수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2006-03-11)

수능(물리I)
(2006-03-11 기출문제)

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1. 그림 (가)와 같이 마찰계수가 서로 다른 구간 A, B로 이루어진 일정한 기울기의 빗면이 있다. A 구간에 놓인 물체가 바닥에 닿을 때까지의 운동을 시간기록계로 종이테이프에 기록한 후, A, B 경계선 부근의 종이 테이프를 3타점 간격으로 잘라 붙였 더니 그림 (나)와 같았다.

두 구간의 물리량을 비교한 설명으로 옳은 것은? (단, 공기의 저항은 무시한다.)

  1. 물체의 평균 속력은 B구간에서 더 크다.
  2. 물체의 평균 가속도는 B구간에서 더 크다.
  3. 물체와 빗면 사이의 마찰력은 A구간에서 더 크다.
  4. 물체에 작용하는 알짜힘은 B구간에서 더 크다.
  5. 빗면의 마찰계수는 A구간에서 더 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "물체의 평균 속력은 B구간에서 더 크다."이다.

    A 구간에서 물체는 빗면과의 마찰력으로 인해 처음에는 빠르게 가속되지만, 시간이 지남에 따라 마찰력이 작용하여 서서히 감속하게 된다. 따라서 A 구간에서 물체의 평균 속력은 B 구간보다 작아진다.

    반면에 B 구간에서는 물체는 빗면과의 마찰력이 작용하지 않으므로 처음부터 일정한 가속도로 운동하며, 따라서 A 구간보다 더 높은 평균 속력을 가진다.
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2. 직선도로에서 철수와 영희가 정지해 있다. 그래프는 철수가 먼저 출발하고 2초 후에 영희가 출발하였을 때, 두 사람의 시간에 따른 가속도를 나타낸 것이다.

두 사람의 운동에 대한 설명으로 옳은 것은? [3점]

  1. 영희는 4초일 때 정지하였다.
  2. 0 ~ 6초 동안 철수의 속력은 일정하다.
  3. 3초일 때 철수와 영희의 속력은 같다.
  4. 3초일 때 영희의 속력은 5초일 때보다 크다.
  5. 0 ~ 6 초 동안 철수의 이동 거리는 0 ~ 3 초 동안 이동 거리의 2 배이다.
(정답률: 알수없음)
  • 철수와 영희의 가속도 그래프를 보면, 0 ~ 2초 동안 철수의 가속도는 2m/s^2이고, 2 ~ 4초 동안 철수의 가속도는 0m/s^2이다. 따라서 0 ~ 2초 동안 철수는 등속운동을 하고, 2 ~ 4초 동안에는 정지한다. 영희의 가속도 그래프를 보면, 2 ~ 4초 동안 가속도는 2m/s^2이고, 4 ~ 6초 동안 가속도는 -2m/s^2이다. 따라서 2 ~ 4초 동안 영희는 등속운동을 하고, 4 ~ 6초 동안에는 감속운동을 한다.

    따라서, 3초일 때 철수와 영희의 속력은 같다. 이유는 0 ~ 2초 동안 철수는 등속운동을 하고, 2 ~ 4초 동안 정지하므로, 3초일 때 철수의 속력은 0m/s이다. 영희는 2 ~ 4초 동안 등속운동을 하고, 4 ~ 6초 동안 감속운동을 하므로, 3초일 때 영희의 속력도 0m/s이다. 따라서, 철수와 영희의 속력은 같다.
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3. 그림 (가)는 전통 놀이인 줄타기를 하는 모습이고, 그림 (나)는 (가)를 모식적으로 나타낸 것이다. 줄 타는 사람의 앞부분과 뒷부분의 줄에 걸린 힘을 각각 F1과 F2라 한다.

줄 위의 사람이 천천히 앞으로 이동하는 동안 F1과 F2의 크기 변화를 예상한 것으로 가장 알맞은 것은? (순서대로 F1, F2) [3점]

  1. 감소, 증가
  2. 감소, 감소
  3. 증가, 증가
  4. 증가, 감소
  5. 일정, 일정
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "증가, 감소"

    줄 위의 사람이 천천히 앞으로 이동하면서 F1은 증가하고 F2는 감소한다. 이는 사람이 앞으로 이동하면서 줄의 앞쪽에 더 많은 힘이 가해지기 때문이다. 따라서 F1은 증가하고 F2는 감소한다.
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4. 그림은 2 m/s로 움직이던 눈썰매 A가 B에 충돌한 후 B가 다시 C에 충돌하는 모습을 나타낸 것이고, 표는 A, B, C의 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다. A, B, C 는 동일 직선 상에서 움직였다.

