수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2013-07-12)

수능(물리II)
(2013-07-12 기출문제)

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1. 그림은 물체가 일정한 속력으로 운동하는 경로를 나타낸 것이다. 점 P에서 Q까지는 반원 경로이고, 점 Q에서 R까지는 직선 경로이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 물체의 가속도가 일정하지 않다는 것이다. 반원 경로에서 물체는 곡선을 따라 운동하므로 가속도가 변하게 된다. "ㄷ"는 물체의 속도가 일정하지 않다는 것이다. 직선 경로에서 물체는 일정한 속력으로 운동하지만, 반원 경로에서는 곡선을 따라 운동하므로 속력이 변하게 된다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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2. 그림과 같이 수평 방향으로 물체 A를 v 의 속력으로 던지는 순간 같은 높이에서 물체 B를 자유 낙하시켰더니, P점에서 A와 B는 충돌하였다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유는 물체 A와 B가 같은 높이에서 출발하였고, 물체 B는 수평 방향으로의 초기 속도가 없기 때문에 자유 낙하운동을 하게 되어 중력 가속도에 따라 일정한 가속도로 떨어지게 되기 때문이다. 따라서, 물체 A와 B는 수직 방향으로 같은 위치에 있으며, 수평 방향으로는 물체 A가 던져졌기 때문에 물체 A와 B는 P점에서 충돌하게 된다.
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3. 그림은 마찰이 없는 수평한 xy평면 위에서 등속도 운동하는 물체가 점 P(x1, y1)를 지나 점 O에서 A와 B로 분열되어 각각 x축과 y축 선상에서 2v, v의 속력으로 운동하는 모습을 나타낸 것이다. A와 B의 질량은 각각 2m, 3m이다.

P의 좌표값 x1, y1으로 가능한 것은? (순서대로 x1, y1)

  1. 1, 2
  2. 2, 1
  3. 2, 3
  4. 3, 4
  5. 4, 3
(정답률: 알수없음)
  • A와 B의 운동 방향이 서로 수직하므로, A와 B의 운동은 서로 독립적이다. 따라서, A와 B의 운동을 각각 따로 생각해볼 수 있다.

    A의 운동에서는 x축 방향으로 등속운동을 하므로, 시간 t 후의 위치는 x1 + 2vt 이다.

    B의 운동에서는 y축 방향으로 등속운동을 하므로, 시간 t 후의 위치는 y1 + vt 이다.

    따라서, A와 B가 만나는 지점의 좌표는 (x1 + 2vt, y1 + vt) 이다.

    이 지점에서 A와 B의 운동 방향이 서로 반대이므로, A와 B는 서로 충돌하게 된다. 이때, 운동량 보존 법칙에 따라 A와 B의 운동량의 합은 충돌 전과 동일하다. 따라서,

    2m(2v) + 3m(v) = 2m(vA) + 3m(vB)

    여기서, vA와 vB는 충돌 후 A와 B의 속도이다. 이 식을 정리하면,

    vA = (4v - vB)/2

    따라서, A와 B의 충돌 후의 운동량을 이용하여 vB를 구할 수 있다. 그리고, vB를 이용하여 충돌 후 A와 B의 속도를 구할 수 있다. 이때, A와 B의 속도는 충돌 후 서로 반대 방향이므로, A와 B는 다시 서로 분리하게 된다.

    따라서, 가능한 (x1, y1)은 충돌 후 A와 B가 각각 x축과 y축 선상에서 운동을 계속하는 경우에만 가능하다. 이때, 충돌 후 A와 B의 속도는 위에서 구한 것과 같다. 따라서, 가능한 (x1, y1)은 (4, 3)이다.
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4. 다음은 엘리베이터 안의 영희가 물체의 운동을 관찰하는 내용이다.

