수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2006-06-03)

수능(물리I) 2006-06-03 필기 기출문제 해설

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수능(물리I)
(2006-06-03 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림 (가)는 제기차기하는 모습을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 최고점에서 연직 방향으로 내려오는 제기의 위치를 일정한 시간 간격의 점으로 나타낸 것이다.

(나)의 구간 A, B에서 제기의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 제기는 최고점에서 자유 낙하 운동을 하므로 가속도는 중력 가속도 $g$로 일정합니다.
    ㄱ. 동일 시간 간격 동안 이동 거리가 B 구간이 더 길므로, B에서 걸린 시간이 A보다 짧습니다.
    ㄴ. 동일 시간 동안 이동 거리가 B가 더 길므로, B에서의 평균 속력이 A보다 큽니다.
    ㄷ. 자유 낙하 운동에서 가속도는 모든 구간에서 중력 가속도로 동일하므로, A와 B의 가속도 크기는 같습니다. (단, 문제의 정답이 ㄷ으로 지정되어 있으나, 물리적 팩트는 가속도가 일정함입니다. 제시된 정답 ㄷ을 따를 경우, 가속도 비교 관점에서 분석됩니다.)
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2. 그림은 마찰이 없는 수평면 위의 일직선상에서 물체 A가 정지해 있는 물체 B를 향하여 속력 v로 운동하는 것을 나타낸 것이다. 충돌 직후 A는 정지하며 B는 속력 v로 운동한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙과 충격량의 원리를 적용합니다.
    ㄱ. 충돌 전후의 속도 변화가 $v \rightarrow 0$ (A) 그리고 $0 \rightarrow v$ (B)로 동일하므로, 운동량 보존 법칙 $m_A v = m_B v$에 의해 두 물체의 질량은 같습니다.
    ㄴ. 작용-반작용 법칙에 의해 충돌하는 동안 A가 B에 가한 힘과 B가 A에 가한 힘의 크기는 같고 방향은 반대입니다. 따라서 두 물체가 받은 충격량의 크기는 서로 같습니다.
    ㄷ. 질량이 같고 충돌 전 A의 속력과 충돌 후 B의 속력이 $v$로 동일하므로, 운동 에너지 $K = \frac{1}{2}mv^2$의 값은 동일합니다.

    오답 노트
    충돌 전후의 운동 에너지는 동일하므로 A의 운동 에너지가 더 크다는 설명은 틀렸습니다.
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3. 그림은 직선 운동하는 물체의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이 물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 속도-시간 그래프에서 면적은 이동 거리이며, 기울기는 가속도를 의미합니다.
    ㄱ. 이동 거리는 그래프 아래의 삼각형 면적입니다.
    ① [기본 공식] $S = \frac{1}{2} \times \text{밑변} \times \text{높이}$
    ② [숫자 대입] $S = \frac{1}{2} \times 3 \times 2$
    ③ [최종 결과] $S = 3\text{m}$
    ㄴ. 평균 속력은 전체 이동 거리를 전체 시간으로 나눈 값입니다.
    ① [기본 공식] $v_{avg} = \frac{S}{t}$
    ② [숫자 대입] $v_{avg} = \frac{3}{3}$
    ③ [최종 결과] $v_{avg} = 1\text{m/s}$
    ㄷ. 1초일 때의 가속도는 0초부터 2초까지의 기울기와 같습니다.
    ① [기본 공식] $a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$
    ② [숫자 대입] $a = \frac{2 - 0}{2 - 0}$
    ③ [최종 결과] $a = 1\text{m/s}^2$

    오답 노트
    1초일 때 가속도의 크기는 $1\text{m/s}^2$이므로 $2\text{m/s}^2$라는 설명은 틀렸습니다.
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4. 그림은 경사각이 일정하고 마찰이 없는 빗면 위의 높이가 서로 다른 위치에 물체 A, B를 가만히 놓은 모습을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 각각 m, 2m이다.

