수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2013-07-12)

수능(물리I)
(2013-07-12 기출문제)

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1. 그림 (가), (나)는 똑같은 앙부일구를 경도는 같지만 위도가 다른 지역에서 같은 날 관찰한 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 인 이유는 다음과 같다:
    - (가)와 (나)는 같은 앙부일구를 관찰한 것이므로, 둘 다 지구의 중심에서 떨어진 거리는 같다. 따라서 지름이 같은 원으로 나타낼 수 있다.
    - (가)와 (나)는 위도가 다르므로, 지구의 축을 기준으로 회전하는 동안 관찰하는 각도가 다르다. 이에 따라 (가)는 북반구에서, (나)는 남반구에서 관찰한 것이다.
    - 북반구에서 관찰한 (가)는 지구의 북극을 향하고 있으므로, 그림에서 북쪽에 위치한다. 반면 남반구에서 관찰한 (나)는 지구의 남극을 향하고 있으므로, 그림에서 남쪽에 위치한다.
    - 따라서 (가)와 (나)는 지름은 같지만 위치가 다르므로, 그림에서 (가)와 (나)는 서로 다른 위치에 나타난다. 이에 따라 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 이다.
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2. 그림 (가), (나)는 일직선상에서 운동하는 물체의 속도와 운동량을 시간에 따라 나타낸 것이다. (가)와 (나)에서 그래프의 기울기는 각각 a와 b이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 것이다. 그래프의 기울기는 운동하는 물체의 가속도를 나타내며, (가)와 (나)에서 각각의 기울기는 a와 b이다. 따라서 (가)에서는 가속도가 일정하게 유지되고, (나)에서는 가속도가 변화한다. 이는 (가)에서는 물체가 등속운동을 하고, (나)에서는 가속운동을 하다가 등속운동을 하게 된다는 것을 의미한다.
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3. 표는 지구를 중심으로 등속 원운동 하는 위성 A와 B의 공전 궤도 반지름과 질량을 나타낸 것이다.

A, B의 공전 주기를 각각 TA, TB라 할 때, TA : TB는?

  1. 2√2 : 1
  2. √2 : 1
  3. 1 : 1
  4. 1 : √2
  5. 1 : 2√2
(정답률: 알수없음)
  • 공전 주기는 공전 주기와 반지름의 관계식 T=2πr/v 에서 구할 수 있다. 따라서 A, B의 공전 주기 비율은 TA/TB = (2πrA/vA) / (2πrB/vB) = (rA/rB) x (vB/vA) 이다.

    여기서 vA와 vB는 등속 원운동을 하므로 vA = 2πrA/TA, vB = 2πrB/TB 이다.

    따라서 TA/TB = (rA/rB) x (2πrB/TB) / (2πrA/TA) = (rA/rB) x (TA/TB) x (TB/TA) = (rA/rB) x (TA/TB)2

    따라서 TA/TB = √(rA/rB) = √(4/2) = √2

    따라서 정답은 "1 : 2√2" 이다.
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4. 그림 (가)와 같이 질량이 2m으로 같은 물체 A, B 가 도르래를 통해 실로 연결되어 정지해 있다. A와 B의 높이의 차이는 h 이다. 그림 (나)는 (가)의 상태에서 B를 연직 아래 방향의 일정한 힘 F로 계속 당기는 것을 나타낸 것이다.

다음은 (나)에서 A와 B의 높이가 같아진 순간, A의 속력을 구하는 과정이다.

(ㄱ), (ㄴ) 에 들어갈 것으로 옳은 것은? (단, 실의 질량과 도르래의 마찰 및 공기 저항은 무시한다.) (순서대로 ㄱ, ㄴ)[3점]

(정답률: 알수없음)
  • (ㄱ) B에 작용하는 힘 F는 도르래를 통해 A에도 전달되어 A에 작용하게 된다. 따라서 A와 B에 작용하는 힘의 합력은 F이다. 이때 A와 B의 높이가 같아지면 더 이상 도르래를 통해 작용하는 힘이 없으므로, A와 B에 작용하는 합력은 중력뿐이다. 따라서 A와 B의 무게의 합이 F와 같아지게 된다. 즉, 2mg = F가 된다.

    (ㄴ) A와 B의 높이가 같아지면 더 이상 도르래를 통해 작용하는 힘이 없으므로, A와 B는 자유낙하운동을 하게 된다. 이때 A의 높이가 h만큼 감소하면서 운동에너지는 일부 위치에너지로 변하게 된다. 따라서 A의 속력은 위치에너지 변화량인 mgh에서 구할 수 있다. 즉, A의 속력은 √(2gh)이다.