㉠과 ㉡에 들어갈 용어로 옳은 것은? (순서대로 ㄱ, ㄴ) [3점]

  1. 정지, 등가속도 직선 운동
  2. 정지, 등속 원운동
  3. 등속도 운동, 등가속도 직선 운동
  4. 등속도 운동, 등속 원운동
  5. 등가속도 직선 운동, 등속도 운동
(정답률: 알수없음)
  • ㉠: 정지, ㉡: 등속 원운동

    ㉠에서는 물체가 정지하고 있기 때문에 운동이 없다고 할 수 있습니다. ㉡에서는 물체가 일정한 속도로 원운동을 하고 있기 때문에 등속 원운동이라고 할 수 있습니다.
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5. 그림 (가)는 수평면에서 물체 A가 질량 M인 추에 실로 연결되어 반지름 l 로 등속 원운동 하는 것을, (나)는 물체 B가 질량 M인 추에 유리관을 통과한 실에 연결되어 실과 수평면이 30˚를 이루며 등속 원운동 하는 것을 나타낸 것이다. A와 B의 질량은 m으로 같고, 유리관 끝에서 B까지의 거리는 l이다.

A와 B의 주기를 각각 TA, TB 라 할 때 TA : TB는? (단, 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. 1 : 1
  2. 1 : √3
  3. √3 : 1
  4. 1 : 2
  5. 2 : 1
(정답률: 알수없음)
  • A와 B는 모두 등속 원운동을 하고 있으므로, 주기는 각각 원운동의 주기인 2π(l/g)1/2 이다. 따라서 TA : TB = (2π(l/g)1/2)A : (2π(l/g)1/2)B 이다. 이를 정리하면 TA : TB = (l/g)1/2 : (l/g)1/2 = 1 : 1 이다. 즉, A와 B의 주기는 같다. 이는 A와 B가 모두 등속 원운동을 하고 있기 때문이다.
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6. 그림은 일정량의 이상기체 A와 B의 부피를 온도에 따라 나타낸 것이다. A와 B의 압력은 1기압으로 일정하게 유지된다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 이상기체 A와 B의 부피가 모두 온도에 따라 증가하는 것을 나타내고, "ㄷ"는 이상기체 A와 B의 부피가 모두 같은 온도에서 같아지는 것을 나타낸다. 이는 이상기체 A와 B가 모두 이상기체 상태방정식을 따르기 때문에 온도가 증가하면 부피도 증가하고, 같은 온도에서는 부피가 같아지기 때문이다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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7. 그림은 일정량의 단원자 분자 이상 기체의 상태가 A → B → C로 변할 때 압력과 부피의 관계를 나타낸 것이다. A에서 기체의 절대 온도는 T0이다.

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

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

    이유는 기체의 상태 변화가 등압 변화, 등온 변화, 등체적 변화 중 어떤 것인지 알 수 없기 때문이다. 따라서 압력과 부피의 관계를 나타내는 그래프만으로는 상태 변화의 경로를 알 수 없다.
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8. 그림은 O점으로부터 같은 거리만큼 떨어진 지점에 고정되어 있는 두 점전하 A, B 주위의 등전위선을 점선으로 나타낸 것이다. x 축 선상에 있는 A와 B는 서로 다른 종류의 전하를 띠고, O점에서 전기장의 방향은 +x방향이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - "ㄴ" : 등전위선은 전기장의 방향과 직각이므로, A와 B 사이의 등전위선은 O점을 지나는 x축과 수직이다. 따라서, A와 B 사이의 등전위선은 "ㄴ" 모양이 된다.
    - "ㄷ" : O점에서 A와 B로 향하는 전기장은 같은 방향이므로, A와 B의 전하는 같은 종류이다. 따라서, A와 B 사이의 등전위선은 "ㄷ" 모양이 된다.
    - "ㄱ, ㄴ" : 위에서 설명한 것과 같이, A와 B 사이의 등전위선은 "ㄴ" 모양이 된다. 또한, O점에서 A와 B로 향하는 전기장은 같은 방향이므로, A와 B의 전하는 같은 종류이다. 따라서, "ㄱ, ㄴ"이 정답이 된다.
    - "ㄱ, ㄷ" : 위에서 설명한 것과 같이, A와 B 사이의 등전위선은 "ㄷ" 모양이 된다. 또한, O점에서 A와 B로 향하는 전기장은 같은 방향이므로, A와 B의 전하는 같은 종류이다. 따라서, "ㄱ, ㄷ"가 정답이 된다.
    - "ㄱ, ㄴ, ㄷ" : 모든 보기가 옳은 것은 아니므로, "ㄱ, ㄴ, ㄷ"는 정답이 될 수 없다.
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9. 그림 (가)는 전기 용량이 C인 축전기를 전압이 V 로 일정한 전지에 연결한 후 충분한 시간이 지났을 때의 모습을 나타낸 것이다. 이때 충전된 전하량은 Q이고 저장된 에너지는 U이다. 그림 (나)는 (가)의 두 극판 사이에 유전체를 넣은 후 충분한 시간이 지났을 때의 모습을 나타낸 것이다.

