수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2007-06-07)

수능(물리I)
(2007-06-07 기출문제)

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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, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 옳은 것은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    - "ㄱ" : A와 B는 같은 속도로 이동하지 않는다. (A는 처음부터 일정한 속도로 이동하고, B는 처음에는 가속하다가 일정한 속도로 이동한다.)
    - "ㄴ" : A와 B는 처음부터 서로 반대 방향으로 이동한다. (A는 왼쪽으로, B는 오른쪽으로)
    - "ㄷ" : A와 B는 2분 30초 지점에서 서로 마주치게 된다. (A와 B의 위치가 같아지는 지점)
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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, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 "ㄱ"은 A가 처음에 가속하다가 일정한 속력으로 운동하다가 B를 추월하는 것을 설명하고 있으며, 그림 (나)와 일치한다. 보기 "ㄷ"는 A가 B를 추월한 후에는 일정한 속력으로 운동하며, 그림 (나)와 일치한다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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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, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 자동차와 상자는 마찰력이 작용하여 미끄러지지 않는다.
    - 자동차의 속력은 시간에 따라 일정하게 증가한다.
    - 상자는 경사면의 기울기와 동일한 속도로 올라간다.
    - 상자는 자동차와 함께 이동하며, 자동차의 속도와 같은 가속도로 움직인다.

    따라서, 보기 중에서 모두 옳은 것은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 이다.
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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, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 옳은 것은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.

    ㄱ. 0초부터 0.2초까지 물체는 가속도를 받아 등속운동을 한다. 이는 물체에 작용하는 힘이 외력으로만 작용하고, 마찰력이 없기 때문이다.

    ㄴ. 0초부터 0.2초까지 철수와 영희는 물체를 밀고 줄을 당기는 힘을 가하고 있다. 이는 물체에 외력을 가하는 것이므로 물체는 가속도를 받아 등속운동을 한다.

    ㄷ. 철수와 영희는 물체를 밀고 줄을 당기는 힘을 가하고 있으므로, 물체는 철수와 영희의 합력을 받는다. 따라서 물체의 가속도는 철수와 영희의 합력을 물체의 질량으로 나눈 값이다.
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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, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    낚시꾼이 물고기를 낚을 때, 낚시대가 물고기를 위로 끌어올리는 힘을 가하고 있다. 이때 낚시대와 물고기 사이에는 작용과 반작용 관계에 있는 힘이 작용하고 있다. 낚시대가 물고기를 위로 끌어올리는 힘은 작용력이고, 이에 반작용하는 힘은 물고기가 낚시대를 아래로 끌어당기는 힘이다.

    따라서, 작용과 반작용 관계에 있는 힘을 짝지은 것으로 "ㄴ, ㄷ"이 옳은 것이다.
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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)
  • 용수철이 압축되면서 A에 작용하는 힘은 F=kx=1000×0.1=100N이다. 이 때 A에 작용하는 힘과 중력의 합력은 F'=mg-F=20-100=-80N이므로 A는 빗면을 따라 내려오게 된다. B와 충돌한 후 한 덩어리가 되면 운동량 보존 법칙에 따라 (2kg)(-80N)+(3kg)(0)=5kgv'에서 v'=-32/5m/s이다. 따라서 한 덩어리가 된 물체의 속력은 |v'|=32/5≈6.4m/s이다. 따라서 정답은 "5m/s"이다.
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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, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 옳은 것은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    - "ㄱ" : A, B의 가속도는 모두 일정하지 않다.
    - "ㄴ" : A, B의 가속도는 모두 일정하다.
    - "ㄷ" : A, B의 가속도는 모두 일정하고 크기가 같다.
    - "ㄱ, ㄴ" : A, B의 가속도는 모두 일정하지만 크기가 다르다.
    - "ㄴ, ㄷ" : A, B의 가속도는 모두 일정하고 크기가 같다.

