25 9월 모의고사 19번과 25 수능 19번을 바탕으로 2025학년도에 출제된 문제의 출제 경향을 살펴본다.
25 9월 모의고사 19번
ㄱ. \(P\)에서 전기장의 방향이 \(+ x\,\)방향이므로 \(B\), \(C\)의 전하량의 합과 \(A\)의 전하량은 서로 같아야 한다. 따라서 \(q_{A} = + q\,\)이다. (X)
ㄴ. \(P\)에서 전체 전기장은 \(C\)에 의한 전기장의 \(x\,\)성분의 \(4\)배인 \(2\sqrt{3}E_{0}\)이다. (O)
ㄷ. 원점에서 \(A\), \(C\)에 의한 전기장의 세기는 각각 \(E_{0}\), \(\frac{1}{3}E_{0}\)로, 합성 전기장의 세기는 \(\frac{\sqrt{10}}{3}E_{0}\)이다. 따라서 \(B\)가 받는 전기력의 크기는 \(\frac{2\sqrt{10}}{3}{qE}_{0}\)이다. (X)
25 수능 17번
\(A\)에 작용하는 전기력의 방향이 \(- x\,\)방향이므로 \(B\)와 \(C\)의 전하량의 부호는 각각 음\(( – )\), 양\(( + )\)이고 크기비는 \(1:2\sqrt{2}\)이다. \(B\)에 작용하는 전기력의 방향은 \((1\,,\,\, 1)\) 방향이므로 \(A\)와 \(C\)의 전하량은 같다. 따라서 \(A\), \(B\), \(C\)의 전하량은 각각 \(+ q\), \(- \frac{1}{2\sqrt{2}}q\), \(+ q\,\)이다.
\(p\)에서 \(A\)에 의한 전기장의 세기를 \(E\,\)라 하자. \(A\)의 위치에 \(C\)가 형성하는 전기장의 세기는 \(\frac{1}{2}E\,\)이고, \(F\,\)는 \(C\)가 \(A\)에 작용하는 전기력의 \(x\,\)성분의 크기이므로 \(\frac{qE}{2\sqrt{2}}\)이다. \(p\)에서 \(B\)에 의한 전기장의 세기는 \(\frac{1}{4\sqrt{2}}E\,\)이고, \(A\), \(C\)에 의한 전기장의 세기는 \(\sqrt{2}E\,\)이므로, 전체 전기장의 세기는 \(\frac{7\sqrt{2}}{8}E = \frac{7F}{2q}\)이다.
1. 연계
① 시각적 관점
문제에 주어진 조건이 일부 전하의 전하량, 전기장의 방향이라는 점, 세 점전하가 직각삼각형을 이루고 있다는 점이 두 문항의 유사점이 됩니다.
➁ 해설적 관점
풀이 과정의 관점에서도, 풀이의 시작점이 주어져 있는 전기장의 방향을 통해 각 전하의 전하량을 결정해야 한다는 것으로 같습니다. 주어진 조건들을 이용하여 전기장에 관한 조건들을 정리하고, 이후 전기력의 크기를 구하여 ㄷ 선지 또는 답을 구할 수 있다는 풀이의 흐름 또한 유사합니다.
2. 해당 문항이 다른 평가원 문항과 달랐던 이유
2025학년도 9월 19번에서 눈여겨보아야 했던 점은, 물리학II에서는 처음으로 ‘점전하 사이에 작용하는 전기력’의 크기에 대한 정량적 분석을 요구했다는 점입니다.
이전까지 점전하에 의한 전기장 문항의 경우 모두 \(k\frac{q^{2}}{r^{2}}\) 등의 식을 이용하여 전기장의 벡터 합성/분해를 요구하며 전하량 또는 전기장을 결정하는 문항이었다면, 이 문항의 경우 식 \(F = qE\,\)를 사용하여 점전하가 받는 전기력의 크기가 점전하의 전하량과 그 점에서 다른 전하들에 의한 전기장의 세기의 곱임을 이용하도록 하는 선지가 제시되었습니다.
따라서, 이 관점을 발전시켜놓았다면 2025학년도 수능 19번에서 전기장의 세기를 전기력과 전하량을 이용하여 나타내도록 하는 선지가 나왔을 때 \(p\)에 전하량이 \(+ q\,\)인 점전하를 놓았을 때 받는 전기력이 정답 선지에 \(q\,\)를 곱한 값임을 이용하여 전기력 관점에서 문제를 해결하거나, \(A\)가 받는 전기력의 크기는 \(B\), \(C\)가 \(A\) 위치에 형성하는 합성 전기장의 세기에 \(q\,\)를 곱한 값임을 이용하여 전기장 관점에서 문제를 해결하는 방법을 미리 생각해두고 풀이를 시작하는 것이 가능합니다.
이러한 생각을 하지 못한 채로 문제 풀이에 접근하게 되면 쿨롱 상수와 거리, 전하량을 모두 고려하며 계산하는 등의 상황에서 실수가 쉽게 유발될 가능성이 존재했겠습니다.