    ""은 A와 B의 높이가 같아지면 더 이상 도르래를 통해 작용하는 힘이 없으므로, A와 B는 자유낙하운동을 하게 되고 A의 속력은 √(2gh)이 된다는 것을 나타낸다.
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5. 그림은 일직선상에서 지면에 대하여 속력 v로 운동하는 철수가 탄 자동차 A와 정지 상태로 있는 영희가 탄 버스 B를 나타낸 것이다. 철수가 관측하였을 때 A의 광원에서 나온 속력 c인 빛은 A의 앞쪽 끝과 뒤쪽 끝에 동시에 도달하였다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 중 "ㄱ"은 영희가 관측한 것은 A와 B가 서로 멀리 떨어져 있을 때와 같다는 것이다. 이는 상대적인 속도가 0이기 때문에 발생하는 것이다.
    - 보기 중 "ㄷ"는 영희가 관측한 것은 A와 B가 서로 가까이 있을 때 A의 길이가 짧아 보이고, B의 길이가 길어 보인다는 것이다. 이는 상대적인 속도가 빠르기 때문에 발생하는 시차 현상이다.
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6. 다음은 표준 모형에 대한 설명이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 표준 모형은 시스템 분석과 설계에서 사용되는 모형 중 하나로, 시스템을 입력, 처리, 출력으로 나누어 각각의 기능을 모듈화하여 설계하는 방법이다. 이 모형은 각 모듈이 독립적으로 개발될 수 있고, 모듈 간의 인터페이스가 명확하게 정의되어 있어 개발 및 유지보수가 용이하다는 장점이 있다.

    보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 정답인 이유는 다음과 같다.

    - "ㄱ"은 입력과 처리를 모듈화하는 것을 의미한다. 이는 시스템의 기능을 분리하여 개발할 수 있게 하며, 입력과 처리 간의 인터페이스를 명확하게 정의함으로써 개발 및 유지보수를 용이하게 한다.
    - "ㄷ"는 처리와 출력을 모듈화하는 것을 의미한다. 이는 처리된 결과를 출력하는 기능을 분리하여 개발할 수 있게 하며, 처리와 출력 간의 인터페이스를 명확하게 정의함으로써 개발 및 유지보수를 용이하게 한다.

    따라서, "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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7. 그림은 어떤 공간에 형성된 전기장을 전기력선으로 나타낸 것이다. 이 공간 내의 한 점에 대전된 입자 P를 가만히 놓았더니 입자는 점선을 따라 운동하였다.

P가 점선을 따라 운동하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력의 효과와 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 전기장이 P 입자에 작용하여 P 입자가 운동하는 것이며, "ㄴ"은 P 입자가 전기력선을 따라 운동하면서 전기장의 세기가 변하지 않는다는 것이다. 즉, 전기장이 일정하게 유지되면서 P 입자가 전기력선을 따라 운동하는 것이다. 따라서 "ㄱ, ㄴ"이 정답이다.
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8. 그림은 균일한 자기장이 형성된 영역에 반자성체를 넣었을 때, 반자성체 내부의 원자 자석 배열을 모식적으로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만 을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ, 반자성체 내부의 자석들이 서로 상반되는 방향으로 배열되어 있기 때문에, 자기장이 균일한 영역에서는 반자성체가 자기장에 영향을 받지 않지만, 반자성체 내부에서는 자기장이 존재하므로 자석들이 서로 상호작용하여 정렬되는 것이다."
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9. 그림은 수소 원자 모형에서 A는 n=4에서 n=2로, B는 n=3에서 n=2로 전자가 전이되는 과정을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기> 에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 전자가 에너지를 방출하면서 낮은 에너지 상태로 이동하는 것을 나타내고, "ㄷ"는 전자가 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태로 이동하는 것을 나타낸다. 이에 따라 그림에서 A는 전자가 에너지를 방출하여 낮은 에너지 상태로 이동하는 방식으로 일어나고, B는 전자가 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태로 이동하는 방식으로 일어난다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이 된다.
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10. 그림은 3개의 반도체를 이용해 만든 트랜지스터에 저항과 전지를 연결한 회로를 나타낸 것이다. 이미터, 베이스, 컬렉터에 흐르는 전류의 세기는 각각 Ia, Ib , Ic 이다.

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

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ. 베이스와 컬렉터 사이에 전압이 인가되어야 전류가 흐르므로, 베이스와 에미터 사이에 전압을 인가해야 한다.
    - ㄴ. 베이스와 컬렉터 사이에 전압이 인가되어야 전류가 흐르므로, 컬렉터와 에미터 사이에 저항을 연결해 전압을 인가해야 한다.
    - ㄷ. 트랜지스터는 작은 전류로 큰 전류를 제어할 수 있는데, 이 회로에서는 베이스 전류를 조절해 컬렉터 전류를 제어한다. 따라서 베이스와 에미터 사이에 저항을 연결해 베이스 전류를 조절할 수 있어야 한다.

