뉴턴 운동 법칙 단원은 물체에 작용하는 힘과 운동 변화의 관계를 관성 법칙, 가속도 법칙, 작용 반작용 법칙으로 정리하는 단원입니다. 아래 20문항으로는 알짜힘에서 가속도를 구하는 계산, 도르래와 빗면으로 이어진 물체의 장력, 엘리베이터 저울 상황의 해석, 그리고 실험 장치가 무엇을 일정하게 두는지 읽는 힘을 확인합니다.
📝 뉴턴 운동 법칙 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
물리는 제가 가르치는 과목이 아닙니다. 그래서 단원 내용은 짚지 않고, 이 시험지 한 장을 집에서 어떻게 쓰면 좋은지만 말씀드리겠습니다.
많이 풀수록 잘한다고 믿는 분이 많습니다. 저는 그렇게 보지 않습니다. 20문항이면 한 번에 충분합니다. 채점이 끝나면 틀린 번호에 동그라미만 쳐 두십시오.
공부는 그다음에 됩니다. 몇 주가 지나 내용이 가물가물해졌을 때, 보통은 시험기간이지요, 그때 동그라미 친 번호만 다시 풉니다. 잊어버린 뒤에 다시 푼 문제가 오래 남습니다.
컵 아래에 깔린 얇은 종이를 수평 방향으로 빠르게 잡아당기면 종이만 빠지고 컵은 거의 제자리에 있다. 이 현상을 설명하는 데 가장 적절한 법칙은? ① 관성 법칙 ② 가속도 법칙 ③ 작용 반작용 법칙 ④ 에너지 보존 법칙정답 · ① 관성 법칙 — 종이가 매우 짧은 시간 동안만 컵에 마찰력을 작용하므로 컵에 작용하는 알짜힘에 의한 운동 변화가 거의 없다. 이때 컵은 원래의 정지 상태를 유지하려 하므로 관성 법칙으로 설명된다.
마찰이 없는 수평면 위에서 질량 3 kg인 물체 A와 질량 2 kg인 물체 B가 질량을 무시할 수 있는 실로 연결되어 있다. B를 실의 방향과 나란하게 20 N의 힘으로 잡아당겨 A와 B가 함께 가속될 때, 실이 A를 당기는 힘의 크기는? ① 8 N ② 12 N ③ 16 N ④ 20 N정답 · ② 12 N — A와 B를 한 물체로 보면 가속도는 a = 20 N / (3 kg + 2 kg) = 4 m/s²이다. 실이 A를 당기는 힘 T는 A에 작용하는 알짜힘이므로 T = m_A·a = 3 kg × 4 m/s² = 12 N이
엘리베이터 바닥의 저울 위에 질량 50 kg인 사람이 서 있다. 어느 순간 저울의 눈금이 600 N을 가리켰다. 이에 대한 설명으로 〈보기〉에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10 m/s²이다.) 〈보기〉 ㄱ. 엘리베이터의 가속도의 크기는 2 m/s²이다. ㄴ. 엘리베이터는 위로 올라가고 있는 중이다. ㄷ. 사람이 저울을 누르는 힘과 저울이 사람을 떠받치는 힘의 크기는 같다. ① ㄱ ② ㄴ ③ ㄱ, ㄷ ④ ㄴ, ㄷ정답 · ③ ㄱ, ㄷ — 사람에게는 저울이 떠받치는 힘 600 N과 중력 500 N이 작용하므로 알짜힘 100 N, 가속도는 100 ÷ 50 = 2 m/s²(위 방향)이어서 ㄱ은 옳다. 가속도가 위 방향이라는 사실만으로는 위로 가속 중인지
