수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2008-09-04)

수능(물리II)
(2008-09-04 기출문제)

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1. 그림은 회전하는 물레방아를 모식적으로 나타낸 것으로, 물레방아에 고정된 점 P는 등속 원운동을 한다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ"이다. 이는 P의 운동이 등속 원운동이기 때문이다. 등속 원운동은 각속도가 일정하므로 P는 항상 일정한 속도로 움직인다. 따라서 그림에서 보이는 것처럼 P의 운동은 규칙적이며 예측 가능하다.
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2. 그림은 xy평면에서 운동하는 물체의 속도의 x, y성분 vx, vy를 시간 t에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 그림에서 물체의 운동이 일정한 가속도로 직선 운동을 하고 있기 때문이다. 이는 그림에서 vx, vy가 시간에 따라 일정하게 증가하거나 감소하는 것을 보면 알 수 있다. 따라서 보기에서 "ㄴ"이 옳은 설명이다.
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3. 그림은 두 물체 A, B가 동시에 던져지는 것을 나타낸 것이다. 수평면 위의 점 O로부터 높이 h인 지점에서 수평 방향으로 vA의 속력으로 던져진 A가 O로부터 수평 방향으로 거리 h/2 만큼 떨어진 지점에서 연직 위로 vB의 속력으로 던져진 B와 충돌한다.

vA : vB는? (단, 중력가속도는 일정하고, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. 1 : 2
  2. 1 : 3
  3. 2 : 1
  4. 3 : 1
  5. 3 : 2
(정답률: 알수없음)
  • A와 B가 충돌하는 지점에서의 수평 방향 속도는 같다. 따라서 A와 B가 충돌하기 전까지의 시간 동안 A와 B가 이동한 거리는 같다. A와 B가 충돌하기 전까지 A가 이동한 거리는 h/2이고, 이동한 시간은 h/2vA이다. B가 이동한 거리는 h이고, 이동한 시간은 h/vB이다. 이 두 거리와 시간이 같으므로 다음 식이 성립한다.

    h/2vA = h/vB

    이를 정리하면 vA : vB = 1 : 2가 된다.
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4. 그림은 질량 m인 인공위성이 질량 M인 행성을 중심으로 등속 원운동하는 것을 나타낸 것이다.

인공위성의 운동에너지가 E0일때, 궤도 반지름은? (단, 만유인력 상수는 G이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 인공위성의 운동에너지는 운동속도의 제곱에 질량의 반을 곱한 것과 같다. 따라서, E0 = (1/2)mv2 이다. 이 운동에너지는 중력장에서의 위치에 따라 변하지 않으므로, 인공위성의 운동반경 r과 중력장에서의 위치에 따른 위치에너지 U(r)의 합이 상수가 된다. 즉, E0 = U(r) - G(Mm)/r 이다. 여기서 U(r)은 중력장에서의 위치에 따른 위치에너지이며, 행성의 질량 중심에서 인공위성까지의 거리가 r일 때 U(r) = -G(Mm)/r 이다. 따라서, E0 = -G(Mm)/r - G(Mm)/r = -2G(Mm)/r 이다. 이를 정리하면, r = -2G(Mm)/E0 이므로, 정답은 "" 이다.
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5. 다음은 용수철진자의 주기를 측정하는 실험 과정의 일부이다.

이에 대해 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 철수, 영희
  4. 철수, 민수
  5. 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 용수철진자의 주기를 측정하는 실험 과정에서는 용수철진자가 한 번 왕복하는 시간을 측정하면 된다. 이를 위해 용수철진자를 충분히 높이 들어올린 후, 충분한 시간이 지난 후에 용수철진자가 왕복하는 시간을 측정한다. 이때, 측정된 시간은 용수철진자의 주기가 된다.

    따라서, 영희와 민수가 함께 측정을 하면 더욱 정확한 측정이 가능하다. 철수가 함께 측정을 한다고 해도, 두 사람이 함께 측정하는 것보다는 불확실성이 높아지기 때문에 영희와 민수가 옳은 선택이다. 따라서, 정답은 "영희, 민수"이다.
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6. 그림은 일정량의 이상기체의 상태가 A → B → C → A를 따라 변하는 과정에서 부피 V와 절대 온도 T 의 관계를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는 이상기체의 부피와 절대온도는 일정한 비례 관계를 가지기 때문이다. 이를 표현한 것이 그림에서의 직선 AB이다. 따라서 부피와 절대온도의 관계를 나타내는 그래프는 직선이 되며, 이상기체의 상태 변화 과정에서도 이 비례 관계가 유지된다.
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7. 그림 (가)는 이상기체가 평형 상태에 있는 모습을 나타낸 것이다. (가)의 이상기체에 일정 시간 동안 열을 가했더니 그림 (나)와 같이 이상기체의 부피가 증가한 상태로 피스톤이 정지하였다. 실린더와 피스톤을 통한 외부와의 열 출입은 없다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 대기압은 일정하며, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.) [3점]

