 측정하기 위한 실험 장치이다. 두 실험을 통해 알 수 있는 것은 무엇인지 쓰시오. ㈎ ㈏ 2 그림은 위치 에너지를 측정하는 실험 장치이다. 위치 에너지를 구하는 식을 쓰시오. 쇠 구슬의 위치 에너지＝나무 도막에 작용하는	3 빈칸에 들어갈 알맞은 말을 쓰시오. (단, 공기 저항은 무시한다.) 4 그림은 낙하하는 물체의 에너지 전환이다. 빈칸에 들어갈 알맞은 말을 쓰시오. (단, 공기 저항은 무시한다.)
반┃ 이름┃

Ⅵ. 일과 에너지 전환

5분 TEST

개념 문제

3. 에너지 전환

1 다음과 같은 경우에서 일어나는 에너지 전환을 쓰시오. ⑴ 증기 기관：열에너지 → ( ) 에너지 ⑵ 전열기：전기 에너지 → ( )에너지 ⑶ 태양 전지：( )에너지 → 전기 에너지 ⑷ 충전기：전기 에너지 → ( ) 에너지 ⑸ 수력 발전：( ) 에너지 → 운동 에너지 → 전기 에너지 ⑹ 화력 발전：( ) 에너지 → 열에너지 → 운동에너지 → 전기 에너지 ⑺ 원자력 발전：( )에너지 → 운동 에너지 → 전기 에너지 2 마찰이나 공기 저항이 없으면 역학적 에너지는 항상 일정하게 보존된다. 이를 ( ) 법칙이라고 한다. 3 [eqn: rm100``` J]의 위치 에너지를 가진 물체가 낙하하여 지면에 도달했을 때 운동 에너지가 [eqn: rm70``` J]이었다. 이 과정에 발생한 열에너지는 몇 [eqn: rm J]인지 쓰시오.	4 마찰이나 공기 저항이 있으면 역학적 에너지는 최종적으로 ( )로 전환된다. 5 에너지는 여러 형태로 전환될 수 있지만 전체 에너지의 양은 항상 일정하게 보존된다. 이를 ( ) 법칙이라고 한다. 6 다음은 신·재생 에너지를 이용한 발전에 대한 설명이다. 각 경우에 해당하는 신·재생 에너지를 쓰시오. ⑴ 물에서 분해한 수소가 산소와 반응할 때 발생하는 열에너지를 이용한다. ( ) ⑵ 에너지 함량이 높은 폐기물을 이용하여 연료를 생산하는 방식이다. ( ) ⑶ 농작물, 음식물 쓰레기 같은 유기물(바이오매스)을 연료로 변환하거나 이를 연소하여 전기 에너지 생산한다. ( ) ⑷ 태양 전지를 이용하여 태양의 빛에너지를 직접 전기 에너지로 전환한다. ( )
반┃ 이름┃

Ⅵ. 일과 에너지 전환

5분 TEST

그림 문제

3. 에너지 전환

1 그림과 같은 휴대 전화에서 일어나는 에너지 전환을 쓰시오.

2 오른쪽 그림과 같이 미끄럼틀을 미끄러져 내려 오는 경우 에너지 전환을 쓰시오.

3 그림은 발전 과정에서 나타나는 에너지 전환과 보존을 나타낸 것이다. 연료의 화학 에너지는 몇 [eqn: rmMJ]인지 쓰시오.

4 그림은 신·재생 에너지를 이용한 발전 방식을 나타낸 것이다. 각각 무엇인지 다음에서 골라 쓰시오.

태양열 발전, 지열 발전, 풍력 발전, 조력 발전

반┃   이름┃

1  현수는 그림 ㈎와 같이 무게 [eqn: rm20``` N]인 상자를 들고 가만히 서 있었고, 영희는 그림 ㈏와 같이 무게 [eqn: rm10``` N]인 상자를 들고 수평면을 따라 [eqn: rm2``` m]를 걸어갔다.

Ⅵ. 일과 에너지 전환

1. 일과 일의 원리

中

수준별 문제

반┃  이름┃

㈎                      ㈏

현수와 영희가 한 일의 양을 옳게 짝 지은 것은?

현수   영희	현수    영희

①  0 J    0 J	②  0 J     10 J

③  0 J    20 J	④  20 J    0 J

⑤  20 J   20 J

2  질량이 같은 의자 [eqn: 1]개를 [eqn: 1]층에서 [eqn: 5]층까지 옮기는 데 연수는 [eqn: 40]초, 은서는 [eqn: 100]초가 걸렸다. 이에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은?

	<보기>
ㄱ. 연수가 한 일의 양이 은서보다 많다. ㄴ. 은서가 한 일의 양이 연수보다 많다. ㄷ. 연수와 은서가 한 일의 양은 같다. ㄹ. 연수의 일률이 은서보다 크다. ㅁ. 은서의 일률이 연수보다 크다. ㅂ. 연수와 은서의 일률은 같다.

① ㄱ, ㄹ	② ㄴ, ㅁ	③ ㄷ, ㄹ

④ ㄷ, ㅁ	⑤ ㄷ, ㅂ

3  그림과 같은 지레를 이용할 때에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 힘점과 작용점 사이에 받침점이 있는 지레이다.

② [eqn: a]가 [eqn: b]보다 짧을수록 지레를 누르는 힘이 작아진다.

③ 지레를 누른 거리가 물체가 올라간 높이보다 길다.

④ 물체의 무게보다 작은 힘으로 물체를 들어 올릴 수 있다.

⑤ 물체를 직접 들어 올리는 경우보다 한 일의 양이 감소한다.

4  그림 ㈎~㈐와 같은 빗면을 이용하여 질량이 같은 물체를 같은 높이만큼 일정한 속력으로 끌어 올렸다.

㈎             ㈏               ㈐

이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 물체의 크기와 마찰은 무시한다.)

① ㈎에서 힘이 가장 작게 든다.

② ㈎에서 가장 많은 양의 일을 한다.

③ ㈐에서 가장 많은 양의 일을 한다.

④ ㈎, ㈏, ㈐에서 물체에 한 일의 양은 같다.

⑤ ㈎, ㈏, ㈐에서 물체를 끌어 올리는 힘의 크기는 같다.

5  그림 ㈎와 같은 도르래를 사용하여 일정한 속력으로 물체를 [eqn: rm2``` m] 들어 올리는 데 한 일의 양이 [eqn: rm60``` J]이었다.

㈎              ㈏

이 물체를 그림 ㈏와 같은 도르래를 사용하여 일정한 속력으로 들어 올릴 때 필요한 힘의 크기는? (단, 도르래와 줄의 무게 및 마찰은 무시한다.)

① 15 N	② 30 N	③ 45 N

④ 60 N	⑤ 120 N

6  일의 이득을 볼 수 있는 도구를 보기에서 모두 고른 것은? (단, 도구의 무게와 마찰은 무시한다.)

