수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2013-09-03)

수능(물리II)
(2013-09-03 기출문제)

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1. 그림은 비행기가 점 P에서 점 Q까지 태극 무늬 모양의 경로를 그리며 운동하는 모습을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"은 비행기가 태극 무늬 모양의 경로를 그리며 운동한다는 것이 옳다는 것이다. 이는 그림에서도 확인할 수 있으며, 경로가 태극기 모양으로 되어 있기 때문이다. "ㄴ"은 비행기가 고도를 일정하게 유지하며 운동한다는 것이 옳다는 것이다. 그러나 그림에서는 비행기가 고도를 일정하게 유지하지 않고 상승하거나 하강하는 것으로 나타나기 때문에 "ㄴ"은 틀린 설명이다. "ㄱ, ㄴ"은 "ㄱ"과 "ㄴ" 모두가 옳다는 것이다. "ㄱ, ㄷ"와 "ㄴ, ㄷ"는 그림에서 확인할 수 없는 내용이기 때문에 틀린 설명이다.
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2. 그림과 같이 우주 공간의 한 지점에 정지해 있던 영희가 정지해 있는 철수를 향해 20 kg 의 공을 던진다. 영희가 던진 공은 30 초 동안 30m를 일정한 속도로 운동하여 철수에게 도달한다.

공을 던지는 동안 영희가 받은 충격량의 크기는? [3점]

  1. 20N·s
  2. 30N·s
  3. 40N·s
  4. 50N·s
  5. 60N·s
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 공이 철수에게 도달할 때 영희와 공의 운동량의 합은 철수와 공의 운동량의 합과 같아야 한다. 따라서, 영희가 던진 공의 운동량은 20kg × v (v는 공의 속도)이고, 철수와 공의 운동량의 합은 20kg × 0 (철수는 정지해 있으므로 운동량이 0) + 2kg × 30m/s = 60N·s 이다. 따라서, 영희가 받은 충격량의 크기는 60N·s - 20kg × v 이다. 공이 일정한 속도로 운동하므로, v = 30m/30s = 1m/s 이다. 따라서, 영희가 받은 충격량의 크기는 60N·s - 20kg × 1m/s = 40N·s 이다. 따라서, 정답은 "40N·s"가 된다.
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3. 다음 낱말 맞추기의 <가로 열쇠> 2 번에 해당하는 낱말로 옳은 것은?

  1. 흑체복사
  2. 버금껍질
  3. 확률밀도
  4. 주양자수
  5. 광전효과
(정답률: 알수없음)
  • 이 그림은 확률밀도 함수를 나타내는 그래프이다. 확률밀도 함수는 확률 변수가 특정 값일 확률을 나타내는 함수이다. 따라서 이 그래프에서 x축의 특정 구간에 해당하는 면적이 확률을 나타내게 된다.
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4. 그림과 같이 지면에 정지해 있는 자동차에서 진동수 f0 인 소리가 발생하고 있다. 영희와 철수가 자동차와 동일 직선 상에서 각각 일정한 속력 v 로 운동하며 측정한 소리의 진동수는 각각 f영희 , f철수이다.

f영희, f철수, f0 을 옳게 비교한 것은?

  1. f영희 < f철수 < f0
  2. f영희 < f0 < f철수
  3. f철수 < f0 < f영희
  4. f0 < f영희 < f철수
  5. f0 < f철수 < f영희
(정답률: 알수없음)
  • 정지해 있는 자동차에서 발생하는 소리의 진동수는 f0 이다. 영희와 철수가 자동차와 같은 방향으로 운동하면서 소리를 측정하면, 영희는 자동차에서 멀어지면서 소리의 파장이 늘어나고, 철수는 자동차에 가까워지면서 소리의 파장이 줄어든다. 따라서 f영희 < f0 < f철수 이다.
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5. 다음은 용수철 진자의 주기를 측정하는 실험이다.

T1, T2, T3 을 옳게 비교한 것은? [3점]

  1. T1 < T2 = T3
  2. T1 = T2 < T3
  3. T1 < T3 < T2
  4. T2 = T3 < T1
  5. T3 < T1 = T2
(정답률: 알수없음)
  • T1과 T2은 같은 방향으로 진동하고 있으며, T3은 그 반대 방향으로 진동하고 있다. 따라서 T1과 T2의 주기는 같고, T3의 주기는 더 길다. 따라서 "T1 = T2 < T3"이 정답이다.
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6. 그림과 같이 피스톤으로 분리된 실린더의 두 부분 A, B에 동일한 분자로 이루어진 이상 기체가 들어 있다. 피스톤은 힘의 평형을 이루며 정지하여 있고, 부피는 A가 B보다 크다.

