• 과학에서의 일

Ⅵ. 일과 에너지 전환

반┃  이름┃

서술형 문제

1  다음에 주어진 단어를 모두 사용하여 과학에서의 일을 설명하시오.

물체, 힘, 이동, 작용, 방향

_________________________________________________

_________________________________________________

• 일이 0인 경우

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

㈎                        ㈏

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

_________________________________________________

_________________________________________________

• 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.

_________________________________________________

_________________________________________________

• 우리 몸의 지레

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

예시

예시처럼  주위에 힘점을 —→, 받침점을 □로 각각 표시하시오.

_________________________________________________

_________________________________________________

• 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.

_________________________________________________

_________________________________________________

• 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

_________________________________________________

_________________________________________________

• 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 _________________________________________

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