수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2012-11-08)

수능(물리II)
(2012-11-08 기출문제)

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1. 그림과 같이 벌과 나비가 각각 곡선과 직선 경로를 따라 점 P 에서 점 Q까지 운동하고 있다. P 에서 Q까지 벌과 나비의 이동 시간은 같다.

P에서 Q까지 벌과 나비의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ"입니다. 벌과 나비의 이동 시간이 같으므로, 벌과 나비가 이동한 거리의 비율은 그대로 유지됩니다. 따라서, 벌과 나비가 이동한 거리의 비율과 같은 비율로 P에서 Q까지의 직선 경로를 따라 이동하면 됩니다. 이는 보기 중 "ㄱ"에 해당합니다. 다른 보기들은 벌과 나비의 이동 거리 비율을 고려하지 않았거나, 벌과 나비가 각각 다른 경로를 따라 이동하는 것으로 가정했기 때문에 옳지 않습니다.
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2. 그림은 xy 평면에서 운동하는 질량 2kg인 물체의 속도의 x, y 성분 vx, vy를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

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

    4초일 때 물체는 x축 양의 방향으로 4m/s의 속도로 운동하고 있으며, y축 방향으로는 중력의 영향으로 처음 속도 0에서 시작하여 등가속도 운동을 하고 있다. 따라서 물체의 운동은 x축 방향으로 등속운동을 하고, y축 방향으로는 등가속도 운동을 하고 있다.
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3. 그림과 같이 건물 옥상에서 수평 방향으로 동시에 던져진 물체 A, B가 포물선 운동을 하여 수평면과 각각 30°, 60°의 각을 이루며 떨어졌다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B는 동일 연직면에서 운동하고, 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄷ"인 이유는 A와 B가 동일한 연직면에서 운동하기 때문에 수평 방향으로 던진 초기 속도의 크기와 방향이 동일하다. 따라서 두 물체는 같은 시간에 땅에 도착하게 되며, 떨어지는 거리는 초기 속도의 제곱에 비례하므로 A와 B의 떨어지는 거리는 같다. 그러므로 두 물체는 동시에 땅에 도착하고, 떨어지는 거리도 같으므로 "ㄷ"가 정답이다.
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4. 그림과 같이 xy 평면에서 물체 A, B가 x 축과 각각 45°의 각을 이루며 등속도 운동을 하고 있다. A, B는 원점 O에서 충돌한 후 한 덩어리가 되어 x축을 따라 등속도로 운동한다. A, B의 질량은 각각 1 kg, 2 kg 이고, 충돌 전 A 의 속력은 2m/s이다.

충돌 후 한 덩어리가 된 물체의 속력은? (단, A, B의 크기는 무시한다.)

(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 충돌 전과 후의 운동량은 같아야 한다. 충돌 전 A의 운동량은 $1 times 2 = 2$이다. 충돌 후 덩어리의 속력을 $v$라고 하면, 운동량 보존 법칙에 따라 $3v = 2$가 성립한다. 따라서 $v = frac{2}{3}$이다. 따라서 정답은 ""이다.
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5. 그림과 같이 직선 막대에 고정된 물체 A, B가 점 O를 중심으로 등속 원운동을 하고 있다.

A, B 의 물리량 중 B 가 A 보다 큰 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • B의 물리량은 운동량이나 운동에너지와 같은 양으로 정의되는 것이 아니라, 힘의 크기와 방향에 따라 결정되는 벡터량이다. 따라서 B가 A보다 크다는 것은 B에 작용하는 힘이 A에 작용하는 힘보다 크다는 것을 의미한다. 이 경우 B는 A보다 더 큰 반경을 그리며 원운동을 하게 된다. 따라서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.
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6. 그림 (가)는 행성이 항성을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 따라 운동하는 것을, (나)는 항성 중심으로부터의 거리에 따른 행성의 만유 인력에 의한 위치 에너지를 나타낸 것이다. A, B는 궤도 상의 두 점이다.

