Ⅰ. 전기와 자기

교학사 교과서

출판사별 교과서 밀착 문제

개념 확인 문제

플라스틱 빗으로 머리를 빗으면 머리카락이 빗에 달라붙는 이유는 무엇인가?

두 물체를 마찰할 때 한 물체는 (＋)전하를 띠고, 다른 물체는 (－)전하를 띠는 이유는 무엇인가?

그림과 같이 2개의 물체를 각각 (＋)전하와 (－)전하로 대전시켰다. 두 물체 사이의 거리를 가깝게 하면 작용하는 힘은 어떻게 변하는가?

그림과 같이 (＋)전하로 대전된 유리 막대를 금속 막대 가까이 가져갈 때, 금속 막대의 A와 B 부분에는 어떤 종류의 전하가 나타날까?

그림과 같이 알루미늄 막대의 한 끝에 금속 구를 접촉시켜 놓고, 다른 끝에 (－)전하로 대전된 플라스틱 막대를 가까이 가져갔다. 이때 금속 구의 움직임과 금속 구가 띠는 전하의 종류를 각각 쓰시오.

알루미늄 막대

금속 구

플라스틱 막대

비커

－

－

－

오른쪽 그림과 같이 (－)대전체를 검전기의 금속판에 가까이 둔 채 금속판에 손을 대었을 때 전자의 이동을 서술해 보자.

어떤 전기 회로에 흐르는 전류를 측정하려고 한다. [eqn: 50` rm mA], [eqn: 500` rm mA], [eqn: rm 5`A] 단자 중 가장 먼저 연결해야 하는 (－)단자는?

카페트 위에서 운동화를 신고 걸을 때 카페트와 운동화에 대전되는 전하의 종류는 각각 무엇인가?

전기력은 전하 사이의 (     )가 (     )수록, 전하의 양이 (     )수록 강하게 작용한다.

(－)전하로 대전된 검전기의 금속판에 (－)전하로 대전된 플라스틱 막대를 가까이 가져가면 금속박은 더 벌어진다. 그 이유는 무엇인가?

전기 회로에서 전류가 흐를 때 이동하는 것은 (     )이고, 이동 방향은 전지의 (     )극에서 (     )극 방향이다.

전구를 통과하기 전의 전류의 세기가 [eqn: 0.3` rm A]라면, 전구를 통과한 후의 전류의 세기는 얼마인가?

전지를 오랫동안 사용하려면 어떻게 연결해야 하는가?

저항이 [eqn: 5`Ω]인 물체에 [eqn: 1` rm A]의 전류가 흐르게 하려면 몇 [eqn: rm V]의 전압을 걸어주어야 하는가?

길이 [eqn: 20` rm cm]인 니크롬선 도막의 중간을 구부려 길이 [eqn: 10` rm cm]인 니크롬선 도막을 만들었다. 니크롬선의 저항은 구부리기 전의 몇 배가 되는가?

오른쪽 그림과 같이 [eqn: 10`Ω]의 저항과 [eqn: 20`Ω]의 저항을 [eqn: 9` rm V] 전원에 연결하였다.

10Ω

20Ω

9V

(1) 합성 저항은 몇 Ω인가?

(2) 전체 전류는 몇 A인가?

(3) 각 저항에 흐르는 전류의 세기는 몇 A인가?

(4) 각 저항에 걸린 전압은 각각 몇 V인가?

저항값이 [eqn: 100`Ω]인 저항 2개를 모두 사용하여 만들 수 있는 저항값을 모두 구하시오.

옴의 법칙을 [eqn: 전류= {(````` rm A`````) it} over {(````` rm B`````) it}]로 나타낼 때, 빈칸에 알맞은 말을 각각 쓰시오.

물질의 전기 저항은 물질의 (     )에 비례하고, (     )에 반비례한다.

그림과 같이 [eqn: 15`Ω]의 저항과 [eqn: 30`Ω]의 저항을 [eqn: 9` rm V] 전원에 연결하였다.

15Ω

30Ω

9V

(1) 합성 저항은 몇 Ω인가?

(2) 각 저항에 걸린 전압은 각각 몇 V인가?

(3) 각 저항에 흐르는 전류와 전체 전류의 세기는 각각 몇 A인가?

[eqn: 10`Ω]의 저항을 [eqn: 20` rm V]의 전원에 20초 동안 연결할 때 소비되는 전기 에너지(J)와 전력(W)은 각각 얼마인가?

저항이 [eqn: 10`Ω]인 니크롬선을 [eqn: 12` rm V] 전원에 연결하였을 때, 니크롬선에서 10초 동안 발생하는 열에너지는 5초 동안 발생한 열에너지의 몇 배인가?