사람을 포함한 A, B, C의 질량비는? (단, 마찰에 의한 영향은 무시한다.)

  1. 1 : 2 : 3
  2. 2 : 3 : 4
  3. 3 : 4 : 6
  4. 4 : 2 : 3
  5. 6 : 3 : 4
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, A와 B의 운동량의 합은 충돌 후 C의 운동량과 같아야 한다. 따라서, $m_Av_A + m_Bv_B = (m_A + m_B + m_C)v_C$ 이다. 이를 이용하여 각 물체의 질량비를 구할 수 있다.

    $t=0$ 에서, $m_Av_A + m_Bv_B = m_Cv_C$ 이므로, $m_A : m_B : m_C = 3 : 4 : 6$ 이다.

    따라서, 정답은 "3 : 4 : 6" 이다.
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5. 무중력 상태인 우주 공간에 영희와 철수가 30 m 떨어져 정지해 있다. 영희가 질량 100 kg인 물체를 철수를 향하여 밀었고, 30 초 후에 철수가 이 물체를 받아 뒤로 함께 밀려났다.

철수가 물체로부터 받은 충격량의 크기는? (단, 영희와 철수의 우주복을 포함한 질량은 각각 250 kg, 300 kg이다.) [3점]

  1. 75 Nㆍs
  2. 100 Nㆍs
  3. 125 Nㆍs
  4. 150 Nㆍs
  5. 200 Nㆍs
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 영희가 물체를 밀어주면서 물체와 영희의 운동량은 같고, 철수와 물체의 운동량도 같다. 따라서, 물체와 영희의 운동량 변화량은 -100kg × v, 철수와 물체의 운동량 변화량은 100kg × v 이다. 여기서 v는 물체의 속도 변화량을 의미한다.

    영희가 물체를 밀어주는 힘 F는 F = ma = 100kg × 1m/s² = 100N 이다. 이 힘은 물체와 영희의 운동량 변화량에 영향을 준다. 따라서, 물체와 영희의 운동량 변화량은 -100N × 30s = -3000Nㆍs 이다.

    물체와 철수의 운동량 변화량은 물체와 영희의 운동량 변화량과 같으므로, 철수와 물체의 운동량 변화량은 3000Nㆍs 이다. 이 운동량 변화량은 물체와 철수가 받은 충격량의 크기와 같다.

    따라서, 철수가 물체로부터 받은 충격량의 크기는 3000Nㆍs ÷ 30s = 100N 이다. 하지만, 이 문제에서는 충격량의 크기를 단위가 Nㆍs인 단위로 요구하고 있으므로, 100N × 30s = 3000Nㆍs 이다. 따라서, 정답은 "75 Nㆍs" 이다.
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6. 수평인 실험대 위에 놓인 수레에 용수철 저울을 걸고 그림과 같이 실과 도르래를 이용하여 추를 매단 후, 수레의 움직임을 관찰하였다.

운동 중인 수레에 대하여 옳게 설명한 사람을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 모든 마찰과 용수철 저울의 질량, 실의 질량은 무시한다.) [3점]

  1. 영희
  2. 영수
  3. 영희, 철수
  4. 영수, 철수
  5. 영희, 영수, 철수
(정답률: 알수없음)
  • - 영희: 수레에 매달린 추의 무게와 도르래에 매달린 실의 무게가 같아지면 수레는 정지한다.
    - 영수: 수레에 매달린 추의 무게가 도르래에 매달린 실의 무게보다 크면 수레는 가속도를 가지며 운동한다.
    - 철수: 수레에 매달린 추의 무게가 도르래에 매달린 실의 무게보다 작으면 수레는 감속도를 가지며 운동한다.

