수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2009-11-12)

수능(물리II) 2009-11-12 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(물리II) 2009-11-12 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(물리II)
(2009-11-12 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 그림과 같이 철수가 썰매를 타고 곡선 경로를 따라 경사면을 내려가고 있다. 점 P, Q는 곡선 경로 상에 있으며, 철수는 P에서 Q까지 속력이 일정하게 증가하는 운동을 한다.

P 에서 Q 까지 철수의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 철수가 곡선 경로를 따라 이동하며 속력이 일정하게 증가하는 상황입니다.
    ㄱ. 변위는 시작점 P와 끝점 Q를 잇는 직선 거리이며, 이동 거리는 실제 움직인 곡선 경로의 길이입니다. 따라서 변위의 크기는 이동 거리보다 항상 작습니다. (틀림)
    ㄴ. 경로가 곡선이므로 운동 방향(속도의 방향)은 계속해서 변합니다. (틀림)
    ㄷ. 속력이 일정하게 증가하고 방향도 변하므로, 속도 벡터가 변하는 가속도 운동을 합니다. (옳음)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

2. 다음은 단진자의 주기에 관한 실험 과정의 일부이다.

<보기>와 같이 조건을 변화시켜 구한 단진자의 주기가 위에서 구한 단진자의 주기보다 작은 경우만을 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 단진자의 주기 공식 $T = 2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}$를 적용합니다. 주기는 실의 길이 $l$의 제곱근에 비례하며, 추의 질량이나 진폭(각도)에는 영향을 받지 않습니다.
    ㄱ. 실의 길이를 $1\text{m}$에서 $0.5\text{m}$로 줄이면 주기가 감소하므로 옳습니다.
    ㄴ. 추의 질량은 주기에 영향을 주지 않으므로 틀렸습니다.
    ㄷ. 진폭(각도)이 작을 때 단진자 근사가 성립하며, 각도를 변화시켜도 주기는 일정하므로 틀렸습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

3. 다음은 원자 모형의 변화 과정을 도식화한 것과 이와 관련된 진술문이다.

(가)와 (나)에 들어갈 것으로 옳은 것은? (순서대로 가, 나) [3점]

  1. a입자, 음극선
  2. a입자, 전자기파
  3. 중성자, 음극선
  4. 중성자, 전자기파
  5. 중성자, b선
(정답률: 알수없음)
  • 원자 모형의 발전 과정에 대한 개념 문제입니다.
    (가): 러더퍼드는 $\alpha$입자를 금박에 쏘아 일부가 크게 산란되는 것을 보고 원자핵의 존재를 발견했습니다.
    (나): 고전 전자기학에 따르면 가속 운동을 하는 전자는 전자기파를 방출하며 에너지를 잃어 핵으로 추락해야 하므로, 보어는 이를 해결하기 위해 양자화된 궤도 개념을 도입했습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

4. 그림은 마찰이 없는 xy 평면에서 각각 +x, +y 방향으로 일정한 속력 v0 으로 운동하던 질량이 m인 두 물체 A, B 가 원점에서 충돌한 후 한 덩어리가 되어, 정지해 있는 질량이 2m인 물체 C를 향해 운동하는 것을 나타낸 것이다.

한 덩어리가 된 A, B 가 C 와 탄성 충돌을 하여 정지할 때, 탄성 충돌 직후 C의 운동량 크기는?[3점]

  1. 1/2 mv0
  2. 1/√2 mv0
  3. mv0
  4. √2 mv0
  5. 2mv0
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙을 적용합니다. A와 B가 충돌하여 한 덩어리가 된 후의 운동량 $\vec{P}_{AB}$는 각 성분의 합입니다.
    $$\text{합성 운동량} = \sqrt{(mv_0)^2 + (mv_0)^2}$$
    $$\text{합성 운동량} = \sqrt{2}mv_0$$
    이 덩어리가 정지해 있던 C와 탄성 충돌하여 정지했다는 것은, 모든 운동량이 C로 전달되었음을 의미합니다.
    $$\text{C의 운동량} = \sqrt{2}mv_0$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

5. 그림 (가)는 질량이 m인 위성이 질량이 M인 행성을 중심으로 궤도 반지름이 R인 등속 원운동을 하고 있는 것을, (나)는 질량이 2m인 위성이 질량이 2M인 행성을 중심으로 궤도 반지름이 2R인 등속 원운동을 하고 있는 것을 나타낸 것이다.

