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1[7급 국가직 물리학개론] 26년 1회차

그림은 좌표  $x$ 에 따른 전위  $V(x)$ 를 그래프로 나타낸 것이다. 전하량이
 $-1$  C인 입자가  $x=0$ 에서  $+x$ 방향으로 출발하여  $x=20$  m를 지난다.
이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 입자의 가속에 의한 전자기파
방출은 무시한다)

 $x=15$  m에서 입자에 작용하는 전기력은  $-x$  방향이다.

입자에 작용하는 전기력의 크기는  $x=3$  m에서가  $x=8$  m에서보다 크다.

입자가  $x=0$ 에서 6 J의 운동에너지를 가진다면  $x=20$  m에 도달한다.

입자의 속력은  $x=5$  m에서 최대이다.

해설

입자의 속력은 x = 5 m에서 최대이다.
전하가  $-1\,\mathrm{C}$ 이므로 퍼텐셜 에너지는  $U=qV=-V$ 이다. 전위가 가장 높은  $x=5\,\mathrm{m}$ ( $V=5\,\mathrm{V}$ )에서  $U=-5\,\mathrm{J}$ 로 최소이므로 운동에너지가 최대다.
 $x=15$  m에서 전기력이  $-x$  방향이라는 설명: 기울기가  $+1\,\mathrm{V/m}$ 이므로  $E=-1\,\mathrm{V/m}$ , 힘  $F=qE=+1\,\mathrm{N}$ 으로  $+x$  방향이다.
전기력이  $x=3$  m에서 더 크다는 설명: 기울기 크기가  $x=3$  m에서 1,  $x=8$  m에서 3이므로  $x=8$  m에서 더 크다.
6 J로 출발하면  $x=20$  m에 도달한다는 설명:  $x=10$  m에서  $U=10\,\mathrm{J}$ 로 총에너지 6 J보다 커서 넘지 못한다.

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