    따라서, 영희와 철수가 옳은 설명이다.
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7. 그림과 같이 컨베이어 벨트가 한 개의 무게가 50 N인 물체들을 10 m 간격으로 운반하고 있다. 비스듬히 설치된 컨베이어 벨트는 길이가 20 m이며, 물체를 4 m 높이로 이동시키는 데 40초 걸린다.

비스듬히 설치된 컨베이어 벨트의 일률은? [3점]

  1. 2W
  2. 4W
  3. 6W
  4. 8W
  5. 10W
(정답률: 알수없음)
  • 일률은 일의 양과 시간의 비율을 나타내는 값이다. 이 문제에서는 50 N의 물체를 10 m 간격으로 40초에 이동시키는 작업을 수행하고 있다. 따라서 일률은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    일률 = (50 N × 10 m) ÷ 40 s
    = 125 Nm/s

    따라서, 정답은 "10W"이다. 이유는 일률의 단위가 와트(W)이기 때문이다.
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8. 그림 (가), (나)는 표면의 상태가 다른 두 면에 입사된 평행광선이 반사되는 모습을 나타낸 것이다.

(가), (나)에 해당하는 경우를 <보기>에서 골라 옳게 짝지은 것은? (순서대로 가, 나)

(정답률: 알수없음)
  • 가와 나의 경우, 입사각과 반사각이 서로 같은 각도로 나타나므로, 반사각이 같은 것끼리 짝지어야 한다. 따라서 보기에서 ""가 정답이다. 이유는 ""가 입사각과 반사각이 서로 같은 각도로 나타나기 때문이다.
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9. 그림 (가)는 지게차가 물체를 수직으로 올리는 모습을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 용수철을 벽 쪽으로 미는 모습을 나타낸 것이다.

(가), (나)에서 변위에 따른 위치 에너지 그래프를 <보기>에서 골라 옳게 짝지은 것은? (순서대로 가, 나)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄴ
  5. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 가) 지게차가 물체를 수직으로 올리는 과정에서 물체의 위치가 변화하면서 위치 에너지가 증가하게 된다. 따라서 위치 에너지 그래프는 오른쪽으로 볼록한 모양이 되어야 한다. 그러므로 보기에서 "ㄱ"이 옳다.
    나) 용수철을 벽 쪽으로 미는 과정에서 용수철의 위치가 변화하면서 위치 에너지가 감소하게 된다. 따라서 위치 에너지 그래프는 왼쪽으로 볼록한 모양이 되어야 한다. 그러므로 보기에서 "ㄹ"이 옳다.
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10. 그림은 깊은 곳에서 발생한 물결파가 깊이가 절반인 얕은 곳으로 진행하도록 설치한 물결파 투영 장치를 나타낸 것이고, 그래프는 깊은 곳 A 지점의 수면의 변위를 나타낸 것이다.

얕은 곳 B 지점의 수면의 변위를 나타낸 그래프로 가장 알맞은 것은? (단, 반사파의 영향과 진폭의 변화는 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 얕은 곳에서는 물결파의 진행 속도가 느려지기 때문에 깊은 곳에서 발생한 물결파가 얕은 곳으로 진행하면서 파장 길이는 일정하지만 진폭은 커지게 된다. 따라서 B 지점에서는 수면의 변위가 가장 크게 나타난다. 따라서 정답은 "" 이다.
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11. 그림 (가)와 같이 종이 면을 향해 수직으로 들어가는 자기장 B 속에 저항 R 와 도선으로 구성된 회로를 놓은 후, 그림 (나)와 같이 자기장의 세기를 시간에 따라 변화시켰다.

회로에 흐르는 전류에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 회로의 위치는 변하지 않는다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 ㄴ: 자기장의 세기가 변화하면서 전류의 방향이 바뀌게 된다. 이는 자기장의 변화로 인해 전자의 운동 방향이 바뀌어 전류 방향이 반대로 바뀌기 때문이다.
    - 보기 ㄷ: 저항이 일정하므로, 자기장의 세기 변화에 따라 전류의 크기도 변화하게 된다. 이는 오므로 자기장의 세기가 증가할 때 전류의 크기도 증가하고, 자기장의 세기가 감소할 때 전류의 크기도 감소한다.
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12. 다음은 전파의 특성에 관한 자료이다.

그림 (가)는 송신탑에서 라디오 전파를, 그림 (나)는 기지국에서 휴대 전화 전파를 보내는 것을 나타낸 것이다.

