Page 194 - 2020 제작 서논술형 평가문항집-통합

2015 개정 교육과정 중고등학교 과학과 서·논술형 문항집

문항 정보

학년:중3단원: 운동과 에너지, 에너지 전환과 보존 중단원: 없음 키워드: 자유 낙하, 중력, 일, 에너지
[9과19-02] 물체의 자유 낙하 운동을 분석하여 시간에 따른 속력의 변화가 일정함을 설명할 수 있다.
[9과19-03] 일의 의미를 알고, 자유 낙하하는 물체의 운동에서 중력이 한 일을 위치 에너지와 운동 에너지로 표현할 수 있다.
성취기준
[9과22-01] 위로 던져 올린 물체와 자유 낙하 물체의 운동에서 위치 에너지와 운동 에너지의 변화를 역학적 에너지
전환과 역학적 에너지 보존으로 예측할 수 있다.

예시 문항

다음은 위로 던져 올린 물체의 운동에 대한 분석 내용이다. (단, 모든 저항과 마찰은 없다고 가정한다.)
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오른쪽 그림과 같이 (가) 2 kg짜리 공을 지표면으로부터 10 m 높이까지 공의 무게
만큼의 힘으로 들어 올린 다음, 그 위치(높이 10 m 지점)에서 이 공을 14 m/s 속력
으로 위로(지표면에 수직) 던져 올렸다고 하자. 이를 분석해 보면...

분석① 공은 지표면으로부터 높이 10m인 지점을 14 m/s로 출발하여 최고 높이 지
점까지 올라간다. 위로 올라갈수록 공의 속력은 점점 감소하며, 공이 최고
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높이 지점에 도달하면 순간적으로 공의 속력은 0 이 된다.

분석② 그 후 공은 그곳(최고 높이 지점)에서부터 다시 자유 낙하 운동하게 된다.
(나) 아래로 떨어질수록 속력은 점점 증가하게 되므로, 공은 지표면에 부딪
히기 바로 직전에 최대 속력을 나타내게 된다.

(1) 밑줄 친 (가)와 같은 일을 하였을 때 중력에 대하여 한 일의 양을 계산하고, 그 결과값을 공이 갖
게 되는 위치 에너지와 <조건>에 맞게 비교·설명하시오.

<조 건>
∘ 중력에 대하여 한 일의 양을 계산할 때, 계산식(숫자로 표현된 식)을 포함할 것
∘ 중력에 대하여 한 일의 양을 계산한 결과값(숫자)과 그 단위를 함께 제시할 것
∘ 위치 에너지와 비교할 때, ‘전환’의 관점으로 설명할 것

(2) <조건>에 있는 3가지 내용을 각각 이용하여, 밑줄 친 (나)와 같은 현상이 일어나는 이유를 3가지
제시하시오.
<조 건>
∘ ‘자유 낙하 운동’의 개념을 이용할 것
∘ ‘중력이 한 일과 운동 에너지의 관계’를 이용할 것
∘ ‘위치 에너지와 운동 에너지의 전환’을 이용할 것

(3) 분석①을 바탕으로, 이 공이 올라갈 수 있는 ‘지표면으로부터의 최고 높이’를 계산하는 과정과 결
과값을 <조건>에 맞게 제시하시오.
<조 건>
∘ 계산 과정에, 위치 에너지와 운동 에너지 계산식을 포함할 것
∘ 계산 과정에, 공의 역학적 에너지 계산식 및 결과값을 포함할 것
∘ 계산 과정에, 역학적 에너지 ‘보존’과 ‘전환’을 이용한 설명을 간단히 포함할 것
∘ ‘지표면으로부터의 최고 높이’의 결과값과 그 단위를 함께 제시할 것

출제 의도

서로 연관되어 있는 3가지의 성취기준을 엮어 구성한 문항으로 어려워 보일 수 있으나, <조건>을 이
용한다면 충분히 학생들이 답으로 가는 길을 안내받을 수 있는 문항입니다.

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