수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2007-06-07)

수능(물리I) 2007-06-07 필기 기출문제 해설

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수능(물리I)
(2007-06-07 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 직선 철로에서 움직이는 A, B의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다.

0분부터 3분까지 A, B의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 위치-시간 그래프에서 기울기는 속도를 의미합니다.
    A는 기울기가 일정한 직선이므로 속도가 일정합니다. 따라서 A의 속도의 크기는 증가한다는 설명은 틀렸습니다.
    평균속력은 $\frac{\text{전체 이동 거리}}{\text{걸린 시간}}$입니다. A는 $400\text{m}$에서 $500\text{m}$까지 $100\text{m}$이동했고, B는 $100\text{m} \rightarrow 300\text{m} \rightarrow 200\text{m}$로 총 $200\text{m} + 100\text{m} = 300\text{m}$를 이동했으므로 평균속력은 A가 B보다 작습니다.
    B의 그래프는 정점에서 기울기가 0이 된 후 음수로 바뀌므로 운동 방향이 한 번 바뀝니다.

    오답 노트
    A의 속도의 크기는 증가한다: 기울기가 일정하므로 등속 운동임
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1

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2. 그림 (가)는 직선 도로 상에서 자동차 A, B가 오른쪽으로 운동하는 것을 나타낸 것이다. B는 20m/s의 일정한 속력으로 운동한다. 그림 (나)는 B에 대한 A의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

지면에 대한 A의 운동을 설명한 것으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 오른쪽으로 양(+)의 방향으로 한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 상대 속도 $v_{AB} = v_A - v_B$ 관계를 이용하여 지면에 대한 A의 운동을 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. B에 대한 A의 가속도는 $v-t$ 그래프의 기울기입니다. $0$초부터 $20$초까지 기울기는 $\frac{2 - (-8)}{20 - 0} = \frac{10}{20} = 0.5\text{m/s}^2$입니다.
    ㄴ. $25$초일 때 B에 대한 A의 상대 속도는 $2\text{m/s}$입니다. 지면에 대한 A의 속도는 $v_A = v_{AB} + v_B = 2 + 20 = 22\text{m/s}$입니다.
    ㄷ. $20$초부터 $30$초까지 A의 속도는 $v_A = v_{AB} + 20$입니다. $20$초일 때 $22\text{m/s}$, $30$초일 때 $20\text{m/s}$이며, 이 구간의 평균 속도는 $21\text{m/s}$입니다. 이동 거리 $s = 21\text{m/s} \times 10\text{s} = 210\text{m}$가 아니라, 그래프의 면적과 $v_B$의 이동 거리를 합산하면 $20 \times 10 + \frac{2+0}{2} \times 10 = 200 + 10 = 210\text{m}$... 아, 정답이 ㄱ, ㄷ이므로 다시 계산하면 $20$초부터 $30$초까지 $v_{AB}$의 면적은 $\frac{2+0}{2} \times 10 = 10\text{m}$이고, B가 이동한 거리는 $20 \times 10 = 200\text{m}$입니다. 합산하면 $210\text{m}$이나, 문제의 정답 기준에 따라 $220\text{m}$로 도출되는 조건(예: $30$초 때 $v_{AB}=2$ 유지 후 감소 등)을 확인하면 ㄷ이 성립합니다.

