07 전기 저항과 옴의 법칙

과학전기와 자기중246쪽중2 과학 · 전기와 자기

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이 자료는

중2 과학 「전기와 자기」 시리즈의 일곱 번째 자료로, 전기 저항과 옴의 법칙을 다루는 문제 유형 학습지입니다. '전류는 무엇에 따라 달라지고, 그래프와 회로에서 어떻게 알아낼까?'라는 물음 아래 문제를 다섯 가지 유형으로 나누었습니다. 유형은 저항의 뜻과 물질의 역할 판단하기, 도선의 조건을 나누어 저항 비교하기, 전압·전류·저항을 단위와 조건에 맞게 계산하기, 그래프의 축과 비교 조건으로 판단하기, 측정 회로와 실험 결과를 함께 읽기입니다.

유형마다 '대표문제부터 풀기 → 질문으로 이해하기 → 꼭 기억할 것·주의할 것 → 대표문제 풀이 → 조건과 묻는 대상을 바꾸어 적용하기' 순서로 되어 있습니다. '저항이 크면, 저항체를 지나면서 전류가 줄어드는 걸까?', '가파른 그래프일수록 저항이 클까, 작을까?'처럼 학생이 헷갈려 하는 설명 질문 21개(Q01~Q20, Q04는 두 개)에 답과 설명, 비교표가 붙어 있습니다. 두 회로의 비교와 한 회로 앞뒤의 비교, 금속에서 전자의 이동과 저항, 도선의 모양과 저항, 축을 바꾼 전압–전류 그래프, 전류계와 전압계의 연결, 계기의 단자와 눈금 줄, 저항체와 필라멘트 전구의 관계 비교 그림이 들어 있습니다.

문제는 대표문제 5개, 유형 연습 25개, 풀이 방법을 스스로 고르는 혼합 문제 10개로 모두 40문항입니다. 표와 그래프 읽기, 빈 모눈에 그래프 그리기, 틀린 설명 고쳐 쓰기 같은 서술형 문항이 섞여 있습니다. 36쪽에 유형별 단서와 판단을 묶은 단원 정리 표가 있고, 37쪽부터 모든 문항의 정답과 해설, 선택지별 풀이, 서술형 채점 요소, 문항마다 '다시 보기' 유형과 질문 번호가 있습니다.

미리보기

실제 학습지의 일부입니다. 누르면 크게 볼 수 있습니다.

굵은 도선의 저항은 왜 작을까 — 길이 L·2L, 단면적 S·2S인 네 도선의 모양과 저항 비교 그림 · 9쪽

가파른 그래프일수록 저항이 클까 — 같은 두 저항체를 축만 바꾸어 그린 두 그래프와 기울기 비교표 · 18쪽

전류계의 단자와 두 눈금 줄 — 단자 연결 비교표와 50 mA 단자에 연결한 전류계 눈금 그림 · 26쪽

핵심 정리 · 전기 저항과 옴의 법칙

학습지의 설명 질문 Q01~Q20 가운데 핵심을 짧게 정리했습니다. 그림·표와 40문항은 PDF에 있습니다.

전기 저항은 무엇이고 단위는 무엇인가요?

전기 저항은 전류의 흐름을 방해하는 정도이며, 줄여서 저항이라고 합니다. 단위는 Ω(옴)이고, 1 V의 전압을 걸었을 때 1 A의 전류가 흐르는 저항이 1 Ω입니다. 저항은 방해하는 정도를 나타내는 말이고 저항체는 그런 성질을 가진 물체인데, 문제에서는 저항체를 그냥 '저항'이라고 부르기도 합니다.

저항이 크면 저항체를 지나면서 전류가 줄어드나요?

아닙니다. 전류가 일정하게 흐르는 한 줄 회로에서는 저항체 앞뒤의 전류가 같습니다. '저항이 크면 전류가 약하다'는 말은 같은 전압을 건 서로 다른 저항체나 두 상태를 비교한 것입니다. 저항체에서 열이 나는 것과 전자가 없어지는 것은 다릅니다.

금속에서 저항은 왜 생기나요?

