Ⅵ. 일과 에너지 전환

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마무리하기

과학에서는 물체에 (      )을 작용하여 (      )의 방향으로 물체를 이동시켰을 때 일을 하였다고 한다.

무거운 물건을 들고 계단을 올라간 경우에 한 일의 양을 계산하는 식을 쓰시오.

일의 능률을 나타내는 것으로, 단위 시간 동안 한 일의 양으로 구하는 것은?

사람이 9일에 끝낼 수 있는 일이 있다. 이 일을 일률이 사람의 3배인 기계로 하면 며칠 만에 끝낼 수 있는가?

도구를 이용하여 일을 하면 (      )의 크기는 줄일 수 있지만, 한 (      )의 양은 같다.

일을 할 수 있는 능력을 (       )라고 한다.

[eqn: 100`rmJ]의 에너지를 가진 수레가 나무 도막에 부딪쳐 [eqn: 10`RMJ]의 일을 하였다면, 수레의 에너지는 몇 J이 되는가?

운동 에너지는 물체의 (     )에 비례하고 (     )의 제곱에 비례한다.

질량이 [eqn: 2`RMkg]인 쇠 구슬이 [eqn: 10`rmm/s]의 속력으로 운동하고 있다. 이 쇠 구슬이 가진 운동 에너지는 몇 [eqn: rmJ]인가?

위치 에너지는 물체의 (     )과 기준면으로부터의 (     )에 각각 비례한다.

질량이 [eqn: 2`RMkg]인 물체가 기준면으로부터 [eqn: 5`RMm] 높이에 있다. 이 물체의 중력에 의한 위치 에너지는 몇 [eqn: rmJ]인가?

자유 낙하하는 물체가 가진 위치 에너지는 점점 (      )하고 운동 에너지는 점점 (     )한다. 공기 저항이 없을 때 역학적 에너지는 항상 (      )된다.

지면으로부터 [eqn: 10`RMm] 높이에서 질량이 [eqn: 2rm`kg]인 쇠 구슬을 가만히 놓았다. 쇠 구슬이 지면에 닿는 순간의 운동 에너지는 몇 [eqn: rmJ]인가? (단, 공기 저항은 무시한다.)

우리는 음식물 속에 저장된 (      ) 에너지를 이용하여 생명을 유지하고 활동을 할 수 있다. 또한 친구의 목소리나 음악을 듣는 것은 (       ) 에너지에 의한 것이다.

불꽃놀이에서의 에너지 전환 과정을 서술하시오.

한 에너지가 다른 형태의 에너지로 전환될 때 전체 에너지의 양은 항상 일정하다. 이를 (     ) 법칙이라고 한다.

구름에서 내리기 시작한 빗방울의 역학적 에너지와 지면에 도달한 순간 빗방울의 역학적 에너지 크기를 비교하고, 그 이유를 서술하시오.

재생 에너지와 신에너지의 종류를 각각 쓰시오.

대단원 마무리

과학에서 말하는 일을 한 경우를 <보기>에서 모두 고르시오.

	<보 기>
ㄱ. 가방을 들고 가만히 서 있었다. ㄴ. 책상 위에 있는 책을 밀어서 옮겼다. ㄷ. 가방을 들고 앞으로 [eqn: 10`RMm] 걸어갔다. ㄹ. 정월 대보름날 쥐불놀이를 하였다. ㅁ. 무게 [eqn: 20`rmN]의 물체를 들고 계단을 올라갔다.

그림과 같이 무게가 [eqn: 30RM`N]인 물체를 [eqn: 1`rmm] 높이만큼 들어 올린 후 수평면에서 [eqn: 3`rmm] 앞으로 걸어갔다.

3 m

30 N

이때 한 일의 양은 몇 [eqn: rmJ]인가?

① [eqn: 0]              ② [eqn: 30`RMJ]            ③ [eqn: 90`RMJ]

④ [eqn: 120`RMJ]           ⑤ [eqn: 150`RMJ]

질량이 [eqn: 20`RMkg]인 물체를 [eqn: 4`rmm] 높이까지 들어 올리는 데 전동기 A는 60초, B는 40초, C는 20초 걸렸다. A, B, C의 일률 비 [eqn: P _{RMA} :P _{RMB} :P _{RMC}]는?

① [eqn: 1`:`2`:`3]	② [eqn: 2`:`3`:`6]	③ [eqn: 3`:`2`:`1]

④ [eqn: 6`:`3`:`2]	⑤ [eqn: 6`:`4`:`2]

그림과 같은 지레를 이용하여 무게가 [eqn: 30RM`N]인 물체를 천천히 들어 올리려고 한다. 이때 필요한 힘은 몇 [eqn: RMN]인가?

2 m

30 N

4 m

오른쪽 그림과 같이 무게가 [eqn: 20`rmN]인 물체를 도르래를 이용하여 천천히 들어 올리고 있다.

20 N

F

(1) 물체를 들어 올릴 때 필요한 힘 [eqn: F]의 크기는 몇 [eqn: RMN]인가?

(2) 사람이 줄을 [eqn: 4`RMm]만큼 당길 때 물체가 올라간 높이는 몇 [eqn: RMm]인가?

그림은 물체를 [eqn: rmP]점까지 끌어 올리는 네 가지 경로를 나타낸 것이다. 모든 마찰을 무시할 때, 한 일의 양이 가장 큰 것은?

P

① A      ② B      ③ C      ④ D      ⑤ 모두 같다.

[eqn: 100`RMJ]의 에너지를 가진 물체가 외부에 [eqn: 50`RMJ]의 일을 하면, 물체가 가진 에너지는 몇 [eqn: RMJ]이 되는가?