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

    - ㄱ: 이상기체에 열을 가하면 분자의 평균 운동 에너지가 증가하고, 이에 따라 분자 간의 상호작용이 감소하여 부피가 증가한다. 따라서, 이상기체에 열을 가하면 부피가 증가한다.
    - ㄴ: 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시하므로, 피스톤이 움직이면서 일어나는 일은 외부에서 가해지는 압력과 내부에서 가해지는 압력의 차이에 의해 결정된다. 이 때, 이상기체의 부피가 증가하면 내부에서 가해지는 압력이 감소하므로, 피스톤은 상승한다.
    - ㄷ: 이상기체의 부피가 증가하면서 내부에서 가해지는 압력이 감소하므로, 피스톤은 상승한다. 이 때, 이상기체의 온도는 일정하므로, 이상기체의 압력도 일정하다. 따라서, 외부에서 가해지는 압력도 일정하다. 이에 따라, 피스톤이 상승하면서 내부에서 가해지는 압력과 외부에서 가해지는 압력이 서로 균형을 이루게 되고, 피스톤은 정지한다.
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8. 그림은 전하량이 각각 +q, -q 인 두 점전하가 일정 거리만큼 떨어진 상태로 고정되어 있는 것을 나타낸 것이다. 점a, b는 두 점전하를 잇는 선과 수직인 선 위의 점이고, b에서 두 점전하까지의 거리는 서로 같다.

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"과 "ㄷ"이 옳은 것이다.

    - "ㄱ"은 두 점전하 사이의 중심에서의 전위는 0이며, 이는 두 점전하가 같은 크기의 반대 방향의 전하를 가지고 있기 때문이다.
    - "ㄷ"는 두 점전하 사이의 중심에서의 전기장은 0이 아니며, 이는 두 점전하가 서로 다른 크기의 전하를 가지고 있기 때문이다. 중심에서 멀어질수록 전기장은 강해지며, 중심에서 멀어질 때의 전기장의 크기는 $E = frac{kq}{r^2}$로 주어진다.
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9. 그림 (가)는 전하량 -q 인 물체가 오른쪽으로 직선 운동하는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 이 물체의 운동 경로상의 전위를 위치에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 전기력 이외의 힘과 전자기파의 발생은 무시한다.) [3점]

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

    - ㄱ. 물체의 운동 방향과 전위의 변화 방향이 일치한다는 법칙은 성립하지 않는다. 따라서 옳지 않다.
    - ㄴ. 전하량이 음수이므로 전위는 오른쪽으로 갈수록 감소한다. 이에 따라 그림 (나)에서 전위가 감소하는 것이 옳다.
    - ㄷ. 전위의 변화량은 전하량과 전위차에 비례한다. 따라서 전하량이 일정하게 유지되는 경우, 전위차가 커질수록 전위의 변화량도 커진다. 이에 따라 그림 (나)에서 전위차가 커지는 구간에서 전위의 변화량이 가장 큰 것이 옳다.
    - ㄷ. 위에서 설명한 것과 같이, 전하량이 일정하게 유지되는 경우 전위차가 커질수록 전위의 변화량도 커지므로, 그림 (나)에서 전위차가 커지는 구간에서 전위의 변화량이 가장 큰 것이 옳다.
    - ㄱ, ㄴ, ㄷ. ㄱ은 옳지 않으므로 제외한다. ㄴ과 ㄷ는 위에서 설명한 것과 같이 옳은 내용이므로, 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.
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10. 그림과 같이 동일한 저항 3개와 동일한 전지 2개를 이용하여 회로를 구성하였다. 스위치를 A에 연결 하였을 때, 점 a에 흐르는 전류는 I0이고 점 b와 c 사이에 걸리는 전압은 V0이다.

