과학적인 실험실 · 과학 시뮬 학습지
역학적 에너지
중3 · M25
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시뮬레이터에서 시작 높이와 공의 질량을 직접 바꿔 보며 아래 문제를 풀어 보자. 공이 내려갈 때 위치 에너지가 운동 에너지로 바뀌고, 마찰이 없으면 둘의 합(역학적 에너지)이 일정하게 보존된다는 것을 스스로 확인하는 것이 목표다.
① 먼저 예측해 보자
시뮬을 켜기 전에 생각으로 먼저!
1. 높이 2 m에서 놓은 공이 1 m 지점(절반 높이)을 지날 때, 운동 에너지는 위치 에너지의 몇 배일까? 하나 고르세요.
왜 그렇게 생각했나요?
② 개념 확인
교과서 개념을 채워 보자
2. 빈칸을 채우세요. 위치 에너지 = 9.8 × × (단위: J)
3. 마찰이 없는 트랙에서 공이 내려가는 동안, 위치 에너지 + 운동 에너지의 합(역학적 에너지)은 어떻게 되나요? 하나 고르세요.
4. 빈칸을 채우세요. 공이 아래로 내려갈수록 위치 에너지는 (늘어/줄어)들고, 운동 에너지는 (늘어/줄어)난다.
가장 낮은 지점에서는 에너지가 가장 크다.
5. 각 지점에서 더 큰 에너지에 ○표 하세요. (마찰 없음, 시작 높이에서 가만히 놓음)
| 지점 | 가장 높은 곳 | 절반 높이 | 가장 낮은 곳 |
|---|
더 큰 에너지
(위치 / 운동 / 같음) | | | |
③ 직접 조작하고 계산하자
시뮬 슬라이더를 움직여 값을 채우자
6. 시작 높이와 질량을 맞춘 뒤, 시작점(가장 높은 곳)의 위치 에너지 = 전체 에너지를 계산해 쓰세요. (위치 에너지 = 9.8 × 질량 × 높이)
| 질량 (kg) | 시작 높이 (m) | 위치 에너지 = 9.8 × 질량 × 높이 (J) |
|---|
| 2 | 2 | |
| 3 | 4 | |
| 1 | 5 | |
힌트: '전체 에너지' 표시값과 같은지 시뮬에서 확인하세요.
7. 질량 2 kg, 시작 높이 2 m로 맞추고 공을 재생하세요. 각 높이에서 운동 에너지 = 전체 − 위치로 계산해 표를 채우세요.
| 현재 높이 (m) | 위치 에너지 (J) | 운동 에너지 (J)
(전체 − 위치) | 합계 (J) |
|---|
| 2 (맨 위) | | | |
| 1 (절반) | | | |
| 0 (맨 아래) | | | |
힌트: 전체 에너지는 39.2 J로 계속 같아요. 세로 '합계'가 모두 같은지 보세요.
8. 시뮬 미션 확인: 높이 2 m에서 놓은 공이 1 m 지점을 지날 때, 운동 에너지는 위치 에너지의 배이다. (즉 두 값이 .)
9. 공이 가장 낮은 지점(높이 0 m)을 지날 때의 운동 에너지를 구하세요. (맨 아래에서는 위치 에너지 = 0 이므로 운동 에너지 = 전체 에너지)
| 질량 (kg) | 시작 높이 (m) | 맨 아래 운동 에너지 (J) |
|---|
| 2 | 2 | |
| 2 | 3 | |
| 3 | 2 | |
힌트: 맨 아래 운동 에너지는 시작점의 위치 에너지와 같아요.
④ 알게 된 것을 정리하자
10.
1. 나는 1번에서 (이)라고 예측했다.
2. 실제로 시뮬로 확인해 보니 절반 높이에서 두 막대는 .
3. 그래서 마찰이 없으면 위치 에너지와 운동 에너지의 합(역학적 에너지)은 게 된다는 걸 알았다.
이 학습지의 시뮬레이터 ▶ M25 · 역학적 에너지 — 시작 높이·질량을 바꿔 위치·운동 에너지의 변화를 관찰하세요과학적인 실험실