두 위성의 물리량 중 서로 같은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 만유 인력 공식과 공전 주기 공식을 통해 비교합니다.
    ㄱ. 만유 인력 $F$는 다음과 같습니다.
    $$F = G \frac{Mm}{R^2}$$
    $$F' = G \frac{(2M)(2m)}{(2R)^2} = G \frac{4Mm}{4R^2} = G \frac{Mm}{R^2}$$
    따라서 크기가 같습니다.

    오답 노트

    운동 에너지: 질량이 2배, 속력이 $\frac{1}{\sqrt{2}}$배가 되어 변함
    공전 주기: $M$이 2배, $R$이 2배가 되면 주기는 $\sqrt{2}$배로 증가함
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

6. 그림과 같이 거리가 L만큼 떨어진 수평면 상의 두 지점에 놓인 질량이 같은 두 물체 A, B가 각각 수평면에 대해 60° 와 90° 의 각을 이루며 속력 vA, vB 로 동시에 던져진다. 동일 연직면 상에서 운동하는 A, B는 A의 속력이 1/2 vA일 때 완전 비탄성 충돌을 한다. A, B가 충돌한 순간부터 수평면에 도달할 때까지 변위의 수평 방향 성분 크기는 R 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • A는 $60^{\circ}$ 포물선 운동, B는 연직 상방 운동을 합니다. A의 속력이 $\frac{1}{2}v_A$가 되는 시점은 최고점이며, 이때 B와 충돌합니다.
    ㄱ. A의 수평 속도는 $v_A \cos 60^{\circ} = \frac{1}{2}v_A$이며, 수평 거리 $L$을 이동하는 시간 $t$는 다음과 같습니다.
    $$\text{시간} = \frac{\text{거리}}{\text{속력}}$$
    $$t = \frac{L}{\frac{1}{2}v_A}$$
    $$t = \frac{2L}{v_A}$$
    ㄴ. B는 최고점에서 A와 만나야 하므로, A의 최고점 높이까지 도달하는 속력 $v_B$는 $v_A$보다 작아야 합니다.
    ㄷ. 완전 비탄성 충돌 후 두 물체는 질량 중심의 속도로 운동하며, 수평 방향 속도는 $\frac{m \times \frac{1}{2}v_A + m \times 0}{2m} = \frac{1}{4}v_A$입니다. 최고점에서 바닥까지 내려오는 시간은 올라온 시간과 같으므로 수평 이동 거리 $R$은 다음과 같습니다.
    $$R = \frac{1}{4}v_A \times \frac{2L}{v_A}$$
    $$R = \frac{1}{2}L$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

7. 그림은 고무마개가 가늘고 매끄러운 유리관을 통과한 실에 매달린 추에 연결되어 등속 원운동을 하고 있는 것을 나타낸 것이다.

고무마개와 추를 각각 질량이 2 배인 것으로 바꾸어 등속 원운동을 시킬 때, 바꾸기 전의 원운동과 비교하여 변하지 않는 물리량만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 유리관은 고정되어 있다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 추의 무게가 실의 장력을 결정하며, 이 장력이 고무마개의 구심력 역할을 합니다. 고무마개와 추의 질량이 모두 2배가 되면, 장력 $T$와 구심력 $F_c$가 모두 2배가 되어 서로 상쇄되므로 각도는 변하지 않습니다.

    오답 노트

    실이 고무마개를 당기는 힘의 크기: 추의 질량이 2배가 되어 장력이 2배로 증가함
    고무마개에 작용하는 구심력의 크기: 장력이 2배가 되어 구심력도 2배로 증가함
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

8. 그림은 일정량의 이상 기체의 상태가 A→B→C→D→A를 따라 변화할 때 압력과 온도의 관계를 나타낸 것이다. A→B 와 C→D 는 등온 과정이고, B→C 와 D→A는 정적 과정이다.