저항이 [eqn: 5`Ω]인 니크롬선을 [eqn: 10` rm V] 전원에 10초 동안 연결하였다면, 소비되는 전기 에너지(J)와 전력(W)은 얼마인가?

[eqn: 220` rm V]에서 [eqn: 60` rm W]의 전력을 소비하는 전구를 [eqn: 110` rm V] 전원에 연결하여 사용하면 소비 전력은 몇 W인가?

[eqn: 30` rm W] 전등을 1일 평균 5시간 켜고, [eqn: 100` rm W] 세탁기를 5일에 1회씩 회당 2시간 사용하며, [eqn: 200` rm W] 냉장고를 계속 사용하였다. 이들 전기기구가 1달 동안 소비하는 전력량은 몇 Wh인가?(1달은 30일로 계산한다.)

에너지 소비 효율은 1등급부터 5등급까지 표시되어 있다. 이 중 에너지 소비 효율 등급이 가장 좋은 등급은?

그림과 같이 도선 위에 나침반을 놓고 오른쪽 방향으로 전류를 흘려주면, 나침반 자침의 [eqn: rm N]극은 어느 방향을 가리키는가?

코일 내부 자기장의 방향을 반대 방향으로 하려면 어떻게 해야 하는가?

그림과 같이 장치한 회로에 전류가 흐를 때 알루미늄 막대는 어느 쪽으로 움직이는가?

금속

막대

그림과 같이 나침반을 전선으로 감고 전선에 전류가 흐르게 할 때, 나침반 자침의 [eqn: RMN]극은 어떻게 움직이는가?

N

S

(＋)

(－)

그림의 전동기에서 화살표 방향으로 전류가 흐를 때 코일의 회전 방향은?

발전기와 전동기의 차이점을 서술하시오.

그림과 같이 코일에 자석을 멀리 할 때 저항에 흐르는 전류의 방향은 어느 쪽인가?

N

그림과 같이 사각형 모양의 코일을 자석 사이에 놓고 화살표 방향으로 회전시킬 때 회로에 흐르는 전류의 방향은 어느 쪽인가?

N

S

전동기를 발전기로 이용할 수 있는 방법을 서술하시오.

대단원 마무리

다음 설명과 관련 있는 용어를 보기에서 고르시오.

(1) 서로 다른 물체를 마찰시키면 각각의 물체는 다른 종류의 전하를 띤다.

(2) 중성인 물체가 (＋)전하나 (－)전하를 띠는 현상이다.

(3) 물체를 서로 문질렀을 때 (＋)전하를 띠기 쉬운 순서는 (＋)털가죽 → 유리 → 명주 → 고무 → 플라스틱(－)이다.

(4) 전하 사이에 서로 밀어내거나 끌어당기는 힘이 작용한다.

(5) 전하를 모으거나, 전하의 종류를 알 수 있는 기구이다.

(6) 전기력에 의하여 물체 표면에 전하가 나타나는 현상으로 가까운 곳에 다른 종류의 전하가 나타난다.

	<보 기>
ㄱ. 마찰 전기 ㄴ. 전기력 ㄷ. 정전기 유도 ㄹ. 대전열 ㅁ. 대전 ㅂ. 검전기

다음 (     ) 안에 알맞은 말을 쓰시오.

(1) 도체 내에서 전류의 흐름을 방해하는 요소를 (     )이라 하며, 단위로 (     )을 사용한다.

(2) 같은 저항일 때 걸리는 전압이 증가할수록 (     )가 비례하며 증가하는데, 이를 (     )이라고 하며, 식으로 나타내면 (     )이다.

(3) 전압과 전류를 측정하려면 전압계는 회로에 (     )로, 전류계는 (     )로 연결한다.

(4) 자석이나 전류가 흐르는 도선 주위의 자기력이 미치는 공간을 (     )이라고 한다.

(5) 직선 도선 주위의 자기장의 세기는 (     )의 세기에 비례하고, 도선으로부터의 거리에 반비례한다.

(6) 유도 전류는 코일을 통과하는 자기장의 변화를 (     )하는 방향으로 흐른다.

빗으로 머리를 빗으면 머리카락과 빗은 전하를 띤다. 이때 머리카락, 빗에 대전된 전하의 종류 및 이때 이동한 물질을 옳게 짝지은 것은?

머리카락       빗       이동한 물질

①        (＋)         (＋)          전자

②        (＋)         (－)          전자

③        (＋)         (－)         원자핵

④        (－)         (＋)          전자

⑤        (－)         (＋)         원자핵

오른쪽 그림과 같이 금속 구 근처에 (＋)전하로 대전된 유리 막대를 가까이 하였다. 금속 구에 유도되는 전하 분포를 옳게 나타낸 것은?

