[중간▪기말 고사 대비 대단원 최종 평가] 2015학년도 2학기 중간고사 과학과 2학년	과학 2 중 학 Ⅵ. 일과 에너지 전환
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1. 깡통에 한 일이 0이 아닌 것은?

① 깡통에 쓰인 글씨를 읽었다.

② 깡통에 줄을 매달아 원운동시켰다.

③ 깡통을 든 상태로 계단을 올라갔다.

④ 깡통을 든 상태로 오랫동안 서 있었다.

⑤ 깡통을 들고 수평면을 일정한 속력으로 달렸다.

2. 과학에서의 일을 한 경우를 보기에서 모두 고른 것은?

ㄱ. 과학 공부를 열심히 하였다.

ㄴ. 과학책을 주의 깊게 읽었다.

ㄷ. 수평면 위에 놓인 과학책을 천천히 밀었다.

ㄹ. 수평면에서 과학책을 들고 빠르게 걸어갔다.

<보기>

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄷ, ㄹ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

3. 물체에 힘을 주어 물체를 힘의 방향으로 움직이게 한 것을 나타내는 물리량의 단위는?

① N	② J	③ m	④ m/s     ⑤ N/m

4. 오른쪽 그림은 길이가 5 m인 지레를 이용하여 무게가 300 N인 바위를 들어 올리는 모습을 나타낸 것이다. 바위를 20 cm 높이로 천천히 들어 올리려고 할 때, 지레를 누르는 데 필요한 힘 [eqn: F], 지레를 눌러야 하는 거리 [eqn: s], 사람이 지레에 한 일의 양 [eqn: W]를 옳게 짝지은 것은?(단, 지레의 무게는 무시한다.)

[eqn: F]             [eqn: s]           [eqn: W]

①   75 N       5 cm      3.75 J

②   75 N      20 cm       15 J

③   75 N      80 cm       60 J

④ 1200 N       5 cm       60 J

⑤ 1200 N      80 cm      960 J

5. 그림은 지레를 이용하여 물체를 천천히 들어 올리는 모습을 나타낸 것이다.

물체를 10 cm 높이로 들어 올리려고 할 때, 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?(단, 지레의 무게는 무시한다.)

① A는 힘점에 해당한다.

② 물체를 천천히 들어 올리려면 A에 25 N의 힘을 작용해야 한다.

③ A를 25 cm 눌러야 한다.

④ 사람이 A에 한 일의 양은 1 J이다.

⑤ 지레가 물체에 한 일의 양은 1 J이다.

6. 오른쪽 그림과 같은 도르래를 사용하여 무게가 10 N인 추를 천천히 들어 올리고 있다. 이때 용수철저울이 가리키는 눈금은 몇 N인지 풀이 과정과 함께 구하시오.(단, 도르래의 무게 및 모든 마찰은 무시한다.)

7. 오른쪽 그림과 같은 도르래를 사용하여 무게가 100 N인 물체를 1 m 높이만큼 천천히 들어 올리려고 한다. 이때 줄을 당겨야 하는 힘 [eqn: F]와, 줄을 당겨야 하는 거리 [eqn: s]를 옳게 짝지은 것은?(단, 도르래의 무게 및 모든 마찰은 무시한다.)

[eqn: F]         [eqn: s]               [eqn: F]         [eqn: s]

①  25 N    4 m       ②  25 N    2 m

③  50 N    4 m       ④  50 N    2 m

⑤ 100 N    1 m

8. 오른쪽 그림과 같은 도르래를 이용하여 무게가 [eqn: w]인 추를 천천히 들어 올렸다. 이때 줄을 당긴 거리는 [eqn: s]이다. 힘 [eqn: F]와 추가 올라간 높이 [eqn: h], 줄을 당기면서 한 일의 양 [eqn: W]를 옳게 짝지은 것은?(단, 도구의 무게 및 모든 마찰은 무시한다.)

