Ⅵ. 일과 에너지 전환

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개념 확인 문제

우리 주위에서 탄성력이 일을 하는 경우의 예를 들어 보자.

일을 할 수 있는 능력을 무엇이라고 하는지 쓰시오.

단위 시간당 한 일의 양을 무엇이라고 하는지 쓰시오.

영수는 바닥에 있는 무게가 [eqn: 20rmN]인 가방을 높이 [eqn: 1`RMm]인 책상 위로 들어 올렸다. 영수가 한 일은 몇 J인가?

지레를 사용하여 무게가 [eqn: 400rmN]의 물체를 [eqn: 100`RMN]의 힘으로 천천히 들어 올리려고 한다. 받침점과 힘점 사이의 거리가 [eqn: 50`RMcm]일 때 받침점과 작용점 사이의 거리는 몇 [eqn: rmcm]인가?

움직 도르래 한 개를 사용하여 물체를 천천히 들어 올리기 위해 줄을 당기는 힘은 물체 무게의 몇 배인가?

지레, 빗면, 도르래와 같은 도구를 사용하는 이유는 무엇인가?

여닫이문의 손잡이가 회전축으로부터 멀리 떨어져 있는 이유는 무엇인가?

질량이 [eqn: 4rm`kg]인 볼링공이 [eqn: 3`rmm/s]의 속력으로 운동할 때, 볼링공이 가진 운동 에너지는 몇 J인가?

물체가 낙하할 때 위치 에너지는 (     )하고 운동 에너지는 (     )한다.

운동 에너지와 위치 에너지의 합을 무엇이라고 하는지 쓰시오.

우주여행을 마치고 지구로 돌아온 우주선은 지구로 돌아오는 중 공기와 부딪혀 검게 그을리게 된다. 이 경우에 역학적 에너지가 보존되는가?

물질의 온도를 높이기 위해 필요한 에너지는 무엇인가?

신․재생 에너지 중에서 신에너지에 속하는 세 가지를 쓰시오.

나무를 태울 때 얻을 수 있는 에너지를 쓰시오.

전기가 공급되기 어려운 산골이나 외딴섬에서 사용할 수 있는 신․재생 에너지의 종류로는 어떤 것이 있는지 알아보자.

한 형태의 에너지가 다른 형태의 에너지로 바뀌는 현상을 무엇이라고 하는지 쓰시오.

에너지가 새롭게 생성되거나 소멸되지 않는 것을 무엇이라고 하는지 쓰시오.

휴대 전화를 사용할 때 발생하는 에너지 전환 과정을 설명하시오.

우리 주위에서 전기 에너지를 역학적 에너지로 전환시키는 전기 기구를 한 가지 쓰시오.

대단원 마무리

과학적으로 일을 한 경우를 <보기>에서 모두 고르시오.

	<보 기>
ㄱ. 가방을 가만히 들고 서 있다. ㄴ. 바위를 밀지만 움직이지 않았다. ㄷ. 높은 곳에 있던 물이 떨어진다. ㄹ. 활시위를 당겼다가 놓았더니 화살이 멀리 날아간다.

그림과 같이 물체에 수평 방향으로 [eqn: 10rm`N]의 힘을 계속 작용하여 물체가 힘의 방향으로 이동하고 있다.

물체가 [eqn: 5`RMm]만큼 이동하는 동안 물체에 한 일의 양은?

① [eqn: 5`RMJ]            ② [eqn: 10`RMJ]          ③ [eqn: 15`RMJ]

④ [eqn: 25`RMJ]           ⑤ [eqn: 50RMJ]

그림은 사람과 지게차가 각각 벽돌 [eqn: 50]개를 높이 [eqn: 5`RMm]인 곳으로 옮기는 일을 하는 모습을 나타낸 것이다.

사람이 벽돌을 모두 옮기는 데 600초 걸렸다.

지게차가 벽돌을 모두 옮기는 데 10초 걸렸다.

지게차의 일률은 사람의 몇 배인가?

도구를 사용하여서 일을 하더라도 도구를 사용하지 않는 것과 비교하여 한 일의 양은 같다. 그럼에도 우리가 도구를 사용하는 이유를 쓰시오.

마찰이 없는 빗면을 이용하여 물체를 [eqn: 2`rmm] 높이로 옮기려고 한다. 빗면의 길이가 [eqn: 6`rmm]라고 할 때 물체에 작용해야 하는 힘의 크기는 물체의 무게의 몇 배인가?

오른쪽 그림과 같이 무게가 [eqn: 1rm`N]인 공이 정지 상태에서 낙하하였다. (단, 공기 저항은 무시한다.)

(1) 처음 [eqn: 10`RMm]만큼 낙하했을 때 공의 운동 에너지는 몇 [eqn: rmJ]인가?