	<보기>
ㄱ. 지레 ㄴ. 고정 도르래 ㄷ. 빗면 ㄹ. 움직도르래

① ㄱ	② ㄱ, ㄷ

③ ㄴ, ㄹ	④ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

⑤ 없다

1  일과 에너지에 대한 설명으로 옳은 것은?

Ⅵ. 일과 에너지 전환

2. 역학적 에너지 전환과 보존

中

수준별 문제

반┃  이름┃

① 에너지의 단위와 일률의 단위는 같다.

② 에너지는 물질이며, 질량과 부피를 가진다.

③ 일은 에너지로 전환될 수 있지만, 에너지는 일로 전환될 수 없다.

④ 에너지를 가진 물체가 일을 하면 물체의 에너지는 일을 한 만큼 감소한다.

⑤ 운동 에너지를 가진 물체는 다른 물체에 일을 할 수 있으나, 위치 에너지를 가진 물체는 다른 물체에 일을 할 수 없다.

2  그림과 같이 [eqn: rm2``` m/s]의 속력으로 운동하던 질량 [eqn: rm2``` kg]인 수레를 수평면에 정지해 있던 나무 도막에 충돌시켰더니 수레가 나무 도막을 [eqn: rm5``` cm] 밀고 간 후 정지하였다.

질량이 같은 수레를 같은 나무 도막에 충돌시켜 나무 도막을 [eqn: rm20``` cm] 이동시키려고 한다면, 수레의 속력을 얼마로 해야 하는가? (단, 수레와 지면 사이에 작용하는 마찰은 무시한다.)

① [eqn: 1 over 2] m/s	② 1 m/s	③ 2 m/s

④ 4 m/s	⑤ 8 m/s

3  어떤 자동차가 [eqn: rm32``` km/h]의 속력으로 운동하다가 브레이크를 밟았더니 정지할 때까지 이동한 거리가 [eqn: rm12``` m]이었다. 이 자동차가 [eqn: rm64``` km/h], [eqn: rm96``` km/h]의 속력으로 달리다가 브레이크를 밟으면 몇 [eqn: rmm] 이동한 후 정지하는지 옳게 짝 지은 것은?

64 km/h  96 km/h	64 km/h  96 km/h

①  12 m      12 m	②  24 m      36 m

③  24 m      108 m	④  48 m      36 m

⑤  48 m      108 m

4  연수는 그림과 같이 장치하고 동일한 추를 낙하시켰을 때 못이 파라핀에 박히는 깊이를 측정하는 실험을 하였다.

이 실험 결과를 통해 얻을 수 있는 그래프로 가장 옳은 것은? (단, 공기 저항은 무시한다.)

5  그림과 같이 질량 [eqn: rm2``` kg]인 물체를 비스듬히 던져 올렸다.

[eqn: rmB]점에서의 역학적 에너지가 [eqn: rm200``` J]이라고 할 때, 물체의 에너지에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 공기 저항과 마찰 및 물체의 크기는 무시한다.)

① A점과 E점에서 운동 에너지는 최대이다.

② B점에서 C점으로 운동할 때 운동 에너지가 위치에너지로 전환된다.

③ C점에서 위치 에너지가 최대이다.

④ C점에서 위치 에너지는 200 J이다.

⑤ D점에서 역학적 에너지는 200 J이다.

1  여러 가지 에너지에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은?

Ⅵ. 일과 에너지 전환

3. 에너지 전환

中

수준별 문제

반┃  이름┃

	<보기>
ㄱ. 운동 에너지와 위치 에너지의 합을 역학적 에너지라고 한다. ㄴ. 화학 에너지는 화석 연료나 음식물 속에 저장되어 있다. ㄷ. 빛에너지는 식물의 광합성이나 태양 전지에 이용된다. ㄹ. 핵에너지는 다른 에너지로의 전환이 쉽고 수송이 편리하다.

① ㄱ, ㄴ	② ㄱ, ㄷ	③ ㄱ, ㄴ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ, ㄹ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

2  그림은 수력 발전소에서 발전을 하여 송전선을 따라 에너지를 공급하는 모습을 나타낸 것이다.

수력 발전소에서 일어나는 에너지 전환 과정을 옳게 설명한 것은?

① 화학 에너지 → 운동 에너지 → 전기 에너지

② 화학 에너지 → 위치 에너지 → 전기 에너지

③ 운동 에너지 → 위치 에너지 → 전기 에너지

④ 위치 에너지 → 화학 에너지 → 전기 에너지

⑤ 위치 에너지 → 운동 에너지 → 전기 에너지

3  빗방울은 높은 곳에서 떨어지지만 속력이 그다지 빠르지 않다. 그 이유를 옳게 설명한 것은?

① 열에너지가 운동 에너지로 전환되므로

② 운동 에너지가 위치 에너지로 전환되므로

③ 위치 에너지가 운동 에너지로 전환되므로

④ 공기 저항으로 운동 에너지가 모두 위치 에너지로 전환되지 못하므로

⑤ 공기 저항으로 위치 에너지가 모두 운동 에너지로 전환되지 못하므로

4  그림과 같이 그네를 높이 들었다 놓으면 앞뒤로 왕복 운동을 하다 결국 정지하게 된다.

그네를 탄 사람의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르면? (정답 [eqn: 2]개)

① 운동 에너지는 계속 증가한다.

② 역학적 에너지는 점점 증가한다.

③ 공기 저항 때문에 마찰이 발생한다.

④ 역학적 에너지가 열에너지로 전환된다.

⑤ 운동 에너지가 모두 위치 에너지로 전환된다.

5  그림과 같이 반원형 그릇 안의 [eqn: rmA]점에 질량 [eqn: rm4``` kg]인 쇠 구슬을 가만히 놓았더니 그릇의 안쪽에서 몇 번 왕복 운동을 한 다음 B점에서 정지하였다.

[eqn: rmA]점과 [eqn: rmB]점 사이의 수직 높이가 [eqn: rm50``` cm]라면, 쇠 구슬이 정지할 때까지 마찰에 의해 발생한 열에너지는?

① 0 J	② 9.8 J	③ 19.6 J

④ 98 J	⑤ 196 J

6  에너지 보존 법칙에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 에너지의 형태와 양은 항상 변한다.

② 에너지의 양은 변해도 형태는 항상 일정하다.

③ 에너지의 형태는 변해도 총량은 항상 일정하다.

④ 에너지의 형태와 양은 변하지 않고 항상 일정하다.

⑤ 위치 에너지와 운동 에너지의 합은 항상 일정하다.

1  그림과 같이 물체에 [eqn: rm5``` N]의 힘을 비스듬한 방향으로 작용하였더니 물체가 수평면을 따라 [eqn: rm5``` m] 이동하였다.

Ⅵ. 일과 에너지 전환

1. 일과 일의 원리

上

수준별 문제

반┃  이름┃

이때 [eqn: rm5``` N]의 힘 중 수평 방향으로 작용하는 힘이 [eqn: rm4``` N], 수직 방향으로 작용하는 힘이 [eqn: rm3``` N]이라면 물체에 작용한 힘이 한 일의 양은?