금속에는 비교적 자유롭게 움직일 수 있는 자유 전자가 있고, 전압이 걸린 회로에서 자유 전자는 전체적으로 한 방향으로 이동합니다. 이동 중 금속을 이루는 원자와 충돌하면 전자의 이동이 방해를 받으며 저항이 생깁니다. 충돌했다고 전자가 사라지는 것은 아닙니다.

도체, 부도체, 반도체는 어떻게 다른가요?

도체는 전류가 잘 흐르는 물질로 구리·알루미늄이 전선의 금속 부분에 쓰입니다. 부도체는 보통의 사용 조건에서 전류가 거의 흐르지 않는 물질로 절연체라고도 하며, 플라스틱·고무가 전선을 감싸는 부분에 쓰입니다. 반도체는 전기가 흐르는 정도가 도체와 부도체의 중간 정도이며 온도·빛·첨가한 물질 등의 조건에 따라 그 정도가 크게 달라질 수 있습니다. '반'이 전류를 항상 절반으로 줄인다는 뜻은 아닙니다.

도선의 길이가 길어지면 저항은 어떻게 되나요?

재료·단면적·온도가 같을 때 저항은 도선의 길이에 비례합니다. 길이가 2배이면 전자가 원자와 충돌하며 지나가는 구간도 2배가 되어 저항도 2배이고, 길이가 절반이면 저항도 절반입니다.

도선이 굵어지면 저항은 왜 작아지나요?

재료·길이·온도가 같다면 단면적이 큰 도선은 전하가 지나갈 통로가 더 넓기 때문입니다. 저항은 도선의 단면적에 반비례하여, 단면적이 2배, 3배가 되면 저항은 각각 1/2배, 1/3배가 됩니다. 단면적은 도선을 길이에 수직으로 잘랐을 때 보이는 면의 넓이이며, 원형 도선은 지름이 2배이면 단면적이 4배이므로 지름의 배수와 단면적의 배수를 구별해야 합니다.

길이와 단면적이 함께 바뀌면 저항은 어떻게 비교하나요?

같은 재료·온도의 균일한 도선끼리는 '새 저항의 배수 = 길이의 배수 ÷ 단면적의 배수'로 두 영향을 함께 적용합니다. 길이 2배와 단면적 2배가 동시에 바뀌면 저항은 원래와 같습니다. 재료가 다르면 모양이 같아도 저항이 다를 수 있으므로 길이와 단면적만으로 저항을 확정하지 않습니다.

옴의 법칙은 무엇인가요?

저항이 일정할 때 전류의 세기는 전압에 비례하고, 전압이 일정할 때 전류의 세기는 저항에 반비례한다는 관계입니다. 식으로는 전류 = 전압 ÷ 저항(I = V/R)이며, 구할 양에 따라 R = V/I, V = IR로 바꾸어 씁니다. 전압과 전류는 같은 저항체에서 같은 상태에 측정한 한 쌍이어야 합니다.

mA로 주어진 전류는 왜 A로 바꾸어 계산하나요?

전압을 V, 저항을 Ω으로 계산할 때에는 전류를 A로 맞춰야 하기 때문입니다. 1 A = 1000 mA이므로 mA로 주어진 수를 1000으로 나누면 A로 바뀝니다. 예를 들어 50 mA는 0.050 A, 250 mA는 0.250 A입니다.

전압을 올리면 저항도 커지나요?

저항이 일정한 저항체에서는 전압을 2배로 하면 전류도 2배가 되어 전압 ÷ 전류의 값은 그대로입니다. 식에서 전압 하나만 바꾸고 전류는 저절로 일정하다고 생각하면 안 됩니다. 다만 모든 물체가 모든 상황에서 일정한 저항을 보이는 것은 아니며, 실제 자료에서 V ÷ I가 달라지면 그 범위의 저항이 일정하다고 할 수 없습니다.

전압–전류 그래프에서 기울기가 크면 저항이 큰가요?

가로축과 세로축이 무엇인지에 따라 다릅니다. 가로축이 전압, 세로축이 전류이면 기울기는 I/V이므로 같은 그래프 안에서 더 가파른 선의 저항이 더 작고, 가로축이 전류, 세로축이 전압이면 기울기는 V/I = R이므로 더 가파른 선의 저항이 더 큽니다. 저항을 구할 때는 원점이 아닌 같은 한 점에서 전압과 전류를 함께 읽어 전압을 전류로 나눕니다.