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

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

    - ㄱ: 행성은 항성을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 따라 운동한다. 이는 케플러의 타원 궤도 법칙에 따른 것이다.
    - ㄴ: 행성은 항성 중심으로부터의 거리에 따라 위치 에너지가 변화한다. 이는 만유 인력 법칙에 따른 것이다.
    - ㄷ: A와 B는 궤도 상의 두 점으로, A에서 B로 이동할 때 행성의 위치 에너지가 변화하지 않는다. 이는 궤도 상에서의 위치 에너지가 일정하다는 것을 의미한다.
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7. 그림 (가), (나)는 용수철에 연결되어 수평면에서 단진동하는 물체의 운동 에너지와 운동량을 평형 위치로부터의 변위에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ: 운동 에너지와 운동량이 변위가 0일 때 최대값을 가지며, 변위가 증가함에 따라 감소한다. 이는 운동 에너지와 운동량이 위치에 따라 변화하는 특성을 나타낸다.
    - ㄴ: 변위가 최대일 때 운동 에너지와 운동량이 0이 되며, 이는 운동 에너지와 운동량이 위치에 따라 대칭적으로 변화하는 것을 나타낸다.
    - ㄷ: 변위가 증가함에 따라 운동 에너지는 감소하고 운동량은 증가한다. 이는 운동 에너지와 운동량이 위치에 따라 반대로 변화하는 것을 나타낸다.
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8. 그림은 일정량의 이상 기체의 상태가 A→B→C→A 를 따라 변할 때 부피와 온도의 관계를 나타낸 것이다. A→B는 정적 과정, B→C는 단열과정, C→A는 등온 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)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 옳은 이유는 다음과 같다:
    - A→B 과정에서 부피가 감소하면서 온도가 상승하는 것은 압축 과정이기 때문에, 이 과정은 등온 과정이 아닌 정적 과정이다. 따라서 "ㄴ"은 틀린 설명이다.
    - B→C 과정에서 부피가 감소하면서 온도가 감소하는 것은 단열 과정이다. 따라서 "ㄴ, ㄷ"는 틀린 설명이다.
    - C→A 과정에서는 온도가 일정하게 유지되면서 부피가 증가하는 것이므로 등온 과정이다. 따라서 "ㄱ"은 옳은 설명이다.
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9. 그림 (가), (나)는 x축 상에 고정된 두 점전하에 의한 등전위선을, (다)는 균일한 전기장 영역의 등전위선을 xy평면에 나타낸 것이다. (가), (나)에서 오른쪽 점전하는 양(+)전하이고, (가)~(다)에서 점 P는 x축 상의 점이다.

(가)~(다)에서 각각 P에 양(+)으로 대전된 입자를 가만히 놓았을 때, 놓은 직후 입자가 +x방향으로 운동하는 것만을 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. (가)
  2. (나)
  3. (다)
  4. (가), (다)
  5. (나), (다)
(정답률: 알수없음)
  • 정답: (나)

    이유: 등전위선은 전기장이 일정한 곳을 연결한 선이므로, 입자가 놓인 위치에서 전기장이 일정하게 작용한다. 따라서 입자가 놓인 위치에서 운동에 영향을 주는 것은 전기장의 크기와 방향뿐이다. (가)와 (다)는 전기장의 크기와 방향이 위치에 따라 달라지므로, 입자가 놓인 위치에서 운동 방향이 일정하지 않다. 반면에 (나)는 균일한 전기장 영역이므로, 입자가 놓인 위치에서 전기장의 크기와 방향이 일정하다. 따라서 입자가 놓인 위치에서 운동 방향이 일정하게 +x방향이 된다.
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10. 그림과 같이 세 저항과 기전력이 10V, E인 두 전지로 구성된 회로 에서 3Ω의 저항에 3A의 전류가 흐르고 있다.