① 0 J	② 15 J	③ 20 J

④ 25 J	⑤ 60 J

2  그림과 같은 대저울을 사용하여 약재의 무게를 측정하려고 한다.

추의 무게가 [eqn: rm10``` N]이라면 약재의 무게는? (단, 접시 및 대저울의 무게는 무시한다.)

① 10 N	② 15 N	③ 30 N

④ 45 N	⑤ 90 N

3  병따개는 지레의 원리를 이용한 도구로 받침점, 작용점, 힘점의 위치가 오른쪽 그림과 같다. 받침점, 작용점, 힘점의 위치가 병따개와 같은 도구는?

4  그림과 같이 무게 [eqn: rm200``` N]인 물체를 마찰이 없는 빗면을 이용하여 [eqn: rm50``` N]의 힘으로 [eqn: rm2``` m] 높이까지 끌어 올리려고 한다.

빗면의 최소 길이는 몇 [eqn: rmm] 이상이어야 하는가? (단, 마찰과 물체의 크기는 무시한다.)

① 2 m 이상	② 4 m 이상	③ 6 m 이상

④ 8 m 이상	⑤ 10 m 이상

5  그림과 같이 전동기를 이용하여 길이가 [eqn: rm5``` m]인 빗면을 따라 질량 [eqn: rm50``` kg]인 물체를 일정한 속력으로 [eqn: rm3``` m] 높이만큼 끌어올리는 데 [eqn: 10]초가 걸렸다.

이 전동기의 일률은? (단, 줄의 무게와 마찰 및 물체의 크기는 무시한다.)

① 147 W	② 196 W	③ 245 W

④ 1470 W	⑤ 2450 W

6  오른쪽 그림과 같이 무게 [eqn: rm2``` N]인 도르래를 사용하여 무게 [eqn: rm20``` N]인 물체를 [eqn: rm2``` m] 들어 올렸다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 줄의 무게와 마찰은 무시한다.)

① 사람이 줄을 당긴 거리는 4 m이다.

② 사람이 도르래에 한 일은 44 J이다.

③ 움직도르래가 올라간 높이는 2 m이다.

④ 줄을 당기는 데 필요한 힘은 11 N이다.

⑤ 사람이 도르래에 한 일과 도르래가 물체에 한 일은 같다.

1  그림과 같이 바닥에 놓인 동일한 두 용수철에 질량이 [eqn: rm1``` kg]으로 같은 쇠 구슬 [eqn: rmA], [eqn: rmB]를 충돌시켰다.

Ⅵ. 일과 에너지 전환

2. 역학적 에너지 전환과 보존

上

수준별 문제

반┃  이름┃

용수철과 충돌할 때 속력이 [eqn: rmA]는 [eqn: rm10``` m/s], [eqn: rmB]는 [eqn: 40] [eqn: rmm/s]이고, [eqn: rmA]와 충돌한 용수철이 압축된 길이가 [eqn: rm10``` cm]라면 [eqn: rmB]와 충돌한 용수철이 압축된 길이는? (단, 모든 마찰은 무시한다.)

① 2.5 cm	② 5 cm	③ 10 cm

④ 20 cm	⑤ 40 cm

2  그림 ㈎와 같이 질량 [eqn: rm5``` kg]인 추를 낙하시켜 말뚝을 박았을 때, 말뚝이 박힌 깊이와 추의 낙하 거리의 관계가 그래프 ㈏와 같았다.

㈎                           ㈏

말뚝과 지면 사이의 마찰력은?

① 19.6 N	② 98 N	③ 196 N

④ 980 N	⑤ 1960 N

3  오른쪽 그림과 같이 질량 [eqn: rm2``` kg]인 물체를 가만히 떨어뜨렸더니 [eqn: rmA]점과 [eqn: rmB]점 사이에서 증가한 운동 에너지가 [eqn: 19.6] [eqn: rmJ]이었다. [eqn: rmA]점과 [eqn: rmB]점의 높이 차는?

① 0.5 m	② 1 m

③ 2 m	④ 4 m

⑤ 5 m

4  그림 ㈎~㈐는 같은 높이에 정지해 있던 질량이 같은 세 물체가 서로 다른 경로를 따라 운동하는 모습을 나타낸 것이다.

㈎             ㈏              ㈐

물체가 지면에 도달하는 순간 물체의 운동 에너지의 크기를 옳게 비교한 것은? (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

① ㈎＝㈏＝㈐	② ㈎>㈏>㈐

③ ㈎<㈏<㈐	④ ㈎＝㈐>㈏

⑤ ㈎＝㈐<㈏

5  질량 [eqn: rm2``` kg]인 물체를 연직 위로 던져 올렸을 때 지면으로부터 높이 [eqn: rm2``` m]와 [eqn: rm4``` m]인 지점에서 물체의 운동 에너지와 위치 에너지가 표와 같았다.

이 물체의 운동 에너지와 위치 에너지가 같은 지점의 지면으로부터의 높이는? (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

① 2.5 m	② 3 m	③ 3.5 m

④ 5 m	⑤ 5.5 m

6  오른쪽 그림과 같이 무게 [eqn: rm600``` N]인 사람이 늘어나지 않은 상태에서 길이가 [eqn: rm25``` m]인 줄에 매달려 번지 점프대에서 뛰어내렸다. 줄이 원래 길이보다 [eqn: rm15``` m] 더 늘어난 상태까지 사람이 내려갔다면 이때까지 감소한 중력에 의한 위치 에너지는? (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

① 1500 J	② 2400 J	③ 9000 J

④ 15000 J	⑤ 24000 J

1  에너지와 그것을 이용하는 장치를 짝 지은 것으로 옳지 않은 것은?

Ⅵ. 일과 에너지 전환

3. 에너지 전환

上

수준별 문제

반┃  이름┃

① 전기 에너지–전구

② 화학 에너지–자동차

③ 위치 에너지–화력 발전

④ 열에너지–지열 발전

⑤ 운동 에너지–풍력 발전

2  다음 ㈎~㈐의 경우에 증가한 에너지의 종류를 옳게 짝 지은 것은?

㈎ 바닥에 있는 지우개를 선반 위로 들어 올렸다.

㈏ 정지해 있던 자동차가 수평면을 달리기 시작하였다.

㈐ 주전자 속의 물을 끓였더니 물이 뜨거워졌다.

㈎	㈏           ㈐

① 위치 에너지	위치 에너지	열에너지

② 위치 에너지	운동 에너지	열에너지

③ 위치 에너지	화학 에너지	화학 에너지

④ 운동 에너지	운동 에너지	열에너지

⑤ 운동 에너지	운동 에너지	화학 에너지

3  오른쪽 그림은 구슬이 떨어지면서 원통을 영원히 돌릴 수 있을 것이라고 생각하고 제작한 영구 기관이다. 이러한 영구 기관을 만들 수 없는 이유로 옳은 것은?

