수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2008-04-15)

수능(물리I)
(2008-04-15 기출문제)

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1. 그림은 자동차 A와 B가 출발선을 동시에 출발하여 100m 떨어진 결승선을 향해 나란한 직선경로를 따라 달리는 모습을, 그래프는 두 자동차의 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다.

A와 B의 운동에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"이 정답인 이유는, 그래프에서 A와 B의 속력이 일정하지 않고 계속 변화하기 때문이다. A와 B가 출발선에서 동시에 출발하였지만, 중간에 A가 속력을 높여 B를 앞지르고, 다시 속력을 줄여 B에게 추월당하는 등의 상황이 발생하였다. 따라서, 두 자동차의 운동은 일정하지 않고, 계속 변화하는 것으로 나타났다.
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2. 그림과 같이 수평면에 정지해 있던 물체 A, B에 각각 수평방향으로 같은 힘 F를 작용하였더니, A는 정지해 있고 B는 등가속도 운동을

하였다. F가 작용하는 동안, A와 B에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 설명이다.

    - "ㄱ" : A는 정지해 있으므로 가속도가 0이다.
    - "ㄴ" : B는 등가속도 운동을 하므로 가속도가 일정하다. 따라서 F의 크기는 B의 질량에 비례한다.
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3. 그림과 같이 수평면에 있는 물체 A에 물체 B를 실과 용수철로 연결하여 전동기로 당겼더니, A와 B는 2m/s의 일정한 속력으로 운동하였다. A와 수평면 사이의 운동 마찰계수는 0.2, 용수철상수는 100N/m, A와 B의 질량은 각각 2kg, 1kg이다.

이에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10m/s2이고, 실과 용수철의 질량, 도르래의 마찰, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 물체 A와 B는 용수철로 연결되어 있으므로, 용수철의 길이가 변하면 용수철에 작용하는 힘도 변한다. 따라서 물체 A와 B는 용수철의 길이가 변하지 않도록 일정한 속력으로 운동한다. 이때 운동 마찰력이 작용하여 물체 A와 수평면 사이에서 마찰력이 작용하게 된다. 이에 대한 각 보기의 설명은 다음과 같다.

    ㄱ. 물체 A와 수평면 사이에서 마찰력이 작용하므로, 물체 A와 B의 운동은 일정한 속력으로 유지된다. 따라서 물체 B의 가속도는 0이다.

    ㄷ. 물체 A와 B는 용수철로 연결되어 있으므로, 용수철의 길이가 변하면 용수철에 작용하는 힘도 변한다. 따라서 물체 A와 B는 용수철의 길이가 변하지 않도록 일정한 속력으로 운동한다. 이때 운동 마찰력이 작용하여 물체 A와 수평면 사이에서 마찰력이 작용하게 된다. 따라서 물체 A와 B의 운동은 일정한 속력으로 유지된다.

    ㄱ, ㄴ. 물체 A와 수평면 사이에서 마찰력이 작용하므로, 물체 A와 B의 운동은 일정한 속력으로 유지된다. 또한, 물체 B는 용수철로 연결되어 있으므로, 물체 A와 B는 용수철의 길이가 변하지 않도록 일정한 속력으로 운동한다. 따라서 물체 B의 가속도는 0이다.
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4. 그림은 마찰이 없는 수평면에서 운동하던 물체 A, B가 마찰이 있는 수평면에서 등가속도 직선 운동하는 것을, 그래프는 A, B의 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다. A, B의 질량은 같다.

마찰이 있는 수평면에서의 A, B의 운동에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 옳은 설명은 "ㄴ"이다. 그래프에서 A와 B의 속력이 같으므로 등가속도 운동을 하고 있으며, 마찰력은 운동 방향과 반대 방향으로 작용하므로 A와 B는 서로 반대 방향으로 가속도를 받는다. 따라서 A와 B의 가속도는 같고, A의 마찰력이 B의 마찰력보다 크므로 A의 가속도가 더 작아진다.
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5. 그림은 마찰이 없는 수평면에서 물체에 힘 F를 작용하여 직선 운동 시키는 것을, 그래프는 이 물체의 운동에너지를 위치 x에 따라 나타낸 것이다.

물체에 작용한 F를 x에 따라 나타낸 그래프로 적절한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다. 그래프에서 운동에너지는 x축 방향으로 증가하므로, F도 x축 방향으로 증가해야 한다. "" 그래프는 x가 증가함에 따라 F가 증가하는 것을 보여주므로 적절한 그래프이다.
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6. 마찰이 있는 면에서 B에 작용한 마찰력이 한 일은? [3점](6번 공통지문 문제)

(정답률: 알수없음)
  • B에 작용한 마찰력은 B가 이동한 방향과 반대 방향으로 작용하므로 일을 하지 않는다. 따라서 정답은 ""이다.
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7. 그림 (가)와 같이 마찰이 없는 수평면의 일직선 상에서 등속 직선 운동하던 물체 A, B, C가 (나)와 같이 동시에 충돌하여 한 덩어리가 되어 운동한다. (가)에서 A의 속도의 크기는 v, A에 대한 B의 속도의 크기는 2v, A에 대한 C의 속도의 크기는 3v이다. A, B, C의 질량은 각각 m이다.

