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슬기롭다 [792550] · MS 2017 · 쪽지

2021-03-27 14:52:10
조회수 15,895

[파급효과 슬기롭다] 물리학1 전기력 칼럼 (1)

게시글 주소: https://simmen.orbi.kr/00036867624

(*** 이 글의 그림들은 모두 기출의 파급효과 물리학1 <하>권에서 가져온 것입니다.)






노베이스 분들은 전기력 파트를 공부할 때 "전기"라는 개념에 집중하기 쉽습니다. 여기서 많은 학생들의 실수가 드러납니다.


사실 문제 풀 때의 포인트는 그게 아니니 말이죠.


수능 물리학1에서 가장 많이 등장하는, 가장 중요한 개념은 "힘"이라 할 수 있고 우리는 앞의 1단원에서 힘의 개념에 대해 충분히 학습했습니다.


이제까지 모든걸 무시한 채 단순 계산으로만 전기력 단원을 접근했다면, 앞으로는 관점을 조금 바꿔서 계산을 최소화한 채 힘의 성질을 이용해 문제들을 풀어봅시다.





사실 대부분의 준킬러 전기력 문제들은 다음의 세 가지만 알면 기가막힐 정도로 쉽고 빠르고 정확하게 풀립니다.


1. 임의의 전하가 받는 전기력의 합이 0인 지점 찾기

2. 작용-반작용의 법칙 이용하기

3. 변화량 풀이 이해하기


이 세 가지를 모두 완벽하게 숙지한다면, 어떤 전기력 문제가 나오더라도 당황하지 않고 문제를 풀 수 있을거라 생각합니다.







1. 평형점 찾기


임의의 전하가 받는 전기력의 합이 0인 지점을 "평형점"이라 부르겠습니다. 이름은 그냥 제 맘입니다. 다르게 불러도 돼요 히힛


전기력 문제의 풀이는 각각 전하의 부호를 찾는 것에서 시작됩니다.


전하들 각각의 부호를 찾는다는 것은 결국 누가 누구를 당기고 미는지를 알아내는 것과 같은데, 세 개 이상의 전하가 나올 때 전하들의 부호를 알아보기 위해 아래 설명할 과정 없이 접근했다간 쉽게 헷갈릴 수 있습니다.


각각의 전하들의 부호를 모를 때, 가장 쉽게 접근할 수 있는 방법이 바로 전하를 두 개씩 쳐다보면서 평형점을 찾는 것입니다.

           

평형점을 찾는 건 생각보다 간단해요!


두 전하의 부호가 같다면 그 둘 사이에, 반대라면 둘의 연장선상에 평형점이 생기기 때문이에요.

(그러나 정확한 위치까지는 알 수 없기에 쿨롱 법칙을 이용한 계산을 통해 정확한 위치를 확정해 줄 필요가 있을 때도 있긴 합니다.)



근데 왜 우리는 평형점을 찾는걸까요?


바로 평형점을 찾으면 알 수 있는 특징들이 있기 때문입니다.

예시로 마지막에 이번 3월 교육청 모의고사 19번을 풀어볼테니, 우선 읽어주시기 바랍니다.




① 부호 추론


앞서 말한 "두 전하의 부호가 같다면 그 둘 사이에, 반대라면 둘의 연장선상에 평형점이 생기는 것"을 역으로 이용하는 겁니다.

이를 이용하면 문제에서 평형점의 위치를 말해주면 나머지 전하들의 부호를 추론할 수 있습니다.




② 전하량의 크기 추론


평형점은 두 전하가 특정 지점에 가하는 힘의 크기가 같고 방향이 반대인 상태에서 만들어집니다.


이를 이용해 쿨롱 법칙에 따라 전하 사이의 거리가 멀수록 가하는 힘은 줄어드는 것을 잘 생각해보면, 두 전하가 평형점을 만들 때 평형점으로부터 멀리 떨어진 전하의 전하량이 더 큰 것을 알 수 있습니다. 



