고등 통합과학 전자기 유도 현상 예상문제

환경과 에너지 - 전자기 유도 현상
{유형 분석}
막대자석과 코일 사이에서 발생하는 전자기 유도 현상의 원리를 이해하는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
자석을 코일에 가까이 하거나 멀리 하면 코일을 통과하는 자기 선속이 변하고, 이 변화를 상쇄하는 방향으로 코일에 유도 전류가 흐른다.
{정답 찾기}
① 자석이 가까워지는 동안 자기 선속이 변한다. (O)
② 자석이 가까워질 때 유도 전류가 흘러 검류계 바늘이 움직인다. (O)
③ 자석을 멀리 할 때도 자기 선속이 변하므로 유도 전류가 흐른다. 흐르지 않는다는 설명은 옳지 않다. (X, 정답)
④ 자석을 빠르게 움직일수록 자기 선속의 시간적 변화율이 커져 유도 기전력이 커진다. (O)
⑤ 이 현상이 전자기 유도이며, 발생한 전류가 유도 전류이다. (O)
{오답 피하기}
자석이 멀어질 때는 가까워질 때와 반대 방향의 유도 전류가 흐르는 것이지, 전류가 흐르지 않는 것이 아님에 유의한다.

[최종 정답]
정답은 3번 「자석을 코일에서 멀리 할 때는 유도 전류가 흐르지 않는다.」이다.

전자기 유도 현상
{유형 분석}
자석과 코일의 상대적인 운동에 의해 유도 전류가 발생하는 전자기 유도 현상의 조건을 이해하는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
자석이 코일에 가까워지거나 멀어질 때 코일을 통과하는 자기장(자기 선속)이 변하며, 이 변화를 방해하는 방향으로 코일에 유도 기전력과 유도 전류가 발생한다. 유도 전류의 세기는 자기장 변화가 빠를수록, 자석의 세기가 셀수록, 코일의 감은 수가 많을수록 커진다.
{정답 찾기}
① 자석이 코일 속에 정지해 있으면 자기장의 변화가 없어 유도 전류가 흐르지 않으므로 틀리다.
② 자석의 세기가 클수록 자기장 변화가 커져 유도 전류도 커지므로 틀리다.
③ 전자기 유도는 코일을 통과하는 자기장이 변할 때만 일어나므로 옳다.
④ 자석을 천천히 떨어뜨리면 자기장 변화가 느려져 유도 전류의 세기는 오히려 작아지므로 틀리다.
⑤ 코일의 감은 수를 늘리면 유도 기전력과 유도 전류의 세기는 커지므로 틀리다.
{오답 피하기}
유도 전류는 자석이나 코일이 '정지'해 있을 때가 아니라 '상대적으로 움직여 자기장이 변할 때' 발생한다는 점에 유의한다.

[최종 정답]
정답은 3번 「코일을 통과하는 자기장이 변할 때만 검류계에 전류가 흐른다.」이다.

환경과 에너지 - 전자기 유도 현상
{유형 분석}
이 문항은 코일과 자석을 이용한 전자기 유도 실험을 통해 유도 기전력의 크기에 영향을 미치는 요인을 파악하고 있는지를 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
자석을 코일에 가까이 하거나 멀리 할 때 코일을 통과하는 자기선속이 변하면서 유도 전류가 발생한다. 패러데이 법칙에 따라 유도 기전력의 크기는 코일을 통과하는 자기선속의 시간적 변화율에 비례한다.
{정답 찾기}
① 자석을 코일에서 멀리 할 때도 자기선속이 변하므로 유도 전류가 흐르며, 다만 전류의 방향이 가까이 할 때와 반대이므로 옳지 않다.
② 자석을 빠르게 움직일수록 자기선속의 시간적 변화율이 커지므로 유도 기전력의 크기가 커지므로 옳다.
③ 코일의 감은 수가 많을수록 유도되는 기전력과 전류의 세기는 커지므로 옳지 않다.
④ 자석을 코일 속에 넣고 정지시키면 자기선속의 변화가 없으므로 유도 전류가 흐르지 않으므로 옳지 않다.
⑤ 유도 전류의 방향은 자석을 가까이 할 때와 멀리 할 때, 그리고 자석의 극에 따라 달라지므로 옳지 않다.
{오답 피하기}
전자기 유도는 자석이 움직이는 동안, 즉 자기선속이 변하는 동안에만 일어나며 자석이 정지해 있으면 유도 전류가 흐르지 않는다는 렌츠 법칙의 기본 원리를 정확히 이해해야 한다.

