수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2009-07-14)

수능(물리II)
(2009-07-14 기출문제)

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1. 그림은 영희와 철수가 각각 5 m/s, 8 m/s의 일정한 속력으로 경주로의 A, B 지점을 동시에 통과하고 있는 모습을 나타낸 것이다. 경주로는 60 m의 직선 및 40m의 곡선으로 이루어져 있으며 A, B는 각각 직선과 곡선 경주로가 시작되는 지점이다.

영희가 A 지점을 지나는 순간부터 B 지점을 지나는 순간까지 영희와 철수의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    영희와 철수는 각각 일정한 속력으로 움직이므로, 거리와 시간은 비례한다. 따라서 A 지점에서 출발한 후 B 지점에서 만날 때까지 영희와 철수가 이동한 거리의 비율은 그대로 유지된다. 그러므로 영희와 철수가 이동한 거리의 비율은 6:10 = 3:5 이다. 이에 따라 영희와 철수의 이동 경로를 그리면 "ㄱ" 모양이 된다.
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2. 그림은 수평면과 빗면의 경계인 A점에서 빗면을 따라 10 m/s의 속력으로 쏘아올린 물체가 1초 후 빗면의 B점을 통과하는 것을 나타낸 것이다. 빗면의 경사각은 30°이다.

이 물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10m/s2이고, 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 물체의 운동이 등속운동이라는 것을 나타낸다. 이는 물체가 수평면에서는 아무런 가속도가 작용하지 않기 때문이다. "ㄷ"는 물체가 빗면을 따라 자유낙하운동을 한다는 것을 나타낸다. 이는 중력만이 작용하기 때문이다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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3. 그림 (가), (나)는 정지 상태인 공 B, C에 공 A를 7 m/s의 속도로 각각 충돌시킬 때, 충돌 직전과 직후 A, B, C의 속도를 눈금 간격이 같은 모눈종이 위에 화살표로 나타낸 것이다. 실선 화살표는 충돌 직전, 점선 화살표는 충돌 직후 공의 속도이며 세 공의 질량은 같다.

(가)의 경우가 (나)의 경우보다 더 큰 물리량만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • (가)와 (나)의 경우 모두 운동량 보존 법칙과 에너지 보존 법칙이 성립한다. 그러나 (가)의 경우에는 충돌 후 공 A의 속도가 완전히 반대 방향으로 바뀌어서 역방향 운동을 하게 되므로, 운동량 변화량이 더 크다. 따라서 정답은 "ㄱ, ㄷ" 이다.
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4. 그림은 수평면에서 연직 위로 던져진 질량 7 kg의 물체 A가 질량이 3 kg, 4 kg인 두 조각 B, C로 분리되어 동시에 수평면에 떨어진 것을 나타낸 것이다.

A가 던져진 지점으로부터 B, C가 떨어진 지점까지의 거리를 각각 RB, RC라 할 때, RB : RC는? (단, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.)

  1. 1 : 1
  2. 3 : 4
  3. 4 : 3
  4. 9 : 16
  5. 16 : 9
(정답률: 알수없음)
  • 두 조각 B, C가 떨어지는 위치는 물체 A가 던져진 위치에서 같은 시간에 떨어지는 위치이다. 따라서 두 조각의 떨어지는 위치는 물체 A가 떨어지는 위치를 중심으로 대칭이다. 그리고 대칭축은 B와 C의 질량 비율에 따라 나뉜다. 따라서 RB : RC = 4 : 3 이다.
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5. 그림은 질량이 m으로 같은 두 인공위성 A, B가 질량 M인 지구 주위를 등속 원운동하고 있는 것을 나타낸 것이다. A, B의 궤도 반지름은 각각 r, 2r이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B에는 지구에 의한 만유인력만 작용하며, 만유인력 상수는 G이다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ, A, B의 중심에서의 만유인력은 서로 같으므로, A, B는 서로 중심을 향해 가속도를 가지며, 이는 서로를 향해 인력을 발생시킨다. 이 인력은 반대 방향으로 작용하므로 A, B는 서로를 향해 가속하며, 이는 서로를 향해 인력을 발생시킨다. 이러한 인력은 반대 방향으로 작용하므로 A, B는 서로를 향해 가속하며, 이는 서로를 향해 인력을 발생시킨다. 이러한 인력은 반대 방향으로 작용하므로 A, B는 서로를 향해 점점 가까워지며, 결국 충돌하게 된다." 이유에 대한 설명이다.
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6. 그림은 구형의 통 안에서 질량이 같은 두 오토바이 A, B가 같은 각속도로 수평면과 나란하게 등속 원운동하는 모습을 나타낸 것이다. 원운동하고 있는 궤도의 반지름은 B가 A보다 크다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 오토바이 질량은 사람의 질량을 포함하고, 오토바이의 크기는 무시한다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ, 오토바이 B의 운동 에너지가 오토바이 A의 운동 에너지보다 크다." 이다. 이유는 운동 에너지는 1/2mv^2로 계산되는데, B의 궤도 반지름이 A보다 크기 때문에 B는 더 빠른 속도로 움직이게 된다. 따라서 B의 운동 에너지는 A보다 크게 된다.
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7. 정지 상태인 엘리베이터 안에서 같은 주기로 단진동하는 용수철 진자 A와 단진자 B가 있다. 그림 (가)는 가속도 a의 방향이 연직 위인 엘리베이터 안에서, (나)는 가속도 a의 방향이 연직 아래인 엘리베이터 안에서 단진동하는 A, B를 각각 나타낸 것이다.

