해설 보기
정답C 구간은 물의 온도가 상승하는 현열 구간이며, 가한 에너지는 잠열이 아니라 현열입니다.
핵심 개념
물질의 상태 변화와 가열 곡선(현열과 잠열)
표준대기압에서 얼음을 가열하여 수증기로 만드는 과정의 온도-에너지 그래프는 다섯 구간으로 나뉩니다. 온도가 상승하는 기울어진 구간에서는 상전이가 일어나지 않고 가한 에너지가 온도를 높이는 현열로 쓰이며, 온도가 일정한 평평한 구간에서는 상전이가 일어나 가한 에너지가 잠열로 쓰입니다. A는 얼음의 온도 상승(현열), B는 융해(잠열, 얼음과 물 공존), C는 물의 온도 상승(현열), D는 기화(잠열, 물과 수증기 공존), E는 수증기의 온도 상승(현열)에 해당합니다. 현열 구간과 잠열 구간의 에너지 사용처를 구분하는 것이 핵심입니다.
선지별 해설
①A 구간은 얼음이 녹기 전 온도가 상승하는 현열 구간으로, 얼음의 온도가 -30 °C에서 융해점인 0 °C로 올라가는 과정을 나타내므로 옳은 설명입니다.
②B 구간은 온도가 0 °C로 일정한 융해 구간으로, 가한 에너지가 융해 잠열로 쓰이며 얼음과 물이 공존하는 상태이므로 옳은 설명입니다.
③C 구간은 온도가 상승하는 구간이므로 상전이가 일어나지 않는다는 설명은 맞지만, 이때 가한 에너지는 물의 온도를 높이는 현열이며 잠열과 같다는 서술은 틀렸습니다. 잠열은 온도가 일정한 B, D 구간에 해당합니다.
④E 구간은 기화가 끝난 뒤 수증기의 온도가 상승하는 현열 구간으로, 상전이 없이 가한 에너지가 수증기의 온도를 높이는 데 사용되므로 옳은 설명입니다.
해설 보기
정답v = x√(k/m) = 0.1 × √(200/2.0) = 1.0 m/s 입니다.
핵심 개념
용수철 탄성 퍼텐셜 에너지와 역학적 에너지 보존
마찰이 없는 수평면에서 용수철에 매달린 물체를 평형 위치에서 x만큼 압축한 뒤 놓으면, 압축된 용수철에 저장된 탄성 퍼텐셜 에너지 ½kx²이 평형 위치를 지날 때 모두 운동 에너지 ½mv²으로 전환됩니다. 역학적 에너지 보존 ½kx² = ½mv²으로부터 v = x√(k/m)을 얻습니다. 이 문제에서 k = 200 N/m, m = 2.0 kg, x = 0.1 m이므로 v = 0.1 × √(200/2.0) = 0.1 × √100 = 0.1 × 10 = 1.0 m/s가 됩니다.