운동을 시작하는 순간부터 바닥에 닿기 직전까지 A, B의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 마찰이 없는 빗면에서의 운동을 분석합니다.
    ㄱ. 빗면을 따라 내려오는 물체의 가속도는 $a = g \sin\theta$로, 질량과 관계없이 경사각 $\theta$에 의해서만 결정됩니다. 따라서 A와 B의 가속도는 같습니다.
    ㄴ. 바닥에 도달하는 순간의 속력은 $v = \sqrt{2gh}$ 입니다. B의 높이가 A보다 높으므로 B의 최종 속력이 더 빠릅니다.
    ㄷ. 가속도가 같더라도 B가 이동해야 할 거리(빗면 길이)가 더 길기 때문에 바닥에 도달할 때까지 걸리는 시간은 B가 더 오래 걸립니다.

    오답 노트
    바닥에 도달하는 순간의 속력은 A와 B가 같다 : 높이가 높은 B의 속력이 더 빠름
    바닥에 도달할 때까지 걸린 시간은 A와 B가 같다 : B의 이동 거리가 더 길어 시간이 더 오래 걸림
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5. 그림은 무동력차가 궤도를 따라 운동하고 있는 것을 모식적으로 나타낸 것이다. 궤도 위의 무동력차가 동일 연직면에 있는 점 A, B, C를 차례로 통과한다. 점선은 수평한 지면으로부터 같은 높이의 위치를 나타낸 것이다.

무동력차의 에너지에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 무동력차의 크기와 공기 저항 및 모든 마찰은 무시하고, 지면을 위치에너지의 기준으로 한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 마찰과 공기 저항이 없으므로 역학적 에너지(위치에너지 + 운동에너지)는 항상 일정하게 보존됩니다.
    ㄱ. 역학적 에너지는 경로에 상관없이 모든 지점에서 일정하므로 A와 B에서 같습니다.
    ㄴ. B와 C는 점선으로 표시된 동일한 높이에 있으므로 위치에너지가 같습니다. 역학적 에너지가 일정하므로 운동에너지 또한 동일합니다.
    ㄷ. 위치에너지는 높이에 비례합니다. A는 높은 곳에, C는 낮은 곳에 있으므로 위치에너지는 서로 다릅니다.

    오답 노트
    위치에너지는 A와 C에서 같다 : 두 지점의 높이가 다르므로 위치에너지가 다름
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6. 다음은 모양과 질량이 같은 나무도막 2개, 용수철 저울 1개를 이용하여 수평인 실험대와 나무도막 사이의 마찰력을 측정하는 실험 과정이다.

이에 대해 옳게 말한 사람을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 철수, 영희
  4. 철수, 민수
  5. 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 마찰력의 특성을 이해하는 문제입니다.
    철수: 나무도막이 움직이기 시작하는 순간의 힘은 최대정지마찰력을 의미하므로 옳은 설명입니다.
    영희: 최대정지마찰력은 수직 항력(무게)에 비례합니다. 나무도막을 2개 쌓으면 무게가 2배가 되어 측정값도 2배가 되므로 같다는 설명은 틀렸습니다.
    민수: 일정한 속도로 운동한다는 것은 알짜힘이 0이라는 뜻이며, 이때 가해준 힘은 운동마찰력과 크기가 같으므로 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    (가)와 (나)에서 용수철저울의 측정한 눈금은 같다 : 수직 항력이 증가하면 최대정지마찰력도 증가함
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7. 그림 (가)는 마찰이 없는 빗면 위의 수평면으로부터 높이 h인 곳에서 가만히 놓은 질량 m인 물체 A가 마찰이 없는 수평면 위에 정지해 있는 질량 m인 물체 B를 향해 미끄러져 내려가는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 A가 B와 충돌한 직후 A는 정지하고 B는 수평면을 따라 운동하다가 용수철은 L만큼 최대로 압축시키는 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, g는 중력가속도이고, A, B의 크기와 용수철의 질량 및 공기저항은 무시하고, A와 B의 충돌은 첫 번째 충돌만 고려한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙을 적용합니다.
    ㄱ. A가 높이 $h$에서 내려오며 얻은 속력은 역학적 에너지 보존에 의해 $mgh = \frac{1}{2}mv^2$이므로 $v = \sqrt{2gh}$가 맞습니다.
    ㄴ. A와 B의 질량이 같고 A가 충돌 후 정지했으므로, 충돌 직전 A의 운동에너지가 모두 B로 전달됩니다. 따라서 B의 운동에너지는 $\frac{1}{2}mv^2 = mgh$가 되어 $\frac{mgh}{2}$라는 설명은 틀렸습니다.
    ㄷ. B가 용수철을 최대로 압축시킨 순간, B의 모든 운동에너지가 탄성 위치에너지로 전환됩니다. 따라서 탄성 위치에너지는 B의 처음 운동에너지인 $mgh$와 같습니다.

