3.위치에너지와 일

1. 운동에너지란 ?

2. 운동에너지에 영향을 주는 요인?

선수학습 확인 TIME

The Trip

3. 일과 에너지

2-3 위치에너지와 일

위치 에너지 = 포텐셜 에너지= Ep

1. 중력에 의한 위치에너지

2. 탄성력에 의한 위치에너지

1. 다음 중 위치 에너지에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 높은 곳에 있는 물체가 가지는 에너지이다.

② 물체의 질량과 기준면에서의 높이의 곱에 비례한다.

③ 기준면에서의 위치 에너지는 0이다.

④ 기준면이 달라져도 물체의 위치 에너지는 변하지 않는다.

⑤ 물체가 낙하할 때 할 수 있는 일의 양과 같다.

⑥ 물체가 가지는 위치 에너지는 물체를 기준면에서 그 위치까지 들어올리는데 한 일의 양과 같다.

2. 다음 중 위치 에너지를 이용하는 경우가 아닌 것은?

① 볼링 ② 디딜방아 ③ 물레방아 ④수력발전소 ⑤ 쇠기둥 박기

3. 질량이 10kg인 물체를 지면으로부터 2m 높이에 있는 선반위에 올려놓았다.

지면을 기준면으로 할 때 물체의 위치 에너지는?

① 20J ② 49J ③ 98J ④ 196J ⑤ 294J

4. 지면을 기준면으로 할 때 질량이 10kg인 물체의 위치 에너지가 98J이다.

이 물체는 지면으로부터 몇 m 높이에 있는가?

① 1m ② 2m ③ 3m ④ 4m ⑤ 5m

5. 질량이 5kg, 10kg인 두 물체 A, B가 지면에서 각각 6m, 4m 높이에 있을 때, 두 물체가 지면에 대하여 가지는 위치 에너지의 비(A : B)는 얼마인가?

①1 : 2 ②2 : 1 ③2 : 3

④3 : 2 ⑤3 : 4

[6-7] 그림과 같이 추를 낙하시켜 나무 도막을 밀어내는 실험을 하였다.

(단, 추에 작용하는 마찰은 무시한다.)

6. 다음 중 나무도막의 이동 거리에 비례하는 값이 아닌 것은?

① 추의 무게

② 추의 높이

③ 나무도막이 받는 마찰력

④ 추의 위치 에너지

⑤ 추의 질량×추의 높이

7. 위 실험 장치에서 질량이 200g인 추를 30cm 높이에서 떨어뜨렸더니 질량이 100g인 나무도막이 6cm 밀려내려왔다.

이 나무도막에 작용하는 마찰력은 몇 N 이겠는가?

① 4.9N ② 9.8N ③ 19.6N ④ 20N ⑤ 25N

8. 그림과 같이 마찰이 없는 수평면에서 한 끝이 벽면에

고정된 용수철에 나무 도막을 붙여 밀었다.

압축된 용수철의 길이가 10cm일 때 한 일이 5J이라면, 이 때 용수철이 가지는 탄성력에 의한 위치 에너지는?

① 0J ② 2.5J ③ 5J ④ 10J ⑤ 20J

학습 목표

1. 중력에 의한 위치에너지의 정의를 설명할 수 있다.

2. 중력에의의한 위치 에너지의 크기를 구할 수 있다.

위치에너지 크기에 대해서 말할 수 있다.

정리해봅시다.

중력에 의한 위치 에너지 : 어떤 높이에 있는 물체가 가지는 에너지

탄성력에 의한 위치에너지 : 탄성이 있는 물체가 변형되었을 때 탄성력에 의해 가지는 위치 에너지

높이, 질량

위치에너지란

위치에너지의 요인은?

위치에너지의 크기는?

위치에너지와 일의 관계는?

위치에너지는 따라 다르다.

9.8mh

물체에 일을 해 주는 경우

물체가 일을 하는 경우

물체에 일을 해준 만큼 물체의 위치 에너지가 (증가, 감소)한다.

물체가 일을 해준 만큼

물체의 위치 에너지가 (증가, 감소)한다.

한 일의 양

위치에너지 증가량

위치 에너지 감소량 = 한 일의 양

9.8mh = FS

=

(9.8mh)

(F×S)

기준면

문제풀이

차시예고

생각해봅시다.

탄성 위치 에너지

압축식 스프링

Potential

중력에 의한 위치 에너지

탄성력에 의한 위치 에너지

다음 동영상을 보고 자유롭게 말해봅시다.

롤러코스터는 계속해서 에너지가 변한다?

