수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2008-11-13)

수능(물리II)
(2008-11-13 기출문제)

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1. 그림은 철수가 날린 모형비행기가 날아가는 운동 경로상의 점 A, B, C를 나타낸 것이다. A, B, C는 동일 연직면에 있다.

A에서 C까지 날아가는 동안 모형비행기의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    이유: A에서 C까지의 운동은 일정한 가속도로 직선운동을 하는 것이다. 따라서 모형비행기의 속도는 점점 증가하고, 이에 따라 운동 경로상에서 이동하는 거리도 점점 멀어진다. 이는 그림에서 보이는 것처럼 운동 경로가 직선에 가까워지는 것을 의미한다.
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2. 그림은 물체 A 를 수평면으로부터 높이 2h 인 지점에서 속력 v0 으로, 물체 B를 수평면으로부터 높이 h 인 지점에서 속력 2v0 으로 던지는 모습을 나타낸 것이다.

A와 B가 수평면에 도달하는 순간의 속력이 같을 때, 높이 h 는? (단, 중력 가속도는 g 이고, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.)

(정답률: 알수없음)
  • A와 B가 수평면에 도달하는 순간의 속력이 같다는 것은, A와 B가 동일한 시간에 수평면에 도달한다는 것을 의미한다. 따라서 A와 B의 수직 운동에서 거리는 같아야 한다. A는 2h의 높이에서 출발하고, B는 h의 높이에서 출발하므로, A와 B의 수직 운동에서의 거리 비율은 2:1이다. 그러므로 h는 전체 높이인 3h의 1/3인 이다.
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3. 그림 (가)와 같이 수평면과 일정한 각을 이루는 줄을 따라 일정한 속도로 올라가는 승강기 안의 철수가 물체를 가만히 놓았다. 그림 (나)는 철수가 물체를 놓는 순간부터 승강기 속도와 물체 속도의 연직 방향 성분을 시간에 따라 나타낸 것이다.

승강기와 물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기 저항은 무시하고, 줄은 늘어나지 않는다.) [3점]

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

    - "ㄴ"은 승강기와 물체가 수직 방향으로 같은 가속도로 운동하기 때문이다. 승강기와 물체는 모두 중력 가속도와 같은 가속도로 올라가기 때문에 수직 방향의 속도 변화율이 같다.
    - "ㄷ"는 승강기와 물체가 수평 방향으로 상대적인 속도를 유지하기 때문이다. 승강기와 물체는 모두 수평 방향으로 같은 속도로 운동하기 때문에 상대적인 속도는 일정하다.
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4. 그림은 xy평면에서 운동하는 질량이 각각 1kg인 물체 A와 B가 충돌하기 직전까지 위치의 x, y성분을 시간에 따라 나타낸 것이다. A와 B는 1 초일 때 충돌하고 한 덩어리가 되어 등속 운동한다.

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

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

    ㄱ. A와 B의 운동량은 보존된다.
    - 충돌하기 전과 후의 운동량을 계산해보면, A의 운동량은 (1, 0)에서 (0, 1)로 바뀌고, B의 운동량은 (0, 1)에서 (1, 0)으로 바뀐다. 따라서 A와 B의 운동량 벡터의 합은 충돌 전후로 모두 (1, 1)로 일정하므로 운동량은 보존된다.

    ㄴ. A와 B의 운동에너지는 보존된다.
    - 충돌 전과 후의 운동에너지를 계산해보면, 충돌 전에는 A와 B의 운동에너지의 합이 2J였지만, 충돌 후에는 한 덩어리가 되어 등속 운동하므로 운동에너지는 1J로 감소한다. 따라서 운동에너지는 보존되지 않는다.

    ㄷ. A와 B의 충돌 시간은 1/2초이다.
    - A와 B가 충돌하기 직전까지의 운동 경로를 보면, A와 B는 서로 대각선 방향으로 이동하다가 충돌 지점에서 수직으로 이동한다. 이때 A와 B의 이동 거리는 각각 1m이므로, 이동 속도가 1m/s일 때 충돌하는 데 걸리는 시간은 1초/2 = 0.5초이다. 따라서 A와 B의 충돌 시간은 0.5초이다.
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5. 그림은 행성으로부터 멀어지는 방향으로 직선 운동하는 물체 A와, 행성을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 따라 운동하는 물체 B 를 나타낸 것이다. 궤도 위의 점 p 와 q 는 각각 행성에서 가장 가까운 점과 가장 먼 점이다. A와 B는 질량이 같고 p 를 통과할 때 속력이 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B 사이의 만유인력은 무시하고, 행성에 의한 만유인력의 크기가 0 인 지점에서 위치에너지는 0 이다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 옳은 것이다.