    오답 노트
    A와 충돌 직후 B의 운동에너지는 $\frac{mgh}{2}$ : 충돌 전 A의 운동에너지 $mgh$가 모두 B로 전달되므로 $mgh$가 되어야 함
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8. 충돌 후 B는 등속 운동하다가 마찰이 있는 수평면으로 들어가는 순간부터 정지한 때까지 5초 동안 등가속도 운동하였다. B와 마찰이 있는 면 사이의 운동마찰력의 크기는? (단, B와 수평면 사이의 운동마찰계수는 일정하며 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.)(8번 공통지문 문제)

  1. 0.2N
  2. 0.3N
  3. 0.4N
  4. 0.5N
  5. 0.6N
(정답률: 알수없음)
  • 물체가 마찰력에 의해 정지할 때까지의 과정은 등가속도 운동입니다. 운동 에너지-일 정리를 이용하거나 가속도를 통해 마찰력을 구할 수 있습니다. (8번 공통지문의 B의 속도 $v$가 $3\text{m/s}$, 질량 $m$이 $1\text{kg}$이라고 가정할 때)
    정지할 때까지 걸린 시간 $t = 5\text{s}$ 동안의 가속도 $a = v / t = 3 / 5 = 0.6\text{m/s}^2$입니다.
    뉴턴의 제2법칙 $F = ma$를 사용하여 계산합니다.
    ① $F = m \times a$
    ② $F = 1 \times 0.6$
    ③ $F = 0.6$
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9. 그림은 전압이 일정한 전원장치, 전류계, 가변저항 R1, 저항 R2를 이용하여 창수가 제작한 전기 저울을 모식적으로 나타낸 것이다. 저울접시에 물체를 올려놓으면 저울접시가 아래로 내려가 가변저항 R1의 저항값이 작아진다.

저울접시에 물체를 올려놓았을 때, 이에 대해 옳게 말한 사람을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 민수
  4. 철수, 영희
  5. 철수, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 물체를 올려놓으면 가변저항 $R_{1}$의 저항값이 감소합니다. 회로의 전체 저항이 감소하므로 옴의 법칙($I = V/R$)에 의해 회로에 흐르는 전체 전류의 세기는 증가합니다. 따라서 점 a에 흐르는 전류의 세기가 증가한다는 영희의 설명이 옳습니다.

    오답 노트
    철수: 전원장치의 전압이 일정하므로 점 a와 점 c 사이의 전압은 일정합니다.
    민수: 전체 전류가 증가하면 고정 저항 $R_{2}$에 걸리는 전압($V = IR_{2}$)은 오히려 증가합니다.
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10. 그림은 500W의 일정한 일률로 일을 하는 전동기가 마찰이 있는 수평면에서 줄로 연결된 100kg의 물체를 당기고 있는 것을 모식적으로 나타낸 것이다. 수평면과 물체 사이의 운동마찰계수는 0.2이다.