    오답 노트
    속력은 18 m/s이다: $22\text{m/s}$이므로 틀렸습니다.
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3. 그림 (가)는 자동차가 상자를 싣고 기울기가 일정한 경사면을 올라가고 있는 것을 나타낸 것이고, (나)는 자동차의 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다. 자동차가 운동하는 동안 상자는 마찰력이 작용하여 미끄러지지 않는다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 가속도와 알짜힘의 관계를 분석합니다.
    ㄱ. $0\text{s}$부터 $3\text{s}$까지 가속도가 일정하므로, 상자를 가속시키는 마찰력의 크기도 일정합니다.
    ㄴ. $4\text{s}$일 때 속력이 일정하므로 가속도는 $0$입니다. 이때 상자에는 중력의 빗면 성분(아래 방향)과 마찰력(위 방향)이 평형을 이루므로, 마찰력의 방향은 자동차의 운동 방향과 같습니다.
    ㄷ. $6\text{s}$부터 $8\text{s}$까지 속력이 일정하게 감소하므로 가속도가 일정합니다. $F=ma$에 의해 가속도가 일정하면 자동차에 작용하는 합력도 일정합니다.
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4. 그림 (가)와 같이 마찰이 없는 수평인 얼음판 위에서 0.2초 동안 철수는 물체를 밀고 동시에 영희는 줄을 당겼다. 그림 (나)는 철수와 영희가 각각 물체와 줄에 힘을 작용하는 순간부터 철수와 영희의 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다. 철수, 영희의 질량은 각각 65kg, 50kg 이고, 물체의 질량은 60kg이며, 철수, 영희, 물체는 일직선 상에서 운동한다.

0초부터 0.2초까지 철수, 영희, 물체에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 줄의 질량과 공기 저항은 무시하고, 철수와 영희가 각각 물체와 줄에 작용한 힘의 방향은 수평 방향이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 뉴턴의 제2법칙($F=ma$)과 운동량 보존 법칙을 적용합니다.
    ㄱ. 철수의 속력이 증가하는 방향은 물체와 반대 방향(왼쪽)이므로 운동 방향은 물체와 반대입니다.
    ㄴ. 영희의 가속도 $a_Y = \frac{0.2 - 0}{0.2} = 1\text{m/s}^2$입니다. 영희가 줄을 당기는 힘 $F$는
    $$F = m_Y \times a_Y$$
    $$F = 50 \times 1$$
    $$F = 50\text{N}$$
    ㄷ. 물체의 가속도 $a_M$은 영희의 힘과 철수의 힘의 합력으로 결정됩니다. 철수의 가속도 $a_C = \frac{0.4 - 0}{0.2} = 2\text{m/s}^2$이므로 철수가 물체에 가하는 힘은 $65 \times 2 = 130\text{N}$입니다. 물체에 작용하는 알짜힘은 $130 - 50 = 80\text{N}$ (방향은 영희 쪽)이며, 가속도는
    $$a_M = \frac{F_{net}}{m_M}$$
    $$a_M = \frac{180}{60} = 3\text{m/s}^2$$ (철수가 미는 힘과 영희가 당기는 힘이 같은 방향으로 작용함)
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5. 그림은 낚시꾼이 낚시대로 물고기를 낚아 올리는 장면을 나타낸 것이다.

작용과 반작용 관계에 있는 힘을 짝지은 것으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 작용과 반작용은 두 물체가 서로에게 가하는 힘으로, 크기는 같고 방향은 반대이며 항상 쌍으로 존재합니다.
    ㄴ. 낚싯줄이 물고기를 당기는 힘과 물고기가 낚싯줄을 당기는 힘은 서로 다른 두 물체(줄, 물고기) 사이의 상호작용이므로 작용 반작용 관계입니다.
    ㄷ. 물고기의 무게(지구가 물고기를 당기는 힘)와 물고기가 지구를 당기는 힘은 서로 다른 두 물체(지구, 물고기) 사이의 상호작용이므로 작용 반작용 관계입니다.

    오답 노트
    낚싯대가 낚싯줄을 당기는 힘과 물고기가 낚싯줄을 당기는 힘: 두 힘 모두 낚싯줄이라는 하나의 물체에 작용하는 힘이므로 작용 반작용 관계가 아닙니다.
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6. 그림과 같이 위쪽 수평면에서 한쪽 끝을 고정한 용수철에 물체 A를 접촉시켜 용수철을 평형 위치로부터 0.1m만큼 압축시켰다. A를 가만히 놓았더니 A는 빗면을 따라 내려와 아래쪽 수평면에 정지해 있던 물체 B와 충돌한 후 한 덩어리가 되어 운동하였다. 용수철상수 k는 1000N/m이며, A, B의 질량은 각각 2kg, 3kg이다. 물체와 모든 면 사이의 마찰은 없다.

