2023학년도 수능 물리학I 19번을 풀어봅시다.

우선, (나)에서 점전하 D가 추가되니 B에 작용하는 전기력이 0이 되었다는 사실을 알 수 있습니다.

D에 의하여 B에 작용하는 전기력은 +x방향이므로, D가 없는 (가)에서 B에 작용하는 전기력의 방향은 -x방향입니다.

이때, (가)에서 A에 작용하는 전기력의 방향도 -x방향입니다.

이제, (가)의 상황을 참고하여 A, C 전하의 부호를 결정해 봅시다. 이는 귀류로 가능합니다.

(1) A가 (+)전하, C가 (-)전하인 경우

A  B  C

+  +  -

이 경우 B에 작용하는 전기력의 방향이 +x방향이므로 조건에 맞지 않습니다.

(2) A가 (-)전하, C가 (+)전하인 경우

A  B  C

-  +  +

A에 작용하는 전기력의 방향이 +x방향이므로 조건에 맞지 않습니다.

(3) A가 (+)전하, C가 (+)전하인 경우

A  B  C

+  +  +

C에 작용하는 전기력의 방향이 +x방향이 됩니다. 그런데 (나)에서 x=3d에 음전하 D가 추가되는 경우...

 A  B  C  D

+  +  +  -

D에 의해 C에 작용하는 전기력의 방향이 +x방향이 되므로, C에 작용하는 전기력의 크기가 (나)에서 더 커집니다. 그러므로 조건에 맞지 않습니다.

즉, A는 (-)전하, C도 (-)전하입니다.

여기서 ㄴ은 참이라는 것을 알 수 있습니다.

A  B  C

-  +  -

B에 작용하는 전기력의 방향이 -x방향이 되기 위해서는, A의 전하량의 크기가 C보다 커야 합니다.

즉, ㄷ도 참입니다.

또한 A에 작용하는 전기력의 방향도 -x방향인데, 이는 A, B 사이의 인력보다 A, C 사이의 척력이 더 강하다는 것을 의미합니다.

C의 입장에서 보면, B, C 사이의 인력과 A, C 사이의 척력의 크기를 비교했을 때 전자가 더 크면 -x방향, 후자가 더 크면 +x방향으로 전기력이 작용합니다.

그런데 C는 전하량의 크기가 A보다 작기 때문에, B, C 사이의 인력은 A, B 사이의 인력보다 작게 되고, 결론적으로 A, C 사이의 척력이 B, C 사이의 인력보다 크게 됩니다. 즉, C에 작용하는 전기력의 방향은 +x방향으로 ㄱ도 참입니다.

정답 : ⑤