중2과학 1, 2단원 문제풀이 (2)

2단원 문제 두 번째 편입니다.

2023.04.17 - [중등과학문제풀이] - 중2 과학 2단원 문제풀이(1)

중2 과학 2단원 문제풀이(1)

1편에서는 원소부터 마찰전기까지 문제를 풀이했습니다.

 

2편에서는 전류의 자기장부터 보도록 할게요^^

첫 번째 문제

중2과학 모중학교 기출문제

 

도선에서 전자의 이동하는 것이 전류이죠. 전자는 (-) 전하를 띠기 때문에 (-) 극에서 (+)로 이동합니다. 하지만, 전류의 방향은 (+)극에서 (-)극으로 이동합니다. 왜? 전자를 발견하기 전에 전류의 방향을 (+)극에서 (-)극으로 이동이라고 정의를 했기 때문이죠. 전류의 정의를 발표하고 약 100년 뒤에 전자가 발견되면서 수정을 하려고 했지만, 이미 너무 많은 실험을 하였기 때문에 과학자들은 전류의 방향은 (+)극에서 (-)극으로 하고, 전자의 방향만 (-)극에서 (+) 극으로 추가하였다고 하네요. 

그럼 정답은 찾아보세요^^

 

두 번째 문제

중2과학 모중학교 기출문제

 

전압계를 이용하여 전압을 측정하고 있네요. 전압계의 눈금은 (-) 단자가 어디에 연결되어 있는지 확인해야 눈금을 읽을 수 있죠. 문제에 15V에 연결되어 있다고 했으니까, 눈금에서 0, 5, 10, 15로 된 부분의 눈금을 읽으시면 됩니다. 바늘이 10과 15 사이에 있네요. 답 보이시죠??

전류계 눈금도 전압계와 같은 방법으로 읽으시면 됩니다. 

제가 지식인에서 답변을 하고 있는데 전류계는 회로도에 직렬로 연결하고, 전압계는 회로도에 병렬로 연결하는데 왜 그런가요?? 많이 물어봐서 답변을 하고 있는데요, 전류계와 전압계에는 자체 저항이 있어요. 전류계의 자체저항은 작은 편이고, 전압계는 매우 큰 편이랍니다. 만약 전류계를 회로도에서 병렬로 연결하면 전류는 전류계 쪽으로만 이동하게 되죠. 왜? 전류는 저항이 작은 쪽으로 가게 되죠. 저항이 전류를 방해하는 것이니까요. 이해가 되시나요? 전압계는 저항이 매우 큰 편이라서 회로도에서 직렬로 연결하면 전류가 전압계를 통과를 못 할 수 있답니다. 왜? 저항이 크니까요~~ 그래서 전류계는 직렬로, 전압계는 병렬로 연결합니다. 

 

세 번째 문제

중2과학 모중학교 기출문제

 

도선의 저항은 길이에는 비례하고, 단면적에는 반비례합니다. 단면적이 같다는 조건에서 길이가 길다는 것은 전자가 이동할 때 방해하는 것이 많다는 것이죠. 그래서 저항은 도선의 길이에 비례하고요~~. 길이가 같다는 조건에서 단면적이 크면 전자가 이동할 공간이 많네요. 그러면 단면적이 작을 때 보다 수월하게 지나갈 수 있으므로 단면적이 크면 저항은 작아집니다. 이해가 되시나요?? 이해가 안 되면 직접 그림을 그려보세요. 

저항의 길이와 단면적 비교

문제를 볼까요?? 먼저, A와 C는 길이는 같고, 단면적이 다르죠. 단면적이 큰 C의 저항이 A보다 작네요. 몇 배 2배 작아요. B와 D도 마찬가지입니다. A와 B는 단면적은 같지만, 길이가 다르죠. A가 B보다 길이가 2배 작으니까, 저항도 2배 작죠. 그럼, A의 저항은 1옴이라고 하면 B는 2옴이 되고, C는 0.5옴이 되죠. D는 1옴이 되네요.  그럼 답은 직접 찾아보세요^^

 

네 번째 문제

중2과학 모중학교 기출문제

 

