2023년 3월 고1 학평 (2015 교육과정) 통합과학 4번 해설

배점 3점 2015 교육과정

그림 (가)는 용수철저울에 매달린 추가 물에 절반 정도 잠긴 채 정지해 있는 모습을, (나)는 (가)의 추가 물에 완전히 잠긴 채 정지해 있는 모습을 나타낸 것이다. (나)에서가 (가)에서보다 크기가 큰 힘만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

①

같은 추이므로 중력은 같고(ㄱ 아님), 잠긴 부피가 큰 (나)에서 부력이 크며(ㄴ 해당), 측정한 힘 = 중력 − 부력이라 (나)에서 작다(ㄷ 아님) → 정답 ①.

핵심 개념

물에 잠긴 물체에는 위쪽으로 부력이 작용하며, 부력의 크기는 물체가 밀어낸 물의 무게와 같아 잠긴 부피가 클수록 크다.

(가)와 (나)는 같은 추중력의 크기는 물체의 질량에 따라 정해지며, 물에 잠긴 정도와 관계없이 같다 보기 ㄱ (해당 안 됨 — 같음)
(가) 절반 정도 잠김, (나) 완전히 잠김많이 잠길수록 밀어낸 물의 부피가 커져 부력이 커진다 → 부력 (나) > (가) 보기 ㄴ (해당 — (나)가 큼)
추가 용수철저울에 매달린 채 정지용수철저울로 측정한 힘 = 중력 − 부력이고, 중력은 같으므로 부력이 큰 (나)에서 더 작다 보기 ㄷ (해당 안 됨 — (나)가 작음)

보기 ㄴ: 부력의 크기는 추에 의해 밀려난 물의 무게와 같다. 추가 물에 많이 잠길수록 밀어내는 물의 부피가 커지므로, 완전히 잠긴 (나)에서 추에 작용하는 부력이 절반 정도 잠긴 (가)에서보다 크다. (나)에서가 (가)에서보다 큰 힘은 ㄴ뿐이므로 정답은 ①이다.

②

함정 추가 물속으로 더 깊이 내려갔으니 저울을 더 세게 잡아당긴다고 생각해 측정값이 커진다고 착각하기 쉽다.

ㄷ은 중력이 같고 부력이 커져 측정값(중력 − 부력)이 작아지므로 틀리고, 옳은 ㄴ이 빠졌다.

③

함정 물속에 더 깊이 잠기면 물의 무게까지 더해져 추가 받는 중력도 커진다고 생각하기 쉽다.

ㄴ은 옳지만, ㄱ은 같은 추의 중력은 잠긴 정도와 관계없이 같으므로 틀리다.

④

함정 부력을 아래로 누르는 물의 힘으로 오해해, 많이 잠긴 (나)에서 추가 더 무거워지고 저울 값도 커진다고 판단하기 쉽다.

ㄱ은 중력이 같아서, ㄷ은 부력이 커져 측정값이 작아지므로 틀리고, 옳은 ㄴ이 빠졌다.

⑤

함정 추가 많이 잠긴 (나)에서 모든 힘이 함께 커진다고 막연히 생각해, 중력과 부력이 반대 방향이라는 점을 놓치기 쉽다.

ㄴ은 옳지만, ㄱ은 중력이 같아서, ㄷ은 측정값이 중력 − 부력으로 작아져서 틀리다.

물에 잠긴 정도가 다른 두 상황에서 중력·부력·용수철저울 측정값을 구별하고, 힘의 관계(측정값 = 중력 − 부력)로 크기 변화를 판단하는 능력

두 상황에서 변하지 않는 양(질량·중력) 확인 → 잠긴 부피로 부력 비교 → 저울 측정값 = 중력 − 부력으로 측정값 변화 판단

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