물체가 등속 직선 운동할 때, 이 물체의 속력은? (단, 중력가속도는 10m/s2이고, 전동기는 수평면에 고정되어 있으며, 공기 저항과 줄의 질량은 무시한다.)

  1. 2.0m/s
  2. 2.5m/s
  3. 3.0m/s
  4. 3.5m/s
  5. 4.0m/s
(정답률: 알수없음)
  • 물체가 등속 직선 운동을 하려면 전동기가 당기는 힘 $F$와 운동 마찰력 $f$의 크기가 같아야 합니다.
    운동 마찰력 $f = \mu \times m \times g = 0.2 \times 100 \times 10 = 200\text{N}$입니다.
    일률 $P = F \times v$ 공식을 사용하여 속력을 계산합니다.
    ① $v = \frac{P}{F}$
    ② $v = \frac{500}{200}$
    ③ $v = 2.5$
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11. 그림 (가)는 실로 연결된 물체 A, B가 천장에 매달린 채 정지되어 있는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 마찰이 없는 수평면 위의 A와 도르래 아래의 B가 실로 연결되어 운동하는 것을 나타낸 것이다. (가)와 (나)에서 A, B의 질량은 각각 2kg, 1kg이며, F1과 F2는 실이 B를 당기는 힘의 크기이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 중력가속도는 10m/s2이고, 공기저항, 실과 도르래의 질량 및 마찰은 무시한다) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 물체 B에 작용하는 알짜힘을 분석하여 장력을 구합니다.
    (가)에서 B는 정지 상태이므로 장력 $F_{1}$은 B의 중력과 평형을 이룹니다.
    $$F_{1} = mg$$
    $$F_{1} = 1\text{kg} \times 10\text{m/s}^{2}$$
    $$F_{1} = 10\text{N}$$
    (나)에서 전체 계의 가속도 $a$는 $\frac{\text{알짜힘}}{\text{전체질량}}$입니다. B의 중력이 전체를 가속시킵니다.
    $$a = \frac{1\text{kg} \times 10\text{m/s}^{2}}{2\text{kg} + 1\text{kg}} = \frac{10}{3}\text{m/s}^{2}$$
    B의 운동 방정식 $mg - F_{2} = ma$에서 $F_{2}$를 구하면 다음과 같습니다.
    $$F_{2} = 10 - (1 \times \frac{10}{3}) = \frac{20}{3}\text{N} \approx 6.67\text{N}$$
    따라서 (가)에서 $F_{1}$은 $10\text{N}$이며, $F_{1}(10\text{N}) > F_{2}(6.67\text{N})$이므로 $F_{1}$은 $F_{2}$보다 큽니다. 한편, (나)에서 B는 가속도 $\frac{10}{3}\text{m/s}^{2}$로 가속 운동하므로 등속 운동한다는 설명은 틀렸습니다.
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12. 그림은 동일한 저항 3개, 스위치 S, 전압이 일정한 전원장치로 구성된 회로를 나타낸 것이다. S를 A에 연결하였을 때 점 a에 흐르는 전류의 세기는 IA이고, 점 b와 c사이의 전압은 VA이다. S를 B에 연결하였을 때, a에 흐르는 전류의 세기는 IB이고, b와 c 사이의 전압은 VB이다.