그래프에서 기울기는 전류/전압이죠? 옴의 법칙에서 저항은 전압/전류입니다. 그러면 그래프에서 기울기는 저항의 역수인요. 따라서 A와 B의 기울기를 비교하면 A가 크죠. 저항이 작다는 것. 이해가 되시나요? 저항값을 구해보면 A는 10옴(4V/0.4A)이고, B는 20옴(4V/0.2A)이네요. 저항값 외 나머지 보기는 그래프를 이용하시면 쉽게 해결이 됩니다. 답은 직접 찾아보세요^^

 

다섯 번째 문제

중2과학 모중학교 기출문제

 

이번 문제는 저항의 연결이네요. 그림에서 연결방법은 병렬입니다. 병렬연결에서 각 저항에 걸리는 전압은 같고요, 합성저항은 각 저항의 역수의 합을 하고 나서 다시 역수를 취하면 됩니다. (1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3) 

저항이 병렬로 연결되면 합성저항(전체저항)은 단면적이 커지기 때문에 작아지고요, 저항을 직렬로 연결하면 길이가 길어지는 효과가 있어서 합성저항은 커집니다. (주로 합성저항이라고 부르는데, 전체저항이라고도 합니다.)

병렬일 때 각 저항에 걸리는 전압은 전체전압과 같고, 흐르는 전류의 비는 각 저항의 역수의 비와 같습니다. 저항을 전류를 방해하는 것이잖아요. 그러므로 저항이 커지면 전류는 작아지겠죠?? 그래서 병렬일 때 전류의 비는 저항의 역수비라고 하죠^^ 답은 직접 찾아보세요^^

 

여섯 번째 문제

중2과학 모중학교 기출문제

 

이번에는 저항이 직렬연결이네요. 직렬연결이 때 합성저항은 각 저항의 합과 같고요, 전체전류는 각 저항에 흐르는 전류와 같습니다. (전하량 보존법칙에 의해서), 그리고 각 저항의 걸리는 전압의 합은 전체전압과 같으므로 각 저항의 비가 바로 전압의 비로 보셔도 됩니다. 

그럼 직렬일 때는 길이가 길어지는 효과를 가져오기 때문에 저항이 커지는 효과가 있습니다.

정답은 직접 찾아보세요^^

 

일곱 번째 문제

중2과학 모중학교 기출문제

 

자석옆에 금속물질을 가만히 놔두면 달라붙죠. 자석이 금속물질을 잡아당기는 힘이 있어서 달라붙는 것입니다. 이런 힘을 자기력이라고 하고, 이 힘이 미치는 공간을 자기장이라고 합니다. 그림은 자석 주변의 자기장이 미치는 공간은 표현한 것이죠. 그럼 자기장의 방향은 어떻게 될까요? 자석에 극이 2개 있죠. N극과 S극 자기장의 방향은 N극에서 나와서 S극으로 들어갑니다. 그럼, 나침반을 자석에 놓으면 어떻게 될까요? 그림에서 A는 N극에 있으니까 나침반의 S극이 N극쪽을 향하고, 나침반의 N극은 그림을 기준으로 왼쪽을 가리키죠. 그럼 B와 C에서는 어떻게 될까요? 그림에서 오른쪽이 S극이므로 나침반의 N극은 모두 S극을 가리키게 됩니다. 

 

우리가 길을 찾을 때 나침반을 이용하죠. 나침반의 N극이 북극이라고 하는데, 정말로 맞는 표현일까요? 이것은 사람의 기준으로 표현한 부분이라고 보시면 됩니다. 지구는 하나의 커다란 자석입니다. 자석에는 극이 두 개 있죠? N극과 S극. 그럼 나침반이 가리키는 N극은 지구를 자석이라고 본다면 S극이어야 하겠죠? S극이니 North라고 안되잖아요. 그래서 우리가 말하는 북극과 남극의 기준은 자석에서 극이 아니고 나침반에서 극을 보고 정했다고 보시면 됩니다.

