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물리Ⅰ 정 답

해 설

1. [출제의도] 위치-시간 그래프를 분석하여 운동을 이해하고 이동 거리와 변위, 속력 구하기

② 0~10초까지의 물체 이동 거리는 20+12+12= 44([eqn: rm m])이다.

[오답풀이] ① 0~3초 사이에 기울기가 감소하므로 속력은 감소한다. ③ 0~10초 사이 출발점에서 도착점까지의 거리가 20[eqn: rm m]이므로 변위는 -20[eqn: rm m]이다. ④ 0~10초까지 운동방향은 3초, 8초일 때 두 번 바뀐다. ⑤ 기울기가 2초일 때는 (-), 6초일 때는 (+)이므로 운동 방향은 반대이다.

2. [출제의도] 가속도-시간 그래프를 분석하여 이동 거리와 속력 구하기

ㄱ. 0~2초까지 가속도가 0이므로 속력은 일정하다.  ㄷ. 2~4초까지 [eqn: v _{0} =]2[eqn: rm m/s], [eqn: a=]3[eqn: rm m/s ^{2}]으로 등가속도 운동하므로, 4초 때의 속력은 [eqn: v=][eqn: v _{0} +at=2+3][eqn: TIMES 2][eqn: =8rm (m/s)]이다.

[오답풀이] ㄴ. 0~2초까지 2[eqn: rm m/s]로 등속 운동하므로 이동 거리 [eqn: s=vt=4(rm m)]이며, 2~4초까지는 [eqn: v _{0} =][eqn: rm 2m/s], [eqn: a=][eqn: rm 3m/s ^{2}]로 등가속도 운동하므로 이동 거리는 [eqn: s=v _{0} t][eqn: +][eqn: {1} over {2}][eqn: at ^{2} =2 TIMES 2+ {1} over {2} TIMES 3 TIMES 2 ^{2}][eqn: =][eqn: 10(rm m)]이다. 그러므로 0~4초까지 총 이동 거리는 [eqn: 14rm m]이다.

3. [출제의도] 등가속도 직선 운동하는 물체의 걸린 시간과 이동 거리 구하기

ㄱ. 마찰력이 합력이므로 가속도는[eqn: a=- {F} over {m} =- {5} over {1}] [eqn: =-5(rm m/s ^{2} )]이다. ㄴ. 등가속도 직선 운동의 식 [eqn: v=v _{0} +at]에서 나중 속도 [eqn: v]는 0이므로, 정지할 때까지 걸린 시간은 [eqn: t=- {v _{0}} over {a} =][eqn: - {10} over {-5}][eqn: =2(rm s)]이다. ㄷ. 등가속도 직선 운동의 식 [eqn: 2as=v ^{2} -v _{0} ^{2}]에서 정지할 때까지 이동 거리는 [eqn: L=- {v _{0} ^{2}} over {2a} `][eqn: `=-` {10 ^{2}} over {2 TIMES (-5)}] [eqn: =10(rm m)]이다.

4. [출제의도] 빗면에서 운동하는 물체의 가속도와 질량의 관계 이해하기

① 질량 [eqn: m]인 물체가 경사각이 [eqn: theta]인 빗면에서 운동할 때 물체의 가속도 [eqn: a= {mgsin theta } over {m} =gsin theta]이다. 가속도에 영향을 미치는 요인은 [eqn: g]와 [eqn: theta]이므로 가속도 크기는 질량에 관계없이 같다.

5. [출제의도] 두 물체 사이의 작용과 반작용 관계 알아보기

ㄷ. A가 저울을 누르는 힘의 반작용은 저울이 A를 떠받치는 힘이다.

[오답풀이] ㄱ, ㄴ. 두 물체가 정지해 있으므로 합력이 0이다. 저울의 눈금은 A와 B의 중력 차이다. A의 중력은 [eqn: rm 90N]이므로 A의 질량 [eqn: m]은 [eqn: 9rm kg]이다. 실이 A를 당기는 힘, A의 중력, 저울이 A를 떠받치는 세 힘이 평형을 이룬다.

6. [출제의도] 충격량과 평균힘-시간의 관계 알아보기

ㄴ. 바닥에 도달하여 충돌 후 정지할 때까지 A, B의 운동량 변화량이 같으므로 충격량이 같다. ㄷ. 계란 A, B가 같은 높이에서 자유 낙하하므로 바닥에 도달할 때 속도가 같아 운동량이 같다.

[오답풀이] ㄱ. B의 충돌 시간이 더 길어서 평균힘은 작다.

7. [출제의도] 중력이 작용하는 물체의 속도-시간 그래프 구하기

② 중력이 일정하게 작용하므로 등가속도 운동한다. 따라서 아래로 내려올 때 속도가 (+) 방향으로 빨라지고 위로 올라갈 때 속도가 (-) 방향으로 느려진다.

