수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2011-09-01)

수능(물리I)
(2011-09-01 기출문제)

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1. 그림은 오른쪽으로 직선 운동하는 물체의 모습을 0.1초 간격으로 0.5 초 동안 찍은 다중 섬광 사진을 나타낸 것이다.

0.5 초 동안 물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기> 에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ, ㄷ"인 이유는 물체가 등속운동을 하고 있기 때문이다. 다중 섬광 사진에서 물체의 위치가 일정한 간격으로 이동하고 있으므로 등속운동을 하고 있다고 볼 수 있다. 따라서 보기 중에서 등속운동에 대한 설명인 "ㄴ"이 옳고, 가속도가 0이므로 "ㄷ"도 옳은 설명이다.
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2. 그림 (가)와 같이 수평면에 놓인 질량 1kg인 물체에 도르래와 줄을 이용하여 힘 F 를 작용하였다. 그림 (나)는 줄을 당기는 힘 F 의 크기를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이 물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10m/s2이고, 줄의 질량, 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"은 물체가 처음에 가만히 있었다가 일정한 가속도로 움직이다가 일정한 속도로 등속운동을 하다가 다시 일정한 가속도로 멈추는 운동을 한다는 것이다. 이는 그림 (나)에서 힘이 처음에는 0이었다가 일정한 가속도로 증가하다가 일정한 크기로 유지되다가 다시 0으로 돌아가는 모양새와 일치한다.
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3. 그림과 같이 저항값이 R인 저항 3 개와 스위치 S 를 전압이 일정한 전원 장치에 연결하였다.

S를 a 에 연결할 때가 b에 연결할 때보다 더 큰 물리량만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ"입니다. 스위치 S를 a에 연결할 때는 전류가 R/3만큼 흐르고, b에 연결할 때는 전류가 2R/3만큼 흐릅니다. 따라서 R값이 일정하므로 전류가 더 큰 경우는 b에 연결할 때입니다. 따라서 "ㄱ"이 정답입니다.
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4. 그림 (가), (나)와 같이 저항값이 각각 R, 2R인 저항 A, B를 전압이 V 로 일정한 전원 장치에 연결하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    이유는 전압이 V 일 때, 저항 A와 B에 각각 V/3의 전압이 걸리게 되고, 이에 따라 A와 B를 연결하는 중간 지점 C에서는 V/3의 전압차가 발생한다. 이때 C와 A, B 간의 전류는 각각 V/R, V/2R이 되며, 이를 이용하여 C에서의 전류를 계산하면 V/3R이 된다. 따라서 C와 연결된 저항 C'의 저항값은 V/3R / V/3 = R/3이 된다.
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5. 다음은 파동 실험용 용수철을 이용한 파동의 발생과 전파에 관한 실험 과정이다.

이 실험에 대해 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 철수, 영희
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 용수철을 통해 손으로 파동을 발생시키고, 이 파동이 전파로 전달되어 수면에서 파동이 발생하는 것을 관찰한 것이다. 이 실험에서 파동을 발생시키는 사람과 파동이 전파되는 것을 관찰하는 사람이 필요하므로 "철수"와 "영희"가 모두 필요하다. 따라서 정답은 "철수, 영희"이다.
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6. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면 위에서 질량 1kg인 수레가 완충 장치가 있는 벽을 향해 운동하다가 충돌하는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 수레가 충돌하는 순간부터 수레의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다. 수레는 충돌하는 동안 동일 직선상에서 운동한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 충돌하는 순간 수레의 운동량은 보존되므로, 수레와 완충 장치가 함께 움직이는 것으로 볼 수 있다. 따라서 충돌 후에도 수레의 속도는 일정하게 유지되며, 그래프는 수평선이 된다. 이에 대한 설명은 "ㄴ"에 해당한다.
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7. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에서 질량 1kg인 물체 A가 정지해 있는 질량 2kg인 물체 B를 향해 등속도 운동하는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 B에 대한 A의 상대 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다. 충돌 전과 후, 두 물체는 동일 직선 상에서 운동한다.

수평면에 대한 A와 B의 운동을 설명하는 것으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

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

    A와 B는 수평면에서 운동하고 있으며, A는 정지해 있고 B는 등속도로 운동하고 있다. 이 때, B에게서 A로 충돌이 일어나면서 운동량 보존 법칙에 따라 A와 B의 운동량의 합은 변하지 않는다. 따라서, 충돌 후에도 A와 B는 동일한 속도로 운동하게 된다.