스위치를 B에 연결하였을 때, 점 a에 흐르는 전류와 점 b, c 사이에 걸리는 전압을 각각 I0, V0과 옳게 비교한 것은? (단, 전지의 내부 저항은 무시한다.) (순서대로 전류, 전압)

  1. I0보다 크다, V0보다 크다
  2. I0보다 크다, V0보다 작다
  3. I0과 같다, V0과 같다
  4. I0보다 작다, V0보다 크다
  5. I0보다 작다, V0보다 작다
(정답률: 알수없음)
  • 스위치 A에 연결된 경우, 전기회로는 직렬 연결이므로 전류는 모든 저항에서 동일하게 흐르게 된다. 따라서 점 a에 흐르는 전류 I0은 스위치 B에 연결된 경우와 동일하다. 그러나 스위치 B에 연결된 경우, 전기회로는 병렬 연결이므로 전류는 각 저항에서 분할되어 흐르게 된다. 따라서 점 a에 흐르는 전류는 I0보다 작아지게 된다. 또한, 병렬 연결된 저항들은 동일한 전압을 가지게 되므로 점 b와 c 사이에 걸리는 전압은 스위치 A에 연결된 경우와 동일하게 V0이 되지만, 점 a와 b 사이에 걸리는 전압은 스위치 B에 연결된 경우에는 더 작아지게 된다. 따라서 정답은 "I0보다 작다, V0보다 크다"이다.
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11. 그림은 저항값이 R인 저항 3개, 가변저항, 전기용량이 C인 축전기를 전압이 V로 일정한 전원장치에 연결한 것을 나타낸 것이다.

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. 가변저항을 조절하여 전압을 조절할 수 있다.
    - ㄷ. 축전기는 전류가 흐르는 동안 전하를 저장하고, 전류가 차단되면 저장된 전하를 방출하여 전압을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 축전기를 사용하면 일시적인 전압 변동에도 안정적인 전압을 유지할 수 있다.
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12. 그림은 xy평면에서 전하량 +q, 질량 m인 물체가 운동한 경로를 나타낸 것이다. 수평면에서 +x방향과 45°의 각으로 속력 v0으로 던져진 물체는 포물선 운동을 하여 xy평면에 수직이고 균일한 자기장 영역으로 입사한 후, 등속도 운동하다가 자기장을 벗어나 포물선 운동을 하여 수평면의 한 지점에 떨어졌다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력가속도는 g이다.) [3점]

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

    - ㄱ. 물체는 자기장에 들어가면서 등속도 운동을 한다.

    이는 그림에서 볼 수 있듯이 자기장에 들어가면서 속도가 감소하고, 자기장을 벗어나면 다시 초기 속도로 돌아가는 포물선 운동을 하기 때문에 틀린 설명이다.

    - ㄴ. 물체는 자기장 안에서 운동하면서 일정한 각속도로 회전한다.

    자기장 안에서 물체는 자기장의 영향을 받아서 일정한 각속도로 회전하게 된다. 이는 그림에서 볼 수 있듯이 물체가 자기장 안에서 곡선 운동을 하면서 회전하는 모습으로 나타난다.

    - ㄷ. 물체가 떨어지는 지점에서의 속도는 v0cos45°이다.

    물체가 떨어지는 지점에서의 수평속도는 처음에 던져진 속도인 v0cos45°와 같다. 이는 그림에서 볼 수 있듯이 물체가 자기장을 벗어나기 전까지는 수평방향으로 등속도 운동을 하기 때문이다.
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13. 그림 (가)와 (나)는 전자가 세 번째 들뜬 상태(n=4)에서 각각 바닥상태(n=1)와 두 번째 들뜬 상태(n=3)로 전이하면서 전자기파를 방출하는 것을 보어의 수소 원자 모형에 따라 모식적으로 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이는 전자가 두 번째 들뜬 상태에서 바닥상태로 전이하면서 전자기파를 방출하는 것을 나타내기 때문이다. 그림 (가)는 세 번째 들뜬 상태에서 바닥상태로 전이하면서 전자기파를 방출하는 것을 나타내고, 그림 (나)는 세 번째 들뜬 상태에서 두 번째 들뜬 상태로 전이하면서 전자기파를 방출하는 것을 나타낸다.
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14. 다음은 밀리컨의 기름방울 실험 과정의 일부와 그 결과 및 분석이다.