    이유는 A, B의 질량이 같고, 처음에는 정지 상태였기 때문에 영희와 철수가 가하는 힘의 크기가 같다면 A, B의 가속도도 크기가 같을 것이다. 그리고 그림 (나)에서 A, B의 가속도가 일정하게 나타나고 있으므로 "ㄴ, ㄷ"가 옳은 것이다.
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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, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ: 그림 (가)에서 힘 F가 물체에 작용하면 물체는 그 방향으로 가속도를 받는다. 따라서 그림 (나)에서 힘 F의 크기가 커질수록 물체의 가속도도 커진다.
    - ㄴ: 그림 (나)에서 가속도 a는 F/m으로 계산된다. 따라서 F가 일정하다면 m이 커질수록 가속도는 작아진다.
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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, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (가)에서 A, B는 높이 h에서 출발하여 바닥과 충돌할 때 운동 에너지는 모두 소멸하고, 바닥과의 충돌로 인해 역학 에너지가 생긴다.
    - (나)에서 A, B가 바닥과 충돌하는 동안 바닥이 물체에 작용한 힘은 운동 에너지가 모두 소멸할 때까지 점점 커지다가, 모두 소멸하면 0이 된다.
    - 따라서, (가)에서 A, B의 높이 h에서 출발하여 바닥과 충돌할 때 역학 에너지는 mgh이며, (나)에서 바닥이 물체에 작용한 힘은 F = ma 관계식에 따라 F = 2mg이다.
    - 따라서, 옳은 보기는 "ㄱ, ㄴ"이다.
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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)
  • 전압은 전류와 저항에 비례한다는 오므로, VA : VB는 A, B의 저항 비율과 같다. 따라서 VA : VB는 1 : 3이다. 이는 A의 길이와 단면적이 B의 길이와 단면적의 1/3배이기 때문이다.
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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)
  • (나)에서 A가 일정한 속력으로 운동하므로, A에 작용하는 마찰력과 전동기가 하는 일률이 균형을 이루어야 한다. 따라서 전동기의 일률은 A에 작용하는 마찰력과 같다. 마찰력은 A의 무게와 마찰계수에 비례하므로, $F_{fr}=mgmu$ 이다. 여기서 $m$은 A의 질량, $g$는 중력가속도, $mu$는 마찰계수이다. 따라서 전동기의 일률은 $F_{fr}v=mgmu v$ 이다. 여기서 $v$는 A의 속력이다. 따라서 전동기의 일률은 $20times 2times 0.2=40W$ 이다. 따라서 정답은 "40W"이다.
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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, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 자석이 추와 실로 연결되어 있으므로, 자석이 오른쪽으로 이동하면 추와 실도 함께 이동하게 된다. 따라서, 유리관 속에서는 자석, 추, 실이 모두 오른쪽으로 이동하게 된다. (ㄱ)
    - 유리관의 바깥 둘레에 고정된 구리 고리는 자석이 지나갈 때, 자석의 자기장에 의해 전기자기유도가 발생하게 된다. 이에 따라 구리 고리 내부에 전류가 흐르게 되고, 이 전류에 의해 자석에 반대 방향으로 작용하는 자기장이 발생하게 된다. 이 자기장은 자석의 운동 방향과 반대 방향이므로, 자석의 운동을 저해하게 된다. (ㄴ)
    따라서, 정답은 "ㄱ, ㄴ" 이다.
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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)
  • 집게 a와 b를 연결하면 전류계에 10mA의 전류가 흐르므로, a와 b 사이의 전압은 10V이다. 따라서, a와 b 사이의 전압을 V1이라고 하면, V1 = 10V이다.

    r의 양단에 a, b를 연결하였을 때, 전류계에 2mA의 전류가 흐르므로, r의 저항값을 R이라고 하면, R = V1 / 0.002A = 5000Ω이다.

    하지만, r과 1000Ω의 병렬 연결이므로, 전체 회로의 저항값은 R' = (r x 1000) / (r + 1000)이다. 따라서, R' = 4000Ω이다.

    따라서, 정답은 "4000Ω"이다.
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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, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 그림 (가)에서 저항체의 비저항이 온도에 따라 변하기 때문에 전압이 일정하더라도 전류가 변할 수 있다.
    - 그림 (나)에서 전압이 증가할수록 전류도 증가하는 것을 확인할 수 있다.
    - 따라서, 저항체의 전압-전류 관계는 비례 관계이며, 이를 오므로 "ㄱ"이 정답이다.
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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, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 용수철에 전류를 흘려보내면 자기장이 생긴다.
    - 용수철이 자기장에 영향을 받아 변형된다.
    - 용수철이 변형되면서 전류의 방향이 바뀌게 되고, 이에 따라 자기장의 방향도 바뀐다.
    - 이러한 과정을 반복하면서 자기장의 방향이 주기적으로 바뀌게 된다.
    - 따라서, 보기에서 정답은 "ㄴ"이다.
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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. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.

