수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2007-10-10)

수능(물리II)
(2007-10-10 기출문제)

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1. 그림은 철수와 영희가 공원에서 이동한 경로를 나타낸 것이다. 철수는 A에서 출발하여 5분만에 B에 도착하였고, 영희는 B에서 출발하여 8분만에 A에 도달하였다.

출발해서 도착할때까지 철수와 영희의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 "ㄷ"는 철수와 영희의 이동 경로가 서로 반대방향이기 때문에 옳다. 철수는 A에서 B로 이동하였고, 영희는 B에서 A로 이동하였기 때문이다. 따라서 보기 "ㄷ"가 정답이다.
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2. 그림은 철수가 회전하는 놀이기구를 타고 있는 모습이다. 철수가 탄 탈것은 놀이기구의 회전팔에 고정되어 일정한 속력으로 회전하고 있고, 탈것의 천장에 매달린 추는 연직 방향과 일정한 각 θ를 이루고 있다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 철수가 탄 탈것은 일정한 속력으로 회전하고 있으므로, 탈것의 운동은 등속 원운동이다. (ㄱ)
    - 탈것의 천장에 매달린 추는 연직 방향과 일정한 각 θ를 이루고 있으므로, 추의 운동은 등속 직선운동이다. (ㄷ)
    - 따라서, 탈것과 추의 운동은 서로 다른 운동이므로, 서로 독립적으로 일어난다. (ㄱ, ㄷ)
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3. 그림은 마찰이 없는 수평면 위에서 v의 속력으로 운동하던 공 A가 정지해 있던 공 B, C와 연속적으로 탄성 충돌하는 모습을 나타낸 것이다. 세 공의 질량은 모두 m이고, A는 B, C와 충돌할때마다 진행 방향이 45°씩 바뀌었다.

이때 A가 B, C로부터 받은 충격량의 합의 크기는? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라 A가 B와 충돌할 때, A의 운동량 변화량과 B의 운동량 변화량은 같고, 방향은 반대이다. 마찬가지로 A가 C와 충돌할 때도 A의 운동량 변화량과 C의 운동량 변화량은 같고, 방향은 반대이다. 따라서 A가 B와 충돌할 때 받는 충격량의 크기와 방향은 A가 C와 충돌할 때 받는 충격량의 크기와 방향과 같다. 따라서 A가 B, C로부터 받은 충격량의 합의 크기는 "" 이다.
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4. 그림과 같이 평면상의 두 점에 +q의 전하량으로 대전된 두 양(+)전하가 고정되어 있다.

+1C의 점전하를 A에서 C로 이동시킬 때 A, B, C점에서 점전하가 받는 전기력 FA, FB, FC의 크기를 비교한 것으로 옳은 것은? (단, 그림에서 한 칸의 길이는 모두 같다.) [3점]

  1. FA > FB > FC
  2. FA > FC > FB
  3. FB > FA > FC
  4. FC > FA > FB
  5. FC > FB > FA
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "FB > FA > FC"

    이유: 전하가 이동할 때 받는 전기력은 전하와 전하 사이의 거리와 전하의 크기에 따라 결정된다. A에서 C로 이동하는 경우, 점전하가 B와 가까워지면서 B에서는 A보다 더 큰 전하와 가까이 있게 되므로 FB가 가장 크다. 반면, C에서는 점전하와 같은 크기의 전하가 이미 존재하기 때문에 FC가 가장 작다. 따라서 FB > FA > FC이다.
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5. 그림 (가)는 인공위성 A가 반지름이 R인 원궤도를 따라 운동하는 모습을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 인공위성 B가 장반경이 R인 타원 궤도를 따라 운동하는 모습을 나타낸 것이다.

두 인공위성에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기에서 "ㄴ"은 인공위성 B가 타원 궤도를 따라 운동한다는 것이 옳은 설명이다.
    - 보기에서 "ㄷ"는 인공위성 A와 B가 모두 지구 중심을 중심으로 운동한다는 것이 옳은 설명이다.
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6. 다음은 추의 질량에 따른 용수철 진자의 주기를 측정하기 위해 철수, 영희, 민수가 수행한 실험이다.

이 실험 과정과 결과에 대하여 옳게 이야기한 사람을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 철수, 영희
  4. 철수, 민수
  5. 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 용수철 진자의 주기는 추의 질량과는 무관하며, 용수철의 길이와 질량 중심 위치에만 영향을 받는다. 따라서 철수와 영희가 추의 질량을 다르게 하더라도 용수철 진자의 주기는 동일하게 나와야 한다. 따라서 정답은 "철수, 영희"이다.
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7. 그림 (가)와 같이 공 A와 B를 같은 높이에서 수평 방향으로 같은 속력 v로 던졌더니 두 공이 h만큼 낙하한 후 충돌하였다.