(가)와 (나)에 들어갈 것으로 옳은 것은? (단, 중력가속도는 g이다.) (순서대로 가, 나)

(정답률: 알수없음)
  • 가) (1) 1.0, (2) 0.5
    나) (1) 2.0, (2) 1.0

    이유: 밀리컨의 기름방울 실험에서는 기름방울이 수직으로 움직이면서 중력과 마찰력이 작용한다. 이때 마찰력은 기름방울의 속도에 비례하므로, 속도가 증가할수록 마찰력도 증가한다. 따라서 초기 속도가 높을수록 기름방울이 빠르게 감속하게 되고, 이에 따라 시간당 이동 거리도 줄어들게 된다. 따라서 (1)은 초기 속도가 높을수록 시간당 이동 거리가 적어지므로 1.0보다 작은 값이 되어야 하고, (2)는 초기 속도가 높을수록 총 이동 거리가 적어지므로 0.5보다 작은 값이 되어야 한다. 마찬가지로 초기 속도가 높을수록 기름방울이 빠르게 감속하므로 (1)은 2.0보다 큰 값이 되어야 하고, (2)는 초기 속도가 높을수록 총 이동 거리가 적어지므로 1.0보다 큰 값이 되어야 한다. 따라서 정답은 ""이다.
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15. 그림과 같이 저항값이 같은 두 저항 R1과 R2, 전기용량이 C인 두 축전기, 자체유도계수가 L인 코일, 교류 전원을 이용하여 회로를 구성하였다. 교류 전원의 진동수는 이고, 전압의 실효값은 일정하다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    이 회로는 병렬 회로와 직렬 회로가 결합된 형태이다. 따라서 전류는 각 분기점에서 나뉘어져 각각의 분기로 흐르게 된다.

    먼저, R1과 R2가 병렬로 연결되어 있으므로, 전압은 두 저항에 모두 동일하게 걸리게 된다. 따라서, R1과 R2를 통과하는 전류는 각각 다르게 된다.

    다음으로, C1과 C2가 직렬로 연결되어 있으므로, 전류는 두 축전기를 통과할 때 각각 다르게 된다.

    마지막으로, 코일은 전류의 방향에 따라 자기장을 생성하게 되는데, 이 자기장은 전류의 방향에 따라 방향이 바뀌게 된다. 따라서, 교류 전원에서 생성되는 전류가 코일을 통과할 때마다 자기장의 방향이 바뀌게 되므로, 코일을 통과하는 전류는 시간에 따라 변화하게 된다.

    따라서, 이 회로에서는 각 요소들이 서로 다른 전류를 흐르게 하므로, 전류의 크기와 방향은 시간에 따라 변화하게 된다. 이에 따라, 보기에서 "ㄴ"이 정답이 된다.
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16. 그림은 러더퍼드의 α입자 산란실험에서 α입자가 금속 원자핵 주위에서 산란되는 것을 모식적으로 나타낸 것이다.

이에 대해 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. 영희
  2. 민수
  3. 철수
  4. 영희, 민수
  5. 영희, 철수
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "영희"가 옳게 말한 이유는 다음과 같다. 그림은 러더퍼드의 α입자 산란실험을 모식적으로 나타낸 것이다. α입자는 금속 원자핵 주위에서 산란되며, 이는 원자핵의 양성 전하와 α입자의 양성 전하가 서로 반발력을 일으키기 때문이다. 따라서, "영희"가 말한 것처럼 α입자는 금속 원자핵 주위에서 산란된다.
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17. 그림은 원자핵이 β 붕괴하여 전자 1개를 방출하는 것을 모식적으로 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ, X 원자핵은 β- 붕괴를 일으키는 핵종이다." 이다. 그림에서 X 원자핵이 β- 붕괴를 일으켜 전자를 방출하는 것을 보여주고 있기 때문이다. "ㄱ"은 X 원자핵이 α 붕괴를 일으키는 핵종이라는 잘못된 설명이고, "ㄴ"은 X 원자핵이 γ 방출을 일으키는 핵종이라는 잘못된 설명이다. "ㄱ, ㄴ"은 둘 다 잘못된 설명이므로 정답이 될 수 없고, "ㄴ, ㄷ"는 β+ 붕괴를 일으키는 핵종에 대한 설명이므로 X 원자핵과 관련이 없다.
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18. 다음은 폴로늄, 중수소, 붕소 원자핵의 핵반응식이다.

그림은 입자 (가), (나), (다)가 종이면에 수직으로 들어가는 방향의 균일한 자기장 영역에 같은 속도로 동시에 입사하여 운동한 경로 a, b, c를 나타낸 것이다.