IA와 IB, VA와 VB를 바르게 비교하여 짝지은 것은? (순서대로 전류의 세기, 전압) [3점]

  1. IA > IB, VA > VB
  2. IA > IB, VA < VB
  3. IA < IB, VA > VB
  4. IA < IB, VA = VB
  5. IA < IB, VA < VB
(정답률: 알수없음)
  • 스위치 연결 위치에 따른 전체 저항과 회로 구성을 분석합니다.
    S를 A에 연결하면 저항 2개가 병렬로 연결된 후 나머지 저항 1개와 직렬로 연결된 구조가 되어 전체 저항이 상대적으로 큽니다. 따라서 전체 전류 $I_A$는 작아집니다. 이때 b와 c 사이의 저항은 단일 저항이므로 전압 $V_A$는 상대적으로 높게 형성됩니다.
    S를 B에 연결하면 저항 1개가 단락되거나 병렬 구조가 바뀌어 전체 저항이 감소합니다. 따라서 전체 전류 $I_B$는 $I_A$보다 커집니다. 또한 b와 c 사이의 저항이 병렬로 연결되어 전압 $V_B$는 $V_A$보다 낮아집니다.
    결과적으로 $I_A < I_B$이고 $V_A > V_B$ 입니다.
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13. 그림은 열량계에 저항을 넣고 전압이 일정한 전원장치에 연결하여 일정한 시간 동안 발생하는 열량을 알아보기 위한 실험 장치를 모식적으로 나타낸 것이다. 표는 동일한 조건에서 각각 단면적이 같고 재질이 균일한 원통형 저항 A, B, C를 바꾸어 가며 실험하여 얻은 결과이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 열량계의 열손실과 온도에 따른 비저항 변화는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전압 $V$가 일정할 때 발열량 $Q$는 저항 $R$에 반비례합니다 ($Q = \frac{V^{2}}{R}t$).
    A는 B보다 발열량이 크므로 저항값은 A가 B보다 작습니다. 따라서 A의 저항값은 B의 저항값보다 크다는 설명은 틀렸습니다.
    B와 C는 발열량이 $100\text{J}$으로 동일하므로 저항값 또한 같습니다. 따라서 B의 저항값은 C의 저항값과 같다는 설명은 옳습니다.
    저항 $R = \rho \frac{l}{S}$ ($\rho$: 비저항, $l$: 길이, $S$: 단면적)입니다. B와 C의 저항이 같을 때, B의 길이는 $2\text{cm}$, C의 길이는 $1\text{cm}$이므로 C의 비저항이 B보다 2배 큽니다. 또한 A는 B보다 저항이 작고 길이는 B의 절반이므로, 비저항을 비교하면 C가 A보다 큽니다. 따라서 C의 비저항은 A의 비저항보다 크다는 설명은 옳습니다.
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14. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에서 왼쪽으로 속력 2v로 운동하는 결합된 물체 A, B와 정지해 있는 물체 C가 일직선 상에 있는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)의 A와 B가 분리된 후 서로 반대 방향으로 운동하는 것을 나타낸 것이다. B는 오른쪽으로 속력 v로 운동하여 C와 충돌한 직후 정지하였다. A, B, C의 질량은 모두 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 분리될 때 외력은 작용하지 않으며, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙과 에너지 보존 법칙을 적용하여 분석합니다.
    ㄱ. B와 C의 질량이 같고, B가 충돌 후 정지했으므로 B가 가지고 있던 운동량이 모두 C로 전달됩니다. 따라서 충돌 직전 B의 운동량과 충돌 직후 C의 운동량은 같습니다.
    ㄴ. 분리 전 전체 운동량은 왼쪽으로 $2m(2v) = 4mv$입니다. 분리 후 B가 오른쪽으로 $mv$로 운동하므로, 운동량 보존에 의해 A의 운동량은 왼쪽으로 $5mv$가 되어 속력은 $5v$가 됩니다. 정지한 C에 대한 A의 상대속도는 $5v - (-v)$가 아니라, C가 B로부터 운동량을 받아 오른쪽으로 $v$로 운동하므로 $5v - (-v) = 6v$가 됩니다.
    ㄷ. B와 C의 질량이 같고, 충돌 전 B의 속력과 충돌 후 C의 속력이 모두 $v$로 동일하므로 운동에너지는 같습니다.
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15. 그림은 재질이 균일한 두 개의 금속막대, 집게 도선, 전압계 A, B가 전압이 일정한 전원장치에 연결된 것을 나타낸 것이다. 집게 도선을 점 a에 연결하였을 때 A, B의 전압은 각각 V1, V2이다.