    그림 (나)에서 A의 상대 속도는 충돌 전에는 B의 속도와 같고, 충돌 후에는 0이 된다. 이는 충돌 전에는 A와 B가 서로 멀리 떨어져 있었기 때문에 A가 B의 속도와 같은 속도로 움직였지만, 충돌 후에는 A와 B가 서로 붙어있기 때문에 A의 상대 속도가 0이 된다는 것을 의미한다.

    따라서, 보기에서 정답은 "ㄴ"이다.
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8. 그림 (가)는 마찰이 있는 수평면에서 전동기가 정지해 있던 질량 1kg인 물체를 수평 방향으로 힘 F 로 당기고 있는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 전동기가 당기는 힘 F 의 크기를 물체의 위치 x 에 따라 나타낸 것이다. 물체와 수평면 사이의 운동 마찰 계수는 0.2 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10m/s2 이고, 줄의 질량과 공기 저항은 무시한다.) [3점]

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

    - (ㄴ)은 옳지 않다. 마찰력은 물체가 움직이는 경우에만 발생하므로, 그림 (가)에서 물체가 정지해 있을 때는 마찰력이 없다.
    - (ㄷ)는 옳다. 그림 (나)에서 물체가 처음으로 움직이기 시작하는 위치를 구하면, F - fmax = ma 가 성립하므로, fmax = μmg 이고, 이를 대입하여 x = F/fmax = 50m 이다.
    - (ㄱ)은 옳다. 그림 (나)에서 물체가 움직이는 동안에는 마찰력이 작용하므로, 물체의 가속도는 F - f = ma 가 성립하고, 이를 이용하여 그림 (나)에서 물체의 가속도를 구하면, a = (F - μmg)/m 이다. 따라서, 그림 (나)에서 물체의 가속도는 위치 x 와 무관하다.
    - (ㄱ, ㄴ)은 옳지 않다. 마찰력은 물체가 움직이는 경우에만 발생하므로, 그림 (가)에서 물체가 정지해 있을 때는 마찰력이 없다. 따라서, 그림 (나)에서 물체의 가속도는 위치 x 와 무관하다.
    - (ㄱ, ㄷ, ㄴ)은 옳지 않다. 그림 (가)에서 물체가 정지해 있을 때는 마찰력이 없으므로, 그림 (나)에서 물체의 가속도는 위치 x 와 무관하다. 따라서, 그림 (나)에서 물체가 처음으로 움직이기 시작하는 위치를 구할 때는 마찰력이 작용하는 것을 고려해야 한다.
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9. 그림과 같이 높이가 5h 인 수평면에서 두 물체 A와 B 사이에 용수철을 넣어 압축시켰다가 동시에 가만히 놓았더니, A는 빗면을 따라 올라가 최고점 P 에 도달하고 B는 높이가 2h 인 지점을 속력 2v 로 통과한다. 용수철과 분리된 직후 B의 속력은 v 이다. A, B의 질량은 각각 m, 2m이다.

최고점 P의 높이는? (단, 용수철의 질량, 물체의 크기, 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. 6h
  2. 7h
  3. 8h
  4. 9h
  5. 10h
(정답률: 알수없음)
  • A와 B는 용수철을 통해 연결되어 있으므로 운동 에너지의 보존과 운동량의 보존을 이용할 수 있다. A가 최고점 P에 도달할 때, 운동 에너지는 모두 위치 에너지로 변환되어 있으므로 다음과 같은 식이 성립한다.

    $mgh = frac{1}{2}mv^2$

    여기서 h는 A의 최고점 P의 높이이다. B가 높이가 2h인 지점에서 속력 2v로 통과하므로, 운동량의 보존을 이용하면 다음과 같은 식이 성립한다.

    $mv = 2m cdot 2v$

    따라서 v = $frac{1}{4} sqrt{2gh}$ 이다. 이를 첫 번째 식에 대입하면,

    $h = frac{1}{2} cdot left(frac{1}{4} sqrt{2gh}right)^2 cdot frac{1}{g}$

    $h = frac{1}{32} cdot 2h$

    h = 16h

    즉, 최고점 P의 높이는 16h이므로 정답은 "9h"이다.
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10. 그림은 높이 h 인 곳에 가만히 놓인 물체 A가 마찰이 없는 빗면을 내려와 정지해 있던 물체 B와 충돌한 후, A는 v, B는 2v 의 속도로 마찰이 있는 수평면을 향해 등속도 운동하는 것을 나타낸 것이다. A 는 마찰면을 통과한 직후 정지하고, B는 마찰면을 통과하여 마찰이 없는 면을 따라 높이가 2/5h인 최고점에 도달한다. A, B의 질량은 m으로 같고, 마찰면과의 운동 마찰 계수는 각각 μA, μB 이며 μA > μB 이다.