    - "ㄴ"은 가변저항 r이 작아질수록 A의 밝기가 커지고 B의 밝기가 작아진다는 것을 나타낸다. 이는 가변저항 r이 작아질수록 A와 B 사이의 전압차가 작아지기 때문이다.
    - "ㄱ"은 가변저항 r이 커질수록 A의 밝기가 작아지고 B의 밝기가 커진다는 것을 나타낸다. 이는 가변저항 r이 커질수록 A와 B 사이의 전압차가 커지기 때문이다.

    따라서, "ㄱ, ㄴ"이 모두 옳은 설명이다.
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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. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기에서 "ㄴ"이 옳은 이유는, 원형 도선에 흐르는 전류가 변할 때, 이에 따라 금속 고리 내부에도 전류가 유도되어 생기는 자기장이 원형 도선의 자기장과 상호작용하여, 금속 고리에 일정한 각도로 회전력이 작용하기 때문이다.
    - 보기에서 "ㄷ"가 옳은 이유는, 원형 도선에 흐르는 전류가 변할 때, 이에 따라 금속 고리 내부에도 전류가 유도되어 생기는 자기장이 원형 도선의 자기장과 상호작용하여, 금속 고리에 일정한 각도로 회전력이 작용하면서, 이를 이용하여 전류의 세기를 측정할 수 있기 때문이다.
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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, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ. A와 B의 질량은 같다.
    - ㄷ. 충돌 후 A와 B의 속도는 같다.
    - ㄱ, ㄴ. 충돌 시 A와 B 사이에 작용하는 힘은 서로 반대 방향이다.
    - ㄴ, ㄷ. 충돌 시 운동량 보존 법칙에 따라 A와 B의 운동량 합은 충돌 전과 동일하다.
    - ㄱ, ㄴ, ㄷ. 이 문제에서는 마찰과 공기 저항을 무시하므로, 충돌 전과 후의 운동량은 보존되며, A와 B의 질량은 같으므로 충돌 후 속도도 같다. 또한 충돌 시 A와 B 사이에 작용하는 힘은 서로 반대 방향이므로 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳다.
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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. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (가), (나)의 금속막대 A, B는 같은 질량이므로 같은 양의 열을 받으면 같은 온도 상승을 겪는다. 따라서 A, B의 온도는 항상 같다.
    - 그림 (다)에서 A, B의 비저항은 온도에 따라 다르게 변화한다. A, B에 전류가 흐르면서 열이 발생하면, A의 비저항이 증가하고 B의 비저항이 감소한다.
    - 스위치 S1을 닫으면 A, B에 전류가 흐르면서 열이 발생한다. 이때 A의 비저항이 증가하면서 A에 더 많은 열이 발생하고, B의 비저항이 감소하면서 B에 덜 많은 열이 발생한다. 따라서 A의 온도가 B보다 높아진다.
    - 스위치 S2를 닫으면 A, B에 전류가 흐르면서 열이 발생한다. 이때 A의 비저항이 증가하면서 A에 덜 많은 열이 발생하고, B의 비저항이 감소하면서 B에 더 많은 열이 발생한다. 따라서 B의 온도가 A보다 높아진다.
    - 따라서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.
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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. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 것은 "ㄴ" 뿐이다. 이유는 금속막대 Q가 자기장 영역에 놓여 있기 때문에 전자들이 Q의 일부분에서 모이게 되어 전자의 밀도가 증가하고, 이에 따라 전기저항이 감소하기 때문이다. 따라서 Q에 흐르는 전류가 증가하고, 이에 따라 Q가 받는 자기력도 증가한다. 그러나 P는 자기장 영역에 놓여 있지 않으므로 전자의 밀도가 변하지 않아 전기저항이 일정하게 유지되고, 따라서 P에 흐르는 전류와 P가 받는 자기력도 일정하게 유지된다.
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