대수지수와 로그수능 기출기본 문제 (3점 중반)

물체 온도 지수식

문제

물체 주변의 온도가 TsT _{s}(C{}^\circ\mathrm{C})로 일정하고 물체의 초기 온도가 T0T _{0}(C{}^\circ\mathrm{C})일 때 초기 온도를 측정한 지 tt분 후 물체의 온도를 TT(C{}^\circ\mathrm{C})라고 하면 다음 식이 성립한다고 한다. T=Ts+(T0Ts)KtT = T _{s} + ( T _{0} - T _{s} ) K ^{- t} (단, KK는 열전달계수이다.) 어떤 물체 주변의 온도가 20C20 ^\circ\mathrm{C}로 일정하고 물체의 초기 온도가 60C60 ^\circ\mathrm{C}일 때 초기 온도를 측정한 지 aa분 후 물체의 온도는 40C40 ^\circ\mathrm{C}가 되었고, 초기 온도를 측정한 지 (a+20)( a + 20 )분 후 물체의 온도는 25C25 ^\circ\mathrm{C}가 되었다. aa의 값은? [3점] 991010111112121313

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해설

[출제의도] 지수를 활용하여 실생활 관련 문제를 해결한다. T0T _{0}=60= 60, TsT _{s}=20= 20이므로 tt=a= a, TT=40= 40 일 때 4040=20+(6020)Ka= 20 + ( 60 - 20 ) K ^{- a}…㉠ tt=a+20= a + 20, TT=25= 25 일 때 2525=20+(6020)Ka20= 20 + ( 60 - 20 ) K ^{- a - 20}…㉡ ㉠, ㉡에 의해서 KaK ^{- a}=12\displaystyle = \frac{1}{2}…㉢, Ka20K ^{- a - 20}=18\displaystyle = \frac{1}{8}…㉣ ㉢을 ㉣에 대입하면 K20K ^{- 20}=14\displaystyle = \frac{1}{4} KK=2110\displaystyle = 2 ^{\frac{1}{10}}을 ㉢에 대입하면 2a10\displaystyle 2 ^{- \frac{a}{10}}=12\displaystyle = \frac{1}{2}=21= 2 ^{- 1} 따라서 aa=10= 10 [다른 풀이] KaK ^{- a}=12\displaystyle = \frac{1}{2}, K20K ^{- 20}=14\displaystyle = \frac{1}{4}이므로 K20K ^{- 20}=(Ka)2= \left( K ^{- a} \right) ^{2}=K2a= K ^{- 2 a} 따라서 aa=10= 10

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