오른쪽 그림과 같이 (－)전하로 대전된 검전기에 어떤 대전체를 가까이 가져갔더니 검전기의 금속박이 약간 오므라들었다. 이 대전체는 어떤 전하를 띨까?

그림은 회로를 전압계의 [eqn: 15RM`V] 단자와 전류계의 [eqn: 50`RMmA]단자에 연결하였을 때, 전압계와 전류계의 바늘이 가리키는 눈금이다.

전압과 전류의 세기는 각각 얼마인가?

니크롬선에 흐르는 전류의 세기를 알아보기 위하여 전압에 따른 전류의 세기를 측정하였더니 오른쪽 그래프와 같았다. 이 니크롬선의 저항은?

① [eqn: 0.5`Ω]        ② [eqn: 2`Ω]        ③  [eqn: 5`Ω]

④ [eqn: 10`Ω]         ⑤ [eqn: 25`Ω]

재질은 같고 단면적과 길이가 다른 4개의 니크롬선 A, B, C, D가 표와 같이 주어져 있다. 저항이 큰 것부터 순서대로 나열하시오.

	길이(cm)	단면적(mm2)
A	10	10
B	10	20
C	40	10
D	40	20

저항의 연결 방법에는 직렬 연결과 병렬 연결이 있다. [eqn: 6`Ω]의 저항 2개를 직렬로 연결할 때와 병렬로 연결할 때 합성 저항은 각각 얼마일까?

부피가 일정한 구리 선을 늘여 길이를 2배로 할 때, 구리 선의 저항은 몇 배가 되는가?

철수네 집에서는 [eqn: 60` rm W]의 백열전구를 [eqn: 20` rm W]의 형광등으로 교체하여 하루에 5시간씩 30일 동안 사용하였다. 이때 절약된 소비 전력량은 몇 Wh인가?(단, 안정기에서 소비한 전력량은 제외한다.)

[47∼48] 전자기력을 알아보기 위해 다음과 같이 실험 장치를 구성하였다.

알루미늄 막대는 어느 방향으로 움직이는가?

위 실험에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 니크롬선의 길이를 늘여 주면 힘의 크기가 증가한다. ㄴ. 니크롬선의 길이가 바뀌어도 힘의 크기는 변함없다. ㄷ. 자석의 극이 바뀌면 힘의 크기가 작아진다. ㄹ. 전류의 방향이 바뀌면 힘의 방향도 바뀐다.

① ㄱ              ② ㄹ            ③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄹ          ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄹ

정답과 해설

Ⅰ. 전기와 자기

1. 해설 참조   2. 해설 참조   3. 더 커진다.   4. A : (＋)전하, B : (－)전하   5. 멀어진다, (－)전하   6. 해설 참조    7. 5A    8. 카페트 : (＋)전하, 운동화 : (－)전하    9. 거리, 가까울, 많을    10. 해설 참조   11. 전자, (－), (＋)    12. 0.3A   13. 병렬    14. 5V   15. [eqn: {1} over {4}]배    16. (1) 30Ω  (2) 0.3A  (3) 10Ω : 0.3A, 20Ω : 0.3A  (4) 10Ω : 3V, 20Ω : 6V   17. 50Ω, 200Ω   18. A : 전압, B : 저항   19. 길이, 단면적   20. (1) 10Ω  (2) 15Ω : 9V, 30Ω : 9V  (3) 15Ω : 0.6A, 30Ω : 0.3A, 전체 전류 : 0.9A   21. 전기 에너지 : 80J, 소비 전력 : 4W    22. 2배   23. 전기 에너지 : 200J, 소비 전력 : 20W   24. 15W   25. 149700Wh   26. 1등급   27. 아래쪽   28. 전류의 방향을 반대로 한다.   29. 왼쪽   30. N극이 동쪽을 향하도록 회전한다.   31. 시계 반대 방향   32. 해설 참조   33. A   34. 시계 반대 방향   35. 해설 참조   36. (1) ㄱ  (2) ㅁ  (3) ㄹ  (4) ㄴ  (5) ㅂ  (6) ㄷ   37. (1) 저항, Ω  (2) 전류, 옴의, [eqn: I= {V} over {R}]  (3) 병렬, 직렬  (4) 자기장  (5) 전류  (6)방해   38. ②   39. ④   40. (＋)전하   41. 7.5V, 30mA   42. ③   43. C, D, A, B   44. 12Ω, 3Ω   45. 4배   46. 6000Wh   47. 왼쪽   48. ②

1. [모범 답안] 머리카락과 빗이 마찰 전기를 띠기 때문이다.