8. [출제의도] 운동하는 자동차 안에서의 관성 이해하기

ㄱ. 차의 속도가 점점 증가하면 공은 정지해 있으려는 성질 때문에 철수 쪽으로 움직인다.

[오답풀이] ㄴ. 차의 속도가 점점 감소하면 공은 속도를 계속 유지하려는 성질 때문에 영희 쪽으로 움직인다. ㄷ. 차가 등속 직선 운동하면 영희가 볼 때 움직이지 않는다.

9. [출제의도] 운동량-시간 그래프를 분석하여 물체의 운동을 이해하고 각각의 물리량 구하기

① [eqn: DELTA p=F BULLET DELTA t]로부터 그래프의 기울기가 합력이므로 5N이다.

[오답풀이] ② 2~4초 동안 운동량 변화량이 0이므로 충격량은 0이다. ③ 2초 때 운동량은 10[eqn: rm kg․m/s], 6초때 운동량은 0[eqn: rm kg․m/s]이므로 변화량의 크기는 10[eqn: rm kg․m/s]다. ④ 4~6초 사이 운동량이 감소하므로 속도도 감소한다. ⑤ 가속도가 (-)이므로 운동 방향과 합력의 방향은 반대이다.

10. [출제의도] 등속도 운동하는 물체에 작용하는 합력과 탄성력에 의해 용수철이 늘어나는 길이 구하기

ㄱ, ㄴ. 두 물체는 등속 운동하므로 A, B에 작용하는 합력은 0이다. 따라서 A, B에 작용하는 중력이 같아야 하므로 B의 질량도 마찬가지로 2[eqn: rmkg]이다.

[오답풀이] ㄷ. B에 작용하는 탄성력과 중력은 크기가 같으므로 [eqn: x= {F} over {k} =0.1(rm m)]이다.

11. [출제의도] 뉴턴의 운동 2법칙을 이용하여 물체의 가속도, 상호작용, 일률 알아보기

ㄱ. B의 중력으로 A, B가 함께 운동하므로  [eqn: a= {10} over {2} =5(rm m/s ^{2} )]이다.

[오답풀이] ㄴ. ‘실이 A를 당기는 힘=A에 작용하는 합력’이므로 실이 A를 당기는 힘은 [eqn: 5rmN]이다. ㄷ. A는 등가속도 운동을 하므로 [eqn: P=Fv]에서 [eqn: v]가 증가하면 일률 [eqn: P]도 증가한다.

12. [출제의도] 빗면을 내려오는 수레의 운동을 기록한 종이테이프에 찍힌 타점 분석하기

철수 : 구간별 걸린 시간은 0.1초, 구간 4의 거리가 [eqn: rm 6.5cm]이므로 평균 속력은 [eqn: rm 0.65m/s]이다.

[오답풀이] 민수 : 구간 거리가 증가하므로 가속도 운동을 하여 합력은 0이 아니다. 영희 : 빗면에서의 가속도는 [eqn: gsin theta]이므로 질량과 관계없다.

13. [출제의도] 두 물체의 충돌을 분석하여 운동량과 충격량 구하기

ㄱ. 충격량=운동량 변화량이므로 [eqn: rm DELTA p]=[eqn: DELTA (mv)]=2×(1-3) =-4([eqn: rm kg`․m/s])이다. 따라서 충격량의 크기는 4([eqn: rm N`․`s])이다. ㄷ. 운동량 보존 법칙에 의해 2×3=2×1+[eqn: m]×4이므로 [eqn: m]=1([eqn: rm kg])이다.

[오답풀이] ㄴ. A의 운동량 변화량은 [eqn: rm DELTA p]=[eqn: DELTA (mv)]=2×(1-3)=-4([eqn: rm kg]ㆍ[eqn: rm m/s])이고, B의 운동량 변화량도 [eqn: rm DELTA p]=[eqn: DELTA (mv)]=1×4=4([eqn: rm kg]ㆍ[eqn: rm m/s])로 크기는 같다.

14. [출제의도] 힘-시간 그래프를 분석하여 물체의 운동 이해하기

ㄴ. 3초일 때 수레와 나무도막의 가속도는 4[eqn: rm m/s ^{2}], 나무도막의 질량은 0.5[eqn: rm kg]이므로 나무도막에 작용하는 합력은 2N이다. 나무도막이 수레 위에서 미끄러지지 않고 운동하므로 나무도막에 작용하는 정지마찰력은 2N이다.