(2) 공이 바닥에 닿는 순간 공의 운동 에너지가 [eqn: 15`RMJ]이었다면 물체의 처음 높이는 몇 m인가?

그림은 A지점에 있던 롤러코스터가 B지점을 거쳐 C지점에 도달하는 모습을 나타낸 것이다. (단, B지점의 높이는 A와 C의 중간이고, 마찰과 공기 저항은 무시한다.)

(1) 운동 에너지는 B지점에서가 C지점의 몇 배인가?

(2) 같은 롤러코스터가 운동할 때 C지점에서 속력이 현재의 2배가 되려면 A지점의 높이는 몇 배가 되어야 하는가?

다음 중 기기와 에너지 전환 과정을 짝지은 것으로 옳지 않은 것은?

① 형광등 : 전기 에너지 → 빛에너지

② 전동기 : 전기 에너지 → 운동 에너지

③ 라디오 : 전기 에너지 → 소리 에너지

④ 가스레인지 : 열에너지 → 화학 에너지

⑤ 미끄럼틀 : 위치 에너지 → 운동 에너지

텔레비전은 전기 에너지를 여러 가지 형태의 에너지로 전환시킨다. 이 과정에서 전환되는 에너지를 <보기>에서 있는 대로 고르시오.

	<보 기>
ㄱ. 열에너지 ㄴ. 빛에너지 ㄷ. 화학 에너지 ㄹ. 소리 에너지

그림 (가)～(라)는 여러 가지 발전 방식을 나타낸 것이다.

(가)

(나)

(다)

(라)

(가)～(라) 중 사용된 에너지원을 재활용할 수 있는 발전 방식을 모두 고르시오.

다음 글은 신․재생 에너지를 이용한 발전의 특징을 나타낸 것이다.

․태양 전지를 이용한다.

․구름이 끼거나 비가 오면 발전이 불가능하다.

이와 같은 발전을 무엇이라고 하는가?

에너지의 총량은 보존되지만 에너지를 절약해서 사용해야 하는 이유를 설명하시오.

정답과 해설

Ⅵ. 일과 에너지 전환

1. 활의 줄, 컴퓨터 자판의 용수철, 스테이플러의 용수철 등   2. 에너지   3. 일률   4. 20J   5. 12.5cm   6. [eqn: {1} over {2}]배   7. 일률을 높이기 위해   8. 작은 힘으로 문을 열 수 있기 때문이다.   9. 18J   10. 감소, 증가  11. 역학적 에너지   12. 마찰로 인해 생긴 열에너지만큼 우주선의 역학적 에너지는 감소한다.   13. 열에너지   14. 연료 전지, 수소 에너지, 석탄 액화 및 가스화   15. 열에너지, 빛에너지   16. 태양광 발전, 풍력 발전  17. 에너지 전환   18. 에너지 보존 법칙   19. 배터리의 화학 에너지 → 전기 에너지 → 소리 에너지, 빛에너지, 역학적 에너지   20. 세탁기, 청소기, 선풍기 등  21. ㄷ, ㄹ   22. ⑤   23. 60배   24. 작은 힘으로 일을 할 수 있고, 일의 효율도 높아지기 때문이다.   25. [eqn: 1 over 3]배   26. (1) 10J (2) 15m   27. (1) [eqn: 1 over 2]배 (2) 4배   28. ④   29. ㄱ, ㄴ, ㄹ   30. (나), (라)   31. 태양광 발전   32. 에너지는 사용할수록 쓸모 없는 에너지로 전환되기 때문이다.

5. 400N×[eqn: x]=100N×50cm에서 [eqn: x]=12.5cm이다.

25. 직접 들어 올리는 것과 한 일의 양은 같지만 이동 거리는 3배가 되므로 작용해야 하는 힘의 크기는 직접 들어 올리는 경우의 [eqn: 1 over 3]배이다.

27. (1) 역학적 에너지는 보존되므로 감소한 위치 에너지는 증가한 운동 에너지와 같다. B지점까지 이동했을 때 감소한 높이는 C지점까지 이동했을 때 감소한 높이의 [eqn: 1 over 2]배이므로 B지점에서 운동 에너지는 C지점에서 운동 에너지의 [eqn: 1 over 2]배이다.

(2) 운동 에너지는 속력의 제곱에 비례하므로 C지점에서 속력이 2배가 되면 운동 에너지는 4배가 된다. 따라서 A지점에서의 위치 에너지도 4배이어야 하므로 Awl점의 높이는 4배가 되어야 한다.

28. ④ 가스레인지에서는 가스의 화학 에너지가 열에너지로 전환된다.

29. (가)는 화력 발전, (다)는 원자력 발전이다. 화석 연료와 핵 연료는 재사용이 어렵다.