2025년 3월 고1 학평 통합과학 6번 해설
6.
그림과 같이 액체 상태의 아세톤이 들어 있는 찌그러진 공이 물속에 정지한 채로 떠 있다가, 아세톤의 기화로 인해 공이 펴지면서 위로 떠올라 정지했다. 찌그러진 공과 펴진 공에 작용하는 부력은 같다. 찌그러진 공과 펴진 공에서 동일한 물리량만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공은 밀폐되어 있다.) [2점]
- ① ㄱ
- ② ㄴ
- ③ ㄱ, ㄷ
- ④ ㄴ, ㄷ
- ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ
⑤
밀폐된 공에서 아세톤이 기화해도 분자 수 그대로(ㄱ), 질량이 같으니 중력도 같고(ㄴ), 부력이 같으니 잠긴 부피도 같음(ㄷ) → 세 가지 모두 동일 → 정답 ⑤.
핵심 개념
상태 변화가 일어나도 분자의 수와 질량은 변하지 않으며, 물체에 작용하는 부력의 크기는 물에 잠긴 부분의 부피가 클수록 크다.
단서 따라가기
- 공은 밀폐, 아세톤이 액체에서 기체로 기화상태 변화는 분자의 배열과 분자 사이 거리만 변하고 분자의 수는 변하지 않는다 보기 ㄱ (동일)
- 밀폐된 공 — 들어오거나 나가는 물질 없음질량이 같으므로 질량에 비례하는 중력의 크기도 같다 보기 ㄴ (동일)
- 찌그러진 공과 펴진 공에 작용하는 부력은 같다부력의 크기는 물에 잠긴 부분의 부피가 클수록 크다 → 부력이 같으면 잠긴 부분의 부피도 같다 보기 ㄷ (동일)
정답 근거
보기 ㄱ: 공이 밀폐되어 있으므로 아세톤이 기화해도 공 내부 아세톤 분자의 수는 변하지 않는다. 보기 ㄴ: 물체에 작용하는 중력의 크기는 질량이 클수록 크다. 찌그러진 공과 펴진 공의 질량이 같으므로 중력의 크기도 같다. 보기 ㄷ: 부력의 크기는 물에 잠긴 부분의 부피가 클수록 크다. 두 공에 작용하는 부력이 같으므로 물에 잠긴 부분의 부피도 같다. 세 물리량이 모두 같으므로 정답은 ⑤이다.
선지별로 왜 틀렸나
①
함정 펴진 공이 위로 떠올랐으니 더 가벼워졌다(중력이 줄었다)고 생각하기 쉽다.
ㄱ은 맞지만, 밀폐된 공은 질량이 그대로라 중력이 같고, 부력이 같아 잠긴 부피도 같으므로 ㄴ, ㄷ이 빠졌다.
②
함정 기화하면 기체가 되어 아세톤 분자가 줄거나 늘어난다고 착각하기 쉽다.
ㄴ은 맞지만, 밀폐된 공에서 기화가 일어나도 분자 수는 변하지 않고, 잠긴 부피도 같으므로 ㄱ, ㄷ이 빠졌다.
③
함정 공이 위로 떠오른 것을 무게가 줄어든 결과로 보아 중력이 달라졌다고 판단하기 쉽다.
ㄱ, ㄷ은 맞지만, 공의 질량이 변하지 않아 중력의 크기도 같으므로 ㄴ이 빠졌다.
④
함정 액체가 기체로 바뀌면 부피가 커지니 분자 수도 많아진다고 생각하기 쉽다.
ㄴ, ㄷ은 맞지만, 기화로 늘어나는 것은 분자 사이의 거리이지 분자 수가 아니므로 ㄱ도 같은데 빠졌다.
이 문항이 묻는 능력
상태 변화 상황에서 보존되는 양(분자 수, 질량)을 가려내고, 부력이 같다는 조건을 잠긴 부피와 연결하는 능력
다음에 비슷한 문제를 만나면
밀폐 조건 → 분자 수·질량 보존 확인 → 질량으로 중력 판단 → 주어진 부력 조건을 잠긴 부피와 연결
관련 개념
기화 상태 변화와 분자 수 질량과 중력 부력
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