    먼저 A와 B는 질량이 같고 p를 통과할 때 속력이 같으므로, 운동에너지는 같다. 따라서 위치에너지가 다르다는 것은 중력에 의한 위치에너지 차이이다.

    점 p에서는 물체가 행성에 가장 가까이 있으므로 중력이 가장 크다. 따라서 p에서의 위치에너지는 가장 작다.

    점 q에서는 물체가 행성으로부터 가장 멀리 떨어져 있으므로 중력이 가장 작다. 따라서 q에서의 위치에너지는 가장 크다.

    따라서, 보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 옳다.
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6. 그림은 일정량의 이상기체 상태가 A→B→C→A를 따라 변화할 때 압력과 부피의 관계를 나타낸 것이다.

A→B 과정에서 이상기체가 외부로부터 받은 열량을 Q0이라 할 때, 이 이상기체에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 것은 "ㄱ, ㄴ"이다. A→B 과정에서 이상기체가 받은 열량 Q0은 B에서의 온도 상승에 의해 결정되며, 이는 B에서의 엔탈피 증가량으로 나타낼 수 있다. 따라서, 보기 중에서 엔탈피 변화량에 대한 설명인 "ㄴ"도 옳다. 그러나, 이상기체가 받은 열량 Q0이 일정한 값이라는 것은 보장되지 않으므로, "ㄷ"는 옳지 않다.
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7. 그림과 같이 전압이 V 로 일정한 전원장치에 충전되지 않은 두 축전기 A와 B, 저항값이 3 Ω 인 저항, 스위치 S1, S2를 연결하고, S1만 닫아 A를 완전히 충전시켰다. A, B의 전기용량은 각각 C1, C2 이다.

S1을 열고 S2 를 닫은 후 저항에 전류가 흐르지 않을 때, 축전기에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    - 충전된 A와 충전되지 않은 B 사이에 전위차가 발생하므로 S2를 닫으면 전류가 흐르게 된다.
    - 이 때, A와 B의 전하량은 같으므로 전하량이 큰 A에서 전하량이 작은 B로 전하가 이동하게 된다.
    - 이동하는 동안 A의 전하량은 감소하고 B의 전하량은 증가하므로, 전위차가 발생하게 된다.
    - 이러한 과정에서 전하가 이동하는 양은 Q = C1V 이며, 이 때 V는 A의 초기 전압이다.
    - 따라서, B의 최종 전압은 V - Q/C2 이고, 이 값은 A의 최종 전압보다 작다.
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8. 그림은 물레 위의 도자기가 회전하는 모습을 나타낸 것이다. 도자기 바깥면의 두 점 A, B는 동일한 주기로 등속 원운동한다.

A, B 의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    ㄱ. A, B는 등속 원운동을 하고 있으며, 도자기가 회전하면서 A, B도 함께 회전하므로 A, B의 운동은 원운동과 함께 회전운동을 하고 있다.

    ㄴ. A, B는 동일한 주기로 운동하므로, A, B의 운동은 같은 주기와 진폭을 가진 등속 운동이다.

    ㄷ. A, B의 운동은 도자기의 회전 방향과 반대 방향으로 움직이고 있으며, 이는 도자기 위에서 바라볼 때 시계 반대 방향으로 회전하는 것과 같다.
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9. 그림 (가)는 이상기체가 들어 있는 단열된 실린더가 단열된 피스톤에 의해 부피가 같은 두 영역 A, B로 나누어진 것을 나타낸 것이다. A와 B의 이상기체 입자수는 같고, A의 온도는 B의 온도보다 낮으며, 피스톤은 핀으로 고정되어 있다. 그림 (나)는 (가)에서 핀이 제거된 두 피스톤이 화살표 방향으로 움직인 상태에서 다시 핀으로 고정된 모습을 나타낸 것으로, 영역 C의 부피는 A의 부피보다 작고, 영역 D의 부피는 B의 부피보다 크다.

실린더 안의 이상기체에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤과 실린더를 통한 기체의 이동은 없고, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄷ"는 A와 B의 이상기체 입자수가 같기 때문에 옳다. 이상기체의 입자수는 부피와 상관없이 일정하기 때문에, A와 B의 입자수가 같다면 C와 D의 입자수도 같아야 한다. 따라서 C와 D의 부피가 서로 다르기 때문에, C의 온도는 D의 온도보다 달라지게 된다. 이에 따라 C와 D의 압력도 달라지게 되는데, 이는 피스톤이 이동하면서 일어나는 일이므로 이 문제에서는 고려하지 않는다.
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10. 그림과 같이 저항 3개, 기전력이 E인 전지 2 개, 스위치를 이용하여 회로를 구성하였다. 스위치가 열려 있을 때 점 a 에 흐르는 전류의 세기는 1A이다.

