수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2006-06-03)

수능(물리I)
(2006-06-03 기출문제)

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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)
  • - 보기 ㄱ: 제기는 A에서 B로 이동하면서 등속운동을 한다. (옳지 않음)
    - 보기 ㄴ: 제기는 B에서 C로 이동하면서 등가속도 운동을 한다. (옳음)
    - 보기 ㄷ: 제기는 C에서 D로 이동하면서 등속운동을 한다. 그리고 D에서 E로 이동하면서 등속운동을 한다. (옳음)
    - 보기 ㄱ, ㄷ: 보기 ㄱ은 틀렸고, 보기 ㄷ는 맞으므로 선택할 수 없다.
    - 보기 ㄴ, ㄷ: 보기 ㄴ과 보기 ㄷ는 모두 맞으므로 선택할 수 있다.
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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)
  • - 보기 중 "ㄱ"은 운동량 보존 법칙에 따른 결과이다. 충돌 전 A와 B의 운동량은 각각 0과 mBv였으므로, 충돌 후에도 운동량은 보존되어 A와 B의 운동량은 각각 mBv와 0이 된다.
    - 보기 중 "ㄴ"은 에너지 보존 법칙에 따른 결과이다. 충돌 전 A와 B의 운동 에너지는 각각 0과 (1/2)mBv^2였으므로, 충돌 후에도 에너지는 보존되어 B의 운동 에너지는 (1/2)mBv^2이 되고, A의 운동 에너지는 0이 된다.
    - 따라서 "ㄱ"과 "ㄴ"이 모두 옳은 설명이다.
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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)
  • - ㄱ. 이 물체는 등속운동을 하고 있다. 속도가 시간에 따라 일정하게 유지되고 있기 때문이다.
    - ㄴ. 이 물체는 가속도가 0인 상태에서 운동하고 있다. 가속도가 0이라는 것은 속도의 변화가 없다는 것을 의미하며, 그래프에서도 직선으로 나타나고 있기 때문이다.
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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)
  • 보기 "ㄱ"이 옳다. 처음에는 A, B 모두 정지 상태이므로 운동에너지와 위치에너지는 모두 0이다. 하지만 A, B가 빗면을 따라 내려오면서 위치에너지는 감소하고 운동에너지는 증가한다. 이때, 빗면의 경사각이 일정하고 마찰이 없으므로 A, B의 운동에너지는 보존된다. 따라서 A, B가 바닥에 닿기 직전까지 운동에너지는 최대가 되고 위치에너지는 최소가 된다. 또한, B의 질량이 A의 질량의 2배이므로 B는 A보다 더 빠르게 내려오게 되고, 바닥에 닿을 때 B의 운동에너지는 A의 운동에너지의 4배가 된다.
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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)
  • 보기 ㄱ: 점 A, B, C에서 무동력차의 위치에너지는 모두 동일하다. 따라서 위치에너지는 일정하며, 운동에너지와 합하여 전체 에너지는 일정하다.

    보기 ㄴ: 무동력차가 점 A에서는 정지하고, 점 B에서는 최고속도를 가지며, 점 C에서는 다시 정지하므로, 운동에너지는 최고속도를 가질 때 최대이며, 점 A와 C에서는 0이다. 따라서 운동에너지는 위치에 따라 변화하며, 전체 에너지는 일정하다.

    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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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)
  • 나무도막 2개와 용수철 저울 1개를 이용하여 수평인 실험대와 나무도막 사이의 마찰력을 측정하는 실험에서, 실험대와 나무도막 사이에 작용하는 마찰력은 실험대와 나무도막 사이의 기울기 각도에 비례한다. 따라서 실험대와 나무도막 사이의 기울기 각도를 측정하고, 이를 이용하여 마찰력을 계산할 수 있다. 이 실험에서 철수와 민수가 모두 옳은 이유는, 철수가 실험대와 나무도막 사이의 기울기 각도를 측정하고, 민수가 이를 이용하여 마찰력을 계산하기 때문이다. 따라서 정답은 "철수, 민수"이다.
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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)
  • 보기 중 "ㄱ"은 A와 B의 운동량 보존 법칙을 이용한 것이다. A가 B와 충돌하기 전에는 A의 운동량은 mv이고, 충돌 후에는 0이 된다. 따라서 B의 운동량은 mv가 되어야 한다. 이를 만족하기 위해서는 B가 충돌 전에 가지고 있던 운동량 mv를 유지하면서 A와 충돌 후에도 그대로 운동해야 한다. 따라서 B는 충돌 후에도 A와 같은 속도로 미끄러져 내려가게 된다.