(가), (나)에서 A와 B의 주기를 각각 TA, TB라 할 때, TA와 TB의 크기를 옳게 비교한 것은? (순서대로 가, 나) [3점]

  1. TA = TB, TA = TB
  2. TA > TB, TA > TB
  3. TA < TB, TA < TB
  4. TA > TB, TA < TB
  5. TA < TB, TA > TB
(정답률: 알수없음)
  • 정지 상태인 엘리베이터 안에서는 A와 B의 주기가 같으므로 "TA = TB"이다. 그러나 엘리베이터가 가속하면 A와 B는 서로 다른 가속도를 받게 되므로 주기가 달라진다. (가)에서는 A가 엘리베이터와 같은 방향으로 가속하므로 A의 주기가 더 길어지고, 따라서 "TA > TB"이다. (나)에서는 A가 엘리베이터와 반대 방향으로 가속하므로 A의 주기가 더 짧아지고, 따라서 "TA < TB"이다. 따라서 정답은 "TA > TB, TA < TB"이다.
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8. 그림은 양(＋)으로 대전된 머리카락과 머리카락 주변에 형성된 등전위선들을 나타낸 것이다.

머리카락 주변의 세 지점 A, B, C에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 A, B, C 지점에서의 등전위선이 모두 양(+)으로 향하고 있기 때문이다. 이는 머리카락 주변에 양(+)의 전하가 모여있음을 나타낸다.
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9. 그림은 같은 몰수의 동일한 이상기체가 각각 들어있는 단열된 실린더 A와 상자 B에 저항값이 같은 니크롬선을 설치한 후 전원장치에 연결한 것을 나타낸 것이고, 표는 스위치를 닫기 전 A, B 안의 기체 상태를 나타낸 것이다. 스위치를 닫았더니 A의 기체 부피가 서서히 증가하였다.

A, B 안의 기체에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 피스톤 및 B를 통한 기체의 이동은 없고, 니크롬선에서 발생한 열은 모두 기체가 흡수한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 것은 "ㄱ, ㄴ"이다. 스위치를 닫으면 니크롬선에서 발생한 열이 모두 기체에 흡수되므로, A 안의 기체 온도가 증가하고 압력이 증가한다. 이에 따라 A 안의 기체 부피가 증가하고, B 안의 기체는 A 안의 기체로 이동하여 압력이 감소한다. 따라서 A 안의 기체 부피가 증가하고, B 안의 기체 부피가 감소한다. 이로 인해 A 안의 기체의 몰수는 변하지 않고, B 안의 기체의 몰수는 감소한다.
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10. 다음은 온도에 따른 기체 압력 변화를 알아보기 위한 실험 과정과 결과이다.

이 실험에 대해 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 민수
  3. 철수, 영희
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중에서 "철수, 영희, 민수"가 옳다. 이유는 온도가 증가함에 따라 기체의 압력도 증가하기 때문이다. 따라서, 100도에서는 1.0, 200도에서는 2.0, 300도에서는 3.0의 압력을 가지게 된다. 이에 따라, 철수는 100도에서 1.0의 압력을 측정하고, 200도에서는 2.0의 압력을 측정하였으며, 민수는 300도에서 3.0의 압력을 측정하였다. 따라서, "철수, 영희, 민수"가 옳은 보기이다.
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11. 그림은 질량 m이고 전하량 Q이며 양(＋)으로 대전된 입자가 균일한 중력장과 전기장이 있는 영역에서 등속도 운동하고 있는 것을 나타낸 것이다. 입자의 운동방향은 +x방향, 중력장의 방향은 -y방향이다.