이외에도 평형점을 기준으로 전하의 영향력이 변하는 등 다른 것들도 알 수 있지만, 가장 중요한 것은 이렇게 두 가지라 볼 수 있습니다.









2. 작용-반작용의 법칙 이용하기

                                                

앞서 전기력은 전하 사이에 작용하는 "힘"이라 했습니다.


따라서 당연히 힘을 주고받는 전하들 사이에 작용-반작용의 법칙이 성립합니다 !!!!!!


여기서 조금만 더 생각해 봅시다.


문제에서 주어진 전하들 전체를 하나의 계로 잡았다고 생각하면, 전하들끼리 작용하는 힘과 그 반작용은 계 내부에서의 상호작용이므로 상쇄될 거잖아요?


이를 적절히 이용하면 문제에서 주어진 상황에 따라 각 전하들이 받는 합력의 방향도 충분히 유추할 수 있는 거에요!









아직 변화량 관점은 제대로 배우진 않았긴 하지만, 2021년 3월 모의고사 물리학1 19번을 한 번 봅시다.











해설)



1. 평형점 찾기


(가)에서 A와 B가 만든 평형점에 C가 위치합니다.


A와 B의 연장선상에 C가 있죠? 따라서 A와 B의 부호는 다릅니다. A는 양(+)전하네요. (ㄱ 틀림)


이제 (나)를 봅시다. 이번엔 B와 D가 만든 평형점에 A가 위치하는데, 평형점이 B와 D의 연장선상에 위치하므로 둘의 부호는 반대입니다. 따라서 D는 양(+)전하네요.





2. 계 내부에서 상호작용은 상쇄됨을 이용하기


B가 +x 방향으로 전기력을 받고 C가 받는 전기력은 0이니, 전체 A+B+C를 하나의 계로 잡으면 A가 받는 전기력의 방향이 -x가 되어야겠습니다. 계 내부에서의 상호작용은 항상 0이니까요. (ㄴ 맞음)





3. 변화량 관점 적용하기


(가)와 (나)를 보면 B가 A를 당기는 힘은 그대로인데 A가 받는 전기력이 다릅니다. 이는 순전히 C와 D의 차이 때문으로 볼 수 있죠.


C 위치에 있는 C를 지우고 D를 만들었더니, A가 받는 전기력의 방향이 왼쪽에서 0이 되었습니다.


즉, A를 왼쪽으로 밀어주던 힘이 살짝 사라진 셈입니다.


이는 C가 D보다 더 큰 세기로 A를 밀고 있었음을 뜻하고, 따라서 전하량의 크기는 C가 D보다 큽니다. (ㄷ 틀림)








문제를 이렇게 푸셨나요? 비슷하게 푸셨다면 굉장히 잘한 것입니다!! 스스로를 쓰다듬어 주세용 ㅎㅎ




굳이 왜 책을 사서 준킬러를 공부하는 지에 의문을 제기할 수 있습니다.


제가 생각할 때 물리학1 과목은, 쓸데없는 풀이를 지양한 채 필연적인 사고만을 통해 빠르고 정확하게 풀 수 있어야 합니다.


기출의 파급효과 물리학1 <상>권은 역학에서 필연적인 사고를 할 수 있도록 도와줄 것이고,  <하>권은 비역학 준킬러에서 필연적인 사고만을 할 수 있도록 도와줄 것입니다.



물리 칼럼이라 제대로 읽어 주시는 분들이 얼마나 계실 지는 모르겠습니다.


그래서 좋아요 50개 넘으면 변화량 관점 칼럼도 이후에 쓰고, 그걸 이용해 2021학년도 9월 평가원 19번을 풀어보도록 하겠습니다.


아래 그림은 기출의 파급효과 물리학1 <하> 권에 있는 210919 예시 문항입니다.





rare-기출파급 물리학1하 rare-나는야 존예

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