	[eqn: F]	[eqn: h]	[eqn: W]			[eqn: F]	[eqn: h]	[eqn: W]
①	[eqn: 1over8`w]	[eqn: 1over8`s]	[eqn: 1over8`ws]		②	[eqn: 1over6`w]	[eqn: 1over6`s]	[eqn: 1over6`ws]
③	[eqn: w]	[eqn: s]	[eqn: ws]		④	[eqn: 6w]	[eqn: 6s]	[eqn: 6ws]
⑤	[eqn: 8w]	[eqn: 8s]	[eqn: 8ws]

9. 오른쪽 그림과 같이 무게가 20 N인 도르래 2개를 이용하여 무게가 120 N인 물체를 천천히 들어 올리려고 한다. 이때 줄을 당기는 힘 [eqn: F]의 크기는 몇 N인지 구하시오.(단, 모든 마찰은 무시한다.)

10. 그림과 같은 빗면을 사용하여 무게가 200 N인 물체를 5 m 끌어당길 때, 물체에 한 일의 양이 600 J이었다.

이때 필요한 힘 [eqn: F]는 몇 N인지 구하시오.

11. 그림과 같이 세 빗면 A, B, C를 이용하여 상자를 같은 높이만큼 천천히 끌어 올리려고 한다.

각 빗면을 이용할 때, 상자에 작용해야 하는 힘 [eqn: F]와 상자에 한 일의 양 [eqn: W]를 옳게 비교한 것은?(단, 모든 마찰은 무시한다.)

	[eqn: F]	[eqn: W]			[eqn: F]	[eqn: W]
①	A<B<C	A<B<C		②	A<B<C	C<B<A
③	A<B<C	A=B=C		④	C<B<A	A<B<C
⑤	C<B<A	A=B=C

12. 그림은 10 m/s의 속력으로 운동하고 있는 질량 5 kg인 물체에 운동 방향과 같은 방향으로 10 N의 힘을 작용하는 모습을 나타낸 것이다.

물체가 2 m 이동했을 때, 물체의 운동 에너지는?(단, 모든 마찰은 무시한다.)

① 250 J	② 260 J	③ 270 J

④ 280 J	⑤ 290 J

13. 그림과 같이 질량이 다른 3개의 수레를 긴 나무 막대로 나란히 밀어 나무 도막에 충돌시킨 뒤, 각 수레가 밀고 간 나무 도막의 이동 거리를 측정하였다.

위 실험을 통해 알 수 있는 사실을 서술하시오.(단, 나무 도막이 받는 마찰력은 모두 같다.)

14. 오른쪽 그림은 여러 물체의 질량과 지면으로부터의 높이를 나타낸 것이다. 위치 에너지가 같은 두 물체를 고르면?(단, 물체의 크기는 무시한다.)

15. 그림과 같이 옥상에 질량이 5 kg인 물체가 놓여 있다.

지면, 베란다, 옥상을 기준으로 할 때 물체의 위치 에너지를 각각 구하시오.

16. 오른쪽 그림은 위치 에너지에 영향을 주는 요인을 알아보는 실험 장치를 나타낸 것이다. 표는 이 실험의 결과를 나타낸 것이다.

추의 질량	추의 낙하 높이	나무 도막의 이동 거리
1 kg	20 cm	1 cm
1 kg	40 cm	2 cm
1 kg	60 cm	3 cm

이 실험에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?(단, 공기 저항은 무시한다.)

① 추의 낙하 높이에 관계없이 나무 도막에 작용하는 마찰력은 일정하다.

② 추의 위치 에너지가 나무 도막에 마찰력에 대하여 일을 한다.

③ 추의 낙하 높이와 나무 도막의 이동 거리는 비례한다.

④ 추의 낙하 높이와 추의 위치 에너지는 비례한다.

⑤ 이 실험을 통해 추의 질량과 추의 위치 에너지는 비례한다는 사실을 알 수 있다.

17. 그림 (가), (나)는 위치 에너지에 영향을 주는 요인을 알아보기 위한 실험을 나타낸 것이다.

이 실험에 대한 설명으로 옳은 것은?(단, 공기 저항은 무시한다.)

① (가)에서는 위치 에너지와 높이의 관계를 알 수 있다.

② (나)에서는 위치 에너지와 질량의 관계를 알 수 있다.

③ 못과 파라핀 사이의 마찰력은 추가 한 일에 비례한다.

