2024년 3월 고1 학평 (2015 교육과정) 통합과학 4번 해설
4.
그림은 건전지, 자석, 코일을 이용하여 만든 간이 전동기에서 코일이 자석으로부터 힘을 받아 회전하고 있는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. P, Q는 코일의 서로 맞은편에 있는 지점이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? [2점]
- ① P와 Q가 자석으로부터 받는 힘의 방향은 같다.
- ② 전동기에서는 전기 에너지가 운동 에너지로 전환된다.
- ③ 자석의 극을 반대로 바꾸면 코일의 회전 방향이 반대로 바뀐다.
- ④ 전지의 극을 반대로 바꾸면 코일의 회전 방향이 반대로 바뀐다.
- ⑤ 자석을 세기가 더 강한 것으로 바꾸면 코일이 더 빠르게 회전한다.
①
코일의 맞은편 P, Q는 전류가 서로 반대 방향으로 흐르므로 받는 힘의 방향도 반대 → ①이 옳지 않은 설명, 정답 ①.
핵심 개념
자기장 속에서 전류가 흐르는 도선은 힘을 받으며, 힘의 방향은 전류의 방향과 자기장의 방향에 따라 정해진다.
단서 따라가기
- P, Q는 코일의 서로 맞은편에 있는 지점고리 모양 코일에서 한쪽을 따라 흐른 전류는 맞은편에서 반대 방향으로 흐른다 → 같은 자기장 속에서 받는 힘의 방향도 반대이다. 양쪽이 반대 방향으로 힘을 받아 코일이 회전한다 ① (옳지 않음 → 정답)
- 건전지에서 전류가 공급되어 코일이 회전전동기는 전기 에너지를 운동 에너지로 전환한다 ② (옳음)
- 자석의 극 또는 전지의 극을 바꿈자기장의 방향이나 전류의 방향 중 하나가 반대가 되면 힘의 방향이 반대가 되어 회전 방향이 바뀐다 ③·④ (옳음)
- 자석을 세기가 더 강한 것으로 바꿈자기장이 셀수록 전류가 흐르는 코일이 받는 힘이 커진다 ⑤ (옳음)
정답 근거
P와 Q는 코일의 서로 맞은편에 있으므로 P와 Q에 흐르는 전류의 방향은 서로 반대이다. 같은 자석의 자기장 속에서 전류의 방향이 반대이면 자석으로부터 받는 힘의 방향도 반대가 되며, 이렇게 양쪽이 반대 방향으로 힘을 받아 코일이 회전한다. 따라서 "P와 Q가 자석으로부터 받는 힘의 방향은 같다"는 옳지 않으므로 정답은 ①이다.
선지별로 왜 틀렸나
②
함정 전동기와 발전기를 혼동해 운동 에너지가 전기 에너지로 바뀐다고 생각하기 쉽다.
전동기는 전류가 흐르는 코일이 자기장 속에서 힘을 받아 회전하므로 전기 에너지가 운동 에너지로 전환된다. 옳은 설명이다.
③
함정 극을 바꿔도 자석의 세기는 그대로이므로 회전 방향도 그대로라고 생각하기 쉽다.
자석의 극을 바꾸면 자기장의 방향이 반대가 되어 코일이 받는 힘의 방향도 반대가 되므로 회전 방향이 바뀐다. 옳은 설명이다.
④
함정 전지는 전류를 흐르게 할 뿐 힘의 방향과는 관계없다고 여기기 쉽다.
전지의 극을 바꾸면 코일에 흐르는 전류의 방향이 반대가 되어 힘의 방향도 반대가 되므로 회전 방향이 바뀐다. 옳은 설명이다.
⑤
함정 자석의 세기는 회전 방향에만 영향을 준다고 착각하기 쉽다.
자석의 세기가 강하면 코일이 받는 힘의 크기가 커져서 코일이 더 빠르게 회전한다. 옳은 설명이다.
이 문항이 묻는 능력
간이 전동기에서 코일 각 부분의 전류 방향과 힘의 방향을 연결하고, 조건 변화에 따른 회전 방향·빠르기 변화를 판단하는 능력
다음에 비슷한 문제를 만나면
전동기의 원리(자기장 속 전류가 받는 힘) 떠올리기 → 코일 각 부분의 전류 방향 확인 → 전류·자기장 방향을 바꿀 때와 세기를 바꿀 때 힘의 변화를 선지별로 적용
관련 개념
전동기 자기장에서 전류가 받는 힘 전류의 방향 에너지 전환
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