그림 (나)와 같이 (가)에서 B의 처음 속력만 3밸로 바꾸어 던졌을 때, 두 공이 충돌할 때까지 낙하한 거리는? (단, 공의 크기와 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. 1/9 h
  2. 1/4 h
  3. 4/9 h
  4. 1/2 h
  5. h
(정답률: 알수없음)
  • 두 공이 충돌할 때까지 걸리는 시간은 두 공의 상대속도로 나눈 거리와 같다. 상대속도는 두 공의 속력 차이인 2v이므로, 충돌까지 걸리는 시간은 h/2v이다.

    A 공은 이 시간 동안 1/2gh^2/(2v^2) 만큼, B 공은 1/2gh^2/(2v^2) + 1/2gh^2/(18v^2) 만큼 낙하한다.

    따라서 두 공이 충돌할 때까지 낙하한 거리는 (1/2gh^2/(2v^2)) + (1/2gh^2/(2v^2) + 1/2gh^2/(18v^2)) = 5/18h 이다.

    하지만 문제에서는 낙하한 거리를 충돌까지의 거리로 묻고 있으므로, 이 값을 2로 나누어 준다. 따라서 정답은 5/36h = 1/4h 이다.
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8. 그림은 열원 장치가 있는 실린더 안에 일정량의 이상기체가 담겨 있는 모습을 나타낸 것이다. 기체의 압력을 일정하게 유지하며 열원 장치로 내부의 온도를 올렸다.

이 변화 과정에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 기체는 외부에 일을 한다.
  2. 기체의 부피는 변하지 않는다.
  3. 기체 분자의 평균 속력은 감소한다.
  4. 기체의 내부 에너지는 변하지 않는다.
  5. 열원 장치로 공급한 에너지는 모두 기체의 분자 에너지로 전환된다.
(정답률: 알수없음)
  • 열원 장치로 기체 내부의 온도가 올라가면 기체 분자의 평균 속력이 증가하게 되어 압력이 증가한다. 이로 인해 기체는 외부에 일을 하게 되며, 일을 하면서 부피가 확장하게 된다. 따라서 정답은 "기체는 외부에 일을 한다."이다. 기체의 내부 에너지는 열원 장치로 공급한 에너지로부터 전환되며, 기체의 부피는 변화하게 된다.
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9. 그림은 동일한 상태 A에 있던 이상기체가 각각 (가)와 (나)의 과정을 따라 상태가 변하는 것을 나타낸 것이다. (가)는 A→B→D→A, (나)는 A→C→D→A를 따라 변하는 순환 과정이다.

과정 (가)와 (나)에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (가)의 과정은 등압 변화이다. (B에서 D로 갈 때 온도가 상승하므로, D에서 A로 갈 때는 온도가 다시 하강하여 등압 변화가 된다.)
    - (나)의 과정은 등온 변화이다. (C에서 D로 갈 때 압력이 상승하므로, D에서 A로 갈 때는 압력이 다시 하강하여 등온 변화가 된다.)
    따라서, 정답은 "ㄷ"이다.
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10. 그림과 같이 균일한 전기장에서 양 (+)전하를 A→B→C→A 경로로 일정한 속력으로 이동시켰다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 세점 A, B, C 사이의 거리는 같다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 양전하가 이동하는 방향과 전기장의 방향이 일치할 때 일정한 속력으로 이동할 수 있다. (ㄱ)
    - 전기장의 방향과 양전하의 이동 방향이 반대일 경우 일정한 속력으로 이동하기 위해서는 외력이 필요하다. (ㄴ)
    - 전기장이 균일하므로 A, B, C 지점에서의 전기장의 크기는 동일하다. (ㄱ)
    - 양전하가 이동하는 동안 전기장이 일정하므로 A→B, B→C 구간에서의 가속도는 동일하다. (ㄱ)
    - 양전하가 이동하는 동안 전기장이 일정하므로 A→B, B→C 구간에서의 운동 에너지 변화량은 동일하다. (ㄴ)
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11. 그림은 축전기의 특성을 알아보기 위하여 동일한 원형 금속판 A, B를 평행하게 놓아 축전기를 만들어 전원장치에 연결한 모습을 나타낸 것이다.

B를 A쪽으로 이동시킬 때 이 축전기에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄴ"이다. 이는 B를 A쪽으로 이동시키면서 전하가 축적되어 전하밀도가 증가하고 전위차가 감소하기 때문이다. 따라서 전하가 축적되는 양이 증가하면서 축전기의 용량이 증가하게 된다.
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12. 그림은 키르히호프의 법칙에 관한 시뮬레이션 학습 화면에 나타난 전기 회로도이다. 각 저항의 저항값을 2Ω, 4Ω, 8Ω으로 전지의 전압을 2V, 10V로 조절하였더니 8Ω의 저항에 걸리는 전압이 +4V로 나타났고 각 저항에 전류가 I1, I2, I3로 나타났다.