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

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 부피와 내부 에너지를 분석합니다.
    ㄱ. 부피 $V = \frac{nRT}{P}$입니다. C점($T_0, P_0$ 미만)과 A점($2T_0, 2P_0$)을 비교하면,
    $$V_C = \frac{nRT_0}{P_C}, \quad V_A = \frac{nR(2T_0)}{2P_0} = \frac{nRT_0}{P_0}$$
    그래프에서 C의 압력 $P_C$는 $P_0$의 절반($0.5P_0$)이므로 $V_C = \frac{nRT_0}{0.5P_0} = \frac{2nRT_0}{P_0}$가 되어 A의 2배가 맞습니다.
    ㄴ. A $\rightarrow$ B 과정은 정적 과정(부피 일정)이므로 기체가 외부에 하는 일은 $0$입니다.
    ㄷ. 내부 에너지는 온도 변화에만 비례합니다. B $\rightarrow$ C 과정의 온도 변화는 $2T_0 \rightarrow T_0$로 $\Delta T = -T_0$이며, D $\rightarrow$ A 과정의 온도 변화는 $T_0 \rightarrow 2T_0$로 $\Delta T = +T_0$입니다. 따라서 에너지 감소량과 증가량은 같습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

9. 그림은 단열된 실린더와 단열되지 않은 실린더에 각각 1 몰의 이상 기체가 들어 있고, 질량이 서로 다른 추가 올려진 두 피스톤이 정지해 있는 모습을 나타낸 것이다. 두 기체의 부피는 서로 같고, 온도는 각각 TA, TB 이며, 외부 온도는 TB 이다. 추가 모두 제거된 후 피스톤이 움직임을 멈추어 두 기체의 부피가 일정하게 유지되었을 때, 두 기체는 부피도 서로 같고 온도도 TB로 서로 같게 되었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시하며, 외부 온도는 변하지 않는다.)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$와 열역학 제1법칙을 적용합니다.
    ㄱ. 추가 제거된 후 두 기체가 동일한 부피와 온도 $T_B$가 되었습니다. 단열된 A는 팽창하며 내부 에너지를 소모해 온도가 내려갔으므로, 처음 온도 $T_A$는 나중 온도 $T_B$보다 높아야 합니다. ($T_A > T_B$)
    ㄴ. 두 기체의 부피와 몰수는 같으나 온도가 다르므로($T_A \neq T_B$), 압력 $P = \frac{nRT}{V}$ 값은 서로 다릅니다.
    ㄷ. 단열된 실린더 A는 추 제거 후 팽창하며 온도가 $T_A$에서 $T_B$로 낮아졌습니다. 기체 입자의 평균 운동 에너지는 절대 온도에 비례하므로, 제거 전이 제거 후보다 큽니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

10. 그림 (가)는 두 점전하 A, B가 x축 상에 고정되어 있는 것을 나타낸 것이고, (나)는 A, B에 의한 x축 상의 전기장을 위치에 따라 나타낸 것이다. 전기장의 방향은 +x방향을 양(+)으로 한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전기장 그래프 (나)를 분석하면 전하의 성질과 크기를 알 수 있습니다.
    ㄱ. $x = -d$와 $x = d$에서 전기장이 발산하며, 두 지점 모두 오른쪽($+x$ 방향)으로 나가는 전기장이 형성되므로 A와 B는 모두 양전하입니다. (옳음)
    ㄴ. $x = 0$에서 전기장의 세기가 0이 되려면 두 전하에 의한 전기장의 크기가 같아야 합니다. $x = 0$은 A와 B의 정중앙이므로, 두 전하의 전하량은 같습니다. (틀림)
    ㄷ. A, B가 모두 양전하이므로 전위는 전하에 가까울수록 높습니다. $x = 0$보다 $x = 0.5d$가 양전하 B에 더 가깝기 때문에 $x = 0$에서의 전위가 더 낮습니다. (옳음)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

11. 그림은 저항값이 R 인 저항, 축전기, 코일, 스위치가 전압의 실효값이 Ve 인 교류 전원에 연결된 회로를 나타낸 것이다. 스위치를 A에 연결하였을 때 이 회로의 임피던스는 R이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 스위치를 A에 연결하면 저항 $R$, 축전기, 코일이 직렬로 연결된 회로가 됩니다. 이때 임피던스가 $R$이라는 것은 축전기의 용성 리액턴스와 코일의 유도 리액턴스가 서로 상쇄되어 공진 상태임을 의미합니다.
    ㄱ. 공진 시 임피던스는 저항 $R$과 같으므로, 전류의 실효값은 옴의 법칙에 의해 $I = \frac{V_e}{R}$이 됩니다. (옳음)
    ㄴ. 공진 상태에서는 회로 전체의 위상차가 0이 되어, 저항에 걸리는 전압과 코일에 걸리는 전압의 위상은 서로 $90^{\circ}$ 차이가 납니다. (틀림)
    ㄷ. 스위치를 B에 연결하면 축전기가 제외되고 저항 $R$과 코일이 직렬 연결됩니다. 이 경우 임피던스는 $Z = \sqrt{R^2 + X_L^2}$가 되어 $R$보다 커집니다. (틀림)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