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

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 회로 전체의 전압이 10V임을 말하고, "ㄷ"는 3Ω의 저항에 3A의 전류가 흐르고 있으므로 해당 저항의 저항값이 1Ω임을 알려준다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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11. 그림과 같이 저항값이 같은 세 저항과 전기 용량이 같은 두 축전기를 전압이 일정한 전원 장치에 연결하여 회로를 구성하고, 스위치 S 를 a 에 연결하여 축전기 A 를 완전히 충전시켰을 때 A의 전하량은 Q0 이다.

S 를 b 에 연결하여 두 축전기를 완전히 충전시켰을 때 A의 전하량은? [3점]

  1. 1/2 Q0
  2. 2/3 Q0
  3. Q0
  4. 4/3 Q0
  5. 3/2 Q0
(정답률: 알수없음)
  • 스위치 S를 a에 연결할 때 축전기 A에 전하 Q0이 축적되었으므로, B에는 -Q0의 전하가 축적되어 있다. 이때, A와 B의 전하 합은 0이다.

    따라서, S를 b에 연결하여 두 축전기를 완전히 충전시키면, A와 B에 각각 Q0/2의 전하가 축적된다. 따라서, A에는 Q0/2의 전하가 추가적으로 축적되어 총 전하량은 3/2 Q0이 된다.

    따라서, 정답은 "3/2 Q0"이다.
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12. 그림 (가), (나)와 같이 세기가 B1, B2 인 균일한 자기장 속에서 양(+)전하 A, B가 xy 평면에서 일정한 속력 v0, 2v0 으로 반지름 R, 2R 인 원궤도를 따라 각각 운동하고 있다. A, B의 질량과 전하량은 모두 같다.

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

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

    이유는 다음과 같습니다.

    - A, B의 운동방향이 서로 다르기 때문에 서로 다른 자기장 세기에서 운동하고 있습니다.
    - 따라서 A, B의 운동반경은 서로 다르며, 이에 따라 각각의 주기와 각속도도 다릅니다.
    - 이러한 이유로 A, B는 서로 다른 주기와 각속도를 가지므로, 일정한 시간 간격으로 만나는 지점이 고정되어 있지 않습니다.
    - 따라서 A, B가 만나는 지점은 일정하지 않으며, 이에 대한 예측은 불가능합니다.
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13. 그림은 전자기파를 진동수에 따라 분류하여 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 진공 중에서 전자기파의 속력은 가시광선이 r선보다 크다.
  2. 전자레인지에 이용되는 마이크로파는 A 영역에 속한다.
  3. 적외선 야간 투시경에 이용되는 전자기파는 B 영역에 속한다.
  4. 의료 장비에 이용되는 X선은 C 영역에 속한다.
  5. 진공 중에서 전자기파의 파장은 r선이 A 영역의 전자기파보다 짧다.
(정답률: 알수없음)
  • 진공 중에서 전자기파의 속력은 가시광선이 r선보다 크다. → 옳은 설명이다. 전자기파의 속력은 매질에 따라 다르지만, 진공에서는 모든 전자기파가 같은 속력으로 진행된다. 이 속력은 약 30만 km/s로, 가시광선보다 빠르고 r선보다 느리다.

    전자레인지에 이용되는 마이크로파는 A 영역에 속한다. → 틀린 설명이다. 마이크로파는 전자기파의 일종으로, 주로 무선 통신이나 전자레인지 등에 이용된다. 그러나 A 영역은 라디오파의 일부분으로, 마이크로파는 A 영역보다 짧은 파장을 가진다.

    적외선 야간 투시경에 이용되는 전자기파는 B 영역에 속한다. → 틀린 설명이다. 적외선은 전자기파의 일종으로, 파장이 가시광선보다 길고 자외선보다 짧다. 그러나 B 영역은 자외선의 일부분으로, 적외선은 B 영역보다 더 긴 파장을 가진다.