A의 기체가 B의 기체보다 큰 물리량만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄷ,ㄴ"이다. 이유는 부피가 A가 B보다 크기 때문에 A의 기체가 B의 기체보다 큰 물리량을 가지고 있을 것이다. 따라서 A의 기체가 B의 기체보다 많이 압축되어 있을 것이고, 이에 따라 A의 압력이 더 높을 것이다. 이 때, 피스톤은 힘의 평형을 이루기 때문에 A의 압력이 B의 압력보다 높으면 A쪽으로 움직이게 된다. 따라서 A의 기체가 B의 기체보다 큰 물리량을 가지고 있고, 피스톤은 A쪽으로 움직이게 된다는 것을 고려하면 "ㄷ,ㄴ"이 정답이 된다.
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7. 그림은 1 몰의 이상 기체의 상태가 A→B→C→A를 따라 변할 때 절대온도와 압력을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 "ㄴ"이 옳은 이유는, 이상 기체의 상태 변화가 이상 기체의 상태 방정식 PV=nRT를 따르기 때문이다. 따라서, A→B→C→A 변화 과정에서 압력과 체적의 변화를 고려하여 PV=nRT를 적용하면, 온도 변화에 따른 압력 변화를 계산할 수 있고, 그 결과가 그림과 일치하는 것을 확인할 수 있다.
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8. 그림과 같이 xy 평면에서 전하량이 +Q, -4Q인 두 점전하가 x축 상의 x=-2d, 2d 인 지점에 고정되어 있다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 ㄱ: x축 위 어떤 점에서도 전위차가 일정하다.
    - 두 점전하가 x축 상에 있으므로 x축 위 어떤 점에서도 두 전하로부터의 거리가 같다. 따라서 전위차가 일정하다.

    보기 ㄴ: y축 위 어떤 점에서도 전위차가 일정하다.
    - 두 점전하가 x축 상에 있으므로 y축 위 어떤 점에서도 두 전하로부터의 거리가 같다. 따라서 전위차가 일정하다.

    보기 ㄷ: x축 위 어떤 점에서도 전위차가 일정하고, y축 위 어떤 점에서도 전위차가 일정하다.
    - 보기 ㄱ과 ㄴ의 내용을 모두 포함하고 있으므로 옳다.

    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 이다.
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9. 그림 (가)는 동일한 평행판 축전기 A, B에 유전율이 각각 εA, εB인 유전체를 채워 전원 장치에 연결한 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 스위치를 A 또는 B에 연결하였을 때, 축전기에 저장되는 에너지를 전원 장치의 전압에 따라 나타낸 것이다.

εA:εB 는?

  1. 1 : 2
  2. 1 : √2
  3. √2 : 1
  4. 2 : 1
  5. 4 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (나)에서 스위치를 A에 연결하면, A의 유전율이 더 크기 때문에 A에 더 많은 전하가 저장되어 더 많은 에너지가 저장됩니다. 따라서 전압이 증가함에 따라 A에 저장되는 에너지의 증가율이 더 크게 됩니다. 이를 그래프로 나타내면, 전압이 증가함에 따라 그래프의 기울기가 더 큰 A의 그래프가 B의 그래프보다 더 빠르게 증가하게 됩니다. 이를 만족하는 εA : εB의 비율은 4 : 1이 됩니다.
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10. 그림 (가)는 z 축을 중심으로 회전하는 전류 고리가 xz 평면에 놓인 순간의 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 점 P에서 보았을 때, (가)의 전류 고리 모습과 전류의 방향을 나타낸 것이다. 는 +z 방향으로, 는 -z 방향으로 전류가 흐르는 것을 나타낸다.

자기 모멘트의 방향이 +x 방향인 순간의 고리 모습과 전류의 방향으로 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다. 이유는 다음과 같다.