μA / μB는? (단, 물체의 크기는 무시한다.)

  1. 5/4
  2. 4/3
  3. 3/2
  4. 2
  5. 5/2
(정답률: 알수없음)
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11. 그림과 같이 저항 R1 R2 저항값이 6Ω, 4Ω인 저항, 스위치 S 를 전압이 8V로 일정한 전원 장치에 연결하였다. S 가 열려 있을 때 전류계에 흐르는 전류의 세기는 1A이고, 닫혀 있을 때 R1 의 양단에 걸리는 전압은 4V이다.

R1의 저항값은?

  1. 2Ω
  2. 3Ω
  3. 4Ω
  4. 6Ω
  5. 8Ω
(정답률: 알수없음)
  • 전압과 전류, 저항의 관계는 오므로 오옴의 법칙을 이용하여 문제를 풀 수 있다. S가 열려 있을 때, R1과 R2는 병렬 연결이므로 전압은 같고, R1과 R2의 전류는 각각 I1과 I2이다. 따라서 다음과 같은 식이 성립한다.

    V = I1 × R1 = I2 × R2

    S가 닫혀 있을 때, R1과 R2는 직렬 연결이므로 전압은 분배되어 R1과 R2의 전압은 각각 V1과 V2이다. 따라서 다음과 같은 식이 성립한다.

    V = V1 + V2 = I × (R1 + R2)

    위의 두 식을 이용하여 R1을 구할 수 있다.

    I1 × R1 = I2 × R2

    1A × R1 = 1A × 4Ω

    R1 = 4Ω

    V = V1 + V2 = I × (R1 + R2)

    8V = 4V + V2 = 1A × (4Ω + 6Ω)

    V2 = 4V

    따라서 R1의 저항값은 4Ω이다. 하지만 보기에서 정답은 "3Ω"이다. 이는 문제에서 제시한 조건에 맞지 않는다. 따라서 문제에서 제시한 조건에 따라 R1의 저항값은 4Ω이다.
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12. 그림 (가)와 같이 원통형 금속 막대 A와 B, 전원 장치를 사용하여 회로를 구성하였다. B의 길이는 A의 2 배이고 단면적은 A와 같다. 그림 (나)는 (가)에서 점 p, q에 흐르는 전류의 세기를 전원 장치의 전압에 따라 나타낸 것이다.

A, B의 비저항을 각각 pA, pB라 할 때, pA : pB 는? (단, A, B의 온도에 따른 저항 변화는 무시한다.) [3점]

  1. 1：4
  2. 1：2
  3. 1：1
  4. 2：1
  5. 4：1
(정답률: 알수없음)
  • 전류는 전압에 비례하므로, 전원 장치의 전압이 같을 때 A와 B의 전류 비율은 A:B = pA:pB와 같다. 그림 (나)에서 전압이 2V일 때 A와 B의 전류 비율은 1:2 이므로, pA:pB = 1:2 이다. 따라서 정답은 "2：1"이다.
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13. 그림 (가), (나)와 같이 전류 I0 이 흐르는 원형 도선과 전류 I 가 흐르는 무한히 긴 직선 도선이 종이면에 고정되어 있다. 원형 도선 중심 p, q 에서 I0 만에 의한 자기장의 세기는 B0 이다. (가)의 p에서 두 도선에 흐르는 전류에 의한 자기장의 세기는 2B0이다.

두 도선에 흐르는 전류에 의한 자기장에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    - "ㄱ" : 두 도선에 흐르는 전류가 같은 방향이므로, 두 도선에서의 자기장이 합쳐져서 p에서의 자기장이 2B0이 된다.
    - "ㄴ" : 두 도선 사이의 거리가 멀어질수록, 두 도선에서의 자기장이 서로 상쇄되어서 전체적인 자기장이 약해진다. 따라서, q에서의 자기장은 p에서의 자기장보다 작아진다.
    - "ㄷ" : 두 도선이 서로 다른 방향으로 전류가 흐르므로, 두 도선에서의 자기장이 서로 상쇄되어서 전체적인 자기장이 약해진다. 따라서, p에서의 자기장은 q에서의 자기장보다 작아진다.
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14. 그림 (가)와 같이 저항 R가 연결된 직사각형 도선이 종이면에 수직으로 들어가는 균일한 자기장 영역 Ⅰ과 Ⅱ에 반씩 걸쳐져 종이면에 고정되어 있다. 그림 (나)는 (가)의 Ⅰ, Ⅱ에서 자기장의 세기를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄱ"입니다.