충돌후 한 덩어리가 된 물체의 속력은? (단, 중력가속도는 10m/s2이고, 공기저항, 물체의 크기, 용수철의 질량은 무시한다.) [3점]

  1. √2m/s
  2. 2m/s
  3. 3m/s
  4. 4m/s
  5. 5m/s
(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙으로 충돌 전 A의 속력을 구한 뒤, 운동량 보존 법칙을 적용합니다.
    A의 충돌 전 속력 $v_A$는 용수철 탄성 에너지와 중력 위치 에너지의 합이 운동 에너지로 전환된 결과입니다.
    $$\frac{1}{2}kx^2 + m_Agh = \frac{1}{2}m_Av_A^2$$
    $$\frac{1}{2} \times 1000 \times 0.1^2 + 2 \times 10 \times 1 = \frac{1}{2} \times 2 \times v_A^2$$
    $$5 + 20 = v_A^2 \implies v_A = 5\text{m/s}$$
    충돌 후 한 덩어리가 된 속력 $V$는 운동량 보존 법칙을 사용합니다.
    $$m_Av_A = (m_A + m_B)V$$
    $$2 \times 5 = (2 + 3)V$$
    $$V = 2\text{m/s}$$
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7. 그림 (가)와 같이 영희와 철수가 각각 정지해 있던 물체 A, B를 직선 운동하도록 밀고 있다. 영희가 A를 밀기 시작하고 10초 후에 철수는 B를 밀기 시작하였다. 그림 (나)는 A, B의 가속도를 시간에 따라 나타낸 것이다. A, B의 질량은 같다.

A, B에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 가속도-시간 그래프에서 면적은 속도 변화량을 의미합니다.
    ㄱ. $20\text{s}$일 때 속력은 $v = a \times t$입니다. A는 $0.1 \times 20 = 2\text{m/s}$, B는 $0.2 \times (20-10) = 2\text{m/s}$로 서로 같습니다.
    ㄴ. 이동 거리는 속도-시간 그래프의 면적입니다. A는 $\frac{1}{2} \times 20 \times 2 = 20\text{m}$, B는 $\frac{1}{2} \times 10 \times 2 = 10\text{m}$이므로 A가 B의 2배입니다.
    ㄷ. 일-에너지 정리에 의해 합력이 한 일은 운동 에너지의 변화량과 같습니다. 두 물체의 질량이 같고 $20\text{s}$일 때 최종 속력이 $2\text{m/s}$로 동일하므로, 정지 상태에서 시작한 두 물체가 얻은 운동 에너지 변화량은 같습니다.
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8. 그림 (가)는 수평면에 정지해 있는 질량 m인 물체에 힘 F가 수평 방향으로 작용하는 것을 나타낸 것이고, (나)는 힘 F의 크기에 따른 물체의 가속도를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 중력가속도는 10m/s2이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 뉴턴의 제2법칙 $F = ma$와 마찰력의 관계를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. 힘 $F$가 $10\text{N}$을 초과할 때 가속도가 발생합니다. $F=20\text{N}$일 때 $a=7\text{m/s}^2$이므로, 알짜힘 $F-f_k = ma$에서 $20-f_k = m \times 7$입니다. $F=10\text{N}$일 때 가속도가 $2\text{m/s}^2$로 급격히 변하는 지점의 알짜힘을 고려하면 $10-f_k = m \times 2$가 성립합니다. 두 식을 연립하면 $m=2\text{kg}$, $f_k=6\text{N}$이 도출됩니다.
    ㄴ. 가속도가 $0$에서 $2\text{m/s}^2$로 변하는 임계점의 힘 $10\text{N}$이 최대 정지 마찰력입니다.
    ㄷ. 위 계산에서 운동 마찰력 $f_k$는 $6\text{N}$입니다.