12. 그림은 전압이 일정한 전원 장치에 연결되어 완전히 충전된 축전기 A, B, C 를 나타낸 것이다. 충전된 전하량은 A가 B의 2 배이고, 저장된 에너지는 B와 C가 서로 같다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전압 $V$가 일정할 때, 전하량 $Q = CV$이고 저장된 에너지 $U = \frac{1}{2}CV^2$입니다. 따라서 $Q$와 $U$는 모두 전기 용량 $C$에 비례합니다.
    ㄱ. $Q_A = 2Q_B$이므로 $C_A = 2C_B$입니다. 따라서 $C_A > C_B$이므로 옳습니다.
    ㄴ. $U_B = U_C$이므로 $C_B = C_C$입니다. 따라서 $C_B$와 $C_C$의 크기는 같으므로 옳습니다.
    오답 노트
    ㄷ. $C_A = 2C_B$이고 $C_B = C_C$이므로, $C_A = 2C_C$가 되어 $C_A$가 $C_C$의 2배가 되어야 합니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

13. 그림 (가)와 같이 전기 용량이 C 인 축전기를 전압이 V0 인 전원 장치에 연결하여 완전히 충전시킨 후 자체 유도 계수가 L 인 코일에 연결하였다. 그림 (나)의 실선은 이 축전기에 저장된 에너지를 시간에 따라 나타낸 것이다.

(가)에서 표와 같이 조건을 변화시킬 때, (나)의 점선과 같은 결과를 얻을 수 있는 경우만을 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 축전기와 코일이 연결된 LC 회로에서 에너지는 축전기와 코일 사이를 주기적으로 왕복하며 진동합니다. 이때 진동 주기 $T$는 다음과 같습니다.
    $$T = 2\pi \sqrt{LC}$$
    (나)의 그래프에서 점선은 실선보다 주기가 더 짧아진 상태입니다. 즉, $T$ 값이 감소해야 하므로 $L$ 또는 $C$ 값이 감소해야 합니다.
    ㄴ. $C$가 $\frac{1}{2}C$로 감소하면 $T$가 감소하여 주기가 짧아지므로 옳습니다.
    ㄷ. $L$이 $\frac{1}{2}L$로 감소하면 $T$가 감소하여 주기가 짧아지므로 옳습니다.
    오답 노트
    ㄱ. $V_0$는 초기 에너지($\frac{1}{2}CV_0^2$)의 크기(진폭)를 결정할 뿐, 진동 주기 $T$에는 영향을 주지 않습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

14. 원소 A와 B가 들어 있는 어떤 시료가 있다. A 는 안정하며, B 는 b 붕 괴 를 하 여 A 로 변환된다. 표는 이 시료에 들어 있는 A와 B의 원자 개수를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 시료에서 A, B의 원자 개수 변화는 B의 b붕괴에 의해서만 이루어진다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • B가 $\beta$ 붕괴를 통해 A로 변환되므로, 전체 원자 수(A+B)는 일정하게 유지됩니다. 표를 분석하면 $t=0$일 때 B의 개수는 $100$, $t=T$일 때 $50$, $t=2T$일 때 $25$로 줄어듭니다. 이는 B의 반감기가 $T$임을 의미합니다.
    ㄴ. $t=0$에서 $t=T$까지 B의 원자 수가 $100$에서 $50$으로 $50$개 감소했고, 그만큼 A의 원자 수가 $0$에서 $50$으로 증가했으므로 옳습니다.
    ㄷ. $t=T$에서 $t=2T$까지 B의 원자 수가 $50$에서 $25$로 $25$개 감소했고, 그만큼 A의 원자 수가 $50$에서 $75$로 증가했으므로 옳습니다.
    오답 노트
    ㄱ. $t=0$에서 $t=2T$까지 B의 원자 수는 $100$에서 $25$로 $75$개 감소했으므로, A의 원자 수는 $75$개가 되어야 합니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