(가), (나), (다)의 경로로 옳은 것은? (단, 전자기파 발생은 무시한다.) (순서대로 가, 나, 다)[3점]

  1. a, b, c
  2. a, c, b
  3. b, a, c
  4. b, c, a
  5. c, b, a
(정답률: 알수없음)
  • 입자가 자기장 영역에 진입하면서 전자기력에 의해 힘이 작용하게 된다. 이 때, 힘의 방향은 입자의 운동 방향과 수직이며, 입자의 운동 방향에 따라 힘의 크기가 달라진다.

    (가)의 경우, 폴로늄 핵반응식에서 α 입자가 방출되어 운동하는데, α 입자는 양성자 2개와 중성자 2개로 이루어진 헬륨 원자핵이므로 전하를 가지고 있지 않다. 따라서 자기장 영역에 진입하면서 힘이 작용하지 않으며, 직선 경로인 a를 따라 운동한다.

    (나)의 경우, 중수소 핵반응식에서 중성자가 방출되어 운동하는데, 중성자는 전하를 가지고 있지 않으므로 자기장 영역에 진입하면서 힘이 작용하지 않는다. 따라서 직선 경로인 b를 따라 운동한다.

    (다)의 경우, 붕소 핵반응식에서 β 입자가 방출되어 운동하는데, β 입자는 전하를 가지고 있으므로 자기장 영역에 진입하면서 전자기력에 의해 힘이 작용한다. 이 때, 힘의 방향은 입자의 운동 방향과 반대 방향이므로, 경로 c를 따라 운동하게 된다.

    따라서 옳은 경로는 "b, c, a"이다.
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19. 그림 (가)는 xy평면에서 질량 m인 물체 A가 +x방향으로 등속도 운동하고, 질량 2m인 물체 B는 -y방향으로 등속도 운동하는 모습을 나타낸 것으로, t0초일 때 두 물체는 점 O에서 충돌한다. 그림 (나)는 A에 대한 B의 상대속도의 x, y성분 vx, vy를 시간에 따라 나타낸 것이다.

점 O에 대한 A, B의 운동을 설명한 것으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

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

    - "ㄱ"은 잘못된 설명이다. 그림 (가)에서 A와 B는 서로 다른 방향으로 등속도 운동하고 있으므로 상대속도는 일정하지 않다.
    - "ㄴ"은 옳은 설명이다. 그림 (나)에서 B의 상대속도는 x축 방향으로 일정하게 유지되고, y축 방향으로는 충돌 직전까지 점점 빨라지는 것을 볼 수 있다. 이는 B가 충돌 직전까지 y축 방향으로 등속도 운동하다가 A와 충돌하면서 x축 방향으로 운동하게 되기 때문이다.
    - "ㄷ"는 옳은 설명이다. 그림 (나)에서 A와 B의 상대속도는 충돌 직전까지 y축 방향으로 일정하게 유지되다가, 충돌 시점에서는 x축 방향으로 운동하게 된다. 이는 A와 B가 충돌 시점에서 서로의 운동 방향이 완전히 반대되기 때문이다.
    - "ㄱ, ㄷ"는 잘못된 설명이다. 상대속도는 일정하지 않으므로, 충돌 시점에서 A와 B의 운동 방향이 반대되는 것은 "ㄷ"만 옳은 설명이다.
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20. 그림 (가)와 (나)는 실의 한 쪽 끝에 질량이 각각 M1, M2인 추를 매달고, 유리관 속을 통과시킨 실의 다른 쪽 끝에는 질량 m인 고무마개를 달아 각각 원운동시키는 모습을 나타낸 것이다. (가)와 (나)에서 유리관 끝 O에서 고무마개까지의 실의 길이는 각각 l 이고, 실과 수평면이 이루는 각은 각각 30°와 60°이며, 고무마개는 수평면에서 등속 원운동을 한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 실과 유리관 사이의 마찰, 고무마개의 크기, 유리관의 굵기는 무시하고, 유리관은 고정되어 있다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • (가)와 (나)에서 모두 중력과 마찰력이 작용하므로, 고무마개의 등속 원운동은 가능하지 않다. 따라서 보기 중 "ㄷ"는 틀린 설명이다. (가)에서는 중력과 마찰력이 고무마개를 아래로 끌어당기는 힘을 만들어내므로, 고무마개는 아래로 움직이며 실이 유리관을 통과할 수 있다. 반면 (나)에서는 중력과 마찰력이 고무마개를 위로 밀어주는 힘을 만들어내므로, 고무마개는 위로 움직이며 실이 유리관을 통과할 수 있다. 따라서 (가)와 (나)에서 고무마개의 움직임은 서로 반대 방향이다. 이에 따라 보기 중 "ㄱ, ㄴ"이 정답이다.
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