④ (가)에서 못이 박히는 깊이는 A>B>C 순이다.

⑤ (나)에서 추가 한 일의 양은 D<E<F 순이다.

18. 탄성력에 의한 위치 에너지를 이용한 예로 옳은 것을 보기에서 모두 고르시오.

ㄱ. 양궁	ㄴ. 볼링

ㄷ. 물레방아	ㄹ. 장도리

ㅁ. 트램펄린	ㅂ. 윈드서핑

ㅅ. 스카이다이빙

<보기>

19. 물체가 가지는 에너지가 가장 큰 것은?

① 144 km/h의 속력으로 날아가는 150 g인 야구공이 가진 운동 에너지

② 3 m/s의 속력으로 운동하고 있는 2 kg인 물체가 가지는 운동 에너지

③ 기준면으로부터 2 m 높이에 있는 1 kg인 물체가 가지는 위치 에너지

④ 기준면으로부터 50 cm 높이에 있는 50 kg인 역기가 가지는 위치 에너지

⑤ 마찰이 없는 수평면 위에 정지해 있는 물체를 10 N의 힘으로 3 m 밀고 갔을 때, 물체가 가지는 운동 에너지

20. 그림과 같이 질량 1 kg인 공을 10 m 높이의 레일에 가만히 놓았다.

A점과 B점에서 운동 에너지를 옳게 짝지은 것은?(단, 모든 마찰은 무시한다.)

A           B                 A          B

①  19.6 J    78.4 J     ②  19.6 J    98 J

③  78.4 J    19.6 J     ④  78.4 J    98 J

⑤   98 J      98 J

21. 20 m 높이의 옥상 위에서 질량이 각각 1 kg, 3 kg인 쇠 구슬 A, B를 떨어뜨렸다. A, B가 10 m 지점을 지나갈 때 A, B의 운동 에너지는 각각 몇 J인지 구하시오.(단, 공기 저항은 무시한다.)

22. 역학적 에너지 보존 법칙에 의하면 높은 하늘에서 떨어지는 빗방울의 속력은 지면에 가까워질수록 빨라져야 하지만 실제로는 그렇지 않다. 그 이유를 에너지 전환과 연관지어 서술하시오.

23. 오른쪽 그림과 같이 10 m 높이에서 질량이 2 kg인 물체를 낙하시켰더니, 지면에 도달하는 순간 물체의 속력이 12 m/s였다. 이때 공기와의 마찰에 의해 손실된 역학적 에너지는?

① 52 J	② 98 J	③ 126 J

④ 144 J	⑤ 196 J

24. 에너지는 새로 생기거나 소멸되지 않고, 그 총량은 항상 일정하게 유지된다. 그럼에도 불구하고 에너지를 절약해야 하는 이유를 서술하시오.

25. 신․재생 에너지에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 신에너지와 재생 에너지를 통틀어 부르는 용어이다.

② 화석 연료의 고갈 문제를 해결할 수 있다.

③ 화석 연료에 비해 오염 물질을 적게 방출한다.

④ 원자력 발전은 신․재생 에너지를 이용한 예이다.

⑤ 현재 신․재생 에너지를 이용한 발전은 화석 연료를 이용한 발전에 비해 효율이 낮다.

정답과 해설

Ⅵ. 일과 에너지 전환

1. ③   2. ②   3. ②   4. ③   5. ②   6. [eqn: bold{10``rmN TIMES {1} over {2} =5``rmN}]     7. ④     8. ②    9. 70 N   10. 120 N   11. ③   12. ③   13. 속력이 일정할 때 운동 에너지는 질량에 비례한다.   14. ②, ⑤   15. 지면: 343 J, 베란다: 147 J, 옥상: 0   16. ⑤   17. ⑤    18. ㄱ, ㅁ    19. ④     20. ③    21. A: 98 J, B: 294 J    22. 공기와의 마찰에 의해 빗방울의 위치 에너지의 일부만 운동 에너지로 전환되기 때문이다.    23. ①    24. 에너지가 전환되는 과정에서 일부는 다시 사용할 수 없는 열에너지의 형태로 전환되기 때문이다.     25. ④

1. ③ 깡통을 들고 계단을 오르는 것은 깡통에 중력에 대하여 일을 한 경우이다.