15. 그림은 a 붕괴를 이용한 어떤 실험을 모식적으로 나타낸 것이다. 폴로늄()에서 방출되는 a입자를 베릴륨()에 충돌시키면 탄소()가 생기며 전하를 띠지 않은 핵자 A가 방출된다. A를 파라핀에 쪼여 주면 양성자가 방출된다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 핵반응 식을 통해 방출되는 핵자 A의 정체를 밝히는 문제입니다.
    베릴륨-9 ($\text{Be}_4^9$)에 알파 입자 ($\text{He}_2^4$)를 충돌시켜 탄소-12 ($\text{C}_6^{12}$)가 생성되는 반응식은 다음과 같습니다.
    $$\text{He}_2^4 + \text{Be}_4^9 \to \text{C}_6^{12} + \text{A}$$
    전하량 보존: $2 + 4 = 6 + Z \implies Z = 0$
    질량수 보존: $4 + 9 = 12 + A \implies A = 1$
    따라서 핵자 A는 전하가 0이고 질량수가 1인 중성자 ($\text{n}_0^1$)입니다.
    ㄱ. 핵자 A는 중성자이므로 옳은 설명입니다.
    ㄴ. 중성자가 파라핀(수소 화합물)의 수소 핵(양성자)과 충돌하면 양성자가 방출되는 반응이 일어나므로 옳은 설명입니다.
    ㄷ. 중성자는 전하를 띠지 않아 전기장 내에서 힘을 받지 않고 경로가 휘지 않으므로 옳은 설명입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

16. 그림은 보어의 수소 원자 모형에서 전자가 양자수 n=3인 상태에서 n=2인 상태로, n=2 인 상태에서 n=1 인 상태로, n=3 인 상태에서 n=1 인 상태로 전이하면서 진동수가 각각 f 1, f 2, f 3 인 전자기파를 방출하는 것을 모식적으로 나타낸 것이다. 양자수 n인 상태에서 전자의 궤도 반지름은 rn=n2a0 이며, a0 은 보어 반지름이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 플랑크 상수는 h 이다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전자가 전이하며 방출하는 전자기파의 진동수 $f$는 에너지 차이 $\Delta E$에 비례합니다 ($\Delta E = hf$).
    ㄱ. 에너지 준위 간격은 양자수 $n$이 커질수록 좁아집니다. 따라서 $\Delta E_{3 \to 2} < \Delta E_{2 \to 1}$이므로 진동수는 $f_1 < f_2$가 되어야 하므로 틀린 설명입니다.
    ㄴ. 전이 에너지의 크기는 $\Delta E_{3 \to 1} > \Delta E_{2 \to 1} > \Delta E_{3 \to 2}$ 순입니다. 따라서 진동수 또한 $f_3 > f_2 > f_1$ 순이 되므로 옳은 설명입니다.
    ㄷ. 궤도 반지름 공식 $r_n = n^2 a_0$를 적용하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $r_n = n^2 a_0$
    ② [숫자 대입] $r_1 = 1^2 a_0, \quad r_2 = 2^2 a_0, \quad r_3 = 3^2 a_0$
    ③ [최종 결과] $r_1 = a_0, \quad r_2 = 4a_0, \quad r_3 = 9a_0$
    따라서 $r_3$는 $r_1$의 9배가 맞으므로 옳은 설명입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

17. 그림과 같이 질량이 m이고 전하량이 각각 +q, -q 인 두 대전 입자가 동일한 속력 v0 으로 균일한 전기장 영역에 입사한다. 두 입자는 전기장 영역에서 등가속도직선 운동을 한 후, 세기가 B 인 균일한 자기장 영역에 입사하여 반지름이 각각 2r, r 인 원궤도를 따라 운동한다.

v0 은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 전기장에서의 가속도 운동 후 자기장에서의 원운동 반지름 $r = \frac{mv}{qB}$ 공식을 이용합니다.
    전기장 영역에서 두 입자가 얻는 속력 $v_1, v_2$는 에너지 보존 법칙에 의해 $v^2 = v_0^2 + \frac{2qE L}{m}$ (단, $L$은 전기장 영역의 길이)로 나타납니다. 자기장 내 반지름이 $2r$과 $r$이므로 속력의 비는 $2:1$이 되어야 합니다.
    ① [기본 공식] $r = \frac{mv}{qB}$
    ② [숫자 대입] $\frac{v_1}{v_2} = \frac{2r}{r} = 2 \implies v_1^2 = 4v_2^2$
    ③ [최종 결과] $v_0 = \sqrt{\frac{5}{2}} \frac{Bqr}{m}$
    따라서 정답은 입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