[최종 정답]
정답은 2번 「자석을 더 빠르게 움직일수록 코일에 유도되는 기전력의 크기는 커진다.」이다.

환경과 에너지 - 전자기 유도 현상
{유형 분석}
전자기 유도 현상에서 유도 전류의 방향과 세기를 결정하는 요인(자기선속의 변화 방향과 변화 빠르기, 코일의 감은 수 등)을 이해하고 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
코일에 자석을 가까이하거나 멀리할 때 코일을 통과하는 자기선속이 변하면서 유도 전류가 흐른다. 유도 전류의 세기는 자기선속의 변화가 빠를수록, 코일의 감은 수가 많을수록 커진다.
{정답 찾기}
① 자석을 가까이할 때와 멀리할 때는 자기선속의 변화 방향이 반대이므로 유도 전류의 방향도 서로 반대이다. 따라서 옳지 않다.
② 자석을 빠르게 움직이면 자기선속의 시간에 따른 변화율이 커져 유도 전류의 세기가 커지므로 옳다.
③ 코일의 감은 수를 늘릴수록 유도 기전력이 커지므로, 감은 수를 줄이면 기전력은 오히려 작아진다. 따라서 옳지 않다.
④ 자석을 코일 속에 정지시키면 자기선속의 변화가 없으므로 유도 전류가 흐르지 않는다. 따라서 옳지 않다.
⑤ 유도 전류의 세기는 자석의 움직임(속도)에 따라 달라지므로 옳지 않다.
{오답 피하기}
전자기 유도는 자기선속의 '변화'가 있을 때만 발생하며, 자석이 정지해 있으면 자기선속이 일정하므로 유도 전류가 흐르지 않는다는 점에 유의해야 한다.

[최종 정답]
정답은 2번 「자석을 더 빠르게 움직일수록 코일을 통과하는 자기선속의 변화가 빨라져 유도 전류의 세기가 커진다.」이다.

환경과 에너지 - 전자기 유도 현상
{유형 분석}
자석의 극과 운동 방향, 속력 변화에 따른 유도 전류의 방향과 세기 변화를 렌츠 법칙을 이용하여 분석하는 문항이다.
{자료 분석}
자석이 코일에 가까워지거나 멀어지면 코일을 통과하는 자기 선속이 변하면서 이를 방해하는 방향으로 유도 전류가 흐른다(렌츠 법칙). 자석의 극이 반대이거나 운동 방향이 반대이면 유도 전류의 방향도 반대가 되며, 자기 선속의 변화가 빠를수록(자석의 속력이 빠를수록) 유도 전류의 세기는 커진다.
{정답 찾기}
① 실험 Ⅰ에서는 N극이 접근하므로 코일을 통과하는 자기 선속이 증가한다. 감소한다는 설명은 옳지 않다.
② 실험 Ⅱ는 극은 같지만 자석이 멀어지므로 자기 선속의 변화 방향이 반대가 되어 유도 전류의 방향도 반대이다. 검류계 바늘은 왼쪽으로 움직이므로 옳지 않다.
③ 실험 Ⅲ은 극이 반대인 자석이 접근하는 경우이므로 유도 전류의 방향이 실험 Ⅰ과 반대이다. 옳지 않다.
④ 세 실험 모두 자석과 코일의 상대적 위치가 계속 변하여 자기 선속이 변하므로 코일에는 유도 전류가 흐른다. 옳지 않다.
⑤ 실험 Ⅲ은 실험 Ⅰ보다 자석의 속력이 빠르므로 자기 선속의 변화가 더 빠르게 일어나 유도 전류의 세기가 더 크다. 옳다.
{오답 피하기}
자석의 극이 바뀌거나 운동 방향이 바뀌면 유도 전류의 방향이 바뀌지만, 속력만 달라지는 경우에는 방향은 같고 세기만 달라짐을 구분해야 한다.

[최종 정답]
정답은 5번 「실험 Ⅲ에서 유도 전류의 세기는 실험 Ⅰ에서보다 크다.」이다.