수레 위의 추를 걸이로 하나씩 옮겨 다는 까닭으로 가장 적절한 것은? 마찰이 없는 수평 레일 위의 수레에 실을 연결하고, 실을 도르래에 걸쳐 걸이를 매단다. 수레 위에는 질량이 같은 추 여러 개를 올려 둔다. 수레를 당기는 힘을 바꿀 때마다 수레 위의 추를 하나씩 걸이로 옮겨 달고 가속도를 측정한다. ① 수레, 걸이, 추를 합한 전체 질량을 일정하게 유지하면서 당기는 힘만 변화시키기 위해서이다. ② 수레의 관성을 줄여 가속도를 크게 하기 위해서이다. ③ 수레와 레일 사이의 마찰력을 상쇄하기 위해서이다. ④ 중력 가속도의 크기를 변화시키기 위해서이다.정답 · ① 수레, 걸이, 추를 합한 전체 질량을 일정하게 유지하면서 당기는 힘만 변화시키기 위해서이다. — 걸이와 걸이에 달린 추의 무게가 계 전체를 가속시키는 알짜힘이므로, 추를 수레에서 걸이로 옮기면 알짜힘은 바뀌지만 전체 질량(수레+걸이+추)은 그대로이다. 따라서 질량을 통제 변인으로 두고 가속도와 알짜힘의 관계만
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
뉴턴 운동 법칙, 힘과 가속도의 연결
이 단원의 중심은 가속도 법칙 F=ma입니다. 물체에 작용하는 힘을 방향까지 따져 더해 알짜힘을 구하고, 이를 질량으로 나누면 가속도가 나옵니다. 오른쪽 12 N, 왼쪽 4 N처럼 반대 방향의 힘이 함께 있으면 두 값의 차가 알짜힘입니다. 관성 법칙은 알짜힘이 0일 때 운동 상태가 유지된다는 내용으로 이 식과 이어집니다.
여러 물체가 실로 연결되면 전체를 하나로 보고 가속도를 먼저 구한 뒤, 물체 하나만 떼어 장력을 구하는 흐름으로 풉니다. 수평면과 도르래, 빗면, 양쪽에 매달린 물체가 모두 같은 흐름입니다. 엘리베이터 저울은 저울이 떠받치는 힘과 중력의 차이가 알짜힘이라는 점에서 같은 식을 쓰고, 작용 반작용은 힘이 어느 물체에 작용하는지 구분하게 합니다.
뉴턴 운동 법칙에서 자주 헷갈리는 곳
움직이는 힘과 나누는 질량이 다릅니다 수평면 위의 A와 매달린 B에서는 B의 중력만 전체를 움직이는 알짜힘이지만, 나누는 질량은 A와 B를 합한 값입니다. 힘은 B만, 질량은 둘 모두라는 점에서 자주 엇갈립니다.
장력은 물체 하나를 골라 따로 구합니다 장력이 매달린 물체의 중력과 같다고 생각하기 쉽지만 가속하는 중에는 다릅니다. 3 kg과 1 kg이 매달린 문항에서 장력이 15 N이 되는 것이 그렇습니다.
가속도의 방향과 운동의 방향은 별개입니다 엘리베이터 문항에서 가속도가 위쪽이라고 해서 위로 올라가는 중이라고 단정할 수 없습니다. 가속도는 알짜힘의 방향이고, 속도의 방향은 따로 따져야 합니다.
뉴턴 운동 법칙, 집에서 이렇게 해 보세요
먼저 알짜힘 하나와 질량 하나만 주어진 단순 계산을 몇 문항 풀어 F=ma를 손에 익힙니다. 그다음 반대 방향의 힘이 둘 있는 문항으로 넘어가, 알짜힘부터 구하고 나서 나누는 순서를 몸에 붙입니다. 이 단계는 하루 10분 정도로 충분합니다.
이어서 실로 연결된 문항을 풉니다. 전체 계의 가속도를 구하고, 물체 하나를 골라 장력을 구하고, 다른 물체로 값을 확인하는 순서를 풀이에 적어 둡니다. 빗면과 엘리베이터 문항은 마지막에 하루 20분 정도로 같은 틀에 옮겨 보고, 실험 문항은 무엇을 일정하게 두었는지 말로 설명해 봅니다.