이 회로에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 전지의 내부 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 설명이다.

    점 a에서의 전류는 1A이므로, 이에 해당하는 전압은 1V이다. 따라서, a와 b 사이의 전압은 1V이고, b와 c 사이의 전압도 1V이다. 이는 각각 1개의 저항이 있기 때문에 저항의 값과 같다.

    따라서, 스위치가 열려 있을 때, a와 b 사이의 전압이 1V이므로, b와 c 사이의 전압도 1V가 되어야 한다. 이를 위해서는 전지 2개가 직렬로 연결되어야 하며, 이 때 각 전지의 전압은 1V가 된다.

    따라서, "ㄱ, ㄴ"이 옳은 설명이다.
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11. 그림은 원점 O 에서 같은 거리만큼 떨어져 x축 위에 고정되어 있는 두 점전하 A, B에 의한 점 P에서의 전기장을 나타낸 것이다. 전기장의 방향은 +x 방향이고, P는 y 축 위의 점이다.

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

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

    ㄴ. 점 P에서의 전기장은 A와 B의 전기장 벡터의 합이다.
    - 전기장은 전하에 의해 발생하는 벡터이며, 여러 전하가 있을 경우 각 전하가 만든 전기장 벡터를 벡터합하여 전체 전기장을 구할 수 있다. 따라서 점 P에서의 전기장은 A와 B의 전기장 벡터의 합이다.

    ㄷ. 점 P에서의 전기장 크기는 2kQ/d이다.
    - 전기장 크기는 전하와 거리에 비례하며, 여러 전하가 있을 경우 각 전하가 만든 전기장 벡터의 크기를 벡터합하여 전체 전기장의 크기를 구할 수 있다. 따라서 점 P에서의 전기장 크기는 A와 B의 전기장 벡터의 크기를 더한 값인 2kQ/d이다.
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12. 그림과 같이 전하량+q, 질량 m인 대전 입자를 수평면에 수직으로 들어가는 방향의 균일한 자기장 영역에 일정한 속력 v 로 입사시켰더니, 입자가 점 O를 중심으로 등속 원운동하며 운동 경로상의 점 A, B를 차례대로 지나 자기장 영역을 통과하였다. 점 O, A, B, C는 동일 수평면에 있고, A와 C 사이의 거리는 d, B와 C 사이의 거리는 3d 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 전자기파 발생은 무시한다.)

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

    ㄱ. 입자는 자기장 영역에서 등속 직선 운동을 하다가, 자기장의 영향으로 인해 등속 원운동을 하게 된다. 이는 로렌츠 힘에 의한 결과이다.

    ㄴ. 입자가 자기장 영역을 통과할 때, 자기장의 방향과 입자의 속도 방향이 수직이므로, 입자에 작용하는 로렌츠 힘은 최대가 된다. 따라서, 입자는 자기장 영역을 통과할 때, 최대한 큰 반경으로 원운동을 하게 된다.

    ㄷ. 입자가 자기장 영역을 통과한 후에도 등속 원운동을 유지하므로, 입자에 작용하는 로렌츠 힘과 반지름의 크기는 일정하다. 따라서, 입자가 자기장 영역을 통과한 후에도 등속 원운동을 유지하면서, 운동 경로상에서 일정한 거리를 이동하게 된다. 이는 A와 C 사이의 거리가 d, B와 C 사이의 거리가 3d인 이유이다.
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13. 다음은 철수, 영희, 민수가 전자기파 발생에 대해 나눈 대화이다.

옳게 말한 사람만을 있는 대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 민수
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 영희와 민수가 맞았다. 전자기파는 진동하는 전자장이다. 이 전자장은 전자를 통해 전파되며, 전자기파는 전자기장과 자기장으로 이루어져 있다.
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14. 그림과 같이 저항값이 R 인 저항, 전기용량이 C, 2C인 두 축전기, 자체 유도계수가 L 인 코일, 스위치, 교류전원을 이용하여 회로를 구성하였다. 교류 전원의 진동수는 이고, 전압의 실효값은 일정하다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 옳은 것은 "ㄷ"이다.

    이 회로는 RLC 직렬 회로로, 스위치가 닫히면 전류가 흐르게 되어 코일에 자기장이 생기고, 이 자기장이 저항과 축전기를 통해 에너지를 저장하게 된다. 그리고 스위치가 열리면 저장된 에너지가 저항을 통해 방전되면서 회로를 돌아가게 된다. 이 때, 진동수가 이므로, 이 회로는 고주파 AC 신호를 필터링하는 역할을 한다. 따라서, 이 회로는 고주파 노이즈를 제거하는 데에 사용될 수 있다.
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15. 다음은 음극선 발생장치를 이용하여 음극선의 성질을 알아보는 실험이다.