이에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"과 "ㄴ"이 모두 옳다.

    - "ㄱ" : 운동량 보존 법칙에 따라, 충돌 전과 후의 운동량의 합은 일정하다. 따라서, A, B, C의 운동량의 합은 충돌 전과 후에도 동일하다. 충돌 전 A의 운동량은 mv, B의 운동량은 2mv, C의 운동량은 3mv이므로, 충돌 후 덩어리의 운동량은 6mv이다. 따라서, 덩어리의 속도는 6v/6 = v이다.
    - "ㄴ" : 운동 에너지 보존 법칙에 따라, 충돌 전과 후의 운동 에너지의 합은 일정하다. 따라서, A, B, C의 운동 에너지의 합은 충돌 전과 후에도 동일하다. 충돌 전 A의 운동 에너지는 (1/2)mv^2, B의 운동 에너지는 (1/2)m(2v)^2 = 2mv^2, C의 운동 에너지는 (1/2)m(3v)^2 = 4.5mv^2이므로, 충돌 후 덩어리의 운동 에너지는 (1/2)6m(v^2) = 1.5mv^2이다. 따라서, 충돌 후 덩어리의 속도는 (2(1.5mv^2)/6m)^0.5 = (1.5v^2/3)^0.5 = (1/2)v(3)^0.5이다.
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8. 그림은 원통형 금속막대와 전류계를 일정한 전압의 전원장치에 연결한 것을 나타낸 것이다. 원통형 금속막대를 표에 제시된 금속막대 A, B, C로 바꾸어 실험하였더니 전류의 세기는 각각 I0, 2I0, 4I0이었다.

A, B, C의 길이를 각각 LA, LB, LC라 할 때, LA : LB : LC는?

  1. 1 : 1 : 2
  2. 1 : 2 : 4
  3. 2 : 2 : 1
  4. 4 : 2 : 1
  5. 4 : 4 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 전류의 세기는 금속막대의 길이에 비례한다는 오므로, 길이와 전류의 관계식인 R = ρL/A를 이용하여 각 금속막대의 단면적 A를 구할 수 있다. 이때, ρ는 금속의 전기저항률을 나타내는 상수이다.

    금속막대 A의 전류 세기는 I0이므로, RA = ρLA/A = V/I0이다.

    금속막대 B의 전류 세기는 2I0이므로, RB = ρLB/A = V/2I0이다.

    금속막대 C의 전류 세기는 4I0이므로, RC = ρLC/A = V/4I0이다.

    따라서, RA : RB : RC = 1 : 2 : 4 이다.

    이때, 금속막대 A와 B를 직렬로 연결하면 전류의 세기는 I0 + 2I0 = 3I0이 되고, 금속막대 C와 직렬로 연결하면 전류의 세기는 4I0이 된다.

    따라서, 금속막대 A와 B의 전기저항 RAB = V/3I0, 금속막대 C의 전기저항 RC = V/4I0이다.

    금속막대 A와 B의 전기저항 비율은 RA : RB = 1 : 2 이므로, 금속막대 A와 B의 길이 비율은 LA : LB = 2 : 1 이다.

    금속막대 A와 B를 합쳐진 전기저항 RAB를 가지는 하나의 금속막대로 생각하면, 금속막대 AB와 C의 전기저항 비율은 RAB : RC = 3 : 4 이므로, 금속막대 AB와 C의 길이 비율은 4 : 3 이다.

    따라서, 금속막대 A, B, C의 길이 비율은 LA : LB : LC = 2 × 4 : 1 × 4 : 3 = 8 : 4 : 3 이다.

    하지만 문제에서는 최소한의 자연수 비율을 구하라고 하였으므로, LA : LB : LC = 4 : 2 : 1 이 된다. 따라서, 정답은 "4 : 4 : 1"이다.
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9. 그림과 같이 저항값이 같은 저항 3개와 전압계를 전압이 일정한 전원장치에 연결하였다. 집게 A를 P, Q, R점에 연결하였을 때 전압계에서 측정된 전압은 각각 VP, VQ, VR이다.