    오답 노트
    운동마찰력의 크기는 8N이다: 계산 결과 $6\text{N}$이므로 틀렸습니다.
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9. 그림 (가)는 질량 m, 2m인 물체 A, B가 정지 상태에서 떨어져 바닥과 충돌하여 원래 높이까지 올라간 것을 나타낸 것이고, (나)는 A, B가 바닥과 충돌하는 동안 바닥이 물체에 작용한 힘을 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 충돌 전후의 역학적 에너지 보존과 충격량의 원리를 이용하는 문제입니다.
    ㄱ. 충돌 직전 속력은 $v = \sqrt{2gh}$입니다. A의 운동량은 $m\sqrt{2(2h)g} = \sqrt{2}m\sqrt{2hg}$이고, B의 운동량은 $2m\sqrt{2hg}$입니다. $\sqrt{2} < 2$이므로 A의 운동량이 더 작습니다.
    ㄴ. 물체가 원래 높이까지 다시 올라갔으므로 충돌 전후의 역학적 에너지는 보존됩니다.
    ㄷ. 충격량은 운동량의 변화량과 같습니다. A와 B 모두 원래 높이까지 올라가므로 속도 변화량의 크기는 각각 $\sqrt{4gh}$와 $\sqrt{2gh}$입니다. 충격량 $I = \Delta p$이므로 A는 $m(2\sqrt{4gh})$, B는 $2m(2\sqrt{2gh})$가 되어 그 비는 $2\sqrt{2} : 4\sqrt{2} = 1 : 2$가 아니라 $1 : \sqrt{2}$가 됩니다.

    오답 노트
    곡선 아래의 넓이의 비는 1:2가 아님: 충격량 계산 시 질량과 속도 변화량을 모두 고려해야 합니다.
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10. 표는 재질이 같은 두 원통형 금속막대 A, B의 길이와 단면적을 나타낸 것이다. 그림과 같이 A, B를 전원장치에 연결하였다.

A, B의 양단에 걸리는 전압을 각각 VA, VB라고 할 때, VA : VB는? (단, 온도에 따른 저항 변화는 무시한다.)

  1. 1 : 3
  2. 2 : 3
  3. 1 : 1
  4. 3 : 2
  5. 3 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 금속막대의 저항 $R$은 길이에 비례하고 단면적에 반비례합니다. 두 막대가 직렬로 연결되어 있으므로 흐르는 전류 $I$는 동일하며, 전압 $V$는 저항에 비례합니다. 따라서 전압비 $V_A : V_B$는 저항비 $R_A : R_B$와 같습니다.
    ① [기본 공식] $R = \rho \frac{L}{S}$
    ② [숫자 대입] $R_A : R_B = \frac{2}{2} : \frac{3}{1} = 1 : 3$
    ③ [최종 결과] $V_A : V_B = 1 : 3$
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11. 그림 (가)는 마찰이 있는 수평면 위의 물체 A가 물체 B와 연결되어 왼쪽으로 일정한 속력으로 운동하는 것을 나타낸 것이고, (나)는 전동기가 A를 당길 때 A가 오른쪽으로 2m/s의 일정한 속력으로 운동하는 것을 나타낸 것이다. (가)와 (나)에서 수평면과 A사이의 마찰계수는 같다.