전기장의 방향과 세기를 옳게 짝지은 것은? (단, 중력 가속도는 g이고, 입자에 작용하는 중력과 전기력 이외의 힘은 무시한다.) (순서대로 방향, 세기)

(정답률: 알수없음)
  • 전기장의 방향은 +y 방향이며, 세기는 F = QE로 입자에 작용하는 전기력의 크기와 같다. 중력과 전기력이 서로 상쇄되어 등속도 운동을 하고 있으므로, 전기력의 크기는 중력의 크기와 같다. 따라서 전기장의 세기는 g와 같다. 따라서 정답은 ""이다.
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12. 그림 (가)와 같이 회로를 구성한 후, 가변 저항의 저항값을 변화시키면서 전압과 전류를 측정하여 기록하였더니 (나)의 실선과 같은 결과를 얻었다.

기전력 및 내부저항이 (가)에서 사용한 것과 같은 전지를 이용하여 (나)의 점선과 같은 결과를 얻기 위한 전지의 연결 방법은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다. 이유는 (가)와 (나)의 회로에서 가변 저항을 조절하여 전압과 전류를 측정하는 부분이 동일하므로, 전압과 전류의 값이 같아지도록 전지의 연결 방법을 조절해야 한다. ""은 전지의 +극과 -극을 가변 저항과 직렬로 연결하는 방법으로, 이 경우 전압과 전류의 값이 변화하면서 (나)의 실선과 같은 결과를 얻을 수 있다.
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13. 그림과 같이 전기용량이 같은 축전기 A와 B, 저항 4개, 스위치, 전지를 사용하여 회로를 구성한 후, 스위치를 닫아 A, B를 완전히 충전시켰다.

A, B에 저장된 전하량을 각각 QA, QB라 할 때, QA : QB는? [3점]

  1. 1 : 1
  2. 1 : 2
  3. 1 : 3
  4. 2 : 1
  5. 3 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 스위치가 닫히면 A와 B가 직렬로 연결되어 전기용량이 CAB = CA + CB가 되고, 전지의 전압 V가 가해진다. 이때, 전하량은 Q = CV이므로 A와 B에 저장된 전하량은 각각 QA = CAV, QB = CBV가 된다. 따라서 QA : QB = CA : CB = 1 : 3이다.
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14. 그림과 같이 저항 3개, 전지 2개, 스위치를 사용하여 회로를 구성하였다.

스위치가 열려 있을 때 R2의 소비 전력을 Poff, 스위치가 닫혀 있을 때 R2의 소비 전력을 Pon이라 할 때, Poff : Pon는? (단, 전지의 내부저항은 무시한다.) [3점]

  1. 1 : 1
  2. 1 : 3
  3. 1 : 9
  4. 3 : 1
  5. 9 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 스위치가 열려 있을 때, R2는 병렬로 연결된 R1과 R3과 함께 전압이 분배되어 전압이 가장 작은 R2에 가해지므로 R2의 소비 전력은 가장 작다. 따라서 Poff는 가장 작은 전력이다. 스위치가 닫혀 있을 때, R1, R2, R3은 직렬로 연결되어 전압이 동일하게 가해지므로 R2의 소비 전력은 가장 크다. 따라서 Pon은 가장 큰 전력이다. 따라서 Poff : Pon = 1 : 1 이다.
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15. 그림과 같이 재질과 굵기가 일정하고 중심점이 O인 반원형 금속막대, 저항 2개, 검류계, 전지를 사용하여 회로를 구성하였다. 검류계의 한 단자 P는 금속막대에 접촉되어 O를 중심으로 점 A에서 점 B까지 회전할 수 있다. 회전각 θ는 ∠AOP이다.

θ가 0°에서 180°가 되도록 P를 서서히 회전시킬 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 금속막대와 검류계 사이에는 전기적 연결이 없기 때문에 회로가 완전히 닫히지 않아 전류가 흐르지 않기 때문이다. 따라서 검류계는 아무런 반응도 나타내지 않는다.
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16. 그림 (가)는 방사광을 발생시키는 방사광 가속기이고, (나)는 방사광을 사용하여 살아있는 모기의 내부를 촬영한 것이다. 방사광은 전자가 가속될 때 발생되는 전자기파의 한 종류이다.

