수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2013-04-11)

수능(물리I) 2013-04-11 필기 기출문제 해설

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수능(물리I)
(2013-04-11 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그래프는 직선상에서 운동하는 물체의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다.

0부터 2t까지 물체의 평균 속력은?

(정답률: 알수없음)
  • 평균 속력은 총 이동 거리를 총 걸린 시간으로 나눈 값입니다. $0$부터 $t$까지 $2d$만큼 이동하고, $t$부터 $2t$까지 $2d$에서 $d$로 $d$만큼 더 이동했으므로 총 이동 거리는 $3d$입니다.
    $$\text{평균 속력} = \frac{\text{총 이동 거리}}{\text{총 걸린 시간}}$$
    $$\text{평균 속력} = \frac{2d + d}{2t}$$
    $$\text{평균 속력} = \frac{3d}{2t}$$
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2. 그림은 수평인 얼음판에서 철수가 스틱으로 질량 m인 물체를 치는 모습을 나타낸 것이고, 그래프는 직선 운동하는 물체의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 운동량과 충격량, 뉴턴의 법칙을 적용합니다.
    ㄱ. $0$부터 $t_{1}$까지 속도가 $0$에서 $v$로 변했으므로 운동량 변화량은 $mv - 0 = mv$입니다.
    ㄴ. $t_{2}$일 때 속도가 $v$로 일정하므로 가속도가 $0$이며, 알짜힘 또한 $0$입니다.
    ㄷ. 작용 반작용 법칙에 의해 스틱이 물체에 가한 충격량과 물체가 스틱에 가한 충격량의 크기는 같습니다.
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3. 그림과 같이 행성 A, B가 각각 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 따라 운동하고 있다.

A, B가 각각 한주기 동안 운동할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 두 궤도는 동일면 상에 있다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 케플러 법칙을 적용하여 분석합니다.
    공전 주기는 궤도 장반경의 $3/2$제곱에 비례하므로, 궤도가 더 큰 A의 공전 주기가 B보다 깁니다.

    오답 노트
    A의 속력은 일정하다: 타원 궤도에서는 태양과 가까울 때 빠르고 멀 때 느리므로 변합니다.
    B의 가속도 크기는 일정하다: 만유인력에 의한 가속도는 거리의 제곱에 반비례하므로 위치마다 다릅니다.
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4. 그림과 같이 마찰이 없는 미끄럼틀에서 점 p에 가만히 놓은 물체가 등가속도 운동하여 점 q를 속력 v로 통과하였다. p, q의 높이는 수평면에서부터 각각 H, h이다.

v는? (단, 중력 가속도는 g이고, 물체의 크기는 무시한다.)

(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙에 의해 점 p에서의 위치 에너지가 점 q에서의 위치 에너지와 운동 에너지의 합과 같습니다.
    ① [기본 공식] $m g H = m g h + \frac{1}{2} m v^{2}$
    ② [숫자 대입] $g (H - h) = \frac{1}{2} v^{2}$
    ③ [최종 결과] $v = \sqrt{2 g (H - h)}$
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5. 그림과 같이 영희와 민수가 탄 우주선이 철수에 대하여 각각 0.9c의 일정한 속도로 운동한다. 철수에 대해 정지해 있는 물체의 고유길이는 L이다.

물체의 길이가 L보다 짧게 관측되는 사람만을 있는 대로 고른 것은?(단, 빛의 속력은 c이다.) [3점]

  1. 영희
  2. 민수
  3. 철수, 영희
  4. 철수, 민수
  5. 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 특수 상대성 이론의 길이 수축은 관찰자와 물체가 서로 상대 운동을 할 때, 운동 방향으로 길이가 짧게 관측되는 현상입니다.
    철수는 물체와 함께 정지해 있으므로 고유길이 $L$로 관측합니다.
    영희는 물체와 수직 방향으로 운동하므로 길이 수축이 일어나지 않아 $L$로 관측합니다.
    민수는 물체와 평행한 방향(수직축)으로 $0.9c$의 속도로 운동하므로, 운동 방향인 세로 길이가 수축되어 $L$보다 짧게 관측합니다.
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6. 그림은 원점 O로부터 같은 거리만큼 떨어져 x축에 고정되어 있는 점전하 A, B를 나타낸 것이다. A, B가 만드는 전기장 영역의 점 p에 음(-)전하를 가만히 놓을 경우 음(-)전하는 정지한다. A는 양(+) 전하이다.