자동차 A와 B가 달리고 있다. 질량은 A가 B의 2배, 속력은 B가 A의 2배이다. 자동차 A의 운동 에너지는 자동차 B의 몇 배인가?

오른쪽 그림과 같이 지면으로부터 [eqn: 4`RMm] 높이에 베란다가, 베란다로부터 [eqn: 3`rmm] 높이에 옥상이 있다. 옥상에 놓인 질량 [eqn: 10`rmkg]인 물체를 베란다로 내려놓았을 때, 위치 에너지의 감소량은 몇 [eqn: rmJ]인가?

10 kg

3 m

4 m

그림과 같이 마찰이 없는 레일에서 롤러코스터가 움직이고 있다.

롤러코스터가 C에서 D로 갈 때 에너지 변화를 옳게 짝지은 것은?

위치 에너지      운동 에너지      역학적 에너지

①     증가              증가             증가

②     증가              감소             일정

③     감소              증가             일정

④     감소              감소             감소

⑤     감소              증가             증가

에너지가 전환되는 예를 옳게 나타낸 것은?

① 전구 : 빛에너지 → 전기 에너지

② 선풍기 : 열에너지 → 전기 에너지

③ 건전지 : 역학적 에너지 → 전기 에너지

④ 수력 발전 : 역학적 에너지 → 전기 에너지

⑤ 전기 다리미 : 전기 에너지 → 역학적 에너지

정답과 해설

Ⅵ. 일과 에너지 전환

1. 힘, 힘   2. 해설 참조   3. 일률   4. 3일   5. 힘, 일   6. 에너지   7. 90J   8. 질량, 속력   9. 100J   10. 질량, 높이   11. 98J   12. 감소, 증가, 보존   13. 196J   14. 화학, 소리   15. 해설 참조   16. 에너지 보존   17. 해설 참조   18. 해설 참조   19. ㄴ, ㅁ   20. ②   21. ②   22. 15N   23. (1) 10N  (2) 2m   24. ⑤   25. 50J   26. [eqn: {1} over {2}]배   27. 294J   28. ②   29. ④

2. [모범 답안] [eqn: {물건의~무게 TIMES 올라간~높이} over {걸린~시간}] 또는

[eqn: {9.8 TIMES 물건의~질량 TIMES 올라간~높이} over {걸린~시간}] 또는

[eqn: {물건의~무게 TIMES 계단~1개의~높이 TIMES 계단의~수} over {걸린~시간}] 또는

[eqn: {9.8 TIMES 물건의~질량 TIMES 계단~1개의~높이 TIMES 계단의~수} over {걸린~시간}]

4. 일률은 걸린 시간에 반비례하므로, 일률이 사람의 3배이면 걸린 시간은 9일의 [eqn: {1} over {3}]배인 3일이 된다.

7. 물체가 외부에 한 일의 양만큼 물체가 가진 에너지는 감소하므로, 수레의 에너지는 [eqn: 100``rmJ-10``rmJ=90``rmJ]이 된다.

9. [eqn: E _{rmk} = {1} over {2} mv ^{2} = {1} over {2} TIMES 2``rmkg TIMES (10``rmm/s) ^{2} =100``rmJ]

11. [eqn: E _{rmp} =9.8mh=(9.8 TIMES 2)rmN TIMES 5``rmm=98``rmJ]

13. 공기 저항을 무시하므로 역학적 에너지는 보존되어 처음 위치 에너지가 지면에서 모두 운동 에너지로 전환된다.

즉, 지면에서 운동 에너지[eqn: =(9.8 TIMES 2)rmN TIMES 10``rmm=196``rmJ]이다.

15. [모범 답안] 화학 에너지 → 위치 에너지 → 소리+열+빛에너지

17. [모범 답안] 구름에서 내리기 시작한 빗방울의 역학적 에너지가 더 크다. 빗방울이 낙하하면서 공기 저항에 의해 역학적 에너지의 일부가 다른 에너지로 전환되면서 감소하기 때문이다.

18. [모범 답안] ․신에너지 : 수소 에너지, 연료 전지, 석탄 액화․가스화

․재생 에너지 : 태양열 에너지, 태양광 에너지, 바이오 에너지, 풍력 에너지, 수력 에너지, 지열 에너지, 해양 에너지, 폐기물 에너지

20. 물체를 들어 올릴 때 한 일[eqn: =30``rmN TIMES 1``rmm=30``rmJ]이고, 물체를 들고 걸어갈 때 한 일은 0이다.

21. 일의 양이 같을 때 일률은 걸린 시간에 반비례한다.

[eqn: THEREFORE P _{rmA} :P _{rmB} :P _{rmC} = {1} over {60초} : {1} over {40초} : {1} over {20초} =2:3:6]

22. [eqn: 30``rmN TIMES 2``rmm=itF TIMES 4``rmm], [eqn: THEREFORE F=15``rmN]

23. (1) 움직 도르래를 1개 사용하였으므로 물체 무게의 [eqn: {1} over {2}]인 10N의 힘이 필요하다.

(2) 움직 도르래를 1개 사용하였으므로 물체가 올라간 높이는 줄을 당긴 거리의 [eqn: {1} over {2}]인 2m이다.

25. 물체가 외부에 한 일의 양만큼 물체가 가진 에너지는 감소하여 [eqn: 100`` rm J-50`` rm J=50`` rm J]이 된다.

26. 운동 에너지는 질량과 속력2에 각각 비례하므로, A의 운동 에너지는 B의 [eqn: 2 TIMES LEFT ( {1} over {2} RIGHT ) ^{2} = {1} over {2}]배이다.

27. 위치 에너지 감소량＝9.8×질량×감소 높이

[eqn: =(9.8 TIMES 10)rmN TIMES 3``rmm=294``rmJ]