    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 이다.
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11. 그림은 저항, 코일, 축전기, 교류전원을 이용해 만든 회로를 나타낸 것이다. 교류 전원의 진동수가 f0일 때 저항에 흐르는 전류는 I0이다. 이 회로의 고유 진동수는 f0이다.

다른 조건은 그대로 두고 한 가지 조건만을 변화시킬 때, 저항에 흐르는 전류의 세기가 I0보다 증가하는 경우만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 고유 진동수는 회로의 구성 요소들에 의해 결정되는 값으로 변하지 않는다. 따라서 고유 진동수인 f0은 변하지 않는다. 저항에 흐르는 전류의 세기가 증가하려면 저항의 값을 줄이거나 코일이나 축전기의 값을 변경해야 한다. 따라서 정답은 "ㄴ"이다.
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12. 다음은 검전기를 이용한 광전효과 실험의 과정과 결과이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는 검전기를 이용하여 광전효과 실험을 할 때, 검전기의 전압을 조절하여 광전류의 세기를 측정하면서 광전효과의 크기를 확인할 수 있기 때문이다. 즉, 검전기의 전압이 광전효과에 영향을 미치기 때문에 검전기를 이용하여 실험을 진행하는 것이 중요하다. 따라서 "ㄱ"이 정답이다.
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13. 그림과 같이 고정된 코일에 LED(발광 다이오드)를 연결하고 막대자석이 코일 내부를 통과하도록 떨어뜨렸다. (가)는 막대자석 이 코일에 가까이 접근할 때 LED에 불이 켜져 있는 모습을, (나)는 (가)의 막대자석이 코일을 빠져나온 직후의 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기 저항은 무시하며, 자석은 회전하지 않는다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • <보기>에서 정답이 "ㄱ, ㄴ"인 이유는 다음과 같다.
    - (가)에서 막대자석이 코일에 가까이 접근할 때, 자기장의 변화로 인해 코일 내부에 전기자기장이 발생하고, 이로 인해 LED가 발광한다.
    - (나)에서 막대자석이 코일을 빠져나온 직후에는 자기장의 변화가 없으므로 LED가 꺼진다.
    - 따라서, 막대자석이 코일에 가까이 접근할 때와 떨어져나온 직후의 LED 상태가 각각 켜져 있는 것과 꺼져 있는 것이다.
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14. 그림은 반도체 A와 B를 접합해 만든 태양 전지에 빛을 비추었을 때, 저항 R에 b→R→a 방향으로 전류가 흐르는 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른것은? (단, 반도체의 온도는 일정하다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이는 반도체 A와 B의 전자 농도 차이로 인해 전자가 A에서 B로 이동하면서 발생하는 전기력이 R을 통해 외부 회로로 전달되기 때문이다. 이 때 R은 저항으로 작용하며, 전류가 흐르면서 R에서 일정한 전압이 발생하게 된다. 이 전압은 외부 회로에서 유용하게 사용될 수 있다.
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15. 그림 (가)는 줄의 양 끝을 기둥 A와 B에 고정한 후 줄의 가운데를 튕겼을 때 줄에 생긴 정상파를, (나)는 (가)의 B를 오른쪽으로 이동시켰을 때 줄에 생긴 정상파를 나타낸 것이다. 정상파에 의해 발생한 소리는 (나)에서가 (가)에서보다 높다.

정상파를 만드는 파동의 물리량이 (나)에서가 (가)에서보다 큰것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정상파의 진폭은 파동의 물리량과 관련이 있다. (가)와 (나)에서 파동의 물리량은 같기 때문에, 정상파의 진폭도 같을 것이다. 그러나 (나)에서는 파동이 진행하는 방향과 반대 방향으로 이동하기 때문에, 파동의 주기가 짧아져서 진동수가 높아진다. 따라서 (나)에서 발생한 정상파의 주파수는 (가)에서 발생한 정상파의 주파수보다 높다. 이에 따라 보기에서 정답은 "ㄱ"이다.
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16. 그림은 전체 길이가 6 m인 다이빙대 끝에 다이빙 선수가 서 있는 것을 나타낸 것이다. 다이빙대는 수평인 상태로 정지해 있다. 고정점에서 다이빙대에 연직 아래 방향으로 작용하는 힘의 크기는 F1이고, 받침점에서 다이빙대에 연직 위 방향으로 작용하는 힘의 크기는 F2이다.