    "ㄷ"는 용수철의 역학적 에너지 보존 법칙을 이용한 것이다. 용수철이 압축되면서 B에 작용하는 힘은 kx이다. 이때 B가 운동하면서 용수철이 가지고 있던 역학적 에너지는 운동 에너지로 변환된다. 따라서 B가 운동하면서 용수철이 최대로 압축될 때의 운동 에너지는 용수철이 압축되기 전의 역학적 에너지 kx^2/2와 같아야 한다. 이를 이용하여 x를 구하면 된다.
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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)
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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)
  • 정답은 "영희"이다. 물체를 올려놓으면 저울접시가 아래로 내려가 가변저항 R1의 저항값이 작아지므로, 전류계에 흐르는 전류가 증가하게 된다. 이에 따라 전압이 일정한 전원장치에서 공급되는 전압도 증가하게 되고, 이를 측정하여 물체의 무게를 알아낼 수 있다. 따라서 영희가 맞는 선택지이다.
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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)
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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)
  • 보기에서 "ㄱ"은 A와 B가 서로 연결되어 있기 때문에 F1과 F2는 같은 크기를 가지며, 이에 따라 A와 B는 서로 같은 가속도로 운동하게 된다는 것이다. "ㄷ"는 마찰이 없는 수평면 위에서 A와 B가 운동할 때, A와 B의 운동에너지는 보존되며, 따라서 A와 B의 속도는 일정하게 유지된다는 것이다.
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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)
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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)
  • 보기에서 "ㄴ"은 저항이 클수록 발생하는 열량이 많아진다는 것을 나타내고 있으며, "ㄷ"는 저항의 크기와 상관없이 전압과 전류의 크기에 비례하여 발생하는 열량이 증가한다는 것을 나타내고 있다. 따라서, 저항이 클수록 발생하는 열량이 많아지고 전압과 전류의 크기에 비례하여 발생하는 열량이 증가하기 때문에 A → C → B 순으로 발생하는 열량이 많다. 따라서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.
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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)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.

    - (ㄱ) A와 B의 분리 후 운동량 보존 법칙을 적용하면, A의 운동량은 -2mv, B의 운동량은 mv가 된다. 따라서, C와의 충돌 후 A와 B의 운동량은 각각 -mv, 2mv가 되어 운동량 보존 법칙이 성립한다.
    - (ㄴ) A와 B의 분리 후 운동 에너지는 변하지 않으므로, A와 B의 운동 에너지 합은 분리 전과 동일하다. 따라서, B가 C와 충돌한 직후의 운동 에너지는 2mv^2/2 = mv^2이 되어야 한다. 이는 B가 속력 v로 충돌한 후 정지하면서 모두 운동 에너지가 C의 운동 에너지로 전환되기 때문에 성립한다.
    - (ㄷ) A와 B의 분리 후 운동량 보존 법칙과 운동 에너지 보존 법칙을 모두 적용하면, A와 B의 속도는 각각 -v, 2v가 되어야 한다. 이에 따라, A와 B의 운동 에너지 합은 5mv^2/2가 되고, C와의 충돌 후 B의 운동 에너지는 2mv^2/2 = mv^2이 되어야 한다. 하지만, A와 B의 운동 에너지 합이 5mv^2/2인 상황에서 B의 운동 에너지가 mv^2이 되려면, C와의 충돌 후 A의 운동 에너지가 3mv^2/2가 되어야 한다. 이는 운동 에너지 보존 법칙에 위배되므로, (ㄷ)는 옳지 않다.
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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)
  • 정답: "V1보다 크다, V2보다 작다."