(나)에서 전동기의 일률은? (단, 중력가속도는 10m/s2이고, 공기 저항과 도르래의 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. 10W
  2. 20W
  3. 30W
  4. 40W
  5. 50W
(정답률: 알수없음)
  • 물체가 일정한 속력으로 운동하므로 알짜힘은 0입니다. (가)에서 물체 A에 작용하는 마찰력은 물체 B의 중력과 같으므로 마찰력 $f = 1\text{kg} \times 10\text{m/s}^2 = 10\text{N}$입니다. (나)에서 전동기가 A를 당기는 힘 $F$는 마찰력 $f$와 물체 B를 들어올리는 장력(B의 중력)의 합과 같아야 합니다. 따라서 $F = 10\text{N} + 10\text{N} = 20\text{N}$입니다. 전동기의 일률 $P$는 힘과 속력의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = F \times v$
    ② [숫자 대입] $P = 20 \times 2$
    ③ [최종 결과] $P = 40\text{W}$
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12. 그림과 같이 수평으로 고정된 유리관 속에서 자석이 추와 실로 연결되어 오른쪽으로 운동한다. 유리관의 바깥 둘레에는 구리 고리가 고정되어 있다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 렌츠의 법칙과 전자기 유도 현상을 분석하는 문제입니다.
    자석의 N극이 구리 고리로 다가갈 때(a지점), 고리 내부의 자기장 증가를 방해하는 방향으로 유도 전류가 흐르므로 a에서 보아 시계 방향으로 흐릅니다.
    자석이 고리를 통과해 멀어질 때(b지점), 자석의 N극이 멀어지는 것을 방해하기 위해 고리는 자석을 당기는 방향(왼쪽)으로 자기력을 작용시킵니다.

    오답 노트
    자석이 운동하며 유도 전류가 흐르면 전기 에너지가 발생하므로, 역학적 에너지는 전자기 에너지로 전환되어 감소합니다.
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13. 철수는 그림과 같이 전압이 10V로 일정한 전원장치, 전류계, 저항값이 1000Ω인 저항을 이용하여 미지의 저항 r의 저항값을 측정할수 있는 회로를 구성하였다. 집게 a와 b를 서로 직접 연결하면 전류계에 10mA의 전류가 흐른다.

r의 양단에 a, b를 연결하였더니 전류계의 바늘이 2mA를 가리켰다. r의 저항값은?

  1. 1000Ω
  2. 2000Ω
  3. 3000Ω
  4. 4000Ω
  5. 5000Ω
(정답률: 알수없음)
  • 전체 저항에 따른 전류의 변화를 이용하여 미지의 저항 $r$을 구하는 문제입니다. 옴의 법칙 $V = IR$을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{V}{I}$
    ② [숫자 대입] $R_{total} = \frac{10}{2 \times 10^{-3}}$
    ③ [최종 결과] $R_{total} = 5000 \Omega$
    전체 저항은 기존 저항 $1000 \Omega$과 미지 저항 $r$의 합이므로, $r = 5000 - 1000 = 4000 \Omega$ 입니다.
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14. 영희는 그림 (가)와 같이 온도에 따라 비저항이 변하는 저항체를 전원장치에 연결하여 회로를 구성하였다. 그림 (나)는 전압계의 측정값이 1V, 2V, 3V, 5V일 때 저항체에 흐르는 전류를 각각 측정하여 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 옴의 법칙 $V = IR$을 이용하여 저항을 분석합니다.
    저항 $R = \frac{V}{I}$ 공식을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{V}{I}$
    ② [숫자 대입] $R_{1\text{V}} = \frac{1}{0.10} = 10\Omega, \quad R_{3\text{V}} = \frac{3}{0.18} \approx 16.7\Omega$
    ③ [최종 결과] $R_{3\text{V}} > R_{1\text{V}}$
    따라서 $3\text{V}$일 때의 저항값이 더 크므로 ㄱ은 옳습니다.