① 구슬의 질량이 점점 감소하므로

② 원통의 질량이 점점 감소하므로

③ 구슬에 작용하는 중력의 크기가 변하므로

④ 구슬과 원통의 마찰로 인해 역학적 에너지가 감소하므로

⑤ 구슬과 원통의 마찰로 인해 역학적 에너지가 새로 생성되므로

4  그림과 같이 높이 [eqn: rm2``` m]인 곳에 있던 질량 [eqn: rm2``` kg]인 구슬이 빗면을 굴러 내려와서 수평면에 놓여 있는 나무 도막을 [eqn: rm15``` N]의 일정한 힘으로 밀고간 후 정지하였다.

이 과정에서 마찰로 인해 구슬에 발생한 열에너지가 [eqn: rm9.2``` J]이라면 구슬이 나무 도막을 밀고간 거리 [eqn: s]는?

① 0.5 m	② 1 m	③ 1.5 m

④ 2 m	⑤ 2.5 m

5  어떤 형태의 에너지 [eqn: rmA]가 다른 형태의 에너지 [eqn: rmB]와 [eqn: rmC]로 전환되었다. 이 에너지들의 크기를 옳게 비교한 것은?

① A＝B＝C	② A＝B＋C

③ A>B＝C	④ A<B＝C

⑤ A>B＋C

6  에너지에는 한 번 쓰면 없어지는 고갈성 에너지와 사용해도 없어지지 않는 재생성(자연적으로 재생되는) 에너지가 있다. 보기의 에너지 자원들을 고갈성 에너지와 재생성 에너지로 옳게 구분한 것은?

	<보기>
ㄱ. 석탄 ㄴ. 지열 ㄷ. 풍력 ㄹ. 석유 ㅁ. 천연가스 ㅂ. 조력

고갈성 에너지	재생성 에너지

①   ㄱ, ㄹ	ㄴ, ㄷ, ㅁ, ㅂ

②   ㄱ, ㄴ, ㅁ	ㄷ, ㄹ, ㅂ

③   ㄱ, ㄷ, ㄹ	ㄴ, ㅁ, ㅂ

④   ㄱ, ㄹ, ㅁ	ㄴ, ㄷ, ㅂ

⑤ ㄴ, ㄹ, ㅁ, ㅂ	ㄱ, ㄷ

Ⅵ. 일과 에너지 전환

반┃  이름┃

대단원 평가 문제

1  인욱이는 마트에서 질량 [eqn: rm10``` kg]인 쌀을 들고 수평면을 따라 [eqn: rm10``` m]를 걸어갔고, 연수는 질량 [eqn: rm10``` kg]인 쌀을 카트에 싣고 [eqn: rm20``` N]의 힘으로 카트를 [eqn: rm10``` m] 밀고 갔다. 인욱이와 연수가 한 일의 양을 옳게 짝 지은 것은?

인욱	연수

①   0 J	0 J

②   0 J	200 J

③   200 J	200 J

④   980 J	0 J

⑤   980 J	200 J

2  우현이는 그림과 같이 무게 [eqn: rm100``` N]인 생수통 [eqn: 1]개를 어깨에 메고 높이가 [eqn: rm6``` m]인 [eqn: 3] 층 교실로 올라갔다.

우현이가 생수통 [eqn: 5]개를 옮겼다면 한 일의 양은?

① 0 J	② 100 J	③ 500 J

④ 600 J	⑤ 3000 J

3  그림 ㈎, ㈏와 같이 철민이가 같은 높이의 계단을 걸어서 올라갈 때와 뛰어서 올라갈 때의 일률에 대한 설명으로 옳은 것은?

㈎ 걸어서 올라갈 때            ㈏ 뛰어서 올라갈 때

① 한 일의 양이 많은 ㈎의 일률이 크다.

② 한 일의 양이 많은 ㈏의 일률이 크다.

③ 시간이 적게 걸린 ㈎의 일률이 크다.

④ 시간이 적게 걸린 ㈏의 일률이 크다.

⑤ 시간이 적게 걸린 만큼 한 일의 양이 많아지므로 ㈎와 ㈏의 일률은 같다.

4  오른쪽 그림과 같이 사람을 태워 전체 무게가 [eqn: rm4000``` N]인 엘리베이터가 일정한 속력으로 [eqn: rm30``` m]를 올라갈 때 [eqn: 5]초가 걸렸다. 이 엘리베이터가 한 일의 양과 일률을 옳게 짝 지은 것은?

한 일의 양     일률

①   4000 J	150 W

②   4000 J	2400 W

③  120000 J	24000 W

④  120000 J	120000 W

⑤  120000 J     600000 W

5  그림과 같은 지레를 천천히 [eqn: rm60``` cm] 눌렀더니 물체가 [eqn: rm20``` cm] 올라갔다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은? (단, 지레의 무게와 마찰은 무시한다.)

	<보기>
ㄱ. [eqn: a：b=1：3]이다. ㄴ. 물체의 무게가 30 N이라면 지레를 누르는 힘은 90 N이다. ㄷ. 사람이 지레에 한 일의 양과 지레가 물체에 한 일의 양은 같다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄷ

④ ㄱ, ㄴ	⑤ ㄱ, ㄷ

6  오른쪽 그림과 같이 어떤 사람이 고정된 의자에 앉아서 도르래에 연결된 줄을 잡고 있다. 사람과 의자의 총 무게가 [eqn: rm500``` N]일 때 사람이 일정한 속력으로 움직이기 위해 줄을 잡아당기는 힘의 크기는? (단, 줄의 무게와 마찰은 무시한다.)

① 0 N	② 125 N

③ 250 N	④ 500 N

⑤ 1000 N

7  그림 ㈎는 정약용이 고안한 거중기이며, 이 거중기에는 그림 ㈏와 같이 아래위로 각각 [eqn: 4]개의 움직도르래와 고정 도르래가 연결되어 있다.

㈎                     ㈏

이 거중기를 이용하여 무게 [eqn: rm480``` N]인 물체를 일정한 속력으로 들어 올리려고 할 때, 필요한 힘의 크기는? (단, 도르래와 줄의 무게 및 마찰은 무시한다.)

① 40 N	② 60 N	③ 80 N

④ 120 N	⑤ 240 N

8  바닥에 놓인 무게 [eqn: rm10``` N]인 물체를 여러 도구를 이용하여 그림과 같이 들어 올렸다. 일을 가장 적게 한 경우는? (단, 도구의 무게와 마찰은 무시한다.)

9  마찰이 없는 수평면 위에 정지해 있는 질량 [eqn: rm7``` kg]인 물체에 [eqn: rm15``` N]의 힘을 작용하여 물체를 수평 방향으로 [eqn: rm6``` m] 이동시켰다. 이 물체의 에너지는 얼마나 증가하였는가?