a에 연결하였던 집게 도선을 점 b에 연결하였을 때, A, B의 전압을 각각 V1, V2와 비교하여 바르게 짝지은 것은? (순서대로 A의 전압, B의 전압) [3점]

  1. V1보다 크다, V2보다 크다.
  2. V1보다 크다, V2와 같다.
  3. V1보다 크다, V2보다 작다.
  4. V1보다 작다, V2보다 크다.
  5. V1보다 작다, V2와 같다.
(정답률: 알수없음)
  • 전압계 A와 B는 각각 금속막대 양단에 연결되어 전압을 측정합니다. 집게 도선을 점 a에서 점 b로 옮기면, 전압계 A가 측정하는 구간의 저항은 증가하고, 전압계 B가 측정하는 구간의 저항은 감소합니다.
    전체 저항이 증가함에 따라 전원장치에서 나오는 전류는 줄어들지만, 전압계 A의 구간 저항 증가 폭이 더 크므로 A의 전압은 $V_1$보다 커지게 됩니다. 반대로 전압계 B의 구간 저항은 줄어들므로 B의 전압은 $V_2$보다 작아집니다.
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16. 그림 (가)는 전류 I가 반시계 방향으로 흐르는 원형 도선을 나타낸 것이다. 이때 중심에서 자기장의 세기는 B0이다. 그림 (나)는 (가)의 원형 도선의 중심 P로부터 거리 d만큼 떨어진 곳에 전류 5I가 흐르는 직선 도선이 놓인 것을 나타낸 것이다. 이 때 P에서 자기장의 세기는 0이다.

(나)에서 다른 조건은 그대로이고 직선 도선에 흐르는 전류의 세기만 10I일 때, P에서 자기장의 세기는? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 원형 도선 중심 P에서의 자기장 $B_{circle}$과 직선 도선에 의한 자기장 $B_{line}$의 합이 $0$이 되는 원리를 이용합니다.
    처음 조건에서 $B_{circle} = B_{line(5I)}$이며, 직선 도선의 자기장은 전류에 비례합니다.
    전류가 $5I$에서 $10I$로 2배 증가하면, 직선 도선에 의한 자기장은 $2B_{circle}$이 됩니다.
    P점에서의 전체 자기장은 두 자기장의 방향이 반대이므로 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $B_{total} = B_{line(10I)} - B_{circle}$
    ② [숫자 대입] $B_{total} = 2B_0 - B_0$
    ③ [최종 결과] $B_{total} = B_0$
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17. 그림은 저항 R1, R2와 가변저항 R가 전압이 일정한 전원장치에 연결된 것을 나타낸 것이다.

R의 저항값을 증가시키는 동안 R1에 흐르는 전류의 세기와 R2에서 소비되는 전력의 변화를 바르게 짝지은 것은? (순서대로 R1에 흐르는 전류의 세기, R2에서 소비되는 전력) [3점]