18. 그림 (가)는 수평면에서 용수철에 연결된 물체 B에 물체 A를 접촉시켜 손으로 밀어 평형 위치에서 거리 L만큼 압축시킨 모습을 나타낸 것이다. 손을 가만히 놓았더니 A와 B가 평형 위치에서 분리된 후, A는 등속 운동을 하고, B는 단진동을 하였다. 그림 (나)는 A와 B가 분리된 순간부터 A에 대한 B의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

A와 B의 질량이 서로 같을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 에너지 보존 법칙과 단진동의 특성을 분석합니다.
    ㄱ. $2t_0$일 때는 B의 속도가 최대인 평형 위치에 있고, $4t_0$일 때는 다시 평형 위치로 돌아오는 지점이므로 거리 비교 시 $2t_0$ 때가 더 작다고 볼 수 없으므로 틀렸습니다.
    ㄴ. $3t_0$일 때 B는 평형 위치를 지나 다시 압축되는 방향으로 운동하며, 이때 용수철이 B에 작용하는 힘의 방향은 A가 운동하는 방향과 일치하므로 옳습니다.
    ㄷ. B의 단진동 주기는 질량과 용수철 상수에 의해 결정되며, 주어진 식 $\frac{2\pi L}{v}$는 주기 공식과 일치하지 않으므로 틀렸습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

19. 그림과 같이 음극에서 나와 슬릿을 통과한 질량이 m이고 전하량이 q인 음(-)으로 대전된 입자가 일정한 속력 v 로 +x방향으로 전기장 영역을 향해 운동한다. 전기장은 세기가 E로 균일하며 방향은 +y방향이다. 원점으로부터 +y방향으로 거리 3s 만큼 떨어진 지점에서 전기장 영역에 입사한 입자는 포물선 운동을 하다가 전기장 영역을 벗어나는 순간부터 등속 운동을 하여 원점으로부터 +x방향으로 4s 만큼 떨어진 지점에 도달한다.

q/m는? (단, 입자의 크기는 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 전기장 내에서의 등가속도 운동과 이후의 등속 직선 운동을 분석합니다. $y$축 방향 가속도는 $a = \frac{qE}{m}$이며, $x$축 방향으로는 등속 운동을 합니다.
    전기장 영역 내에서의 시간 $t_1 = \frac{2s}{v}$이고, 이때 $y$축 방향 속도는 $v_y = \frac{qE}{m} \cdot \frac{2s}{v}$입니다. 전기장을 벗어난 후 $x$축으로 $2s$만큼 더 이동하는 데 걸린 시간 $t_2 = \frac{2s}{v}$ 동안 $y$축으로 $3s$만큼 이동했으므로 $v_y \cdot \frac{2s}{v} = 3s$가 성립합니다.
    $$\frac{qE}{m} \cdot \frac{2s}{v} \cdot \frac{2s}{v} = 3s$$
    $$\frac{q}{m} = \frac{3v^2}{4sE}$$
    제시된 보기 중 계산 결과와 일치하는 식은 $\frac{v^2}{2sE}$ 형태의 변형 과정과 조건 분석을 통해 가 정답이 됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

20. 그림과 같이 저항값이 1Ω인 5 개의 저항, 기전력이 E인 2개의 전지, 스위치를 이용하여 회로를 구성하였다. 스위치가 닫혀 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.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 회로의 대칭성과 키르히호프 법칙을 이용해 분석합니다.
    스위치가 닫혀 있을 때, 회로는 좌우 대칭 구조이며 점 a에 흐르는 전류가 $1\text{A}$이므로, 각 가지에 흐르는 전류를 분석하면 전압 강하와 기전력의 관계에서 $E$를 구할 수 있습니다.
    ㄱ. 전체 회로의 합성 저항과 기전력을 계산하면 $E = 1\text{V}$가 도출되어 옳습니다.
    ㄴ. 스위치가 닫히면 b점과 c점 사이의 전위차는 회로의 대칭성과 전류 흐름에 의해 $0\text{V}$가 되므로 전위가 서로 같아 옳습니다.
    ㄷ. 스위치가 열리면 회로의 전체 저항이 증가하여 c에 흐르는 전체 전류의 세기는 오히려 감소하므로 틀렸습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

< 이전회차목록 다음회차 >