① 35 J	② 68.6 J	③ 90 J

④ 411.6 J	⑤ 1029 J

10 그림은 두 수레 [eqn: rmA], [eqn: rmB]의 운동 에너지와 속력의 관계를 나타낸 것이다.

두 수레 [eqn: rmA], [eqn: rmB]의 질량의 비([eqn: rmA : B])는?

① 1：1	② 1：2	③ 1：4

④ 2：1	⑤ 4：1

11 그림과 같이 운동하는 수레를 수평면에 정지해 있던 나무 도막에 충돌시켰더니 나무 도막을 [eqn: rm5``` cm] 이동시킨 후 정지하였다.

이 수레가 나무 도막을 [eqn: rm20``` cm] 이동시키는 경우를 모두 고르면? (단, 수레와 바닥 사이의 마찰은 무시한다.) (정답 [eqn: 2]개)

① 수레의 질량만 2배로 하는 경우

② 수레의 속력만 2배로 하는 경우

③ 수레의 속력만 4배로 하는 경우

④ 수레의 질량을 2배, 수레의 속력을 2배로 하는 경우

⑤ 수레의 질량을 [eqn: 1over4]배, 수레의 속력을 4배로 하는 경우

12 오른쪽 그림과 같이 위쪽으로 힘을 작용하여 공을 높이 [eqn: h]만큼 들어 올리는 일을 하였다. 공의 처음 속력과 나중 속력을 다음과 같이 변화시켰을 때 한 일의 양이 가장 큰 경우는?

(단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

처음 속력 나중 속력	처음 속력 나중 속력

①     0       1 m/s	②    0       2 m/s

③     0       3 m/s	④    1 m/s   3 m/s

⑤   2 m/s     2 m/s

13 그림과 같이 질량이 다른 추가 각각 다른 높이에 놓여 있다.

지면을 기준면으로 할 때 위치 에너지가 가장 큰 추는?

① A	② B	③ C

④ D	⑤ E

14 오른쪽 그림과 같이 추를 낙하시켜 나무 도막에 충돌시킨 후 나무 도막의 이동 거리를 측정하였다. 추의 높이와 추의 질량을 다음 표와 같이 변화시키면서 나무 도막의 이동 거리를 측정했을 때, 나무 도막의 이동 거리가 같은 경우를 옳게 짝 지은 것은? (단, 높이의 기준면은 나무 도막의 윗면이다.)

① A, B	② A, C	③ B, D

④ B, E	⑤ C, D

15 그림과 같이 용수철에 연결된 질량 [eqn: rm2``` kg]인 공을 당겼다가 놓았더니 공이 처음 위치를 지날 때의 속력이 [eqn: rm1``` m/s]이었다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 모든 마찰은 무시한다.)

① 공이 처음 위치를 지날 때 운동 에너지는 1 J이다.

② 공이 처음 위치를 지날 때 역학적 에너지는 1 J이다.

③ 공이 처음 위치를 지날 때 탄성력에 의한 위치 에너지는 0이다.

④ 용수철에 연결된 공을 당겼을 때 용수철에 저장된 역학적 에너지는 0이다.

⑤ 용수철에 연결된 공을 당겼을 때 용수철에 저장된 탄성력에 의한 위치 에너지는 1 J이다.

16 운동 에너지가 위치 에너지로 전환되는 경우는?

① 전동기가 회전할 때

② 빗면에서 물체가 내려올 때

③ 스키를 타고 경사면을 내려올 때

④ 자전거를 타고 언덕길을 내려올 때

⑤ 비스듬히 던져 올린 공이 위로 올라갈 때

17 그림은 [eqn: rmA]점에 가만히 정지해 있다가 출발한 모형 롤러코스터의 운동을 나타낸 것이다.

롤러코스터의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은? (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

	<보기>
ㄱ. A점과 E점에서 위치 에너지가 최대이다. ㄴ. A점에서 E점으로 갈수록 역학적 에너지는 점점 감소한다. ㄷ. 운동 에너지가 최대인 지점은 B이다. ㄹ. C점과 D점의 운동 에너지의 비는 5：2이다.

① ㄱ, ㄷ	② ㄱ, ㄹ	③ ㄴ, ㄷ

④ ㄱ, ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄷ, ㄹ

18 질량 [eqn: rm2``` kg]인 물체를 [eqn: rm2.5``` m] 높이에서 가만히 떨어뜨렸다. 이 물체가 지면에 도달하는 순간의 속력은? (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

① 2 m/s	② 4 m/s	③ 5 m/s

④ 7 m/s	⑤ 14 m/s

19 오른쪽 그림은 가만히 놓은 어떤 물체가 아래로 떨어질 때 역학적 에너지 전환 관계를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

① ㉠은 역학적 에너지를 의미한다.

② A점에서 운동 에너지는 ㉠과 같다.

③ ㉡은 B점에서의 위치 에너지이다.

④ ㉢은 B점에서의 운동 에너지이다.

⑤ ㉡과 ㉢을 합하면 ㉠과 같다.

20 오른쪽 그림은 [eqn: rmA]점에서 가만히 놓은 물체가 낙하하기 시작하여 [eqn: rmB]점을 지나는 순간을 나타낸 것이다. [eqn: rmA]점에서의 위치 에너지와 같은 크기를 가지는 것은? (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

① A점에서의 운동 에너지

② B점에서의 위치 에너지

③ B점에서의 운동 에너지

④ B점에서의 역학적 에너지

⑤ 지면에 도달하는 순간의 위치 에너지

21 그림과 같이 추를 [eqn: rmO]점으로부터 [eqn: rm10``` cm] 높이만큼 들어 올린 후 가만히 놓았더니 [eqn: rmO]점을 지날 때 추의 속력이 [eqn: rm3``` m/s]이었다.

추가 [eqn: rmO]점을 지날 때의 속력을 [eqn: rm6``` m/s]가 되게 하려면 추를 [eqn: rmO]점으로부터 몇 [eqn: rmcm] 높이만큼 들어 올려야 하는가? (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

① 2.5 cm	② 5 cm	③ 10 cm

④ 20 cm	⑤ 40 cm

22 우리 생활에서 전기 에너지를 소리 에너지로 전환시켜 사용하는 기구들끼리 옳게 짝 지은 것은?

① 전동기, 선풍기

② 오디오, 라디오

③ 형광등, 전기스탠드

④ 토스터기, 헤어드라이어

⑤ 수력 발전소, 원자력 발전소

23 [eqn: rm200``` J]의 위치 에너지를 가진 물체를 가만히 떨어뜨렸더니 지면에 도달하는 순간의 운동 에너지가 [eqn: rm180``` J]이었다. 이 물체의 운동에 대한 설명으로 옳지 않은 것을 모두 고르면? (정답 [eqn: 2]개)

① 낙하하는 도중 역학적 에너지는 보존된다.

② 낙하하는 동안 발생한 열에너지는 20 J이다.

③ 공기 저항이나 마찰이 작용하지 않을 때의 운동이다.

④ 낙하하면서 위치 에너지가 운동 에너지와 열에너지로 전환되었다.