    이유: 집게 도선을 a에 연결했을 때, 금속막대와 집게 도선 사이에는 전위차가 없기 때문에 A와 B의 전압은 같다. 하지만 집게 도선을 b에 연결하면, 금속막대와 집게 도선 사이에 전위차가 생기게 된다. 이 때, 금속막대와 집게 도선 사이의 전위차는 V1보다 크고, 금속막대와 다른 금속막대 사이의 전위차는 V2보다 작아진다. 따라서 A의 전압은 V1보다 크고, B의 전압은 V2보다 작아진다.
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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)
  • 전류가 흐르는 도선 주변에 자기장이 생기는데, 이 자기장의 세기는 도선과의 거리에 반비례한다. 따라서 (가)에서는 도선 중심에서 자기장의 세기가 B0이지만, (나)에서는 도선과의 거리가 d이므로 자기장의 세기는 B0/d이다. 전류가 5I일 때는 도선과의 거리가 d인 곳에서 자기장의 세기가 0이므로, B0/d = 5I/πd2 이 성립한다. 따라서 전류가 10I일 때는 도선과의 거리가 d인 곳에서 자기장의 세기가 B0/d = 10I/πd2 이 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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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)
  • 정답: "감소한다, 증가한다"

    R의 저항값이 증가하면 전류의 세기는 감소한다. 이는 오움의 법칙에 따라 전압이 일정한 상황에서 저항이 증가하면 전류는 감소하기 때문이다. 따라서 R1에 흐르는 전류의 세기는 감소한다.

    R2에서 소비되는 전력은 전류의 제곱에 저항을 곱한 값으로 계산된다. 따라서 R의 저항값이 증가하면 R1에 흐르는 전류의 세기가 감소하므로 R2에서 소비되는 전력은 증가한다.
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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)
  • 정답은 "ㄱ"이다. 그림 (가)에서 도선에 전류가 흐를 때, 도선이 받는 자기력의 합이 0이므로, 그림 (나)에서 자기장이 +x 방향인 구간과 -x 방향인 구간의 면적이 같아야 한다. 따라서, 그림 (나)에서 x=0에서 자기장이 0이 되는 지점을 중심으로 대칭인 구간에서 자기장이 +x 방향인 구간과 -x 방향인 구간의 면적이 같아야 한다. 이를 만족하는 보기는 "ㄱ"이다.
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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)
  • 보기에서 모두 옳은 것은 "ㄱ, ㄷ" 이다.

    ㄱ. 그림 (가)에서 저항 R을 둘러싼 도선을 따라 자기장이 균일하게 분포하므로, R을 둘러싼 면을 둘러싼 자기력선은 모두 평행하다. 따라서, 그림 (나)에서 자기장 세기가 변할 때도 R을 둘러싼 면을 둘러싼 자기력선은 모두 평행하게 변하므로, R을 둘러싼 자기력선의 세기도 일정하게 유지된다.

    ㄴ. 그림 (가)에서 저항 R을 둘러싼 도선을 따라 자기장이 균일하게 분포하므로, R을 둘러싼 면을 둘러싼 자기력선은 모두 평행하다. 그러나, 그림 (나)에서 자기장 세기가 변할 때, R을 둘러싼 면을 둘러싼 자기력선의 방향이 변하므로, R을 둘러싼 자기력선의 세기도 변한다.

    ㄷ. 그림 (가)에서 저항 R을 둘러싼 도선을 따라 자기장이 균일하게 분포하므로, R을 둘러싼 면을 둘러싼 자기력선은 모두 평행하다. 그러므로, 그림 (나)에서 자기장 세기가 변할 때도 R을 둘러싼 면을 둘러싼 자기력선은 모두 평행하게 변하므로, R을 둘러싼 자기력선의 세기도 일정하게 유지된다. 또한, 그림 (가)에서 R을 둘러싼 면을 둘러싼 자기력선은 모두 평행하므로, R을 둘러싼 면을 가로지르는 자기력선은 없다. 따라서, R을 둘러싼 면을 가로지르는 전류는 없으므로, R을 통과하는 전류도 일정하게 유지된다.

    따라서, "ㄱ, ㄷ"가 모두 옳은 것이다.
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