[물리1 요점정리] 일과 에너지 수능기출문제 풀어보기 part2

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일과 에너지 단원과 관련한 수능기출문제를 싹~다 풀어봅시다.

이 단원은 문제도 어렵고, 많이 출제됩니다.

역학적에너지의 보존과, 에너지 보존의 차이를 잘 응용해서 침착하게 문제를 푼다면 어려울 것이 하나도 없습니다.

8년간의 기출문제(2005년~2012년 까지)이다 보니 문제가 무려 21개나 돼서 반반씩 나눠서 풀이를 올릴께요.

수험생이시라면 반!!드!!시!! 풀어보고 11월에 있을 수능에 임하시길 바랍니다.

우선 2005년~2008년도 수능 기출문제 풀어보기 << 클릭

SKA'       일과 에너지 관련 수능기출문제 풀어보기 part.2

2009년도 수능

힌트는 일정한 속도라고 했습니다!

여기서 작용하는 힘은 물체에 작용하는 중력밖에 없으므로,

일률 P = Fv = 일정하겠군요!

정답은 2번입니다. 간단하네요.

1) 두 물체는 처음에 6m 떨어져 있었다.

2) 두 물체는 동시에 F의 힘을 받는다.

3) 질량은 1, 2kg 이다.

4) 1초후 속력의 차이는 1m/s 이다.

일단 속도과 가속도의 공식을 써봅시다. 처음속도는 0

그리고 힘과 가속도의 공식을 써봅시다.

1초뒤 A와 B의 속력을 구해보면,

두 속력의 차이는 1m/s라고 했고, 질량이 A가 작으므로 속력은 A가 더 커야합니다.

대입하면,

힘은 2N이 나오는군요.

ㄱ. F=2N (O)

ㄴ. 힘이 2N 이므로 A의 가속도는 2m/s^2, B의 가속도는 1m/s^2 이네요.

2초뒤 A와 B의 위치는,

니까 2초뒤에 정확히 충돌하겠군요.(O)

ㄷ. 충돌직전 두 물체의 운동에너지는, 2초후의 속력을 구하면 되겠습니다.

운동에너지의 합은 12J이군요(X)

정답은 3번입니다.

에너지 보존법칙에 의해서 처음 에너지에서 손실된 에너지를 빼면 나중에너지가 됩니다.

처음 A에서의 위치에너지는 마찰손실을 BC에서 하고 B의 위치에너지만 남게 됩니다.

또 B에서의 위치에너지는 마찰손실을 하면서 B에 딱 정지하게 되죠.

식으로 정리하면 아래와 같을겁니다.

정답은 3번이군요.

2010년도 수능

이 문제는 치사하게 그래프를 돌려놓았습니다. 높이를 y축으로, 운동에너지를 x축으로 오게 돌리면 이해가 쉬울껍니다.

높이가 1m일때는 위치에너지밖에 없고, 바닥까지 내려왔을때의 운동에너지는 20J이군요.

ㄱ. 위치에너지는 처음에 20J이다가 지면에서 0J이 된 것일겁니다.(O)

ㄴ. mgh = 20J 이므로 질량은2kg 이 맞겠네요.(O)

ㄷ. 높이 0.5m인 지점에서 운동에너지는 10J 입니다. 그러니까 거꾸로 속력을 구하면

맞네요. (O)

정답은 5번이군요

이 문제에서 한가지 주의할 점은,

물체가 멈춘다고 해서 좌우의 물체 두개와 마찰력의 힘의 평형만을 고려하면 문제가 해결되지 않는다는 것입니다. 

틀린풀이)

이게 왜 틀렸냐면, 물체는 가속도 운동(감속)을 했기 때문입니다. 알짜힘이 0이라면 등속운동을 해야지요.

그러니까 이 문제는 운동방정식 3번을 이용해서 거리와 가속도의 관계를 이용해서 풀어야 합니다.

난이도가 있는 문제로군요!!

물체가 d만큼 이동하는동안 처음속도 0 에서 v만큼 가속된다고 생각하면,

나무토막의 질량을 M이라고 하고 세 물체의 가속도를 구하면, 다음과 같습니다.

이제 운동방정식에 넣어봅시다.

이제 마찰이 있는 구간으로 물체가 움직이는 경우, 알짜힘에는 마찰력이 작용하고 가속도는 원래 운동방향에 반대가 됩니다.

운동방정식에 대입할때 이번에는 나중속도가 0이 되어야합니다.

위에서 구했던 식과 v^2으로 묶어서 정리하면,

ㄱ. M=3m 이 맞는 말이군요. (O)

ㄴ. 장력은 당연히 느리게 움직이는 두번째 경우가 작겠지만 자유물체도를 그리면 더욱 확실해 집니다. (O)

ㄷ. 나무토막이 움직이는 동안 마찰력이 한 일과 양옆의 물체들의 위치에너지의 총변화량이 운동에너지의 변화량과 같을 것입니다. (X)

정답은 4번이군요

용수철이 처음에 압축되었으니 위치에너지를 갖고 있을겁니다. 그림(나)는 물체의 속력을 보여주는군요.

1) 처음 용수철이 압축되어 있으니 이때는 탄성력에 의한 위치에너지만 갖고있습니다. 