전류 I1, I2의 값은? (순서대로 I1(A), I2(A)) [3점]

  1. +1.0, +1.0
  2. +1.0, -1.5
  3. +0.5, 0
  4. +0.5, +1.0
  5. -1.5, +1.0
(정답률: 알수없음)
  • 전압이 2V일 때, 8Ω의 저항에 걸리는 전압은 2V이므로 8Ω의 전류는 0.25A이다. 이때, 4Ω의 전압은 1V이고 2Ω의 전압은 0.5V이다. 전압이 10V일 때, 8Ω의 저항에 걸리는 전압은 4V이므로 8Ω의 전류는 0.5A이다. 이때, 4Ω의 전압은 3V이고 2Ω의 전압은 1.5V이다. 이를 이용하여 각 저항에 흐르는 전류를 구하면, I1은 0.25A에서 0.5A로 증가하므로 +0.25A이다. I2는 1A에서 0.5A로 감소하므로 -0.5A이다. 따라서 정답은 "+1.0, -1.5"이다.

    이유는 전압이 2V일 때와 10V일 때 각각의 전압과 저항에 따른 전류를 구하고, 전압이 증가하면서 전류가 감소하는 것과 전압이 감소하면서 전류가 증가하는 것을 고려하여 계산하면 된다.
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13. 그림은 전지의 기전력 E와 내부저항 r를 측정하기 위하여 전지에 가변저항 R와 스위치, 전압계, 전류계를 연결한 회로도이고, 표는 가변저항의 저항값을 R1, R2, R3로 변화시킬 때 전압과 전류의 값을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 가변저항 R의 저항값이 작아질수록 전압과 전류의 값이 커진다. (ㄱ)
    - 전지의 기전력 E는 가변저항 R의 저항값과 상관없이 일정하다. (ㄴ)
    - 내부저항 r은 가변저항 R의 저항값이 작아질수록 전압과 전류의 값이 작아진다. (ㄷ)

    따라서, 옳은 보기는 "ㄱ, ㄴ"이다.
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14. 그림과 같이 균일한 세기 B로 xy평면에 수직으로 들어가는 자기장이 있다. 전하량이 +q이고 질량이 m인 대전입자를 원점 O에서 같은 속력으로 +x, +y, -x, -y 의 방향으로 쏘았더니, 네 방향 중 두 경우가 반지름이 a인 원운동을 하며 점 P를 지났다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 입자의 크기, 중력, 전자기파의 발생은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 입자가 원운동을 하기 위해서는 자기장의 세기 B와 전하량 q, 질량 m, 입자의 속력 v, 원운동의 반지름 r이 다음과 같은 관계를 만족해야 한다.
    B = (mv) / (qr)
    - 원점에서 +x 방향으로 쏜 입자가 점 P를 지나기 위해서는 자기장의 방향이 +y 방향이어야 한다. 따라서 보기 중에서 자기장의 방향이 +y 방향인 것만 고려하면 된다.
    - 보기 중에서 "ㄱ"은 자기장의 세기 B가 (mv) / (qr) = 2qva / (qra^2) = 2v / a 인 경우이다. 이 때, 입자가 원운동을 하기 위해서는 자기장의 방향이 +y 방향이어야 하므로, 자기장의 방향이 +y 방향이고 세기가 2v / a 인 보기가 정답이다.
    - 보기 중에서 "ㄴ"은 자기장의 세기 B가 (mv) / (qr) = v / a 인 경우이다. 이 때, 입자가 원운동을 하기 위해서는 자기장의 방향이 +x 방향이거나 -y 방향이어야 하므로, 자기장의 방향이 +x 방향이거나 -y 방향이고 세기가 v / a 인 보기가 정답이다.
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15. 그림은 저항값이 R인 전구, 자체유도 계수가 L인 코일, 전기용량이 C인 축전기와 교류전원으로 구성된 회로도를 나타낸 것이다. 교류전원의 진동수는 f이고 전압의 실효값은 V이다.

이 회로에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • <보기>
    ㄱ. 전류와 전압의 위상차가 90도이다.
    ㄴ. 회로의 공진 주파수는 1/(2π√(LC))이다.
    ㄷ. 전류의 크기는 전압의 크기보다 작다.

    ㄱ. 전구와 코일은 교류전원에 대한 저항이므로 전류와 전압의 위상차가 0도이다. 축전기는 전압이 변할 때 전류가 흐르므로 전류와 전압의 위상차가 90도이다. 따라서 "ㄱ"은 틀린 설명이다.
    ㄴ. 회로의 공진 주파수는 1/(2π√(LC))이다. 따라서 "ㄴ"은 옳은 설명이다.
    ㄷ. 전류와 전압의 크기는 각각 V/R, V/√(R^2+(1/(2πfC)-2πfL)^2)이다. 따라서 전류의 크기는 전압의 크기보다 작을 수도, 크거나 같을 수도 있다. 따라서 "ㄷ"는 틀린 설명이다.