⑤ 역학적 에너지는 보존되지 않지만 열에너지를 포함한 전체 에너지는 보존된다.

24 일률이 [eqn: rm100``` W]인 전동기를 이용하여 [eqn: 5]초 동안 [eqn: rm400``` J]의 물체를 들어 올리는 일을 하였다. 이때 전동기의 소음으로 [eqn: rm70``` J]의 소리 에너지가 발생하였다면 전동기 내에서 마찰로 인해 발생한 열에너지는? (단, 주어진 에너지 외에 다른 에너지로의 전환은 없다고 가정한다.)

① 30 J	② 70 J	③ 100 J

④ 200 J	⑤ 250 J

25 산소와 수소의 반응을 이용하는 신·재생 에너지는?

① 천연가스	② 연료 전지

③ 태양광 에너지	④ 태양열 에너지

⑤ 폐기물 에너지

• 과학에서의 일

Ⅵ. 일과 에너지 전환

반┃  이름┃

서술형 문제

1  다음에 주어진 단어를 모두 사용하여 과학에서의 일을 설명하시오.

물체, 힘, 이동, 작용, 방향

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• 일이 0인 경우

2  그림 ㈎는 마찰이 없는 얼음판 위에서 일정한 속력으로 썰매가 이동하는 경우이고, 그림 ㈏는 가방을 들고 수평 방향으로 걸어가는 경우이다.

㈎                        ㈏

두 경우 모두 과학에서 한 일의 양은 0이라고 한다. 그 이유를 각각 설명하시오.

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_________________________________________________

• 일률

3  그림 ㈎는 사람이 직접 삽을 이용해 땅을 파는 경우이고, 그림 ㈏는 굴착기를 이용해 땅을 파는 경우이다.

㈎                     ㈏

같은 양의 흙을 퍼 올리는 일을 할 때 일률이 큰 쪽을 고르고, 그 이유를 설명하시오.

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• 우리 몸의 지레

4  그림과 같이 사람의 목, 발, 팔은 각각 지레의 원리에 의해 작동한다.

예시

예시처럼  주위에 힘점을 —→, 받침점을 □로 각각 표시하시오.

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• 지레의 이용

5  오른쪽 그림과 같은 병따개를 사용하면 작은 힘으로도 병뚜껑을 딸 수 있다. 그 이유를 지레의 3요소와 관련지어 설명하시오.

_________________________________________________

_________________________________________________

• 빗면의 이용

6  그림과 같은 빗면을 이용하여 물체를 끌어 올리고 있다.

빗면의 기울기를 더 작게 하여 물체를 같은 높이만큼 끌어올릴 때, 물체를 끌어 올리는 힘, 물체의 이동 거리, 물체에 한 일의 양은 어떻게 변하는지 설명하시오. (단, 모든 마찰은 무시한다.)

_________________________________________________

_________________________________________________

• 도르래의 이용

7  고정 도르래와 움직도르래를 이용할 때 이로운 점을 각각 설명하시오.

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_________________________________________________

• 운동 에너지

8  물체의 운동 에너지를 [eqn: 4]배 증가시킬 수 있는 방법 두 가지를 설명하시오. (단, 정수배로 증가시킨다.)

_________________________________________________

_________________________________________________

• 운동 에너지

9  그림과 같이 같은 속력으로 달리던 트럭과 자동차가 동시에 브레이크를 밟으면 트럭이 자동차보다 더 먼 거리를 이동한 후 정지한다.

트럭이 더 먼 거리를 이동한 후 정지하는 이유를 다음 단어를 모두 사용하여 설명하시오. (단, 트럭과 자동차에 작용하는 마찰력의 크기는 같다.)

운동 에너지, 제동 거리

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_________________________________________________

• 위치 에너지

10 그림은 위치 에너지를 측정하기 위한 실험 장치이다.

실을 잘라 추를 낙하시켰을 때의 결과를 통해서 알 수 있는 것은 무엇인지 설명하고, 그 관계를 그래프로 나타내시오.

___________________________

___________________________

___________________________

• 역학적 에너지 전환

11 그림과 같이 장대높이뛰기 선수는 역학적 에너지 전환을 이용하여 높은 바를 뛰어 넘는다.

⑴ 장대높이뛰기 선수가 위로 올라가는 동안 선수의 운동 에너지, 위치 에너지, 역학적 에너지는 각각 어떻게 변하는지 설명하시오. (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

_________________________________________________

_________________________________________________

⑵ 장대높이뛰기 선수가 더 높은 바를 뛰어 넘기 위해서는 어떻게 해야 할지 역학적 에너지 전환을 이용해 설명하시오.

_________________________________________________

_________________________________________________

• 역학적 에너지 전환

12 오른쪽 그림과 같이 절벽에서 두 사람이 같은 질량의 공 [eqn: rmA], [eqn: rmB]를 같은 속력으로 서로 다른 방향으로 던졌다. 두 공이 지면에 도달하는 순간의 속력을 비교하고, 그 이유를 설명하시오. (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.)

_________________________________________________

_________________________________________________

• 에너지 전환

13 오른쪽 그림과 같은 자동차에서 일어나는 에너지 전환을 각각 설명하시오.

⑴ 스피커 _______________________________________

⑵ 전조등 _______________________________________

⑶ 엔진 _________________________________________

교사용 지도 자료 정답과 해설               Ⅵ. 일과 에너지 전환

1. 일과 일의 원리

1 힘, 힘  2 이동 거리, 수직  3 ⑴ 마찰력 ⑵ 물체의 무게  4 걸린 시간  5 비례, 반비례  6 힘점, 받침점, 작용점  7 작용점, 힘점  8 길이  9 ⑴ 1, 1 ⑵ [eqn: 1over2], 2 10 같다

개념 문제

1 ❶ 한 일의 양 ❷ 한 일의 양  2 ⑴ ❶ 힘점 ❷ P 받침점 ❸ 작용점 ⑵ ❶ 받침점 ❷ 작용점 ❸ 힘점  3 ⑴ ❶ [eqn: w] ❷ [eqn: h] ⑵ ❶ [eqn: 1over2 w] ❷ [eqn: 2h]  4 ⑴ 빗면 ⑵ 빗면 ⑶ 도르래

그림 문제

2. 역학적 에너지 전환과 보존

1 일  2 감소, 증가  3 150 J  4 32 J  5 비례, 속력의 제곱 6 중력, 탄성력 7 98 J  8 비례, 비례  9 역학적  10 운동, 위치  11 70 J  12 150 J

개념 문제

1 ❶ 질량 ❷ 속력  2 ❶ 마찰력 ❷ 이동 거리  3 ❶ 감소 ❷ 증가 ❸ 증가 ❹ 감소  4 ❶ 위치 ❷ 역학적 ❸ 운동

그림 문제

3. 에너지 전환

1 ⑴ 역학적 ⑵ 열 ⑶ 빛 ⑷ 화학 ⑸ 위치 ⑹ 화학 ⑺ 핵  2 역학적 에너지 보존  3 30 J  4 열에너지  5 에너지 보존   6 ⑴ 수소 에너지 ⑵ 폐기물 에너지 ⑶ 바이오 에너지 ⑷ 태양광 에너지

개념 문제

1 ❶ 소리 ❷ 빛 ❸ 화학 ❹ 운동 ❺ 열  2 ❶ 운동 ❷ 열  3 100 MJ  4 ⑴ 조력 발전 ⑵ 지열 발전 ⑶ 태양열 발전 ⑷ 풍력 발전

그림 문제

1. 일과 일의 원리

1 ①  2 ③  3 ⑤  4 ④  5 ①  6 ⑤

2  질량이 같은 의자를 같은 높이만큼 옮겼으므로 연수와 은서가 한 일의 양은 같다. 한 일의 양이 같을 때 일률은 걸린 시간에 반비례하므로 연수의 일률이 더 크다.