[오답풀이] ㄱ. [eqn: F․ TRIANGLE t`=` TRIANGLE p`=` TRIANGLE (mv)]에서 [eqn: TRIANGLE v`=` {F․ TRIANGLE t} over {m}]이다. 그래프에서 0~2초 사이 [eqn: TRIANGLE p`=`6( rm kg․m/s)]이므로, [eqn: TRIANGLE v`=` {6} over {1.5} `=`4( rm m/s)]이다. 0~4초 사이 [eqn: TRIANGLE p`=`18( rm kg․m/s)]이므로, [eqn: TRIANGLE v`=` {18} over {1.5} `=`12( rm m/s)]이다. 따라서 4초일 때 속력은 2초일 때의 3배이다. ㄷ. 나무도막을 가속도 운동하게 하는 합력은 마찰력이므로, 마찰력의 방향은 수레의 운동 방향과 같은 방향이다.

15. [출제의도] 속도-시간 그래프 분석하기

⑤ 0～5초 때까지는 속도가 증가하다가 감소하여 정지한다. 물체는 한쪽 방향으로만 운동하기 때문에 5초 때 물체가 제자리로 돌아오지 않는다.

[오답풀이] ① 0~1초까지 가속도는 그래프에서 기울기이므로 2[eqn: rm m/s ^{2}]이다. ② 1초 전후로 기울기인 가속도의 부호가 바뀌므로 힘의 방향이 바뀐다. ③ 2초일 때 속도가 감소하므로 운동 방향과 힘의 방향은 반대이다. ④ 5초일 때 속도의 부호가 바뀌므로 운동 방향이 바뀐다.

16. [출제의도] 위치-시간 그래프를 분석하여 이동 거리와 변위를 구별하고, 상대 속도 개념 파악하기

ㄱ. 강아지가 0초 때 영희보다 3[eqn: rm m] 뒤에 있었으므로, 0~12초 동안의 이동 거리는 영희보다 강아지가 더 크다. 따라서 강아지의 평균 속력이 크다. ㄴ. 0~12초 동안 강아지는 직선 운동을 하였으므로 이동 거리와 변위 모두 27[eqn: rm m]로 같다.

[오답풀이] ㄷ. 그래프의 기울기는 영희에 대한 강아지의 상대 속도이다. 4~6초 사이에서는 강아지의 속력이 2[eqn: rm m/s]이고, 10~12초 사이에서는 0.5[eqn: rm m/s]이므로 10~12초 사이에 느리게 운동한다.

17. [출제의도] 시간에 따른 위치를 분석하여 속도, 가속도를 구하고 가속도의 방향 이해하기

ㄱ. 0~3초 동안 등속도 운동하며, 1초 동안 5[eqn: rm m] 이동하므로 속력은 5[eqn: rmm/s]이다. ㄴ. 3초 이후 등가속도 운동하며, 1초 동안 속도가 1[eqn: rmm/s]씩 감소하므로 가속도는 -1[eqn: rmm/s ^{2}]이다. 따라서 3초 이후 가속도의 크기는 1[eqn: rmm/s ^{2}]이다. ㄷ. 3초 이후 속도가 감소하므로 가속도 방향은 운동 반대 방향이다.

18. [출제의도] 연직 위로 던져 올린 공의 운동량과 충격량, 중력이 한 일 구하기

⑤  공이 최고점까지 올라갈 때 중력이 한 일은 [eqn: -mgh]이고, 최고점에서 원래 위치로 되돌아올 때까지 중력이 한 일은 +[eqn: mgh]이므로 중력이 한 일의 총량은 0이다.

[오답풀이] ① 올라갈 때와 내려올 때의 속도 방향이 반대이므로 운동량의 방향이 바뀐다. ② 최고점에서는 속도가 0이므로 운동량도 0이다. ③ 공에 항상 중력이 작용하므로 최고점에서 합력은 0이 아니다. ④ 충격량=운동량 변화량이므로 [eqn: -mv _{0} -mv _{0} =][eqn: -2mv _{0}]이다.

19. [출제의도] 힘의 분해를 이해하고 작용과 반작용 개념 파악하기

(가) 한 줄에 사람의 무게가 걸리므로 용수철 저울의 눈금은 [eqn: 600 rm N]이다. (나) 두 줄에 사람의 무게가 나누어지므로 용수철 저울의 눈금은 [eqn: 300 rm N]이다.

20. [출제의도] 일과 일률의 개념을 이해하고 적용하기

ㄴ. 일 [eqn: W=F·s]이므로 [eqn: W=10000 TIMES 10][eqn: =100000 rm (J)]. ㄷ. 일률 [eqn: P`= {W} over {t} = {F·s} over {t} `=F·v]이므로 [eqn: P=10000 TIMES 1=10000 rm (W)]

[오답풀이] ㄱ. 등속도 운동하므로 기중기가 끌어올리는 힘과 물체의 무게는 같다. 따라서 끌어올리는 힘은 [eqn: mg]이다. [eqn: F=mg=1000 TIMES 10=10000 rm (N)]