[과외]고등 과학탐구 모의고사 30문제 13

목차

문제1~30

본문내용

가 되므로 운동 에너지는 운동 방향에는 관계없이 속도의 크기(속력)에만 관계된다. 운동 에너지는 스칼라양이므로 방향과는 무관하고 속도의 크기에만 관계된다.
　 풀이 : 출발 후 까지는 속력이 점점 느려지므로 운동 에너지도 감소한다. 그러나 에서 사이는 반대 방향이지만 속력이 점점 빨라지므로 운동 에너지도 증가한다. 마찬가지 이유로 에서 사이는 운동 에너지가 감소하고 이후는 다시 증가한다. 에서 사이는 속력의 변화가 없으므로 운동 에너지가 일정하다. 이나 근처에는 보다 속력이 더 느리므로 운동 에너지도 더 작다.
　 배경지식 : (1) 벡터양과 스칼라양
스칼라(Scalar)양 : 방향에 관계없이 크기만 생각하는 물리량 예) 거리, 시간, 속력, 일, 에
너지, 열량 …….
벡터(Vector)양 : 크기와 방향을 같이 생각해 주어야 하는 물리량 예) 힘, 속도, 가속도, 운동량…….
벡터양을 더하거나 뺄 때는 스칼라양과는 달리 평행사변형법이나 삼각형법을 써야 한다.
(2) 위 물체의 운동을 가속도―시간의 그래프로
나타내면 오른쪽과 같다.
속도―시간 그래프에서 기울기는 가속도이므로
처음에는 가속도가 이고 그 다음에는 0, 나중에
는 +가 된다.
답 ②
다음의 <그림 1>은 각 풍선에 기체 X, Y, Z를 충전한 상태를 나타낸 것이고, <그림 2>는 이들 기체를 액화하여 얻은 액체를 솜에 묻혀 유리관의 양끝에 끼웠을 때 유리관의 내부에 생긴 연기의 위치를 나타낸 것이다. 이들 기체 중 X와 Y, Y와 Z는 서로 만나면 흰 연기를 생성한다.
29. <그림 1>의 상태로 오래 방치했을 때 예상되는 결과로 적당한 것은 ?
①②③
④⑤
　 출제의도 : 기체의 확산 속도 실험 결과로부터 기체 X, Y, Z간의 확산 속도를 비교하고 그 대소 관계를 풍선의 부피 변화에 응용할 수 있는 능력을 평가한다.
　 풀이 : [그림 2]에서 유리관 안에 생긴 연기의 위치로부터 일정 시간 동안에 기체 분자가 이동한 거리(확산 속도)를 서로 비교하면 X > Y, Y > Z 이므로 이를 종합하면 기체들 간의 확산 속도는 X > Y > Z의 관계가 성립한다. 그런데 기체의 확산 속도는 분자량의 제곱근에 반비례하므로 기체 X, Y, Z의 관계가 성립한다. 따라서, 일정 시간 동안 풍선벽을 통해 달아나는 기체의 부피는 분자량이 작을수록 크다.
고무 풍선에는 미세한 구멍이 뚫려있어서 이를 통해서 기체 분자가 달아나므로 고무 풍선을 가만히 놓아두면 점차 부피가 감소하게 된다. 그런데 기체의 분자량이 크면 확산 속도가 작으므로 분자량이 작은 기체보다 일정 시간 후의 부피가 클 것이다.
①은 기체 X, Y, Z의 부피가 모두 같은 정도로 감소했으므로 분자량이 모두 같은 경우이다. ②는 기체 X의 부피가 가장 작으므로 확산 속도가 커서 기체 X의 분자량이 가장 작고 기체, Y, Z의 분자량은 같은 경우이다. ③은 기체의 분자량이 X>Y>Z순으로 감소한 경우이다.
⑤는 기체의 분자량이 X 　 배경지식 : 1. 일정 온도에서 기체의 확산 속도가 기체 분자의 운동 속도에 비해 상당히 작은 이유는?