    1. 전류 고리가 xz 평면에 놓여 있으므로, 전류의 방향은 y축 방향이다.
    2. 자기 모멘트의 방향은 오른손 법칙에 따라 전류의 방향에 수직인 방향으로 결정된다.
    3. 따라서, 자기 모멘트의 방향은 +x 방향이다.
    4. 그림 (가)에서 전류 고리가 z축을 중심으로 시계 방향으로 회전하고 있으므로, 자기 모멘트의 방향은 전류 고리의 위쪽을 향한다.
    5. 따라서, 그림 (나)에서 점 P에서 본 전류 고리 모습과 전류의 방향은 ""이다.
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11. 그림은 xy 평면에서 원점을 중심으로 등속 원운동을 하는 물체의 속도의 x, y 성분 vx, vy를 시간 t에 따라 각각 나타낸 것이다.

t=t0 일 때 가속도의 방향과 크기로 옳은 것은? (순서대로 방향, 크기) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 가속도의 방향은 속도 벡터의 방향과 수직이며, 중심 방향으로 향한다. 따라서 t=t0 일 때 가속도의 방향은 x축과 수직이며, y축 방향으로 향한다. 가속도의 크기는 v2/r 이므로, 이 문제에서는 vx와 vy의 크기를 이용하여 가속도의 크기를 구할 수 있다. vx와 vy의 크기는 일정하므로, v2=vx2+vy2 이다. 따라서 가속도의 크기는 v2/r = (vx2+vy2)/r 이다.
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12. 그림과 같이 서로 15cm 떨어진 파원 S1, S2 에서 파장이 4cm이고 진폭이 같은 물결파가 같은 위상으로 발생하고 있다.

선분 에서 상쇄 간섭이 일어나는 지점의 수는?

  1. 2
  2. 4
  3. 6
  4. 8
  5. 10
(정답률: 알수없음)
  • 두 파원에서 나오는 파동은 같은 위상이므로, 서로 만나는 지점에서 파동의 진폭은 합쳐진다. 이 때, 파동의 진폭이 서로 같으므로 합쳐진 파동의 진폭은 2배가 된다.

    선분 AB에서 상쇄 간섭이 일어나는 지점은 AB의 양 끝에서부터 파동이 합쳐지는 지점까지의 거리가 파장의 반(2cm)일 때이다.

    따라서, AB의 길이를 L이라고 하면, 상쇄 간섭이 일어나는 지점의 수는 L/(파장의 반) = 2L/파장 이다.

    AB의 길이는 S1과 S2 사이의 거리에서 파장의 반(2cm)을 뺀 값인 13cm이므로, 상쇄 간섭이 일어나는 지점의 수는 2×13/4 = 6.5 ≈ 8개이다.

    따라서, 정답은 "8"이다.
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13. 그림은 물체의 한 점에서 나온 빛이 현미경의 두 볼록 렌즈를 통과하여 진행하는 경로를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 "ㄱ"이 옳다. 그림에서 보이는 것은 물체에서 나온 빛이 두 개의 볼록 렌즈를 통과하여 형성된 이미지이다. 이러한 현상은 광학 현상 중 하나인 굴절(refraction)에 의해 발생한다. 빛은 물체에서 나와 렌즈를 통과할 때 굴절되어 경로가 바뀌게 되는데, 이 때 렌즈의 곡률에 따라 이미지가 형성된다. 첫 번째 렌즈는 빛을 수직으로 굴절시키고, 두 번째 렌즈는 이미지를 확대시키는 역할을 한다. 따라서 보기 "ㄱ"이 옳다.
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14. 다음은 매질 1에 대한 매질 2 의 굴절률을 구하는 과정을 나타낸 것이다.

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

(정답률: 알수없음)
  • (가) sin i / sin r = n2 / n1
    (나) sin i / sin r = n1 / n2

    정답: (가) n2/n1, (나) n1/n2

    (가)에서는 매질 1에서 매질 2로 굴절할 때, 빛의 속도가 느려지므로 굴절률이 큰 매질 2의 굴절률이 더 크다는 것을 이용하여 n2/n1이 옳은 식이다.