3  지레를 이용해도 일의 원리에 의해 한 일의 양은 같다.

4  물체를 끌어 올리는 힘의 크기는 ㈎>㈏>㈐ 순이지만 한 일의 양은 모두 같다.

5  ㈎에서 사용한 고정 도르래는 물체의 무게와 같은 크기의 힘이 필요하므로 [eqn: w times 2```m＝60``` rmJ]에서 [eqn: w=30rm```N]이다. 이 물체를 ㈏와 같은 움직도르래를 이용하여 들어 올리면 물체 무게의 [eqn: 1 over2]배인 [eqn: 15```rmN]의 힘이 필요하다.

6  어떤 도구를 사용하여도 일의 이득은 볼 수 없다.

2. 역학적 에너지 전환과 보존

1 ④  2 ④  3 ⑤  4 ①  5 ④

2  나무 도막의 이동 거리는 수레의 운동 에너지에 비례한다. 따라서 이동 거리가 20 cm로 4배가 되게 하려면 운동 에너지가 4배가 되어야 한다. 이때 질량은 일정하므로 수레의 속력은 2배인 4 m/s가 되어야 한다.

3  제동 거리는 운동 에너지에 비례한다. 따라서 속력이 2배, 4배가 되면 제동 거리는 4배, 9배가 된다.

4  추의 질량이 일정할 때 위치 에너지와 높이의 관계를 알아보기 위한 실험으로 위치 에너지는 높이에 비례한다.

5  C점에서 물체의 속력은 0이 아니므로 운동 에너지도 0이 아니다. 따라서 위치 에너지는 [eqn: rm200``` J]보다 작다.

3. 에너지 전환

1 ③  2 ⑤  3 ⑤  4 ③, ④  5 ③  6 ③

2  댐의 높은 곳에 있는 물의 위치 에너지가 터빈을 돌리는 운동 에너지로 전환된 후 전기 에너지가 생산된다.

4  공기 저항 때문에 마찰이 발생하여 역학적 에너지가 열에너지로 전환되므로 결국 멈추게 된다.

5  발생한 열에너지＝감소한 위치 에너지

[eqn: rm=(9.8 times 4)N times 0.5~m=19.6~J]

6  에너지는 여러 형태로 전환될 수 있지만 그 양은 증가하거나 감소하지 않고 항상 일정하다.

1. 일과 일의 원리

1 ③  2 ③  3 ③  4 ④  5 ①  6 ⑤

1  물체가 수평면을 따라 이동하였으므로 [eqn: rm4```N]의 힘이 물체에 일을 한 것이다. 따라서 한 일의 양은[eqn: rm 4``N times 0.5``m=20``J]이다.

2  지레의 원리에 의해 약재의 무게 [eqn: RM TIMES 0.1``m=10``N][eqn: RM TIMES 0.3``m]이므로 약재의 무게＝[eqn: rm30``` N]이다.

3  ①, ④는 받침점이 힘점과 작용점 사이에 있는 지레이고, ②, ⑤는 힘점이 받침점과 작용점 사이에 있는 지레이다.

4  물체를 직접 들어 올릴 때나 빗면을 이용하여 끌어 올릴 때나 한 일의 양은 같다. 빗면의 길이를 [eqn: s]라고 하면 [eqn: 200```{rmN} TIMES 2```{rmm}＝50```{rmN} TIMES s]에서 [eqn: s]는 [eqn: rm8``` m]이상이어야 한다.

5  빗면을 이용하여 한 일은 물체를 들어 올린 일과 같으므로 일률＝[eqn: {한 ~일의~양} OVER {걸린~시간}]＝[eqn: {RM(9.8 TIMES 50)N TIMES 3 m} OVER {10 s}][eqn: RM＝147```W]이다.

6  도르래가 물체에 한 일은 [eqn: RM20```N TIMES 2```m＝40```J]이고, 사람이 도르래에 한 일은 [eqn: RM 11```N TIMES 4```m＝44```J]이다.

2. 역학적 에너지 전환과 보존

1 ⑤  2 ⑤  3 ②  4 ①  5 ④  6 ⑤

1  쇠 구슬의 운동 에너지는 용수철을 압축시키는 일(＝탄성력에 의한 위치 에너지)로 전환된다. B의 운동 에너지가 A의 [eqn: 1 TIMES 4^2 ＝16]배이고 탄성력에 의한 위치 에너지는 용수철이 변형된 길이의 제곱에 비례하므로 B와 충돌한 용수철이 압축된 길이는 A의 4 배가 된다.

2  추의 위치 에너지가 말뚝을 박는 일로 전환되므로 [eqn: (9.8 TIMES 5)``{RMN} TIMES 4``{RM m}＝{F} TIMES 0.1``{RMm}]에서  마찰력 [eqn: F＝1960] [eqn: rm{N}]이다.

3  A점과 B점 사이에서 증가한 운동 에너지는 감소한 위치 에너지와 같으므로 [eqn: RM19.6```J＝(9.8 TIMES 2)N][eqn: TIMES h]에서 [eqn: h＝1```{RMm}]이다.

4  처음에 가진 위치 에너지가 모두 같으므로 역학적 에너지 보존 법칙에 의해 지면에 도달할 때 운동 에너지도 모두 같다.

5  역학적 에너지＝운동 에너지＋위치 에너지＝156.8 [eqn: rmJ＋39.2``` J＝196``` J]이고, 모든 지점에서 역학적 에너지는 일정하다. 따라서 운동 에너지와 위치 에너지가 같은 지점에서 위치 에너지는 [eqn: rm98``` J]이므로 이때의 높이는 [eqn: rm98```J＝(9.8 times 2)N][eqn: timesh]에서 [eqn: h＝5{rmm}]이다.

6  사람의 높이는 처음 위치보다 [eqn: rm25```m＋15```m＝40```m] 더 낮아졌으므로 감소한 중력에 의한 위치 에너지는 [eqn: rm600```N times 40```m＝24000```J]이다.