기체 분자의 운동은 불규칙하므로 진행하면서 분자들간의 충돌에 의해 진로가 끓임없이 변화한다. 따라서, 기체의 확산 속도가 상당히 느려지는 것이다. 이러한 현상의 예로서 교실 구석에 열어 둔 향수 냄새가 퍼지려면 일정한 시간이 소요되는 것을 들 수 있다. 향수 분자 자체는 운동 속도
가 상당히 크지만 교실에 존재하는 공기 분자와의 층돌로 인해 진행 속도는 그렇게 크지 않다.
2. 기체의 확산과 분출은 어떻게 다릅니까 ?
확산은 한 기체가 다른 기체속으로 퍼져들어가는 현상이며, 분출은 기체가 어떤 용기 속에서 작은 구멍을 통해 밖으로 빠져나오는 현상을 말한다. 일반적으로 같은 조건에서 확산 속도와 분출 속도는 거의 같다.
(기체의 확산 속도, 기체의 밀도, 기체의 분자량)
답 ⑤
질량은 같고 재질이 서로 다른 두 물체 A, B를 수평면 상에서 운동시킬 때 수평 방향으로 물체에 가한 힘과 마찰력의 관계가 다음 그래프와 같았다.
30. 정지 상태의 두 물체, A, B에 수평 방향으로 600N의 힘을 각각 10초 동안 가했을 때 10초 후의 두 물체의 운동 에너지의 비 는 ?
① 1 : 9 ② 1 : 16 ③ 9 : 1
④ 9 : 16 ⑤ 16 : 9
　 출제의도 : 마찰력과 운동 에너지-마찰력에는 몇 가지 종류가 있다. 이들 정지 마찰력, 최대 정지 마찰력, 운동 마찰력은 서로 어떻게 다르며 또 마찰력에 의해 물체의 운동은 어떻게 달라지는지 잘 알아 두자.
　 풀이핵심 : 알짜 힘()은 외력()에서 운동 마찰력()을 뺀 값이다. 그래프에서 각 운동 마찰력을 구한다.
알짜 힘() = 외력() - 마찰력()
가속도
　 풀이 : 그래프에서 운동 마찰력을 구하면 이고, 각각의 경우 알짜 힘은 이다. 또 각각의 경우 질량이 같으므로 가속도는 이고, 운동 에너지
에서 운동 에너지는 가속도의 제곱에 비례하므로
　 배경지식 : (1) 그래프에서 각각의 경우 최대 정지
마찰력은 , 이다. 위의 A, B 물체에
만약 의 힘이 작용한다면 A의 경우에는 외력이
최대 정지 마찰력보다 작으므로 움직이지 않고 B는
알짜 힘이 인 등가속도 운동을
할 것이다.
(2) 마찰력의 종류 : 정지한 물체에 힘(외력)을 가할 때 물체가 움직이지 않으면 마찰력이 외력과 평형을 이루는 것이다. 이 때의 마찰력을 정지 마찰력이라고 한다. 외력을 점점 크게 하면 정지 마찰력도 점점 커지나 어느 한계 이상은 커지지 못하는데 그 한계를 최대 정지 마찰력이라고 한다. 따라서 물체를 움직이려면 최대 정지 마찰력 이상의 힘을 가해야 한다. 물체가 운동을 하는 도중에도 마찰력은 작용하는데 이를 운동 마찰력이라고 한다. 일반적으로 운동 마찰력은 최대 정지 마찰력보다 작다. 답 ④
그림과 같이 A점에서 자유 낙하시킨 질량 1kg의 공이, 동시에 B점에서 초속도 로 연직 위로 던진 공과 만났다. A점의 높이가 일정할 때 두 공이 만날 때까지 걸린 시간 와 B점에서 던진 공의 초속도 의 관계 그래프가 아래와 같았다.

키워드

속도,   무게,   중력,   가속도,   혈액,   마찰계수,   운동마찰력