VP, VQ, VR의 크기를 바르게 비교한 것은? (단, 온도에 따른 저항값의 변화는 무시한다.) [3점]

  1. VP > VQ > VR
  2. VP > VR > VQ
  3. VQ > VP > VR
  4. VQ > VR > VP
  5. VR > VQ > VP
(정답률: 알수없음)
  • 전압이 일정한 전원장치에 연결된 저항들은 모두 동일한 전압을 받게 되므로, 각 저항에서의 전압은 저항값에 비례한다. 따라서, 저항값이 같은 저항 3개에 대해 VP = VQ = VR 이다. 따라서, 정답은 "VP = VQ = VR" 이다.
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10. 다음은 교류발전기에서 나타나는 시간에 따른 전압의 변화를 알아보는 실험이다.

이에 대해 옳게 말한 사람을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. 철수
  2. 민수
  3. 철수, 영희
  4. 철수, 민수
  5. 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • - 교류발전기에서 나타나는 전압은 주기적으로 변화한다.
    - 주기는 한 번의 완전한 변화가 일어나는데 걸리는 시간으로, 이 그래프에서는 0.02초이다.
    - 전압의 최댓값은 10V, 최솟값은 -10V이다.
    - 그래프에서 보면, 전압이 최댓값인 10V일 때 시간은 0.01초와 0.03초, 최솟값인 -10V일 때 시간은 0.005초와 0.015초, 그리고 0.025초와 0.035초이다.
    - 따라서, 전압이 10V일 때는 "철수"가 맞고, 전압이 -10V일 때는 "민수"가 맞다.
    - 따라서 정답은 "철수, 민수"이다.
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11. 그림과 같이 균일한 자기장 B의 영역에 평행한 두 금속 레일을 수평면에 고정시키고, 금속 레일에 도체막대를 가만히 놓았다.

집게 P와 Q를 전원장치에 각각 연결하고 스위치를 닫았더니 도체 막대가 왼쪽으로 움직였다. 이때 자기장 B의 방향과 P, Q에 연결된 극으로 옳은 것을 <보기>에서 고른 것은? (단, 도체막대에 작용하는 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    자기장 B의 방향은 오른쪽에서 왼쪽으로 향하고 있으며, P와 Q에 연결된 극은 각각 양극과 음극이다. 이에 따라 P와 Q에 각각 전하가 유입되어 도체막대에는 왼쪽으로 힘이 작용하게 된다. 이때 도체막대는 자기장 B와 수직 방향으로 위치하므로, 왼쪽으로 이동하면서 자기장 B와 수직 방향으로 크기가 같고 방향이 반대인 자기력이 작용하게 된다. 이 자기력이 도체막대를 오른쪽으로 향하게 만들어주는 역할을 하게 된다. 따라서 자기장 B의 방향은 왼쪽에서 오른쪽으로 향하게 된다.
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12. 그림과 같이 막대자석을 A와 B로 쪼개어 수평면 상에 놓았더니, A와 B가 움직이지 않았고 나침반의 N극은 왼쪽을 가리켰다. P는 수평면 상의 한 점이다.

이에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 지구 자기장은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 나침반의 N극은 지구 자기장의 남극을 가리키므로, 그림에서 A와 B 사이에는 지구 자기장의 북극이 위치한다. 따라서 A와 B 사이에는 자기장의 세기가 같은 지점이 존재하며, 이 지점을 중심으로 A와 B는 서로 반대 방향으로 자기장에 의해 작용받는다. 이에 따라 A와 B는 서로 밀어내는 힘을 발생시키며, 이는 P가 위치한 곳에서도 느껴진다. 따라서 P에서는 A와 B가 움직이지 않고 고정되어 있을 것이다. 이에 대한 설명은 "ㄷ"이다.
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13. 그림과 같이 저항 A로 구성된 전열기 X와 저항 A, B로 구성된 전열기 Y를 전압이 일정한 전원장치에 연결하였더니, X의 소비 전력은 Y의 3배이었다.

저항 A, B의 저항값을 각각 RA, RB라 할 때, RA : RB는? (단, 온도에 따른 저항 변화는 무시한다.) [3점]

  1. 1 : 1
  2. 1 : 2
  3. 1 : 3
  4. 2 : 1
  5. 3 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 전력은 전압과 전류의 곱으로 나타낼 수 있으므로, X와 Y의 전력 비율은 전압이 같으므로 전류 비율과 저항 비율의 제곱과 같다. 즉, X의 소비 전력이 Y의 3배이므로 전류 비율은 3의 제곱근인 약 1.732배이다. 따라서, RA : RB = 1.732 : 1이다. 이를 간단화하면 2 : 1이 된다.
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14. 그림과 같이 수평면에 고정된 솔레노이드 속으로 수평하게 놓여있는 플라스틱 레일을 따라 막대자석이 P에서 Q까지 등속도 운동을 하였다. P Q는 레일 위의 지점이다.