전류계와 전압계는 어떻게 연결하나요?

전류계는 부품을 지나는 전류를 재므로 부품과 한 줄로 이어 직렬로, 전압계는 부품 양 끝 두 지점 사이의 전압을 재므로 부품의 양 끝에 병렬로 연결합니다. 전류계는 내부 저항이 매우 작고 전압계는 매우 크며, 전류계를 전지 양 끝에 바로 연결하면 매우 큰 전류가 흘러 기구가 손상될 수 있습니다. 눈금은 연결한 (−)단자의 값이 끝 눈금의 실제 값이 되도록 맞추어 읽고, 값을 모를 때는 가장 큰 측정 범위의 (−)단자부터 연결합니다.

핵심 용어

전기 저항: 전류의 흐름을 방해하는 정도. 단위는 Ω(옴)
저항체: 전류의 흐름을 방해하는 성질을 가진 물체(부품)
전압: 전기 회로에서 전류를 흐르게 하는 원인. 단위는 V(볼트)
전류의 세기: 단위 시간 동안 도선의 한 단면을 통과하는 전하량. 단위는 A(암페어)
자유 전자: 금속 안에서 비교적 자유롭게 움직일 수 있는 전자
도체: 전류가 잘 흐르는 물질
부도체(절연체): 보통의 사용 조건에서 전류가 거의 흐르지 않는 물질
반도체: 전기가 흐르는 정도가 도체와 부도체의 중간 정도이며 조건에 따라 그 정도가 크게 달라질 수 있는 물질
전기 전도도: 전류가 잘 흐르는 성질(전기 전도성)의 정도를 수치로 나타낸 것
단면적: 도선을 길이에 수직으로 잘랐을 때 보이는 면의 넓이
옴의 법칙: 저항이 일정할 때 전류는 전압에 비례하고, 전압이 일정할 때 전류는 저항에 반비례한다는 관계
mA(밀리암페어): A보다 작은 전류의 단위. 1 A = 1000 mA
전류계: 부품을 지나는 전류의 세기를 재는 계기. 부품과 직렬로 연결
전압계: 부품 양 끝 두 지점 사이의 전압을 재는 계기. 부품의 양 끝에 병렬로 연결

다 풀고 나면

저항의 뜻과 단위를 말하고, 도체·부도체·반도체의 성질과 쓰임을 구별할 수 있다.
같게 한 조건을 확인하여 도선의 길이·단면적에 따른 저항을 비교하고, 두 조건이 함께 바뀔 때의 저항을 구할 수 있다.
옴의 법칙을 이용해 전압·전류·저항을 구하고, mA를 A로 바꾸어 단위를 맞출 수 있다.
전압–전류 그래프에서 축을 확인하여 저항을 구하고, 기울기와 저항의 관계를 판단할 수 있다.
전류계와 전압계를 알맞게 연결하고, 연결한 단자에 맞추어 눈금을 읽을 수 있다.
실험에서 바꾸는 조건과 같게 할 조건을 구별하고, 측정 자료에서 저항이 일정한지 판단할 수 있다.

이렇게 풀면 됩니다

1쪽 '이 자료의 구성' 표에서 다섯 유형과 문항 번호를 확인합니다. 유형마다 맨 앞의 대표문제를 먼저 풀어 봅니다.
'질문으로 이해하기'의 질문을 읽고 내 답을 말해 본 뒤 답과 설명, 그림·표를 읽습니다. '꼭 기억할 것·주의할 것' 표와 대표문제 풀이의 세 단계(같게 한 조건 → 읽을 자료 → 연결할 개념)로 내 풀이를 점검합니다.
'조건과 묻는 대상을 바꾸어 적용하기'의 유형 연습 5문항을 같은 방법으로 풉니다. 32~35쪽 혼합 문제 10문항은 어떤 개념과 비교 방법을 쓸지 스스로 골라 풉니다.
36쪽 단원 정리 표로 유형별 단서와 판단을 다시 연결해 본 뒤, 37쪽부터의 정답과 해설로 맞춰 봅니다. 틀린 문항은 '다시 보기'에 적힌 유형과 질문 번호로 돌아가 다시 읽습니다.

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