역학적 에너지

위치 에너지의 이용

수력발전소 원리

수력발전소

디딜방아

번지 점프

물레방아

스카이 다이빙

어떤 높이에 있는 물체

(kinetic energy)

운동에너지

: 운동하는 물체가 가지고 있는 에너지

3. 질량이 m 이고 속력이v인

물체의 운동에너지 크기는 ?

질량 & 속력

4. 운동에너지와 일의 관계

증가

① 물체에 일을 해 줄 때

물체에 해 준 일만큼 물체의 운동 에너지가 ( )한다.

② 물체가 일을 할 때

물체가 한 일만큼 물체의 운동 에너지가 ( )한다.

감소

탄성력에 의한 위치에너지의 이용

수력발전, 물레방아, 디딜방아 등

(1) 중력에 의한 위치 에너지 : ( )가

가지고 있는 에너지

① 위치 에너지의 이용 : ( )

② 위치 에너지의 측정 :

높은 곳에 있는 물체가 떨어지면서 한 일의 양을

구하여 그 물체의 위치 에너지를 측정한다.

탄성력

위치에너지와 일과의 관계

비례

(1) 탄성력에 의한 위치 에너지:

탄성이 있는 물체가 변형되었을 때 ( )에 의해

가지게 되는 위치 에너지

(2) 탄성력에 의한 위치 에너지의 크기 :

탄성력에 의한 위치 에너지는

변형된 길이의 제곱에 ( )한다.

(3) 탄성력에 의한 위치 에너지의 기준점

: 탄성을 가진 물체가 늘어나거나 줄어들지 않은

평형점을 기준으로 하고, 평형점으로부터의

위치변화에 따라 위치 에너지의 크기는 달라진다.

(4) 탄성력에 의한 위치 에너지의 이용 :

( )

F*S= 9.8mh

위치에너지의 크기는

무엇에 따라 달라질까요

양궁, 트램펄린, 다이빙대, 장대높이뛰기

질량

높이

m

h

탐구 과정

(2) 위치 에너지와 일의 관계

① 쇠 구슬이 떨어지면서 나무 도막에 힘을 작용하여 밀어낸다.

위치에너지와 높이와의 관계

= 나무 도막의 ( ) × ( )

쇠 구슬의 위치 에너지

= 쇠구슬이 나무 도막에 ( )

한 일의 양

마찰력

= 나무 도막의 ( ) × [ ]

이동거리

높이가 높을

② 쇠 구슬을 놓는 ( )수록 나무 도막이 더 멀리 이동한다.

위치에너지와 질량과의 관계

쇠 구슬의 높이

∝ 나무 도막의 이동 거리

∝ 쇠 구슬의 ( )

위치에너지

질량이 클수록

③ 쇠 구슬의 ( ) 나무 도막이 더 멀리 이동한다.

쇠 구슬의 질량

∝ 나무 도막의 이동 거리

∝ 쇠 구슬의 ( )

위치에너지

정리하기

④ 쇠 구슬의 위치 에너지는 쇠 구슬의 높이와 질량에 각각 [ ] 한다.

비례

(3) 위치 에너지의 크기

[N]

[J]

무게

[m]

위치 에너지 = ( )×( )

= 9.8×( )×( )

높이

Ep

m

=

[kg]

h

9.8mh

(4) 위치 에너지와 일의 관계

물체에 일을 해 주는 경우

F*S

=

[ 한 일의 양 ]

9.8mh

=

위치

[ 에너지 증가량 ]

(5) 기준면에 따른 위치에너지

증가

물체에 일을 해주면 물체의 위치 에너지가 ( )한다.

(예)

추를 들어 올릴 때

디딜방아를 들어 올릴 때

망치를 들어 올릴 때

물체가 일을 하는 경우

[ 한 일의 양 ]

F*S

=

[ 위치에너지 감소량 ]

9.8mh

물체가 일을 하는 경우 물체의 위치 에너지가 ( )한다.

(예) 추를 떨어뜨릴 때 말뚝을 박는 일을 함

감소

망치를 내릴 때 못을 박는 일을 함

디딜방아에서 발을 뗄 때 곡식을 뙇는 일을 함

0

① 위치 에너지의 기준면은 편리한대로 정할 수 있지만

대개 지면을 기준면으로 한다.

② 기준면에서의 위치 에너지는 ( )이다.

③ 같은 높이에 있는 물체라도 위치 에너지의 크기는

기준면에 따라 다르다.

위치 에너지와 일의 관계

가상실험