(나)에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    유전체를 넣어도 전하량은 변하지 않으므로 전하는 감소하지 않는다. 따라서 저장된 에너지는 변하지 않는다.
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10. 그림 (가), (나)와 같이 전기 용량이 C로 같은 두 축전기에 전압이 V로 일정한 전원장치와 스위치를 연결하였더니 축전기는 완전히 충전되었다.

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

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

    ㄴ. 축전기에 저장된 전기 에너지는 1/2CV^2으로 계산된다. 따라서 전압이 같은 두 축전기의 전기 에너지는 같으므로, 스위치를 연결하여 전원장치로부터 일정한 전압을 인가하면 두 축전기에 저장된 전기 에너지도 같아진다.

    ㄷ. 스위치를 연결하여 전원장치로부터 일정한 전압을 인가하면, 전원장치에서 축전기로 전류가 흐르면서 축전기가 충전된다. 이때 전류의 크기는 일정하므로 충전되는 시간이 축전기의 용량에 비례하여 더 오래 걸리는 큰 용량의 축전기는 작은 용량의 축전기보다 더 많은 전하를 저장할 수 있다. 따라서 스위치를 끊어서 두 축전기를 분리하면, 큰 용량의 축전기에 저장된 전하가 더 많아져서 큰 용량의 축전기의 전압이 더 높아진다.
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11. 그림은 종이면에 수직방향으로 세기가 B0인 균일한 자기장 영역에서 서로 평행하게 고정된 가늘고 무한히 긴 직선 도선 A, B에 서로 반대방향으로 각각 2I, 3I의 전류가 흐르는 것을 나타낸 것이다. P점에서 A, B까지의 거리는 각각 2d, d로 일정하고, P에서의 자기장의 세기는 0이다.

B에 흐르는 전류의 방향만을 반대로 바꾸었을 때 P에서의 자기장의 세기는? [3점]