A와 B가 만드는 전기장을 전기력선으로 적절하게 나타낸 것은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 점 p에서 음(-)전하가 정지하려면, A와 B에 의한 전기력의 합이 0이어야 합니다. 즉, p점에서의 알짜 전기장은 0이어야 합니다.
    A가 양(+)전하이므로 p점에서 A가 만드는 전기장 방향은 오른쪽입니다. 이때 알짜 전기장이 0이 되려면 B가 만드는 전기장 방향은 왼쪽이어야 하므로, B는 반드시 양(+)전하이어야 합니다. 양전하 A와 B 사이의 p점에서는 전기력선이 서로 밀어내어 p점에서 끊어지는 형태가 나타나야 하므로 가 정답입니다.
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7. 다음은 정전기 유도에 대한 실험이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정전기 유도와 접촉에 의한 대전 원리를 분석합니다.
    ㄱ. 음(-)으로 대전된 막대를 A에 접촉시키면 전자가 A로 이동하여 A는 음(-)으로 대전됩니다.
    ㄴ. A가 음(-)으로 대전된 상태에서 B에 가까이 가져가면, B와 접촉해 있는 C의 자유 전자가 A의 척력에 의해 B에서 C 쪽으로 밀려납니다.
    ㄷ. B와 C를 떼어내면 B는 양(+)으로, C는 음(-)으로 대전됩니다. 따라서 A와 C는 모두 음(-)으로 대전되어 전하의 종류가 같습니다.

    오답 노트
    (나)에서 C에 있는 자유 전자는 B로 이동한다: A의 음전하가 B의 전자를 밀어내어 B에서 C로 이동합니다.
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8. 그림과 같이 점O가 중심이고, 반지름이 R인 원형 도선에 전류가 흐르고 있다.

이와 같은 상태에서 <보기>의 조건만을 변화시킬 때, O에서 전류에 의한 자기장의 세기가 증가하는 경우만을 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원형 도선 중심에서의 자기장 세기는 전류의 세기에 비례하고 반지름에 반비례합니다.
    ① [기본 공식] $B = \frac{\mu_{0} I}{2R}$
    ② [숫자 대입] $R$이 증가하면 분모가 커져 $B$는 감소하고, $I$가 증가하면 분자가 커져 $B$는 증가합니다.
    ③ [최종 결과] 전류의 세기를 증가시키는 경우에만 자기장의 세기가 증가합니다.

    오답 노트
    $R$을 증가시킨다: 반지름이 커지면 자기장은 약해집니다.
    전류의 방향을 반대로 한다: 자기장의 방향만 바뀔 뿐 세기는 일정합니다.
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9. 그림과 같이 자석이 낙하하여 코일이 감긴 유리관 속을 통과하였다. 자석이 코일을 통과할 때, 코일에 연결된 각각의 전구에 불이 켜졌다. 점a, b, c는 자석이 낙하하는 경로상에 있다.

a, b, c에서 자석의 역학적 에너지를 각각 Ea, Eb, Ec라고 할 때, Ea, Eb, Ec를 옳게 비교한 것은?

  1. Ea > Eb > Ec
  2. Ea > Eb = Ec
  3. Eb > Ea > Ec
  4. Eb > Ea = Ec
  5. Ec > Eb > Ea
(정답률: 알수없음)
  • 자석이 코일을 통과할 때 전구에 불이 켜지는 것은 전자기 유도 현상에 의해 유도 전류가 흐르며 전기 에너지가 발생했음을 의미합니다. 이때 유도 전류는 자석의 운동을 방해하는 방향으로 작용하여 자석의 속력을 감소시키므로, 역학적 에너지가 전기 에너지로 전환되어 소모됩니다. 따라서 자석이 낙하하며 코일을 통과할수록 역학적 에너지는 계속 감소하므로 $E_{a} > E_{b} > E_{c}$가 됩니다.
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10. 그림은 수소 원자내의 전자가 에너지 준위 E2에서 E1로, E3에서 E1로, E3에서 E2로 각각 전이하면서 진동수 f1, f2, f3인 빛이 방출되는 것을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 에너지 준위는 위로 갈수록 높으므로 $E_{3} > E_{2} > E_{1}$ 순입니다. 빛의 진동수는 전이되는 에너지 차이에 비례하므로, 에너지 차이가 가장 작은 $E_{3} \rightarrow E_{2}$ 전이인 $f_{3}$가 가장 작고, $E_{2} \rightarrow E_{1}$ 전이인 $f_{1}$은 $E_{3} \rightarrow E_{1}$ 전이인 $f_{2}$보다 작습니다. 수소 원자의 에너지 준위는 양자화되어 있어 방출되는 빛의 스펙트럼은 불연속적인 선 스펙트럼으로 나타납니다.