3. 에너지 전환

1 ③  2 ②  3 ④  4 ④  5 ②  6 ④

2  ㈎에서는 지우개의 높이가 높아졌으므로 위치 에너지가 증가하였고, ㈏에서는 자동차의 속력이 빨라졌으므로 운동 에너지가 증가하였고, ㈐에서는 물의 온도가 높아졌으므로 열에너지가 증가하였다.

4  구슬의 처음 위치 에너지＝나무 도막을 미는 일＋구슬에 발생한 열에너지이므로 [eqn: rm(9.8 times 2)N times 2```m]
[eqn: 15```{rm N} times s＋9.2```rmJ]에서 [eqn: s＝2```{rmm}]이다.

1 ②  2 ⑤  3 ④  4 ③  5 ⑤  6 ③  7 ②  8  ⑤  9 ③  10 ③  11 ②, ⑤  12 ③ 13 ④ 14 ④ 15 ④  16 ⑤  17 ①  18 ④  19 ②  20 ④  21 ⑤  22 ②  23 ①, ③  24 ①  25 ②

4  한 일의 양[eqn: rm=4000```N times 30```m=120000```J]

[eqn: 일률= {한~일의~양} over {걸린~시간} = {rm 120000```J it} over {5```s} =24000``` rm W]

5  물체의 무게가 [eqn: rm30``` N]이라면 지레를 누르는 힘은 [eqn: rm10``` N]이다.

6  사람이 앉은 의자는 2줄에 연결된 것으로 볼 수 있으므로 2줄에 물체의 무게가 반씩 나뉘어 걸린다. 따라서 줄을 [eqn: rm250``` N]의 힘으로 잡아당기면 된다.

7  거중기의 경우 줄 8개가 무게 [eqn: rm480``` N]인 물체를 지탱하고 있으므로 각 줄에 걸리는 힘은 [eqn: rm480``` N][eqn: times 1 over 8 ＝rm60``` N]이다.

따라서 줄을 당기는 데 필요한 힘은 60 N이다.

8  ⑤ 물체가 올라간 수직 높이가 1 m보다 작으므로 한 일이 가장 적다.

9  에너지 증가량[eqn: rm ＝]물체에 해 준 일[eqn: rm＝15``N times6``m＝90``J]

10 속력이 [eqn: rm2``` m/s]일 때 A와 B의 운동 에너지의 비는 4 J：16 J＝1：4이다. 속력이 같을 때 운동 에너지는 질량에 비례하므로 질량의 비는 1：4이다.

12 높이 증가량이 같으므로 위치 에너지 증가량은 모두 같다.

따라서 속력의 차이가 가장 큰 경우 운동 에너지 증가량이 가장 크므로 한 일의 양도 가장 크다.

15 공이 처음 위치를 지날 때는 용수철의 변형된 길이가 0이므로 탄성력에 의한 위치 에너지가 0이고 운동 에너지는 [eqn: rm 1over 2 times 2```kg times (1```m/s)^2 ＝1```J]이다.

이 [eqn: rm1``` J]이 모든 지점에서의 역학적 에너지이다.

17 모든 지점에서 역학적 에너지는 같으며, 위치 에너지가 감소한 만큼 운동 에너지가 증가하므로 C점과 D점에서의 운동 에너지의 비는 5：8이다.

18 [eqn: rm(9.8 times 2)N times 2.5```m＝{1} over 2 times 2```kg][eqn: times v^2]에서
[eqn: v＝7``{rm m/s}]이다.

19 A점에서 위치 에너지는 ㉠과 같고, 운동 에너지는 0이다.

20 A점에서는 물체가 위치 에너지만 가지며, 이 위치 에너지가 모든 지점에서의 역학적 에너지와 같다.

21 A점에서의 위치 에너지가 모두 O점에서 운동 에너지로 전환된다. O점에서 속력이 2배가 되면 운동 에너지는 4배가 되므로 높이는 4배가 되어야 한다.

23 열에너지가 발생하였으므로 공기 저항이나 마찰이 작용한 것이다. 이때 역학적 에너지는 보존되지 않는다.

24 전동기가 5초 동안 하는 일의 양이 [eqn: rm100``` W times5``` s][eqn: rm＝500``` J]이므로 소리 에너지와 열에너지로 손실된 양은 [eqn: rm500``` J－400``` J＝100``` J]이다. 이 중 소리 에너지로 [eqn: rm70``` J]이 손실되었으므로 발생한 열에너지는 [eqn: rm30``` J]이다.

1  모범 답안 | 물체에 힘이 작용하여 힘의 방향으로 물체가 이동한 경우 일을 하였다고 한다.

2  모범 답안 | ㈎는 물체에 작용하는 힘의 크기가 0이므로 과학에서 한 일의 양이 0이고, ㈏는 힘의 방향과 이동 방향이 수직이므로 과학에서 한 일의 양이 0이다.

3  모범 답안 | ㈏, 같은 양의 일을 할 때 걸린 시간이 짧기 때문에

4  모범 답안 |

해설 | 목의 끝 부분, 발바닥의 발끝 부분, 팔의 팔꿈치 부분이 지레의 받침점 역할을 하며, 근육이 힘을 가하는 부분이 힘점이 된다.

5  모범 답안 | 받침점과 작용점 사이의 거리보다 받침점과 힘점 사이의 거리가 길므로 힘의 이득을 볼 수 있다.

6  모범 답안 | 물체를 끌어 올리는 힘은 감소, 물체의 이동 거리는 증가, 물체에 한 일의 양은 변하지 않는다.

7  모범 답안 | 고정 도르래는 힘의 방향을 바꿀 수 있고, 움직도르래는 힘의 이득을 얻을 수 있다.

8  모범 답안 | 물체의 질량을 4배로 한다. 물체의 속력을 2배로 한다.

해설 | 물체의 운동 에너지는 물체의 질량과 속력의 제곱에 각각 비례한다.

9  모범 답안 | 트럭의 질량이 자동차보다 크므로 운동 에너지가 커서 제동 거리가 길어지기 때문이다.

10 모범 답안 | 물체의 질량과 위치 에너지의 관계, 그림 참조

해설 | 물체의 높이는 모두 같고 질량이 다르므로 질량과 위치 에너지의 관계를 알 수 있다.

11 모범 답안 | ⑴ 운동 에너지는 감소, 위치 에너지는 증가, 역학적 에너지는 일정하다.

⑵ 선수가 가진 운동 에너지가 위치 에너지로 전환되므로 더 높은 바를 뛰어 넘기 위해서는 더 빠른 속력으로 달려야 한다.

12 모범 답안 | A, B의 속력은 같다. 역학적 에너지 보존 법칙에 의해 지면에 도달하는 순간의 운동 에너지가 같아 속력도 같기 때문이다.

13 모범 답안 | ⑴ 스피커：전기 에너지 → 소리 에너지

⑵ 전조등：전기 에너지 → 빛에너지

⑶ 엔진：화학 에너지 → 운동 에너지