    의료 장비에 이용되는 X선은 C 영역에 속한다. → 틀린 설명이다. X선은 전자기파의 일종으로, 파장이 자외선보다 짧고 감마선보다 길다. 그러나 C 영역은 감마선의 일부분으로, X선은 C 영역보다 더 짧은 파장을 가진다.

    진공 중에서 전자기파의 파장은 r선이 A 영역의 전자기파보다 짧다. → 틀린 설명이다. 파장은 전자기파의 특성 중 하나로, 진동수와 역의 관계에 있다. 파장이 짧을수록 진동수가 높아지고, 파장이 길수록 진동수가 낮아진다. 따라서 r선의 파장이 A 영역의 전자기파보다 짧다는 것은 말이 되지 않는다.
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14. 다음은 전자의 비전하를 구하는 과정에 대해 철수가 작성한 보고서의 일부이다.

(가), (나)에 들어갈 것으로 가장 적절한 것은? (순서대로 가, 나)

(정답률: 알수없음)
  • 가) 전자의 비전하를 구하는 과정에서는 먼저 전자의 에너지 준위를 구해야 한다. 이를 위해 전자를 어떤 에너지 상태로 만들어주는데, 이때 사용하는 것이 (b)이다. 따라서 (가)에는 ""가 들어간다.

    나) 전자가 어떤 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 이동할 때, 방출되는 빛의 파장을 측정하여 전자의 에너지 준위를 구할 수 있다. 이때 사용하는 것이 (c)이다. 따라서 (나)에는 ""가 들어간다.

    따라서 정답은 ""이다. 전자의 비전자를 구하는 과정에서는 (b)를 사용하여 전자의 에너지 상태를 만들고, (c)를 사용하여 방출되는 빛의 파장을 측정하여 전자의 에너지 준위를 구한다.
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15. 그림은 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 n 에 따른 전자의 궤도 반지름과 에너지를 나타낸 것이다. n=1, 2, 3 에서 전자의 에너지는 각각 E1, E2, E3 이다.

은?

  1. 5/27
  2. 3/8
  3. 1/2
  4. 3/4
  5. 27/32
(정답률: 알수없음)
  • 전자가 n=1 에서 n=3 으로 이동할 때 방출되는 에너지는 E3 - E1 이다. 이 값은 그림에서 5/32 이다. 이때, 전자가 n=2 에서 n=3 으로 이동할 때 방출되는 에너지는 E3 - E2 이다. 이 값은 그림에서 1/32 이다. 따라서, 전자가 n=2 에서 n=1 으로 이동할 때 흡수되는 에너지는 1/32 이다. 전자가 n=3 에서 n=2 으로 이동할 때 흡수되는 에너지는 E2 - E3 이다. 이 값은 그림에서 3/32 이다. 따라서, 전자가 n=3 에서 n=1 으로 이동할 때 흡수되는 에너지는 3/32 + 1/32 = 4/32 = 1/8 이다. 따라서, 전자가 n=3 에서 n=1 으로 이동할 때 흡수되는 에너지의 비율은 (1/8) / (5/32) = 4/5 이다. 따라서, 전자가 n=3 에서 n=1 으로 이동할 때 방출되는 에너지의 비율은 1 - 4/5 = 1/5 이다. 따라서, 전자가 n=3 에서 n=1 으로 이동할 때 방출되는 에너지는 (5/32) x (1/5) = 1/32 이다. 따라서, 전자가 n=2 에서 n=1 으로 이동할 때 방출되는 에너지는 (1/32) + (1/32) = 2/32 = 1/16 이다. 따라서, 전자가 n=3 에서 n=1 으로 이동할 때 방출되는 에너지와 전자가 n=2 에서 n=1 으로 이동할 때 방출되는 에너지의 합은 1/32 + 1/16 = 3/32 이다. 따라서, 정답은 "27/32" 이다.
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16. 그림 (가)는 수소 원자에서 방출되는 발머 계열의 선 스펙트럼을 파장에 따라 나타낸 것이고, (나)는 보어의 수소 원자 모형에 따른 전자의 원운동 궤도와 전자가 만든 정상파를 각각 실선과 점선을 이용하여 모식적으로 나타낸 것이다.

