2025년 3월 고1 학평 통합과학 17번 해설
그림은 자유 낙하하는 물체가 점 p, q, r을 차례로 지나는 모습을 나타낸 것이다. 지면으로부터 p, q, r까지의 높이는 각각 4h, 3h, h이고, 물체가 p와 q를 지나는 순간의 운동 에너지는 각각 E와 9E이다. 물체가 r을 지나는 순간의 운동 에너지는? (단, 물체의 크기는 무시한다.) [3점]
p→q에서 높이 h만큼 떨어져 운동 에너지가 8E 증가, p→r은 3h 떨어지므로 24E 증가 → r에서 E + 24E = 25E, 정답 ②.
핵심 개념
자유 낙하하는 물체에서 감소한 위치 에너지는 모두 운동 에너지로 전환되어 역학적 에너지가 보존된다.
정답 근거
자유 낙하에서 감소한 위치 에너지 = 증가한 운동 에너지이고, 위치 에너지 감소량은 떨어진 높이에 비례한다. p→q: 높이 4h → 3h로 h만큼 떨어지며 운동 에너지가 9E − E = 8E 증가했으므로 높이 h당 운동 에너지 8E가 늘어난다. p→r: 높이 4h → h로 3h만큼 떨어지므로 운동 에너지 증가량 = 3 × 8E = 24E. 따라서 r에서의 운동 에너지 = E + 24E = 25E이고 정답은 ②이다. (다른 풀이: 질량을 m이라 하면 역학적 에너지 보존에서 mg(4h) + E = mg(3h) + 9E이므로 mgh = 8E이고, r에서 mg(4h) + E = mgh + Eᵣ → Eᵣ = 3mgh + E = 25E.)
선지별로 왜 틀렸나
이 문항이 묻는 능력
두 지점의 높이와 운동 에너지 자료에서 단위 높이당 에너지 전환량을 구하고 다른 지점의 운동 에너지를 계산하는 능력
관련 개념
'에너지 보존 법칙' 개념이 나온 다른 기출
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