    (나)에서는 매질 2에서 매질 1로 굴절할 때, 빛의 속도가 빨라지므로 굴절률이 작은 매질 2의 굴절률이 더 작다는 것을 이용하여 n1/n2이 옳은 식이다.
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15. 그림은 서로 다른 매질을 이용하여 만든 레이저 A와 B에서 빛이 유도 방출되는 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 옳은 이유는 다음과 같다.
    - 레이저 A는 흡수선이 빨간색이고, 레이저 B는 흡수선이 파란색이다. 이는 서로 다른 매질을 사용하고 있음을 나타낸다.
    - 레이저 A에서는 빨간색 빛이 유도 방출되고, 레이저 B에서는 파란색 빛이 유도 방출된다. 이는 각각의 레이저에서 사용된 매질이 다르기 때문이다.
    - 레이저 A와 B에서 모두 유도 방출이 일어나고 있으므로, 보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 모두 옳다.
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16. 그림과 같이 파장 λ인 X선을 흑연판에 입사시켰더니 파장 λ‘인 산란 X선과 전자가 튀어나왔다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 ㄴ: 흑연판에 입사한 X선이 산란되어 나오는 것은 레이농 산란이며, 이는 파장이 더 길어지는 현상이다. 이는 X선과 흑연판의 원자들이 상호작용하면서 일어나는데, 이 때 X선의 일부가 원자의 전자를 흡수하고 다시 방출되면서 파장이 더 길어지게 된다.
    - 보기 ㄷ: 전자가 튀어나오는 것은 광전효과이다. X선이 흑연판의 원자에 충돌하여 전자를 방출시키는데, 이 때 전자의 운동에너지는 X선의 주파수에 비례하게 된다. 따라서 파장이 더 짧은 X선이 흡수되어 전자가 더 많이 방출되는 것이다.
    - 보기 ㄱ: X선의 파장이 더 짧아지는 것은 광자의 에너지가 증가하기 때문이다. 이는 플랑크 상수와 주파수의 곱인 hν가 증가하기 때문이다.
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17. 다음은 철수가 데이비슨·거머 실험에 대해 정리한 내용이다.

(가)와 (나)에 들어갈 것으로 옳은 것은? (순서대로 가, 나)

  1. 상쇄 간섭, 정상파
  2. 상쇄 간섭, 물질파
  3. 보강 간섭, 정상파
  4. 보강 간섭, 물질파
  5. 보강 간섭, 전자기파
(정답률: 알수없음)
  • - 가) 보강 간섭: 두 파동이 만나서 진폭이 더해지는 현상
    - 나) 물질파: 물체를 통해 전달되는 파동

    데이비슨·거머 실험은 전자파의 파동성을 입증하기 위한 실험이다. 전자를 빛의 파동으로 취급하여 빛의 간섭 실험과 유사한 방법으로 실험을 진행한다. 전자는 물질파로서 물체를 통과할 때 회절되는 현상을 보인다. 이 때, 전자파가 물체를 통과할 때 발생하는 보강 간섭 현상을 이용하여 전자의 파동성을 입증한다. 따라서 정답은 "보강 간섭, 물질파"이다.
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18. 그림과 같이 에너지 E인 입자가 폭 L, 퍼텐셜 에너지 U0 인 퍼텐셜 장벽을 향해 운동한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • <보기> 에서 옳은 것은 "ㄱ"이다. 입자가 퍼텐셜 장벽을 통과하기 위해서는 충분한 운동 에너지가 필요하다. 이 때, 운동 에너지 E가 퍼텐셜 에너지 U0보다 크면 입자는 퍼텐셜 장벽을 통과할 수 있다. 따라서, 그림과 같은 상황에서는 입자가 퍼텐셜 장벽을 통과할 수 있다.
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19. 그림과 같이 저항, 코일, 축전기를 이용하여 회로를 구성하였다. 교류 전원의 전압은 최댓값이 V0 으로 일정하고 진동수는 이다. 스위치를 a 에 연결하였을 때, 회로에 흐르는 전류의 최댓값은 I1 이고 저항에 걸리는 전압의 최댓값은 V1 이다.

스위치를 b 에 연결하였을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
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20. 그림과 같이 입자 A, B가 균일한 자기장 영역에 동시에 입사하여 각각 반지름이 R, 2R인 원궤도를 따라 시간 t0 동안 운동한 후, 균일한 전기장 영역에 동시에 입사하여 거리 L 만큼 직선 운동을 한 후 동시에 나왔다.

A와 B가 전기장 영역에 입사한 순간부터 속력이 같아질 때까지 걸린 시간은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • A와 B가 전기장 영역에 입사한 순간부터 속력이 같아질 때까지 걸린 시간은 t0/2이다. 이유는 자기장 영역에서 A와 B는 서로 다른 반지름을 가지고 원운동을 하기 때문에 속력이 다르다. 그러나 전기장 영역에서는 A와 B가 동일한 전기장에 노출되므로 동일한 가속도를 가지게 되어 속력이 같아진다. 따라서 A와 B가 전기장 영역에 입사한 순간부터 속력이 같아질 때까지 걸리는 시간은 t0/2이다. 정답은 "" 이다.
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