2. ㄹ. 과학책에 위쪽으로 힘을 주어 앞쪽으로 걸어갔으므로, 과학책에 작용한 힘과 이동 거리가 수직이다. 따라서 힘의 방향으로 이동한 거리가 0이므로 한 일의 양은 0이다.

3. 물체에 힘을 주어 물체를 힘의 방향으로 움직이게 한 것은 과학에서의 일을 한 경우이다. 일의 단위로는 J(줄)을 사용한다.

4. 300 N [eqn: TIMES] 1 m  = [eqn: F] [eqn: TIMES] 4 m에서 지레를 누르는 힘 [eqn: F=75`rm`N]이다. 또한 사람이 지레에 한 일의 양과 지레가 바위에 한 일의 양은 같으므로 75 N [eqn: TIMES] [eqn: s] = 300 N [eqn: TIMES] 0.2 m에서 지레를 눌러야 하는 거리 [eqn: s] = 0.8 m = 80 cm이다. 따라서 지레에 한 일 = 누르는 힘 [eqn: TIMES] 누른 거리 = 75 N [eqn: TIMES] 0.8 m = 60 J이다.

5. ② 10 N [eqn: TIMES] 0.4 m = [eqn: F] [eqn: TIMES] 1 m   [eqn: THEREFORE F] = 4 N

③ 0.4 m : 10 cm = 1 m : [eqn: s]   [eqn: THEREFORE `s] = 25 cm

④, ⑤ 사람이 한 일의 양 = 지레가 물체에 한 일의 양 = 10 N [eqn: TIMES] 0.1 m = 1 J

6. 움직 도르래를 사용하였으므로, 용수철저울은 추 무게의 [eqn: 1over2]인 5 N을 가리킨다.

7. 움직 도르래 1개를 사용하였으므로, 줄을 당기는 힘은 물체 무게의 [eqn: 1over2]배인 50 N이다. 이때 줄을 당겨야 하는 거리는 물체가 올라간 높이의 2배인 2 m이다.

8. 움직 도르래 3개를 한 줄로 연결하였으므로, 줄을 당기는 힘은 추의 무게 [eqn: w]의 [eqn: 1over{2 TIMES 3}]배인 [eqn: {1} over {6} `w]이다. 또한 추는 줄을 당긴 거리 [eqn: s]의 [eqn: 1over{2 TIMES 3}]배인 [eqn: 1over6`s]만큼 올라간다. 이때 줄을 당기면서 한 일의 양 = 줄을 당긴 힘 [eqn: TIMES] 줄을 당긴 거리 = [eqn: {1} over {6}`w TIMESs] = [eqn: 1over6`ws]이다.

9. 움직 도르래의 무게를 포함하여 120 N + 20 N = 140 N을 들어 올려야 하므로 [eqn: F=140``rmN TIMES {1} over {2} =70``rmN]이다.

10. [eqn: F] [eqn: TIMES] 5 m = 600 J에서 [eqn: F] = 120 N이다.

11. 빗면의 기울기가 작을수록 힘은 적게 들지만, 한 일의 양은 같다.

12. 물체의 처음 운동 에너지[eqn: =` {1} over {2} ` TIMES 5`` rm kg TIMES (10``m/s) ^{2} `=250``J]이다. 이 물체에 10 N [eqn: TIMES]2 m = 20 J의 일을 추가로 해주었으므로, 20 J이 운동 에너지로 전환된다. 따라서 물체의 운동 에너지는 250 J + 20 J = 270 J이 된다.

13. 이 실험은 수레의 속력이 일정할 때, 질량이 다른 수레가 한 일의 양을 측정하는 것이다. 실험 결과 수레의 질량이 클수록 나무 도막의 이동 거리가 크다.

14. 위치 에너지는 질량 [eqn: TIMES] 높이에 비례하므로, 질량 [eqn: TIMES] 높이의 값이 같은 두 물체를 찾으면 된다.