  1. 0
  2. 1/2 B0
  3. B0
  4. 3/2 B0
  5. 2B0
(정답률: 알수없음)
  • B에 흐르는 전류의 방향을 반대로 바꾸면, A와 B에서 만들어지는 자기장의 방향이 바뀐다. A와 B에서 만들어지는 자기장의 크기는 각각 $frac{mu_0}{2pi}frac{2I}{2d}$, $frac{mu_0}{2pi}frac{3I}{d}$ 이므로, P에서의 자기장의 크기는 이 둘의 차이인 $frac{mu_0}{2pi}left(frac{2I}{2d}-frac{3I}{d}right)=-frac{mu_0}{2pi}frac{I}{d}$ 이다. 따라서, B0 방향으로 흐르는 전류의 자기장이 없을 때 P에서의 자기장의 크기는 0이므로, B에 흐르는 전류의 방향을 반대로 바꾸었을 때 P에서의 자기장의 크기는 $frac{1}{2}timesleft(-frac{mu_0}{2pi}frac{I}{d}right)=-frac{mu_0}{4pi}frac{I}{d}$ 이다. 이 값은 $-frac{1}{2}$B0 이므로, B0 방향으로 흐르는 전류의 자기장이 없을 때 P에서의 자기장의 크기인 0에 이 값을 더한 $frac{3}{2}$B0 이 정답이다.
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12. 그림은 종이면에 수직하게 들어가는 방향으로 세기가 B 인 균일한 자기장이 형성된 공간에서 종이면에 수평하게 고정된 ㄷ자형 도선 위에 올려놓은 금속 막대를 일정한 속력 v 로 당기는 모습을 나타낸 것이다. P와 Q는 금속 막대와 도선 사이의 접점이고, P와 Q 사이의 길이는 l이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ"이다. 이유는 금속 막대가 도선과 이루는 각이 변할 때마다, 막대 내부에 전기장이 발생하고 이에 따라 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이때, 각 변화에 따른 전류의 방향을 고려하면, P와 Q 사이에서 전류의 방향이 바뀌게 되는데, 이는 "ㄷ"자 모양의 전류의 흐름을 만들어내기 때문이다.
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13. 그림은 균일한 매질에서 평면파가 진행하는 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 평면파가 진행할 때 파동 에너지 손실은 없다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ: 파동이 진행하는 방향과 수직인 방향으로는 진폭이 변하지 않고, 파동이 진행하는 방향으로만 진폭이 감소한다. 따라서, 그림에서 파동이 진행하는 방향으로만 진폭이 감소하는 영역이 형성된다.
    - ㄴ: 파동이 진행하는 방향과 수직인 방향으로는 진폭이 변하지 않고, 파동이 진행하는 방향으로만 진폭이 감소한다. 따라서, 그림에서 파동이 진행하는 방향으로만 진폭이 감소하는 영역이 형성된다. 또한, 파동이 진행하는 방향으로 갈수록 진폭이 작아지는 것을 볼 수 있다.
    - ㄷ: 파동이 진행하는 방향과 수직인 방향으로는 진폭이 변하지 않고, 파동이 진행하는 방향으로만 진폭이 감소한다. 따라서, 그림에서 파동이 진행하는 방향으로만 진폭이 감소하는 영역이 형성된다. 또한, 파동이 진행하는 방향으로 갈수록 진폭이 작아지는 것을 볼 수 있다. 이러한 현상을 감쇠라고 한다.
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14. 그림은 +x 방향으로 형성된 균일한 자기장과 일정한 전류 I가 흐르고 있는 솔레노이드를 나타낸 것이다. 솔레노이드와 자기장이 이루는 각은 θ이다.

돌림힘의 크기가 최대일 때 자기 모멘트 방향과 θ는? (순서대로 자기 모멘트 방향, θ)

  1. +y, 0°
  2. +y, 45°
  3. +y, 90°
  4. +x, 0°
  5. +x, 90°
(정답률: 알수없음)
  • 돌림힘의 크기가 최대일 때는 솔레노이드의 자기장과 전류의 방향이 서로 수직이 되는 경우이다. 이때 솔레노이드 내부에서는 균일한 자기장이 형성되므로, 솔레노이드 내부의 자기 모멘트는 자기장과 수직이어야 한다. 따라서 자기 모멘트 방향은 +y 방향이다. 또한, 전류의 방향과 솔레노이드의 축이 이루는 각도가 θ이므로, 이 각도도 90°이다. 따라서 정답은 "+y, 90°"이다.
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15. 그림과 같이 저항값이 R인 저항, 자체 유도 계수가 L인 코일, 전기 용량이 C인 축전기를 교류 전원에 연결하여 회로를 구성하였다.

교류 전원의 진동수가 일 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)
  • 보기 중 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이 옳다.