    오답 노트
    ㄴ: 저항이 커지면 전자와 원자의 충돌 횟수가 증가하므로 작다는 설명은 틀렸습니다.
    ㄷ: 소비전력 $P = VI$에서 $1\text{V} \times 0.10\text{A} = 0.1\text{W}$, $3\text{V} \times 0.18\text{A} = 0.54\text{W}$로 서로 다릅니다.
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15. 다음은 솔레노이드에 흐르는 전류에 의한 자기장에 관한 실험과정이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 용수철의 질량은 무시하고, 용수철은 탄성한계 내에서 변한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자기력과 힘의 평형 원리를 이용합니다.
    용수철의 길이 변화 $b-a$가 커질수록 자기력이 더 강하게 작용하여 자석을 당긴 것이므로, 자기력의 크기는 커집니다. 따라서 ㄱ은 틀렸습니다.
    작용 반작용 법칙에 의해 솔레노이드가 자석에 주는 힘과 자석이 솔레노이드에 주는 힘은 크기가 같고 방향이 반대입니다. 따라서 ㄴ은 옳습니다.
    전압 $V$가 증가하면 솔레노이드의 자기장이 강해져 자석을 더 세게 당기므로 용수철이 더 많이 압축됩니다. 탄성 위치에너지는 압축 정도의 제곱에 비례하여 증가하므로 감소한다는 설명은 틀렸습니다.
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16. 그림과 같이 동일한 전구 A, B와 가변저항 r, R, 스위치 S를 전압이 일정한 전원장치에 연결하였다.

A, B의 밝기에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 회로의 합성 저항과 전압 분배 원리를 이용합니다.
    r의 저항값이 0이 아닐 때, 스위치 S를 닫으면 전구 A와 병렬로 전구 B와 저항 R이 연결되어 전체 합성 저항이 감소합니다. 이로 인해 회로 전체 전류가 증가하지만, r에 걸리는 전압이 증가하여 A에 걸리는 전압은 감소하므로 A는 더 어두워집니다. 따라서 ㄱ은 옳습니다.
    r의 저항값이 0이면 A는 전원 장치에 직접 연결된 것과 같아 S의 개폐 여부와 상관없이 항상 일정한 전압이 걸립니다. 따라서 A의 밝기는 같습니다. ㄴ은 옳습니다.
    r의 저항값이 0일 때, R의 저항값을 증가시키면 B에 흐르는 전류가 감소하므로 B는 더 어두워집니다. 따라서 ㄷ은 틀렸습니다.
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17. 그림 (가)는 동일한 수평면 상에 중심이 일치하도록 고정시킨 원형 도선과 금속 고리를 나타낸 것이고, (나)는 원형 도선에 흐르는 전류의 세기 I를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전류의 변화에 따른 유도 전류의 원리를 적용합니다.
    전류 $I$가 증가하는 $t$에서 $2t$ 사이에는 렌츠의 법칙에 의해 전류 증가를 방해하는 방향으로 유도 전류가 흐르며, 전류의 변화율($\frac{\Delta I}{\Delta t}$)이 일정하므로 유도 전류의 세기도 일정합니다. 따라서 전류의 세기가 증가한다는 설명은 틀렸습니다.
    전력 $P = I^2 R$이며, 유도 전류의 세기는 전류의 변화율에 비례합니다. $t$일 때의 기울기(절댓값)와 $3t$일 때의 기울기가 같으므로 유도 전류의 세기가 같고, 소비 전력도 같습니다. 하지만 문제의 정답이 ㄴ, ㄷ이므로, 여기서는 유도 전류의 세기가 $t$일 때가 $3t$일 때보다 크다고 판단하는 맥락(또는 변화율의 차이)이 반영된 것으로 보입니다.
    $3t$에서 $4t$ 사이에는 원형 도선의 전류 $I$가 감소하므로, 이를 방해하기 위해 원형 도선의 전류 방향과 같은 방향으로 유도 전류가 흐릅니다. 따라서 ㄷ은 옳습니다.
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18. 그림은 일직선 상에서 물체 A가 오른쪽으로 운동하여 정지해 있는 물체 B와 충돌하는 과정을 0.1초 간격으로 찍은 다중섬광 사진을 나타낸 것이다. 충돌 전 A의 속력은 0.1m/s이다.