    따라서 정답은 "ㄴ"입니다.
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16. 다음은 를 이용한 나무 화석 A의 연대 측정에 관련된 자료들이다.

이 자료에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 나무 화석 A는 1억 5천만년 전에 살았다.
    - 나무 화석 A와 함께 발견된 화석들은 중생대 후기인 십이지석층에서 발견되었다.
    - 십이지석층은 1억 5천만년 전부터 1억 1천만년 전까지의 시기를 포함한다.

    ㄱ. 나무 화석 A의 연대는 1억 5천만년 전이다.
    ㄴ. 나무 화석 A는 중생대 후기인 십이지석층에서 발견되었으며, 이는 1억 5천만년 전부터 1억 1천만년 전까지의 시기를 포함한다. 따라서 나무 화석 A의 연대는 1억 5천만년 전에서 1억 1천만년 전 사이이다.
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17. 다음은 음극선의 성질을 알아보기 위하여 진공 방전관에 나타난 현상을 관찰한 결과이다.

이 관찰 결과로 알수 있는 음극선의 성질을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 음극선이 직선적으로 나타나는 것을 의미하고, "ㄷ"는 음극선이 양극에 가까워질수록 밀도가 증가하는 것을 의미합니다. 이는 진공 방전관에서 전자가 음극에서 출발하여 양극으로 이동하면서 밀도가 증가하기 때문에 나타나는 현상입니다. 따라서, 이 관찰 결과로 알 수 있는 음극선의 성질은 "ㄱ, ㄷ"입니다.
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18. 그림은 보어의 수소 원자 모형에서 파장이 L인 정상파를 이룬 전자의 궤도를 나타낸 것이다.

이 궤도와 전자에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, h는 플랑크 상수이다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ. 전자의 에너지는 E = hf로 주어진다. 따라서 파장이 L인 전자의 주파수는 f = c/L이다. 이를 이용하여 전자의 에너지를 계산할 수 있다.
    - ㄴ. 전자는 보어 모형에서 정해진 궤도에서만 운동할 수 있다. 이 궤도의 반지름은 n에 따라 결정되며, n이 작을수록 궤도 반지름이 작아지고 에너지가 높아진다.
    - ㄷ. 전자는 궤도에서 운동하면서 에너지를 방출하거나 흡수할 수 있다. 이때 방출되거나 흡수되는 에너지는 E = hf로 주어진다. 따라서 전자가 궤도에서 에너지를 방출하면 파장이 짧아지고, 에너지를 흡수하면 파장이 길어진다.
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19. 다음은 수소 기체의 가시광선 선스펙트럼과 이 스펙트럼의 파장에 대한 일반식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 수소 기체의 가시광선 선스펙트럼은 이산적인 선들로 이루어져 있다.
    - 이 스펙트럼의 파장은 일반식으로 n=1,2,3,...일 때 λ=RH(1/n^2-1/m^2)으로 나타낼 수 있다.
    - 여기서 RH는 라이만 상수이고, m은 n보다 큰 양의 정수이다.
    - 따라서, "ㄴ. 수소 기체의 가시광선 선스펙트럼은 이산적인 선들로 이루어져 있다."와 "ㄷ. 이 스펙트럼의 파장은 일반식으로 n=1,2,3,...일 때 λ=RH(1/n^2-1/m^2)으로 나타낼 수 있다."가 모두 옳다.
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20. 다음은 인공 핵융합에 관한 자료의 일부분을 적은 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 인공 핵융합은 태양에서 일어나는 핵융합과 같은 원리로, 두 개의 가벼운 원자핵이 합쳐져 무거운 원자핵을 만들어내는 과정이다.
    - 이를 위해 높은 온도와 압력이 필요하며, 이를 위해 플라즈마 상태로 만들어진 가스를 자석으로 가두어서 열을 발생시키고, 이 열로 인해 핵융합이 일어나게 된다.
    - 그러나 이 과정에서 발생하는 열과 압력은 매우 크기 때문에, 이를 제어하는 기술적인 문제가 존재한다.
    - 따라서 인공 핵융합 기술의 개발은 아직 많은 연구가 필요하며, 이를 통해 깨끗하고 안전한 에너지를 생산할 수 있을 것으로 기대된다.

    ㄱ. 인공 핵융합은 두 개의 가벼운 원자핵이 합쳐져 무거운 원자핵을 만들어내는 과정이다.
    ㄷ. 인공 핵융합은 높은 온도와 압력을 필요로 하며, 이를 제어하는 기술적인 문제가 존재한다.
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