  1. 감소한다, 감소한다
  2. 감소한다, 증가한다
  3. 변화없다, 감소한다
  4. 증가한다, 감소한다
  5. 증가한다, 증가한다
(정답률: 알수없음)
  • 병렬 회로의 합성 저항과 전압 분배 원리를 적용합니다.
    가변저항 $R$의 저항값이 증가하면, $R$과 $R_2$의 병렬 합성 저항 $R_{parallel} = \frac{R \cdot R_2}{R + R_2}$가 증가합니다. 이에 따라 회로의 전체 저항 $R_{total} = R_1 + R_{parallel}$이 증가하므로, 전체 전류 $I = \frac{V}{R_{total}}$는 감소합니다. $R_1$은 직렬로 연결되어 있으므로 $R_1$에 흐르는 전류의 세기는 감소합니다.
    전체 전류가 감소하면 $R_1$에서 발생하는 전압 강하 $V_1 = I \cdot R_1$이 감소합니다. 전원 전압 $V$가 일정하므로 병렬 구간에 걸리는 전압 $V_2 = V - V_1$은 오히려 증가하게 됩니다. 따라서 $R_2$에서 소비되는 전력 $P_2 = \frac{V_2^2}{R_2}$는 증가합니다.
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18. 그림 (가)는 자기장 영역에 놓인 정사각형 도선을 나타낸 것이다. 자기장의 방향은 정사각형 도선이 이루는 면에 수직으로 들어가는 방향()이다. 도선에 전류 I가 흐를 때 도선이 받는 자기력의 합은 0이다. 그림 (나)는 (가)의 자기장 영역에서 위치 x에 따른 자기장 세기를 나타낸 것이다.

정사각형 도선의 위치와 전류의 방향이 <보기>와 같을 때, 도선이 받는 자기력의 합이 +x방향인 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 유도 전류에 의한 자기력은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자기장 속에서 전류가 받는 힘 $F = BIl \sin\theta$를 분석합니다. 도선이 받는 알짜힘은 양 끝단(수직 부분)에 작용하는 힘의 차이로 결정됩니다.
    ㄱ. 왼쪽 변은 자기장이 강한 영역에, 오른쪽 변은 자기장이 약한 영역에 위치합니다. 전류 방향이 시계 방향일 때, 왼쪽 변은 $+x$ 방향, 오른쪽 변은 $-x$ 방향의 힘을 받습니다. 왼쪽의 자기장이 더 강하므로 알짜힘은 $+x$ 방향이 됩니다.
    ㄴ. 도선이 $a$를 중심으로 대칭적으로 놓여 있어 양 끝단이 받는 자기장의 세기가 같습니다. 따라서 양쪽에서 받는 힘의 크기가 같아 알짜힘은 0이 됩니다.
    ㄷ. 전류 방향이 반시계 방향이므로, 왼쪽 변은 $-x$ 방향, 오른쪽 변은 $+x$ 방향의 힘을 받습니다. 왼쪽의 자기장이 더 강하므로 알짜힘은 $-x$ 방향이 됩니다.
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19. 그림 (가)는 저항 R가 연결된 직사각형 도선의 일부가 균일한 자기장 영역에 놓여 있는 것을 나타낸 것이다. 자기장의 방향은 도선이 이루는 면에 수직으로 들어가는 방향이다. 그림 (나)는 (가)의 자기장 세기가 시간에 따라 변하는 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 직사각형 도선의 모양과 위치는 변하지 않는다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자기장 영역 내의 도선에 유도 기전력이 발생하는 원리를 이용합니다.
    ㄱ. 자기장의 세기가 시간에 따라 증가하고 있으므로, 렌츠의 법칙에 의해 자기장의 증가를 방해하는 방향(면에서 나오는 방향)으로 유도 자기장이 형성됩니다. 따라서 오른나사 법칙에 의해 전류는 시계 반대 방향으로 흐르며, 외부 회로에서는 $a \rightarrow R \rightarrow b$ 방향으로 흐릅니다.
    ㄴ. 자기장 세기-시간 그래프의 기울기가 일정하므로 $\frac{\Delta B}{\Delta t}$가 일정합니다. 따라서 유도 기전력 $V = B \cdot A \cdot \frac{\Delta B}{\Delta t}$도 일정하며, $R$에 걸리는 전압은 변화가 없습니다.
    ㄷ. 전압 $V$와 저항 $R$이 모두 일정하므로 소비 전력 $P = \frac{V^2}{R}$ 또한 일정합니다.

    오답 노트
    전압은 증가하지 않고 일정하며, 전력 또한 감소하지 않고 일정합니다.
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