2. [모범 답안] 전자가 한 물체에서 다른 물체로 이동하기 때문이다.

5. (－)대전체를 알루미늄 막대 가까이 가져가면, 대전체와 먼 쪽은 (－)전하로 대전된다. 이에 따라 알루미늄 막대에 붙어 있는 금속 구도 (－)전하로 대전되어 알루미늄 막대로부터 멀어진다.

6. [모범 답안] 검전기 내부 전자가 대전체로부터 척력을 받아 손가락을 통해 검전기 밖으로 빠져나간다.

10. [모범 답안] 검전기 내부 전자들이 대전체로부터 척력을 받아 금속박으로 밀려난다. 이에 따라 금속박이 띤 전하의 양이 많아져 척력의 크기가 더 커지기 때문이다.

14. [eqn: V=IR=1`` rm A TIMES 5``Ω=5``rmV]

15. 저항은 니크롬선의 길이에 비례하고, 단면적에 반비례한다. 니크롬선을 반으로 겹치면 길이가 [eqn: {1} over {2}]배가 되고, 단면적은 2배가 되어, 저항은 [eqn: {1} over {4}]배가 된다.

16. (1), (2), (3) 합성 저항[eqn: =10``Ω+20``Ω=30``Ω]이므로, 전체 전류[eqn: = {9``rmV} over {30``Ω} =0.3``rmA]이고, 이는 각 저항에 흐르는 전류의 세기와 같다.

(4) 10Ω에 걸린 전압[eqn: =IR=0.3``rmA TIMES 10``Ω=3``rmV]

20Ω에 걸린 전압[eqn: =IR=0.3`` rm A TIMES 20``Ω=6`` rm V]

17. 두 저항을 직렬 연결하면 합성 저항[eqn: =100``Ω+100``Ω=200``Ω]이다. 또한 두 저항을 병렬 연결할 때 합성 저항을 [eqn: R]라 하면, [eqn: {1} over {R} = {1} over {100``Ω} + {1} over {100``Ω}]에서 [eqn: R=50``Ω]이다.

20. (1) 합성 저항을 [eqn: R]라 하면, [eqn: {1} over {R} = {1} over {15``Ω} + {1} over {30``Ω}]에서 [eqn: R=10``Ω]이다.

(2) 병렬 연결된 두 저항에 걸리는 전압은 전체 전압과 같은 9V이다.

(3) 15Ω에 흐르는 전류[eqn: = {V} over {R} = {9``rmV} over {15``Ω} =0.6``rmA]

30Ω에 흐르는 전류[eqn: = {V} over {R} = {9`` rm V it} over {30``Ω} =0.3`` rm A]

전체 전류[eqn: =0.6``rmA+0.3``rmA=0.9``rmA]

21. 전기 에너지[eqn: =VIt=20``rmV TIMES {20``rmV} over {10``Ω} TIMES 20``rms=80``rmJ]

소비 전력[eqn: = {E} over {t} = {80``rmJ} over {20``rms} =4``rmW]

23. 전기 에너지[eqn: =VIt=10`` rm V TIMES {10`` rm V} over {5``Ω} TIMES 10`` rm s=200`` rm J]

소비 전력[eqn: = {E} over {t} = {200`` rm J it} over {10`` rm s it} =20`` rm W]

24. 전압이 [eqn: {1} over {2}]배가 되면 전류도 [eqn: {1} over {2}]배가 되어 소비 전력은 [eqn: {1} over {2} TIMES {1} over {2} = {1} over {4}]배가 된다.

30. 전선이 코일과 같이 감겨있으므로, 오른손 네 손가락을 전류의 방향으로 감아쥐면 엄지손가락은 동쪽을 향한다. 따라서 코일 내부에서 자기장의 방향은 동쪽이 되어, 나침반 자침의 N극도 동쪽을 가리킨다.

32. [모범 답안] 전동기는 자기장 속에서 전류가 받는 힘을 이용하여 전기 에너지를 역학적 에너지로 전환하고, 발전기는 전자기 유도를 이용하여 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환한다.

35. [모범 답안] 전동기에서 자석 사이의 코일을 강제로 회전시키면 코일을 지나는 자기장이 변하므로 코일에 유도 전류가 흐르게 된다.

43. [eqn: R _{rm A it} :R _{rm B it} :R _{rm C it} :R _{rm D it} = {10} over {10} : {10} over {20} : {40} over {10} : {40} over {20}]

[eqn: =2:1:8:4]