이에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 막대자석에 작용하는 마찰과 지구자기장은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"은 막대자석이 등속운동을 하기 때문에 가속도가 0이며, 따라서 힘의 합력이 0이어야 한다는 뉴턴의 제2법칙에 따라서 막대자석에 작용하는 중력과 솔레노이드에서 발생하는 인덕션 전류에 의한 마그네틱 힘의 크기와 방향이 서로 같아야 한다는 것이다. 즉, 막대자석이 P에서 Q까지 등속운동을 하기 위해서는 솔레노이드에서 발생하는 인덕션 전류에 의한 마그네틱 힘이 중력과 같은 크기와 방향으로 작용해야 한다는 것이다.
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15. 그림과 같이 P점에서 Q점을 향해 초록색 레이저 빛을 입사시켰더니 빛의 일부는 반사하고 일부는 매질의 경계면을 따라 진행하였다.

이에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ: 빛은 매질의 경계면에서 반사되어 P점에서 돌아온다.
    - ㄴ: 빛은 매질의 경계면을 따라 진행하다가 Q점에서 굴절되어 다른 방향으로 진행한다.
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16. 그림은 수면파 투영장치의 두 파원 S1과 S2에서 진폭, 진동수가 같은 수면파를 같은 위상으로 발생시켜 얻은 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. 실선과 점선은 각각 수면파의 마루와 골이고, 수면파의 파장은 λ이다.

이에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 모두 옳은 설명은 "ㄱ, ㄴ"이다.

    ㄱ. S1과 S2에서 발생한 수면파는 같은 진폭과 진동수를 가지고 있으며, 같은 위상으로 발생하였기 때문에 파동의 중첩으로 인해 파동의 진폭이 더해져서 수면파의 진폭이 더 크게 나타난다.

    ㄴ. 파장은 마루와 골 사이의 거리인 λ로 정의되며, 그림에서 파장은 마루와 골 사이의 거리와 같다.

    ㄷ. 그림에서 파동의 진폭은 파장의 절반인 λ/2보다 작으므로, 파동의 진폭이 λ/2보다 작은 경우에는 파동의 중첩으로 인해 파동의 진폭이 작아질 수 있다.

    따라서, "ㄱ, ㄴ"이 모두 옳은 설명이다.
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17. 그림은 서로 반대 방향으로 진행하는 두 파동이 중첩되어 만들어지는 정상파의 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. 정상파의 주기는 T이다.

이로부터 가 지난 순간, 이 정상파의 모습으로 적절한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다. 이유는 두 파동이 서로 반대 방향으로 진행하고 있기 때문에, 한 파동의 양 극성이 다른 파동의 음 극성과 만나면 상쇄되어 아무런 진폭도 나타나지 않는다. 따라서, 두 파동이 만나는 지점에서는 아무런 움직임도 없는 정지상태가 형성된다. 이러한 상태가 정상파의 모습이다.
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18. 그림 (가)는 광전류 측정 장치를 나타낸 것이다. 이 장치의 금속판에 단색광 A를 비추면 광전자가 방출되고, 단색광 B를 비추면 광전자가 방출되지 않는다. 그림 (나)는 A, B가 동일한 경로로 진행하다가 프리즘에서 굴절되어 서로 다른 경로 X, Y로 진행하는 것을 나타낸 것이다.

A, B에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - A를 비추면 광전자가 방출되고, B를 비추면 광전자가 방출되지 않는다. : 옳은 설명
    - A, B가 동일한 경로로 진행하다가 프리즘에서 굴절되어 서로 다른 경로 X, Y로 진행하는 것을 나타낸다. : 옳은 설명

    따라서 정답은 "ㄷ"인 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"입니다.
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19. 그림 (가)는 전자총에서 속력 v로 방출된 전자가 이중 슬릿을 통과하여 스크린의 각 지점에 도달하는 전자의 수를 측정하는 것을, (나)는 스크린의 각 지점에서 일정한 시간 동안 측정한 전자의 수를 나타낸 것이다.

⊿x를 전자의 속력 v에 따라 나타낸 그래프로 적절한 것은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다.

    전자의 속력 v가 증가할수록, 즉 전자가 빨라질수록, 전자의 파장 길이는 짧아지게 된다. 이는 데브로이 길이 공식 λ = h/p (h: 플랑크 상수, p: 운동량)에서 운동량 p가 일정하므로 파장 길이 λ가 짧아지기 때문이다.

    따라서, 전자의 속력 v가 증가할수록, 이중 슬릿에서 서로 간격이 좁은 빛의 간섭 패턴과 같은 현상이 일어나게 된다. 이를 통해 전자의 속력 v를 나타내는 ⊿x 그래프는 ""와 같이 나타낼 수 있다.
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