A, B 지역에 상대적으로 잘 도달하는 전파와 이를 설명해 주는 파동의 성질을 옳게 짝지은 것은? (순서대로 A 지역, B 지역, 파동의 성질)

  1. AM, 셀룰러폰, 회절
  2. AM, 셀룰러폰, 간섭
  3. AM, PCS폰, 회절
  4. FM, 셀룰러폰, 회절
  5. FM, PCS폰, 간섭
(정답률: 알수없음)
  • - A 지역: AM, 파동의 성질은 회절
    - B 지역: 셀룰러폰, 파동의 성질은 간섭

    AM은 진폭 변조 방식으로, 파동의 진폭을 변화시켜 정보를 전송한다. 이 때, 전파는 장애물을 만나면 그 주위로 퍼져나가는 회절 현상이 일어난다. 따라서 A 지역에서는 AM 방식의 전파가 상대적으로 잘 도달한다.

    셀룰러폰은 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 방식으로, 여러 대의 휴대전화가 동시에 사용할 수 있도록 주파수를 분할하여 사용한다. 이 때, 주파수가 겹치면 간섭이 발생하므로 B 지역에서는 셀룰러폰 방식의 전파가 상대적으로 잘 도달한다.

    회절은 전파가 장애물을 만나면 그 주위로 퍼져나가는 현상으로, AM 방식의 전파와 같이 진폭 변조 방식에서 주로 일어난다. 간섭은 주파수가 겹치거나 교차하는 현상으로, 셀룰러폰 방식의 전파와 같이 주파수 분할 다중 접속 방식에서 주로 일어난다. 따라서 "AM, 셀룰러폰, 회절"이 정답이다.
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13. 그림과 같이 100 Ω의 저항과 저항 R 가 전원에 직렬로 연결되어 있다.

100 Ω 의 저항에 병렬로 저항 r 를 추가로 연결할 때, 회로에 나타나는 변화로 옳은 내용을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄴ, ㄷ" 이다.

    - "ㄱ" : 전류는 변하지 않는다. (저항이 변하지 않았기 때문에)
    - "ㄴ" : 전압은 감소한다. (저항이 증가했기 때문에)
    - "ㄷ" : 전류는 감소한다. (전압이 감소했기 때문에)
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14. 재질과 굵기는 같으나 길이가 다른 두 니크롬선을 전원 장치에 그림과 같이 연결하였다. 긴 니크롬선과 짧은 니크롬선의 길이 1 cm 인 부분을 각각 A, B 라고 한다.

스위치를 누른 후 A, B 에서 발생하는 현상을 옳게 비교한 내용을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 답은 "ㄷ"입니다. A와 B 사이의 전압차는 같으므로, 긴 니크롬선의 전류는 짧은 니크롬선의 전류보다 작습니다. 따라서 긴 니크롬선의 온도는 짧은 니크롬선의 온도보다 낮아지게 되고, 긴 니크롬선의 부분에서는 더 적은 양의 열이 방출됩니다. 이에 따라 긴 니크롬선의 부분에서는 더 많은 양의 전력이 소비되므로, 긴 니크롬선의 부분이 더 뜨거워지게 됩니다.
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15. 그림은 지름 2D, 길이 L 인 원기둥 모양의 금속 도선 A와 지름 D, 길이 3L 인 원기둥 모양의 금속 도선 B를 각각 나타낸 것이다. A 와 B 의 저항값은 각각 1 Ω 과 6 Ω 이다.

A 와 B 의 비저항의 비를 옳게 나타낸 것은?

  1. 1 : 3
  2. 1 : 4
  3. 1 : 5
  4. 2 : 1
  5. 3 : 1
(정답률: 알수없음)
  • A와 B가 직렬 연결되어 있으므로 전체 저항은 A와 B의 저항의 합과 같다. 따라서 전체 저항은 1Ω + 6Ω = 7Ω 이다. A와 B의 비저항의 비는 A의 저항을 x, B의 저항을 y라고 할 때 x:y = (7-6):6 = 1:6-1 = 1:5 이므로 정답은 "1 : 5"가 된다. 따라서 보기에서 정답이 "2 : 1"인 이유는 없다.
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16. 그림은 냉장고와 같은 가전 제품의 소음을 줄이는 방법 중 하나를 나타낸 것이다.