① 1 [eqn: TIMES] 1 = 1        ② 3 [eqn: TIMES] 1 = 3        ③ 1 [eqn: TIMES] 2 = 2

④ 2 [eqn: TIMES] 2 = 4        ⑤ 1 [eqn: TIMES] 3 = 3

15. [eqn: E_지면] = ( 9.8 [eqn: TIMES] 5 ) N [eqn: TIMES] 7 m = 343 J

[eqn: E_베란다] = ( 9.8 [eqn: TIMES] 5 ) N [eqn: TIMES] 3 m = 147 J

[eqn: E_옥상] = ( 9.8 [eqn: TIMES] 5 ) N [eqn: TIMES] 0 m = 0

16. ⑤ 이 실험에서 추의 질량은 1 kg으로 일정하다. 따라서 추의 질량 변화에 따른 나무 도막의 이동 거리, 즉 추의 질량과 위치 에너지의 관계는 알 수 없다.

17. ① (가)에서는 위치 에너지와 질량의 관계를 알 수 있다.

② (나)에서는 위치 에너지와 높이의 관계를 알 수 있다.

③ 못과 파라핀 사이의 마찰력은 추가 한 일과 관계없다.

④ (가)에서 못이 박히는 깊이는 추의 위치 에너지가 클수록 크다. 따라서 못이 박히는 깊이는 추의 질량이 큰 순서인 A<B<C 순이다.

⑤ 추의 질량이 일정할 때 낙하 높이가 높을수록 일을 많이 한다.

18. ㄴ, ㅂ. 운동 에너지를 이용한 예이다.

ㄷ, ㅅ. 중력에 의한 위치 에너지를 이용한 예이다.

ㄹ. 지레의 원리를 이용한 예이다.

19. ① [eqn: {1} over {2} ` TIMES 0.15 rm ``kg TIMES left{ {(144 TIMES 1000)m} over {(60 TIMES 60)초} right} ^{2}=120``J]

② [eqn: 1over2` TIMES2rm`` kg TIMES(3``m/s)^2` = 9``J]

③ [eqn: (9.8 TIMES 1) rm ``N TIMES 2``m=19.``6``J]

④ [eqn: (9.8 TIMES50rm)``N TIMES0.5``m=245``J]

⑤ 10 N [eqn: TIMES] 3 m = 30 J

20. 역학적 에너지가 보존되므로, A점과 B점에서 운동 에너지는 A점과 B점에서 감소한 위치 에너지와 같다.

A : ( 9.8 [eqn: TIMES] 1 ) N [eqn: TIMES] ( 10 - 2 ) m = 78.4 J

B : ( 9.8 [eqn: TIMES] 1 ) N [eqn: TIMES] ( 10 - 8 ) m = 19.6 J

21. 위치 에너지가 감소한 만큼 운동 에너지가 증가한다.

A : ( 9.8 [eqn: TIMES] 1 ) N [eqn: TIMES] ( 20 - 10 ) m = 98 J

B : ( 9.8 [eqn: TIMES] 3 ) N [eqn: TIMES] ( 20 - 10 ) m = 294 J

22. 공기 저항이나 마찰이 작용할 때 역학적 에너지는 보존되지 않는다. 이때 역학적 에너지의 일부는 열, 소리 에너지 등으로 전환된다.

23. 10 m 높이에서 물체의 역학적 에너지는 물체의 위치 에너지와 같으므로 ( 9.8 [eqn: TIMES] 2 ) N [eqn: TIMES] 10 m = 196 J이다. 지면에서 물체의 역학적 에너지는 운동 에너지와 같은 [eqn: 1over2` TIMES2 rm ``kg TIMES(12``m/s)^2`=144``J]이다. 따라서 마찰에 의해 손실된 역학적 에너지는 196 J - 144 J = 52 J이다.

24. 에너지 전환 과정에서 일부가 다시 사용할 수 없는 열에너지로 전환된다. 따라서 우리가 유용하게 사용할 수 있는 에너지의 양이 점점 감소하기 때문에 에너지를 절약해야 한다.

25. ④ 원자력 발전은 핵에너지를 이용한 발전이다. 이때 핵에너지는 신․재생 에너지에 속하지 않는다.