    오답 노트
    에너지 준위는 $E_{1}$이 $E_{3}$보다 높다: $E_{3}$가 가장 높은 에너지 준위입니다.
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11. 그림과 같이 p-n 접합 다이오드를 연결하여 회로를 구성하였다. 표는p-n접합 다이오드에 걸리는 전압의 방향에 따른 회로의 전류를 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)
  • 역방향 전압일 때 전류가 흐르지 않으므로, p형 반도체에 (-)극, n형 반도체에 (+)극이 연결되어야 합니다. 따라서 전원 장치의 a는 (-)극이 됩니다. 다이오드는 이러한 특성을 이용해 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 정류 작용을 합니다.

    오답 노트
    순방향 전압일 때, 다이오드 내에서 전자는 p형 반도체에서 n형 반도체로 이동한다: 순방향 전압에서는 n형의 전자가 p형으로, p형의 양공이 n형으로 이동합니다.
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12. 그림은 코일, 축전기, 교류 전원이 연결된 회로에서 교류 전원의 진동수가 회로의 고유진동수와 같을 때, 진동수가 f0인 전자기파가 발생하는 모습을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 교류 전원의 진동수가 회로의 고유 진동수와 같을 때 공명 현상이 발생하며, 이때 발생하는 전자기파의 진동수 $f_{0}$는 회로의 고유 진동수와 같습니다. 또한 전자기파는 전기장과 자기장이 서로 수직하게 진동하며 전파되는 파동입니다.

    오답 노트
    교류 전원의 진동수를 크게 하면 코일에서 전류의 흐름을 방해하는 정도가 작아진다: 코일의 유도 리액턴스는 진동수에 비례하므로, 진동수가 커지면 전류의 흐름을 방해하는 정도가 커집니다.
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13. 그림 (가)는 관 속의 공기를 진동시켜 소리를 발생시키는 악기를, (나)는 (가)에서 길이가 서로 다른 관 속에서 만들어진 정상파 a와 b를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (나)의 정상파 a와 b는 모두 한쪽 끝이 막혀 있고 다른 쪽 끝이 열린 관의 형태를 띠고 있으므로, 한 쪽 끝이 단힌 관에서 만들어지는 정상파가 맞습니다.

    오답 노트
    a가 b보다 높은 음이다: 관의 길이가 길수록 기본 진동수가 낮아지므로, 길이가 더 긴 a가 b보다 낮은 음을 냅니다.
    관 속의 정상파는 회절에 의해 만들어진다: 정상파는 서로 반대 방향으로 진행하는 두 파동의 간섭에 의해 만들어집니다.
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14. 다음은 여러 가지 파동이 실생활에 이용되는 예이다.

ⓐ∼ⓒ중 전자기파만을 있는 대로 고른 것은?

  1. ⓐ
  2. ⓑ
  3. ⓐ, ⓒ
  4. ⓑ, ⓒ
  5. ⓐ, ⓑ, ⓒ
(정답률: 알수없음)
  • 전자기파는 매질 없이 진공 상태에서도 전달되는 파동입니다.
    자외선과 마이크로파는 전자기파의 일종입니다.

    오답 노트
    초음파: 매질의 진동으로 전달되는 역학적 파동(종파)입니다.
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15. 그림과 같이 빛이 매질 A, B의 경계면에 입사각 i로 입사하여 전반사하였다.