실험 결과에 대해 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. 철수
  2. 영희
  3. 민수
  4. 철수, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 음극선은 음전자가 가속되어 일정한 속도로 이동하면서 방출되는 전자기파이다. 따라서, 음극선은 전자기파의 성질을 가지며, 전자기파는 직진하면서도 굴절, 반사, 회절 등의 현상을 보인다. 이 실험에서도 음극선은 직진하면서도 유리판에서 굴절하고, 금속판에서 반사하며, 두 개의 금속판 사이에서 회절하는 현상을 보인다. 따라서, "철수"와 "민수"가 정답이다. "영희"는 실험 결과와 관련이 없으며, "철수, 영희, 민수"는 "철수"와 "민수"를 모두 포함하고 있으므로 불필요한 정보이다.
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16. (나)에서 방출되는 빛의 파장 사이의 관계로 옳은 것은?(16번 공통지문 문제)

(정답률: 알수없음)
  • 빛의 파장과 주파수는 반비례 관계에 있으며, 파장이 짧을수록 주파수가 높아지고 파장이 길수록 주파수가 낮아진다. 따라서 ""가 정답이다.
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17. 다음은 비스무트(Bi)가 붕괴되어 납(Pb)이 되는 핵붕괴 과정을 나타낸 것이다.

(가)의 원자번호와 (나)의 입자로 옳은 것은? (순서대로 (가)의 원자번호, (나)의 입자) [3점]

  1. 82, 중성자
  2. 83, a 입자
  3. 83, 양성자
  4. 84, 중성자
  5. 84, a 입자
(정답률: 알수없음)
  • 정답: 84, a 입자

    이유: 비스무트(Bi)의 원자번호는 83이고, 핵붕괴 과정에서 알파 입자(a 입자)가 방출되면서 2개의 중성자가 생성되어 납(Pb)의 원자번호는 82가 된다. 따라서, (가)의 원자번호는 84이고, (나)의 입자는 a 입자이다.
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18. 다음은 중성자(n)가 양성자(p)로 바뀌면서 전자(e)를 방출하는 베타(β) 붕괴와 쿼크에 대한 설명이다.

위의 β 붕괴에서 (가)와 (나)에 해당하는 입자로 옳은 것은? (단, e 는 1.6×10-19C이다.) (순서대로 가, 나)

  1. p, n
  2. p, e
  3. n, e
  4. n, p
  5. e, n
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "p, n"

    이유:
    - β 붕괴는 핵에서 중성자가 양성자로 변화하면서 전자를 방출하는 과정이다.
    - 따라서 (가)는 양성자(p)가 되고, (나)는 전자(e)가 된다.
    - 중성자는 양성자와 전자를 합친 것과 같은 입자이므로, 중성자가 양성자로 변화하면서 전자를 방출하는 것은 양성자(p)와 중성자(n)로 분해되는 것과 같다.
    - 따라서 (가)는 양성자(p), (나)는 중성자(n)이 된다.
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19. 그림 (가)는 두 물체 A, B가 마찰이 없는 실험대의 구멍을 통과하는 실로 연결되어 있고, 물체 C가 벽에 고정된 용수철에 연결되어 있는 모습을 나타낸 것이다. A 는 구멍을 중심으로 반지름 R 인 등속 원운동을 하고, B는 정지한 상태로 지면 위에 매달려 있으며, C는 정지해 있다. 그림 (나)는 (가)에서 실이 끊어진 후, 등속도 운동하던 A 가 C 와 완전비탄성 충돌하여 진폭 L 로 단진동하는 모습을 나타낸 것이다.

A, B, C의 질량이 모두 같을 때, 단진동의 주기는? (단, 중력 가속도는 g 이고, 물체의 크기, 용수철의 질량, 실의 질량은 무시한다.)

(정답률: 알수없음)
  • 등속운동하던 A가 C와 충돌하여 단진동을 하게 되면, 운동 에너지는 완전히 소멸되고, 이를 대신하는 운동 에너지는 없으므로 운동 에너지는 모두 열 에너지로 전환된다. 따라서, 운동 에너지 보존 법칙에 의해 C와 A의 충돌 전과 후의 운동 에너지의 합은 일정하다. A의 운동 에너지는 1/2mV^2, C의 운동 에너지는 1/2kL^2이므로, 이를 합한 값이 일정하다는 것을 이용하여 주기를 구할 수 있다. 주기는 2π√(m/k)이므로, m과 k가 같을 때 주기는 2π√(1/1) = 2π이다. 따라서, 정답은 ""이다.
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