    저항 R이 연결된 직사각형 도선이 자기장 영역 Ⅰ과 Ⅱ에 걸쳐져 있으므로, 자기장의 세기는 시간에 따라 대칭적으로 변화합니다. 즉, 자기장의 세기가 증가하는 구간과 감소하는 구간이 대칭적으로 나타납니다. 이에 따라 그래프는 대칭적인 모양을 갖게 됩니다.

    따라서, 그래프 상에서 자기장의 세기가 최대인 지점에서는 시간이 0.5초와 1.5초일 때이며, 이때의 자기장 세기는 모두 2T입니다. 이에 대한 설명으로 "ㄱ"이 정답입니다.
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15. 그림과 같이 공기에서 유리로 단색광을 점 P에 입사각 40⁰ 로 입사시켰더니 유리의 옆면에서 반사각 θ 로 전반사하였다. 공기와 유리의 경계면에서의 임계각은 42⁰ 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기> 에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 ㄴ이 옳다. 유리에서 반사된 빛은 경계면에서의 임계각보다 작은 각도로 전반사되므로, P에서 반사된 빛은 경계면에서의 임계각보다 작은 각도로 나가게 된다. 따라서 P에서 나가는 빛은 경계면에서의 임계각보다 작은 각도로 나가게 되므로, 외부로 나가는 빛은 모두 광도가 낮아진다.
    - 보기 ㄱ, ㄴ이 옳다. 유리에서 반사된 빛은 경계면에서의 임계각보다 작은 각도로 전반사되므로, P에서 반사된 빛은 경계면에서의 임계각보다 작은 각도로 나가게 된다. 따라서 P에서 나가는 빛은 경계면에서의 임계각보다 작은 각도로 나가게 되므로, 외부로 나가는 빛은 모두 광도가 낮아진다. 또한, 유리에서 반사된 빛은 입사각과 반사각이 같으므로, P에서 반사된 빛의 입사각은 40⁰ 이다.
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16. 그림과 같이 파원 S1, S2에서 진동수와 진폭이 같은 물결파를 같은 위상으로 발생시켰다. 점 P는 S1 과 S2 로부터 각각 45cm, 40cm 떨어져 있다. 두 물결파의 진동수는 2Hz 이며 속력은 20 cm/s 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    - "ㄴ"은 두 파동이 서로 상쇄하여 노드가 형성되는 위치를 나타낸다. 두 파동의 진폭이 같고 위상이 같으므로, 두 파동이 만나서 상쇄할 때 노드가 형성된다. 따라서 S1과 S2의 중심선을 지나는 위치에서 노드가 형성된다. 이 위치는 두 파동의 파장 길이의 반으로 계산할 수 있다. 파장 길이는 파동의 속력과 진동수의 곱으로 계산할 수 있으므로, 두 파동의 파장 길이는 모두 10cm이다. 따라서 노드가 형성되는 위치는 S1과 S2의 중심선에서 각각 5cm 떨어진 곳이다.
    - "ㄱ"은 두 파동이 서로 강화하여 강조되는 위치를 나타낸다. 두 파동의 진폭이 같고 위상이 같으므로, 두 파동이 만나서 강화될 때 큰 진폭을 가지는 위치가 형성된다. 이 위치는 두 파동의 진폭을 더한 값이다. 따라서 P에서의 진폭은 S1과 S2에서의 진폭을 더한 값인 4cm이다.
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17. 그림 (가)는 금속판에 단색광을 비추며 광전류를 측정하는 장치를 나타낸 것이다. 그림 (나)는 서로 다른 금속판 A, B를 사용한 광전관에 동일한 단색광을 비추었을 때 광전관에 걸린 전압에 따른 광전류의 세기를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

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

    광전류는 금속판에 단색광을 비추면 발생하는데, 이 때 금속판의 종류와 광의 파장에 따라 광전류의 세기가 달라진다. 그림 (가)는 이러한 광전류를 측정하는 장치를 보여주고, 그림 (나)는 서로 다른 금속판 A, B를 사용한 광전관에서 발생하는 광전류의 세기를 나타낸 것이다.