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)
  • 전반사는 빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 입사할 때, 입사각이 임계각보다 클 때 발생합니다.
    전반사가 일어났으므로 입사각 $i$는 임계각보다 커야 합니다.
    빛이 매질 A에서 B로 진행하며 전반사되었으므로, 굴절률은 A가 B보다 큽니다.

    오답 노트
    동일한 빛이 B에서 A로 입사각 $i$로 입사하면 전반사한다: 굴절률이 작은 B에서 큰 A로 진행할 때는 전반사가 일어날 수 없습니다.
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16. 그림은 중수소()와 삼중수소()가 충돌하여 일어나는 핵반응을 나타낸 것이다.

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)
  • 제시된 반응식 ${}^{2}_{1}\text{H} + {}^{3}_{1}\text{H} \rightarrow {}^{4}_{2}\text{He} + {}^{1}_{0}\text{n} + 17.6\text{MeV}$을 분석합니다.
    두 개의 가벼운 핵이 합쳐져 더 무거운 핵이 생성되는 핵융합 반응입니다.
    핵반응 전후의 질량 차이인 질량 결손이 에너지로 전환되어 $17.6\text{MeV}$의 에너지가 방출됩니다.
    반응 전 질량수 합은 $2+3=5$이고, 반응 후 질량수 합은 $4+1=5$로 서로 동일합니다.
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17. 다음은 광전 효과에 대한 설명이다.

(가), (나)에 들어갈 것으로 옳은 것은?(순서대로 가, 나)

  1. 전자, 입자성
  2. 전자, 파동성
  3. 양성자, 입자성
  4. 양성자, 파동성
  5. 중성자, 입자성
(정답률: 알수없음)
  • 광전 효과는 금속 표면에 일정 진동수 이상의 빛을 비추었을 때 금속 내부의 전자가 튀어나오는 현상입니다. 이는 빛을 파동이 아닌 에너지 덩어리인 광자로 보는 입자성 모델로만 설명이 가능하므로, (가)에는 전자, (나)에는 입자성이 들어갑니다.
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18. 그림과 같이 물체 A는 물에 일부분만 잠긴 상태로, 물체 B는 물에 완전히 잠긴 상태로 정지해 있다. A, B의 부피는 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B는 각각 균질하다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 물체 A는 물에 떠 있고 물체 B는 가라앉아 있으므로, 밀도는 A가 물보다 작고 B는 물보다 큽니다.

    오답 노트
    밀도는 A와 B가 같다: A는 부유하고 B는 침강하므로 밀도가 다릅니다.

    부력은 잠긴 부피에 비례합니다. A와 B의 전체 부피가 같지만 A는 일부만 잠겨 있고 B는 완전히 잠겨 있으므로, A에 작용하는 부력이 B보다 작습니다.
    물체 A는 정지 상태로 떠 있으므로, 위로 향하는 부력의 크기와 아래로 향하는 중력의 크기가 평형을 이루어 서로 같습니다.
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19. 그림과 같이 무게가 각각 20N, w인 추를 매달아 놓은 막대가 수평인 상태로 정지해 있다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은? (단, 막대의 질량, 중심 O에서의 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 돌림힘의 평형과 힘의 평형 조건을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $F_{1} L_{1} = F_{2} L_{2}$
    ② [숫자 대입] $20 \times 5L = w \times 2L$
    ③ [최종 결과] $w = 50\text{N}$
    막대가 수평 상태로 정지해 있으므로 알짜힘의 합은 $0$이며, 돌림힘의 합 또한 $0$입니다.
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20. 그림과 같이 일정량의 이상 기체가 들어 있는 변형되지 않는 용기 안에 열을 공급할 수 있는 장치를 연결하였다.

기체에 열이 공급되는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 제1법칙과 이상 기체 상태 방정식을 적용합니다.
    부피가 일정한 용기이므로 기체가 외부에 일을 하지 않으며, 공급된 열은 모두 내부 에너지 증가(온도 상승)로 이어져 압력이 증가합니다.

    오답 노트
    기체는 외부에 일을 한다: 용기가 변형되지 않는 정적 과정이므로 일은 $0$입니다.
    기체의 내부 에너지는 감소한다: 열을 공급받았으므로 내부 에너지는 증가합니다.
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