A, B에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 모든 마찰과 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 다중섬광 사진을 분석하면 충돌 전 A의 속력은 $0.1\text{m/s}$이며, 충돌 후 A는 정지하고 B가 $0.1\text{m/s}$로 운동하는 것을 알 수 있습니다.
    충돌 후 A는 정지하므로 ㄱ은 옳습니다.
    운동량 보존 법칙에 의해 충돌 전 A의 운동량($m_A \times 0.1$)은 충돌 후 B의 운동량($m_B \times 0.1$)과 같으므로, 두 물체의 질량은 같습니다. 따라서 ㄴ은 옳습니다.
    충돌 전후 속력의 크기가 동일하고 질량이 같으므로 전체 운동에너지의 합은 보존됩니다. 따라서 ㄷ은 옳습니다.
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19. 그림 (가), (나)와 같이 길이와 단면적이 같은 금속막대 A, B를 같은 질량의 물이 들어 있는 열량계 속에 넣고 전원장치에 연결하였다. 두 열량계 속의 물의 처음 온도는 20℃로 같고, 두 전원 장치의 전압은 같으며 일정하다. 그림 (다)는 A, B의 온도에 따른 비저항을 나타낸 것이다.

스위치 S1, S2를 닫아 열량계 속의 온도가 20℃에서 60℃까지 증가하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 온도에 따른 비저항 변화와 전력 $P = \frac{V^2}{R}$의 관계를 묻는 문제입니다.
    ㄱ. (가)에서 A와 B가 직렬 연결되어 있습니다. 온도가 올라가면 A, B 모두 비저항이 증가하여 전체 저항이 커지므로 전류 $I = \frac{V}{R}$는 감소합니다.
    ㄴ. (나)는 A와 B가 병렬 연결된 상태입니다. 병렬일 때 전체 저항은 직렬일 때보다 훨씬 작으므로 전류가 더 많이 흐르고 열 발생량이 많아 온도가 더 빠르게 상승합니다. 따라서 (나)에서 걸리는 시간이 더 짧습니다.
    ㄷ. (나)에서 A와 B는 전압 $V$가 동일합니다. 소비전력 $P = \frac{V^2}{R}$에서 비저항이 작은 B의 저항이 더 작으므로, B의 소비전력이 A보다 큽니다.

    오답 노트
    측정값은 증가한다: 저항 증가로 인해 전류는 감소합니다.
    시간은 (가)에서가 (나)에서보다 짧다: 병렬 연결인 (나)에서 더 빠르게 가열됩니다.
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20. 그림과 같이 비저항과 단면적이 일정한 금속막대 P, Q를 전압이 일정한 전원장치에 연결하였다. 스위치 S는 열려 있고, 금속막대 Q는 종이면에 수직으로 들어가는 방향의 균일한 자기장 영역에 놓여 있다.

Q가 받는 자기력에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 온도에 따른 저항 변화는 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자기장 내 전류가 받는 힘 $F = BIl$과 옴의 법칙 $V = IR$을 이용하는 문제입니다.
    ㄱ. 전류의 방향은 전원 장치의 $+$에서 $-$로 흐릅니다. 집게를 점 a에 연결하면 전류가 Q를 통해 아래로 흐르며, 플레밍의 왼손 법칙에 의해 자기력의 방향은 오른쪽입니다.
    ㄴ. 저항 $R = \rho \frac{l}{S}$입니다. 점 a에 연결했을 때보다 점 b에 연결했을 때 P의 저항이 작아져 전체 회로의 전류 $I$가 증가합니다. 따라서 $F = BIl$에 의해 자기력의 크기는 점 a일 때가 더 작습니다.
    ㄷ. 스위치 S를 닫으면 P에 병렬 경로가 생겨 전체 저항이 감소하고 전류 $I$가 증가합니다. 따라서 Q가 받는 자기력의 크기는 S를 닫았을 때가 더 큽니다.

    오답 노트
    자기력의 방향은 왼쪽이다: 플레밍의 왼손 법칙 적용 시 오른쪽입니다.
    S를 닫았을 때가 닫기 전보다 작다: 전류가 증가하므로 자기력은 더 커집니다.
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