(가)에서 파장이 가장 긴 빛을 방출하는 전자의 전이를 (나)의 A, B, C로 가장 적절하게 나타낸 것은? [3점]

  1. A→B
  2. A→C
  3. B→A
  4. C→A
  5. C→B
(정답률: 알수없음)
  • 정답: B→A

    이유: (가)의 그림에서 파장이 가장 긴 빛은 가장 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 전이할 때 방출되는 빛이다. (나)의 그림에서는 전자가 원운동 궤도에서 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 전이할 때 정상파를 방출하므로, (가)의 그림에서 파장이 가장 긴 빛을 방출하는 전자의 전이는 B→A이다.
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17. 탄소 동위 원소()가 질소()로 변환되었다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이는 탄소-14가 질소-14로 베타 붕괴를 일으켜서 발생하는 현상이기 때문이다. 베타 붕괴란 핵심에서 중성자가 전자와 양전하를 가진 양성자로 변화하면서 발생하는 방사능 현상이다. 이 과정에서 전자는 핵밖으로 방출되고, 핵 내부의 중성자는 양성자로 변화하여 원소가 변화하게 된다.
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18. 그림은 원자로에서 일어나는 핵분열에 대해 철수, 영희, 민수가 대화하는 모습을 나타낸 것이다.

옳게 말한 사람만을 있는 대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 민수
  4. 철수, 영희
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "철수, 영희, 민수"

    철수의 발언은 올바르지 않다. 핵분열은 원자핵이 분열하는 과정이므로 원자핵이 없는 원자로에서는 핵분열이 일어나지 않는다. 따라서 철수의 발언은 틀렸다.

    영희의 발언은 맞다. 핵분열로 인해 방사능이 발생하며, 이는 인체에 해로울 수 있다.

    민수의 발언도 맞다. 핵분열로 인해 방사능이 발생하며, 이는 환경에 대한 영향도 미칠 수 있다.

    따라서, 옳게 말한 사람은 "영희, 민수"이며, 정답은 "철수, 영희, 민수"이다.
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19. 그림 (가)는 일정량의 이상 기체가 들어 있는 실린더에서 피스톤이 용수철에 연결되어 정지해 있는 것을 나타낸 것이다. 기체의 압력, 부피, 절대 온도는 각각 P0, V0, T0 이고, 용수철은 늘어나거나 줄어들지 않은 상태이다. 그림 (나)는 (가)의 기체가 열을 공급받아 부피, 절대 온도가 각각 3/2 V0, 2T0이 된 상태에서 피스톤이 정지해 있는 것을 나타낸 것이다.

(가)→(나) 과정에서 용수철의 탄성력에 의한 위치 에너지 증가량은? (단, 피스톤의 질량, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
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20. 그림은 저항, 축전기, 코일을 전압의 실횻값이 50V인 교류 전원에 연결한 회로를 나타낸 것이다. 표는 스위치 S 를 a 에 연결할 때와 b 에 연결할 때 저항에 걸리는 전압의 실횻값 Vk를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 교류 전원의 진동수는 일정하다.) [3점]

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

    이유는 스위치 S를 a에 연결할 때와 b에 연결할 때 저항에 걸리는 전압의 실횻값 Vk가 다르기 때문이다. 스위치 S를 a에 연결할 때는 저항과 코일이 직렬로 연결되어 있으므로 Vk가 크고, 스위치 S를 b에 연결할 때는 저항과 축전기가 직렬로 연결되어 있으므로 Vk가 작다. 따라서 스위치 S의 위치에 따라 전류의 흐름이 달라지므로 "ㄴ"이 정답이다.
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