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  • 작성자 사진여의도과학 최과학

[수능 물리학1-킬러문항 ] 역학적E 전환에서 꼭 알아야 하는 2 가지!

최종 수정일: 2022년 12월 13일



"수능 물리학1 에서 킬러 문항-역학적에너지 전환을 시간 안에 해결 할 수 있을 것인가?" 이것이 수능에서 물리학1을 선택하려는 학생의 가장 큰 고민일 것이다.

교과서대로 방정식 다 세워서 역학적E 전환을 풀게 되면 시간이 너무 많이 걸리고, 번득이는 아이디어를 찾아내기에는 30분의 수능 시험 시간이 약간 부족하게 느껴지기 때문이다.


그러나 역학적 에너지 전환에서 기본 원칙 2가지! 이 두 가지 기본사실에 충실하다면 그 어떤 문제가 나와도 모두 시간 안에 해결할 수 있을 것이다.


아래 2 가지를 꼭 노트에 적어놓고 역학적 에너지 전환 문제를 풀 때 마다 항상 명상하듯이 반복적으로 읽어 내 것으로 만들고 이 두가지를 활용하도록 연습하자.


첫 째, 외력이 한 일은 물체의 역학적 에너지 변화량과 같다.

둘 째, 알짜힘이 한 일은 물체의 운동에너지 변화량과 같다.


아래는 2023학년도 수능 물리학1-20번 역학적 에너지 전환 문제이다.

왼쪽 마찰 빗면에서 물체가 운동 할 때,

1) 등속 직선 운동이므로 알짜힘이 0이고, 따라서 운동에너지 변화량이 없다.


2) 마찰 구간에서 마찰력(외력)이 한 일은 역학적에너지 변화량과 같으므로 이 값은 mgh가 된다. 따라서 마찰구간의 수직높이가 h가 되는 것을 바로 확인할 수있다 .

3) 빗면의 가속도가 3 : 2이므로 빗면의 길이는 2 : 3이 된다. (단, 같은 수직 높이에서)


4) 수직 높이의 비는 빗면 길이의 비와 같으므로 우리는 빗면 길이를 구하면 된다.


5) 이동거리는 가속도에 반비례하고, 속도 제곱 변화량에 비례하는 것을 이용하여 빗면의 길이를 구한다. (일-에너지 정리, 등가속도 운동)


2023학년도 수능 물리학1 역학적 에너지 전환 킬러문항 20번은 가속도와 속도 관계만 알고 있어도 수월하게 풀리는 문제였으므로, 에너지 전환으로 풀 수도 있으나 가속도와 속도관계를 이용해서 간단히 문제를 해결할 수 있다. (일-에너지 정리, 등가속도 운동)

(자세한 문제 해설은 아래 동영상을 참고하길 바란다)


즉, 이 문제에서 구해야 하는 값은 오른쪽 빗면의 각 구간의 길이의 비이다.

그러니까 r 과 s 에서 물체의 속력의 비만 알아내면 구간의 길이의 비도 구할 수 있으므로 우리는 r 과 s 에서 물체의 속력의 비를 구하면 된다.



천천히 문제를 읽고 구해야 하는 것이 무엇인지 확인해보자.

문제 해설을 아래에 다시 메모해 놓았다.





물리학1에서 기초적인 내용을 아래와 같이 정리해서 적어보자.


1) 빗면 가속도는 빗면 기울기에 비례한다.

2) 빗면에서 물체는 등가속도 운동한다. (마찰 무시인 경우)

3) 빗면 가속도가 3 : 2 라면 빗면 길이는 2 : 3 이다. (단, 같은 수직 높이)

4) 거리=평균속도 x 시간 (단, 등가속도 운동)

5) 등가속도 운동에서 가속도와 이동 거리,속력 제곱 관계식 적기.


이제 준비를 마쳤으면, 2023-수능 물리학1-20번 문제 풀이를 해보자.

일단, 무엇을 구해야 하는지 확실하게 확인을 먼저 하고, 그 후에 주어진 조건을 정리하자.

그리고 이를 이용하여 멋지고 간단하게 문제를 해결해서 답을 구하자.



일단, 오른쪽 빗면에서 각 구간의 길이의 비만 알아내면 된다. 그것이 답이다.

왜냐하면 빗면 길이의 비가 수직 높이 비와 같기 때문이다.

즉, 우리는 r~s 구간 빗면 길이와 s~t 구간 빗면 길이만 알아내면 된다.



1) 역학적에너지가 1h만큼 감소했으므로, 마찰 구간의 수직 높이가 1h 이다.


2) 따라서 빗면 p ~ q 구간과 마찰 구간에서 빗면 길이는 서로 같다.





3) 빗면에서 등가속도운동이고 (마찰 구간 제외),

빗면 가속도가 3 : 2 이므로 빗면 이동 거리는 2 : 3이 된다.(단, 동일 수직 높이인 경우)


4) 거리 = 평균 속도 x 시간 이고, 마찰 구간과 r~s구간에 걸린 시간이 같으므로,

마찰 구간과 r~s 구간의 평균속력이 2 : 3 이 된다.


5) 빗면 p ~ q 구간과 r ~ s 구간의 이동거리가 2 : 3 이고 각 구간의 가속도가 3 : 2 임을 이용하여 각 구간의 속력 비를 구할 수 있다.


6) 따라서 각 구간의 속력의 비를 알면 오른쪽 빗면에서 각 구간의 이동거리비를 구할 수 있고 따라서 답을 구할 수 있다.





수능 물리학1에서 안정적으로 점수를 확보하기 위해서 앞으로 1년간 수험생은 물리 문제를 해결하려고 할 때, 문제에서 구해야 하는 것이 무엇인지 정확하게 확인하고, 출제자가 왜 이러한 조건을 제시 했는지 끊임없이 고민하고 바로 안 풀리면 해설을 보는 것이 아니라( 바로 해설을 보는 것은 물리를 공부하는 좋은 방법이 아니다 ) Slow Thinking 하면서 고민하고 또한 이를 즐긴다면 반드시 1년 후에 좋은 결과가 있을 것이다.


다시 한 번 더 정리하면, 물리를 잘 하기 위한 방법은


첫 번째, 문제를 정확하게 읽는 것이다.

출제자가 무엇을 물어보고 있는 것인지 정확하게 파악하고, 무엇을 구해야 하는 것인지 빠르게 인지하는 것이다.


두 번째, 문제에 주어진 조건을 모두 찾고, 왜 이러한 조건을 주었는지 의문을 가지고 이를 활용하도록 연습해야 한다.


예를 들어 2023학년도 수능 물리학1-20번 문제에서, 빗면의 가속도가 3 : 2 라는 것이 그냥 주어진 것이 아니다. 아주 치밀한 계획하에 잘 짜여진 각본 같은 것이므로 주어진 조건을 최대한 활용해서 문제를 해결하려고 고민하고 노력한다면 수능에서 좋은 점수를 받을 수 있을 것이다.



아래 영상은 2023학년도 수능 물리학1-20번 역학적 에너지 전환 문제 풀이 영상이다.

거속시(거리=평균속력x시간) 와 등가속도, 딱 두가지만 이용해서 문제를 풀이하는 영상이다.

물리는 사물의 이치를 탐구하는 학문이므로 다양한 방법을 이용해서 문제를 해결할 수 있으므로 여러가지 다양한 방법을 이용해서 문제를 해결하려고 노력하고 또한 이를 즐겨보자. 정말 기가막힌 멋진 학문이다. 물리학!

















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