 

여덟 번째 문제

중2과학 모중학교 기출문제

 

코일에 전류가 생기면 주위의 자기장이 생깁니다. 오른손 법칙을 사용하면 되는데요, 코일에서 오른손 법칙은 네 손가락이 전류이고, 엄지 손가락이 자기장입니다. 그림에서 파란색 부분이 전류가 흐르고 있다는 것이라면 자기장의 방향은 어떻게 될까요?

그림에서 빨간색 부분이 자기장의 방향이 되죠. 점선은 코일 안쪽에서 자기장의 방향이고, 실선은 바깥 부분에서 자기장 방향입니다. 

 

많은 학생들이 이 부분 이해가 안 되는 것 같은데요~~ 하나의 팁이라면 첫 번째 전류의 방향을 네 손가락으로 잘 표현하면 쉽게 찾을 수 있죠. 그림을 보면 전류가 위쪽에서 아래쪽으로 내려가죠. 파란색 화살표 부분이 네 손가락이 오도록 해보세요. 그림처럼 그럼 엄지손가락이 자기장의 방향이 됩니다. 이해되시나요??

 

직선도선이나 원형도선에서 오른손 법칙은 엄지손가락이 전류이고, 네 손가락이 자기장의 방향이죠. 이점은 유의하시면 됩니다.

 

아홉 번째 문제

중2과학 모중학교 기출문제

이번 문제는 자기장 속에서 전류가 받는 힘입니다. 오른손 법칙을 사용하는데, 기억하시나요???

자기장 속에서 전류가 받는 힘의 방향

오른손에서 네 손가락은 자기장의 방향, 손바닥은 힘의 방향, 엄지손가락은 전류의 방향을 사용하시면 됩니다. 

 

알루미늄박이 위쪽으로 힘을 받았고, 자기장의 방향은 N극에서 S극으로 나오므로 전류의 방향을 찾을 수가 있네요. 찾아보세요^^ 그럼 전류는 보라색 화살표가 됩니다. 이해가 되시나요??

 

자기장속에서 전류가 받는 힘의 방향은 자기장의 방향이 반대가 되거나, 전류의 방향이 반대가 되면 힘의 방향도 반대가 됩니다. 이 부분은 직접 해보시면 되겠죠??  근데, 자기장의 방향과 전류의 방향을 둘 다 반대로 하면 어떻게 될까요? 변함이 없죠. 즉, 하나씩 바꾸면 힘의 방향이 반대가 되는데, 둘 다 바꾸면 원래 상태와 다른 것이 없다는 것입니다.^^

정답은 직접 찾아보세요^^

 

 

열 번째 문제

중2과학 모중학교 기출문제

 

위에 있는 문제가 같은데요~~ 알루미늄 막대는 어디로 움직일까요? (나) 방향으로 움직입니다. 오른손을 사용해 보세요^^ 위쪽 문제에 오른손 그림 있으니까요~~

근데, 만약 제가 문제를 출제한다면 그림에서 A, B, C 보이시나요? 그림에서 니크롬선의 위치가 C에 연결되어 있는데, 니크롬선의 위치를 C가 아닌 B로 옮겼다면 막대의 움직임은 어떻게 될까?라고 하겠습니다. 

니크롬선의 위치를 C에서 B로 옮겼다고 전류의 방향이나 자기장의 방향이 변하는 것은 없죠. 전류의 세기가 변하게 됩니다. 그림에서 니크롬선은 저항인데요, C에서 B로 옮기면 저항의 길이가 길어지죠. 그러면 저항의 크기가 커지므로 전류의 세기는 약해집니다. 그럼 알루미늄 막대를 지나가는 전류의 세기가 약해지므로 자기장 속에서 받는 전류의 힘은 자기장의 세기가 셀수록, 전류의 세기가 셀수록 힘도 커지는데, 전류의 세기가 약해지므로 힘은 약하게 받게 됩니다. 저라면 이렇게 문제도 출제할 수 있다는 사실^^

 

지금까지 중2 2단원 문제 풀이였습니다. 1편과 2편에서 총 18문제를 풀이했고요~~ 출제가 잘 나오는 문제만 뽑아서 풀이를 했으니까 참고 많이 하시고, 중간고사에서 좋은 결과가 있기를 기원합니다.

 

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