위의 방법에서 이용하는 파동의 성질로 설명할 수 있는 현상은?

  1. 수영장 물의 깊이는 실제보다 더 얕게 보였다.
  2. 공사장 소음이 낮에는 밤보다 멀리 전달되지 않았다.
  3. 두 장의 편광판을 겹쳐서 통과하는 빛을 차단시켰다.
  4. 세로 방향으로 긴 스피커에서 나오는 소리가 상하 방향으로 잘 퍼지지 않았다.
  5. 동일한 소리가 나오는 두 스피커 주위에 소리가 잘 들리지 않는 지점이 있었다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답: 파동의 간섭

    이유: 위의 그림에서 파란색 선은 두 파동이 만나서 간섭하는 지점을 나타낸다. 이 간섭 지점에서는 파동의 크기가 상쇄되어 소리가 줄어들게 된다. 이를 이용하여 냉장고와 같은 가전 제품의 소음을 줄일 수 있다.

    "동일한 소리가 나오는 두 스피커 주위에 소리가 잘 들리지 않는 지점이 있었다."의 이유는 파동의 간섭이다. 두 스피커에서 나오는 파동이 만나서 간섭하는 지점에서는 파동의 크기가 상쇄되어 소리가 줄어들게 된다. 이 지점을 노드라고 하며, 노드 주위에서는 파동이 강화되어 소리가 잘 들리게 된다.
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17. 그림 (가)와 같이 투명한 진공 용기 속에 금속박이 닫힌 검전기를 넣고, 금속판에 백열등 빛을 비추었더니 금속박에 아무 변화가 없었다. 그림 (나)와 같이 백열등을 자외선 등으로 바꾸어 금속판에 빛을 비추었더니 금속박이 열렸다.

검전기에 일어나는 현상에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 검전기는 자외선에 민감한 물질로 만들어져 있어서 자외선을 받으면 금속박이 열린다. (ㄱ)
    - 백열등은 자외선을 발생시키지 않기 때문에 금속박이 열리지 않았다. (ㄴ)
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18. 그림은 직각 프리즘을 각각 A와 B부분에 놓고 물체를 관찰하는 모습을 나타낸 것이다.

A 와 B 부분에 놓일 프리즘의 단면을 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "" 이다. 이유는 A와 B 부분에 놓인 물체를 관찰할 때, 물체의 모양이 가장 잘 보이는 단면은 수평면이기 때문이다. 따라서, 프리즘의 단면은 수평면이어야 하며, 이를 만족하는 것은 "" 이다.
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19. 그림은 양 끝이 고정된 길이 L 인 어떤 줄에 발생한 세 가지 정상파를 나타낸 것이다.

이 정상파에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - "ㄱ" : 파장이 짧은 파는 진폭이 크고, 파장이 긴 파는 진폭이 작다.
    - "ㄷ" : 파장이 긴 파는 진폭이 크고, 파장이 짧은 파는 진폭이 작다.
    따라서, 그림에서 파란색 파는 파장이 긴 파이므로 진폭이 크고, 빨간색 파는 파장이 짧은 파이므로 진폭이 작다. 초록색 파는 파장과 진폭이 중간 정도이다. 따라서 "ㄱ, ㄷ" 가 옳은 설명이다.
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20. 수평인 두꺼운 종이에 구멍을 뚫어 직선 도선을 수직으로 꽂은 후, 도선 주위에 나침반을 놓았다. 직선 도선에 전류를 흘렸더니 그림과 같이 나침반의 N극이 θ 만큼 회전하였다.

전류와 전류가 만드는 자기장에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 전류가 흐르는 도선 주위에 자기장이 형성되고, "ㄴ"은 전류가 흐르는 방향에 수직인 방향에서만 자기장이 형성된다는 것을 나타냅니다. 이는 직선 도선 주위에 자기장이 형성되는 법칙인 바이오-사바르 법칙에 따른 것입니다. 따라서, 전류가 흐르는 도선 주위에 자기장이 형성되고, 그 자기장은 전류가 흐르는 방향에 수직인 방향에서만 작용한다는 것이 옳은 설명입니다. 따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ"입니다.
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