    보기에서 "ㄱ"은 그림 (가)와 (나)에서 모두 사용되는 용어인데, 이는 광전류를 측정하는 장치의 이름인 광전관을 뜻한다. "ㄷ"는 그림에서 나타나지 않는 용어인데, 이는 광전류와 전압의 관계를 나타내는 것으로, 그림 (나)에서는 전압에 따른 광전류의 세기를 나타내는 그래프로 나타난다.

    따라서, 보기에서 정답은 "ㄴ"이다.
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18. 그림 (가)는 입자의 종류와 운동 에너지를 바꿔가며 물질파의 이중 슬릿에 의한 간섭무늬를 관찰하는 실험을 모식적으로 나타낸 것이다. 이웃한 밝은 무늬 사이의 간격은 ⊿x이다. 그림 (나)의 A, B, C는 (가)에서 사용된 입자의 질량과 운동 에너지를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    ㄱ. 입자의 질량이 커지면 간격 ⊿x는 작아진다.
    - 이유: 더 무거운 입자는 운동 에너지가 같더라도 더 느리게 움직이므로 물질파의 파장이 더 길어져서 간격이 작아진다.

    ㄴ. 입자의 운동 에너지가 커지면 간격 ⊿x는 커진다.
    - 이유: 운동 에너지가 커지면 물질파의 파장이 짧아져서 간격이 커진다.

    따라서, 입자의 질량과 운동 에너지가 각각 어떤 영향을 미치는지를 고려하여 "ㄱ, ㄴ"이 정답이다.
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19. 그림과 같이 직선 도로에서 자동차 A, B가 나란하게 각각 v, 4v 의 속력으로 기준선 P를 동시에 통과한 후, 각각 등가속도 운동하여 기준선 Q에 동시에 도달하였다. 가속도의 크기는 A가 B의 2 배이며 방향은 서로 반대이다. P와 Q 사이의 거리는 L이다.

P를 통과하여 Q에 도달할 때까지 자동차의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B의 크기는 무시한다.) [3점]

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

    자동차 A와 B는 등가속도 운동을 하므로, 등가속도 직선 운동 그래프에서 같은 면적을 가지게 움직인다. 따라서 P와 Q 사이의 거리 L은 A와 B가 움직인 면적이 같으므로, A와 B의 속력과 가속도 크기는 중요하지 않다. 따라서 "ㄱ"이 정답이다.
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20. 그림 (가)와 같이 마찰이 없는 수평면에서 정지해 있는 물체 A위에 물체 B를 가만히 올려놓고, A에 수평 방향으로 힘 F를 그림 (나)와 같이 1 초 동안 작용하였다. F 가 작용하는 순간 B는 A 위에서 미끄러지기 시작하며 A, B가 속력이 같아진 순간부터 두 물체는 함께 속력 v 로 등속도 운동한다. A, B의 질량은 각각 2kg, 1kg이고, A와 B 사이의 운동 마찰 계수는 0.2 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10m/s2이고, A의 윗면은 수평면과 평행하다.) [3점]

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

    - ㄱ : A와 B 사이에 마찰력이 작용하므로, F가 작용하는 순간 B는 A 위에서 미끄러지기 시작한다. 이때 B에 작용하는 마찰력은 B가 미끄러지는 방향과 반대 방향으로 작용하며, 크기는 B의 무게와 마찰 계수에 비례한다. 따라서 B에 작용하는 마찰력은 1kg × 10m/s^2 × 0.2 = 2N이다.
    - ㄴ : A와 B가 함께 등속도 운동하므로, A와 B에 작용하는 합력은 0이다. 따라서 A와 B에 작용하는 마찰력의 크기는 F와 같아야 한다. A에 작용하는 마찰력은 A가 정지해 있으므로 F와 같고, B에 작용하는 마찰력은 B가 미끄러지는 방향과 반대 방향으로 작용하므로 F - 2N이다.
    - ㄷ : A와 B의 가속도는 같으므로, A와 B에 작용하는 합력의 크기도 같다. A와 B에 작용하는 합력은 F - 2N이므로, A와 B의 가속도는 (F - 2N) / (2kg + 1kg) = (F - 2N) / 3m/s^2이다. 따라서 A와 B의 등속도 운동 속도는 1초 후에 v = (F - 2N) / 3 × 1 = (F - 2N) / 3m/s이다.
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