2) 용수철에서 물체가 튕겨가자마자 10m/s의 속도로 달리고 있군요. 그러니까 이때는 운동에너지만 갖고 있을겁니다.

3) 마찰면을 지나면서 속도가 감속되었네요.

이때의 가속도는 기울기를 구하면 되고 -1m/s^2 이군요. 그럼 마찰력 F = -m 입니다.

마찰계수는 0.1이겠네요.

마찰력이 해준일을 구하기 위해서는 마찰면의 길이를 구해야 합니다.

운동방정식 3번을 써봅시다.

운동에너지에서 일한만큼을 빼주면 이제 32m 만큼 에너지가 남았군요.

4) 이제 언덕을 넘어가야 합니다.

운동에너지가 전부 위치에너지로 바뀌어야하므로,

mgh = 32m

h = 3.2(m) 이겠네요

5) 물체는 올라갔다가 다시 원점으로 되돌아 옵니다. 모든 저항이나 마찰을 무시한다면 원래길이와 똑같이 압축되어야하지만 마찰로 손실을 일으켰네요.

원래의 에너지에서 왕복 2번만큼의 마찰력일(18*2)을 빼주면 되겠습니다.

이제 원래의 50m의 에너지에서 14m 만큼밖에 남지 았았네요.

나중의 길이는 비례식을 이용해도 구할 수 있습니다.

맞는 것은 보기 ㄴ,ㄷ 

정답은 5번이군요

2011년도 수능

역학적 에너지의 보존을 이용하면 쉽게 풀 수 있습니다.

1) 처음의 위치에너지는 탄성력에 의한 위치에너지입니다.

2) 마찰면을 지나갑니다. 마찰면의 길이는 편의상 2y라고 할께요. 마찰력을 F라고 한다면,

처음 마찰면을 지나갈때 마찰력에 의한 일은

3) 이제 W만큼 에너지를 소진하고 다음 용수철을 향해 달려갑니다.

남은 에너지를 탄성위치에너지로 바꾸어주면 되겠습니다.

4) 다시 용수철은 튕겨서 마찰면의 중심에서 멈추네요.

결국에 남아있던 에너지를 마찰면의 중심까지 이동하면서 전부 소진했다고 생각하면 되겠습니다.

5) 이제 4번식에다가 샥 넣으면 x와 L의 관계가 밝혀지겠군요.

정답은 2번입니다.

2012년도 수능

ㄱ. 1초후에 물체는 등속운동한다고 했으니까 장력과 중력은 평형일겁니다. T=100N (O)

ㄴ. 1초동안 물체에 가해질 알짜힘은 20N입니다. 그러니까 가속도는 2m/s^2 일테고,

1초후의 속력은 2m/s 이겠네요. 이후로는 등속운동을 했으니까 속력은 계속 2m/s(X)

ㄷ. 2초일 때 전동기의 일률은 힘 100N * 속력 2m/s 곱하면 200W 이군요(O)

정답은 3번이네요

우선 힘의 평형을 이용해서 이 문제를 덤비면 안되는것이 (나)의 상태에서 물체에 작용하는 힘은 중력&탄성력 만 있는 것이 아니라, 정지마찰력도 존재하기때문입니다.

우선 침착하게 O에서 Q까지의 거리L을 구합니다.

물체B의 위치에너지 - 마찰로 소진된에너지 = 탄성에너지 

이제 그 상태에서 되돌아가서 멈추는 거리(L-x)를 구해봅시다.

처음탄성위치에너지 - 마찰로 소진된 에너지 - 중력이 해주는 일 = 남은 탄성위치에너지

정답은 5번 이군요

SKA'       일과 에너지 수능기출문제를 다 풀어봤습니다. 어떤가요?

앞선 포스팅에서도 말했지만, 사실 이 일과 에너지 단원은 물리1에서 가장 어려운 부분이며 운동과 관련한 모든 내용들이 한문제에 총망라 되어 나오는 경우가 대부분입니다. 그래서 뒷부분에 위치하고 있을 경우가 많죠. (끝판대장) 단편적인 지식들만 활용해서는 문제를 못풀게 되므로, 고득점을 노리는 학생이라면 운동방정식부터 차근차근 내용을 정리해서 전부 자신의 것으로 만들어야합니다.

만약 3등급 이하를 노리는 학생이라면 문제에 봉착했을때 너무 당황하지 말고 풀 수 있는 다른문제로 넘어가서 다른 문제를 먼저 풀고 득점을 1점이라도 더 하는것이 중요합니다. 시험이라는 것은 지식과 본인의 노력을 대결하는 장이 아니라 점수를 누가 더 많이 맞추는지 스코어 게임입니다.

그러니까 본인이 풀고싶은 문제와 본인이 풀 수 있는 문제를 명확하게 구분해서 풀 수 있는 문제를 먼저 풀도록 하세요. 모두 다 풀고싶은건 누구나가 바라는 것이지만 그렇지도 못할 뿐더러 시간이 한정돼있고 갈길이 멀다면 쉬운길을 택하도록 하세요.

기출문제를 많이 풀어보는 것이 너무나도 중요합니다.

전부 준비하고나서 덤비기에는 시간이 없어요~

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