이에 대해 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. 영희
  2. 민수
  3. 철수, 영희
  4. 철수, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 가속기는 방사광을 발생시키는 장치이며, 방사광은 전자가 가속될 때 발생되는 전자기파의 한 종류이다. 이 방사광을 사용하여 모기의 내부를 촬영한 것이 (나)이다. 따라서, 이 문제에서 옳게 말한 사람은 "철수, 영희"이다.
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17. 그림은 종이면에 수직으로 들어가는 방향의 균일한 자기장 영역에서 두 대전 입자 A, B가 반지름이 각각 r, 2r인 원궤도를 그리며 같은 속력으로 운동하고 있는 것을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 각각 m, 2m이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B에 작용하는 자기력 이외의 힘은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ"이다. 이유는 A, B에 작용하는 자기력은 서로 같은 크기를 가지고 방향이 반대이므로 서로 상쇄되어 영향을 미치지 않는다. 따라서 A, B는 서로 독립적으로 운동하며, 각각의 운동은 중심력 운동이므로 원궤도를 그리게 된다. A의 반지름이 B의 반지름의 절반인 것은 질량이 2배 차이나기 때문에 중심력이 다르기 때문이다.
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18. 그림은 포탄을 포함한 질량이 각각 m, 3m인 장난감 대포 A, B를 실에 연결하여 도르래에 걸친 후 수평면으로부터 높이가 h와 5h가 되도록 손으로 잡고 있는 모습을 나타낸 것이다. 손을 놓은 후 A, B가 같은 높이를 지나는 순간 두 대포가 수평방향으로만 힘을 작용하여 포탄을 동시에 발사하였다. A, B에서 발사된 포탄은 각각 a, b이다.

포탄이 발사된 시각부터 b가 수평면에 도달하는 순간까지, a, b의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 g이고, 실의 질량, 대포의 크기 및 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

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

    ㄱ. A, B에서 발사된 포탄은 수평방향으로만 힘이 작용하므로, 수평방향으로 등속운동을 한다. 따라서, a, b는 수평방향으로 등속운동을 한다.

    ㄴ. A, B에서 발사된 포탄은 수직방향으로 중력의 영향을 받으므로, 수직방향으로 자유낙하운동을 한다. 따라서, a, b는 수직방향으로 자유낙하운동을 한다.

    ㄷ. 포탄이 발사된 시각부터 b가 수평면에 도달하는 순간까지의 시간은 a와 b가 같은 높이를 지나는 시간과 같다. 두 포탄이 같은 높이를 지나는 순간은 a가 수직방향으로 올라가는 동안 b가 수직방향으로 내려가는 동안이다. 이때, a와 b의 수직방향 이동거리는 같으므로, 두 포탄이 같은 높이를 지나는 시간은 같다.
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19. 그림은 균일한 전기장과 자기장이 있는 영역 S에 전하량 Q로 대전된 입자를 +x방향의 속력 v 로 입사시켰을 때, 입자가 S에서 등속도 운동하고 있는 것을 나타낸 것이다. 균일한 자기장의 방향은 +z방향이다.

대전 입자가 S를 통과하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, S에서 입자에 작용하는 전기력과 자기력 이외의 힘은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 전기력과 자기력이 서로 직교하므로, 입자는 S에서 x-z 평면 위를 따라 등속 직선 운동을 한다는 것이다. "ㄷ"는 입자의 운동 방향이 x-z 평면 위를 따라 등속 직선 운동이므로, 입자의 운동 방향과 자기장의 방향이 서로 수직이기 때문에 자기력은 입자에게 수직 방향으로 작용하게 된다. 따라서, 입자는 자기력에 의해 y축 방향으로 원운동을 하게 된다.
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20. 그림 (가)는 주파수를 변화시킬 수 있는 교류전원에 저항 R, 코일L, 축전기 C를 연결한 회로이다. 그림 (나)는 교류전원의 주파수에 따라 R에 흐르는 전류의 세기를 나타낸 것으로, f0 는 회로에 흐르는 전류가 최대일 때의 교류전원 주파수이다.

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)
  • 보기 중 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.

    - ㄴ: 그림 (가)의 회로에서 R, L, C는 직렬로 연결되어 있으므로, 전류의 크기는 주파수에 따라 변화한다. 따라서 그림 (나)와 같이 주파수에 따른 전류의 크기 변화를 보인다.
    - ㄷ: 그림 (가)의 회로에서 R, L, C는 공진 주파수가 존재하며, 이 때 전류가 최대가 된다. 따라서 그림 (나)에서 f0는 전류가 최대일 때의 주파수이다.
    - ㄱ, ㄴ: 그림 (가)의 회로에서 R, L, C는 공진 주파수가 존재하며, 이 때 전류가 최대가 된다. 따라서 그림 (나)에서 f0는 전류가 최대일 때의 주파수이다. 또한, 공진 주파수 주변에서는 전류의 크기가 급격히 변화하므로, 그림 (나)에서 f0 주변에서는 전류의 크기 변화가 가장 크다.
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