    - 진동수가 증가할수록 임피던스의 크기는 감소한다. (ㄱ)
    - 코일의 임피던스는 진동수가 증가할수록 커지고, 축전기의 임피던스는 진동수가 증가할수록 작아진다. (ㄴ)
    - 코일과 축전기의 임피던스는 서로 역방향으로 작용하므로, 코일과 축전기가 직렬로 연결되어 있는 회로에서는 코일과 축전기의 임피던스를 더한 값이 전체 임피던스가 된다. (ㄷ)
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16. 그림 (가)는 일정한 진동수를 발생시키고 있는 고정된 음원과 음파 측정기를 나타낸 것이고, (나)는 x=0인 점으로부터 음파 측정기의 위치 x 를 시간에 따라 나타낸 것이다.

5초, 15초, 25초일 때 음파 측정기에 측정되는 음파의 진동수를 각각 f1, f2, f3라 할 때 1, f2, f3의 대소 관계로 옳은 것은? [3점]

  1. 1 > f2 > f3
  2. 1 > f3 > f2
  3. 2 > f1 > f3
  4. 3 > f1 > f2
  5. 3 > f2 > f1
(정답률: 알수없음)
  • 음파의 진동수는 주기적으로 반복되는 파동의 수를 의미하므로, 그래프 상에서 한 주기 내에 포함된 파동의 수가 많을수록 진동수가 높아진다. 그래프 (나)에서 x=0인 점에서부터 오른쪽으로 갈수록 파동의 수가 많아지므로, 시간이 지남에 따라 진동수가 증가한다. 따라서 f1 < f2 < f3이다. 그리고 그래프 (가)에서 고정된 음원은 일정한 진동수를 발생시키므로, f1, f2, f3의 대소 관계는 변하지 않는다. 따라서 정답은 "3 > f1 > f2"이다.
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17. 그림은 진폭과 파장이 같은 두 파동이 동일 직선상에서 2 m/s의 속력으로 서로 반대 방향으로 진행하는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다.

1.5초가 지난 순간 매질의 변위가 0인 지점만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 1.5초가 지난 순간에는 두 파동이 서로 만나서 상쇄되는 지점이 나타납니다. 이 지점은 두 파동의 진폭이 서로 같고 파장이 반으로 줄어든 곳입니다. 따라서 정답은 "ㄴ"입니다. "ㄱ"은 파동이 진행하는 방향에서 한 파동의 진폭이 최대인 지점, "ㄱ, ㄴ"은 한 파동의 진폭이 최대인 지점과 두 파동이 상쇄되는 지점, "ㄱ, ㄷ"는 한 파동의 진폭이 최대인 지점과 다른 파동의 진폭이 최대인 지점, "ㄴ, ㄷ"는 두 파동이 상쇄되는 지점과 다른 파동의 진폭이 최대인 지점입니다.
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18. 그림은 오목 거울과 광축 위의 물체를 나타낸 것이다. 점 O는 구심, 점 F는 초점, 점 V는 거울 중심이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 거울의 형태가 오목 거울임을 나타내고, "ㄴ"은 초점과 거울 중심이 일치하지 않고 초점이 거울 뒤쪽에 위치함을 나타낸다.
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19. 그림은 주기가 T인 음파가 공기를 통해 진행하고 있는 어느 순간의 공기 분자의 분포를 나타낸 것이다. p와 q는 가장 밀한 두 지점이고 p와 q 사이의 거리는 L이다.

이 음파에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄱ"이다. 이유는 그림에서 보이듯이 밀도가 가장 높은 지점 p와 q 사이의 거리 L은 파장의 절반인 λ/2과 같다. 따라서 파장 λ는 2L이다. 이에 따라 주기 T는 파장 λ과 속력 v의 곱인 T = λ/v로 계산할 수 있다. 따라서 주기 T는 L/v이다. 이는 보기 중 "ㄱ"에 해당하는 설명과 일치한다.
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20. 다음은 편광 현상에 대한 실험 과정과 결과이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    - "ㄱ" : 실험 결과에서 빛이 편광되어 나타나는 현상을 관찰할 수 있었기 때문이다.
    - "ㄴ" : 실험 과정에서 편광판을 사용하여 빛을 편광시켰기 때문이다.
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