F1 : F2는? (단, 다이빙대의 질량은 무시한다.) [3점]

  1. 1 : 2
  2. 1 : 3
  3. 2 : 1
  4. 2 : 3
  5. 3 : 2
(정답률: 알수없음)
  • 다이빙대가 정지하고 있으므로, 다이빙대에 작용하는 힘의 합력은 0이다. 따라서 F1과 F2의 크기는 서로 반대 방향이며, 크기는 비례한다. 그림에서 F1과 F2의 작용 방향을 보면, F2가 더 멀리 떨어져 있으므로 F2의 크기가 더 크다. 따라서 F1 : F2 = 2 : 3이다.
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17. 그림 (가)는 축구 선수가 찬 공이 회전하며 날아가는 모습을, (나)는 공의 진행 방향과 공 주변의 공기 흐름을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A 지점과 B 지점의 높이는 같다.) [3점]

  1. ᄀ, ᄂ
  2. ᄀ, ᄃ
  3. ᄀ, ᄂ, ᄃ
(정답률: 알수없음)
  • - (가)는 축구 선수가 찬 공이 회전하며 날아가는 모습을 보여주고, (나)는 공의 진행 방향과 공 주변의 공기 흐름을 보여준다.
    - 따라서, (가)와 (나)는 서로 다른 시점에서 관찰한 것이다.
    - (가)에서는 공이 회전하며 날아가는 것을 보여주고 있으므로, 공 주변의 공기는 회전하고 있다.
    - (나)에서는 공의 진행 방향과 공 주변의 공기 흐름을 보여주고 있으므로, 공 주변의 공기는 공과 함께 이동하면서 압축되고 있다.
    - 따라서, (가)에서는 공 주변의 공기가 회전하고 있으므로 (나)의 (ᄂ)는 옳지 않다.
    - (가)와 (나)에서 모두 공의 진행 방향과 공 주변의 공기 흐름을 보여주고 있으므로, (ᄀ)와 (ᄃ)은 모두 옳다.
    - 따라서, 정답은 "ᄀ, ᄃ"이다.
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18. 그림 (가)는 광섬유의 구조를, (나)는 광섬유의 코어와 클래딩의 경계면에 단색광을 입사각 θ로 입사시켰을 때, 전반사가 일어나는 것을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ"이다. 이유는 광섬유의 코어와 클래딩 경계면에서 단색광을 입사시키면, 코어와 클래딩의 굴절률 차이로 인해 전반사가 일어나기 때문이다. 이때, 입사각 θ가 일정한 값보다 크면 전반사가 일어나고, 작으면 굴절이 일어난다. 따라서, 광섬유에서는 전반사를 이용하여 광신호를 전달한다.
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19. 그림 (가)는 질량 2 kg인 물체 A 위에 질량 1 kg인 추가 올려진 상태로 물에 떠 정지해 있는 것을, (나)는 (가)에서 추를 제거한 후 A가 물에 떠 정지해 있는 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력가속도의 크기는 10 m/s2이다.)

  1. ᄀ, ᄃ
  2. ᄂ, ᄃ
  3. ᄀ, ᄂ, ᄃ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ᄀ, ᄃ" 인 이유는 다음과 같다.

    - (가)에서는 A와 추가 물체의 합력이 물의 중력과 같아서 물체들이 물에 떠있는 상태이다. 따라서 A와 추가 물체의 합력은 각각 20 N, 10 N이며, A의 중력은 20 N이다.
    - (나)에서는 추가 물체가 제거되어 A만이 물에 떠있는 상태이다. 이때 A의 합력은 물의 중력과 같아서 A가 물에 떠있는 것이다. 따라서 A의 합력은 20 N이며, A의 중력도 20 N이다.
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20. 그림은 핀으로 고정된 칸막이에 의해 두 부분으로 나누어 진 실린더에 이상 기체 A, B가 각각 들어 있는 것을 나타낸 것이다. 핀을 제거하였더니 칸막이는 A의 부피가 증가하는 방향으로 움직였다. 칸막이와 실린더를 통한 열과 기체의 이동은 없다.

A의 부피가 증가하는 동안, A, B가 갖는 물리량의 크기가 증가하는 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 칸막이의 질량 및 칸막이와 실린더 사이의 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • A의 부피가 증가하면서 A 내부의 분자들이 움직이게 되고, 이로 인해 A의 온도가 상승하게 된다. 따라서 A, B가 갖는 물리량의 크기가 증가하는 것은 "ㄱ, ㄷ"이다. 하지만 이 문제에서는 A, B의 압력이나 몰수가 변하지 않기 때문에 A의 부피가 증가하면 B의 부피가 감소하게 되어 B 내부의 분자들이 충돌 빈도가 증가하고, 이로 인해 B의 온도가 상승하게 된다. 따라서 "ㄷ"가 정답이다.
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