수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2014-04-10)

수능(물리II)
(2014-04-10 기출문제)

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1. 그림은 벽면을 올라가는 개미가 지나온 경로를 나타낸 것이다. P, Q는 경로상의 두 점이다.

개미가 P에서 Q까지 일정한 속력 v로 이동하였을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 개미가 P에서 Q까지 이동하는 동안 속력은 일정하지 않다. 그림에서 보듯이 개미는 지그재그로 이동하며 속력이 변한다. 따라서 보기 중 "일정한 속력으로 이동한다"는 설명은 옳지 않다.
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2. 그림과 같이 장난감 기차 A, B가 점 O를 중심으로 각각 등속 원운동하고 있다. A, B의 각속도는 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    ㄱ. A, B의 원운동 반경이 같으므로, A, B의 속도는 같다. 따라서, A, B의 상대속도는 0이다.

    ㄴ. A, B의 각속도가 같으므로, A, B의 회전 주기는 같다. 따라서, A, B는 항상 같은 위치에서 만난다.

    ㄷ. A, B가 만나는 위치에서의 상대속도는 0이므로, A, B는 서로 충돌하지 않는다.
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3. 그림은 나무가 탈 때 발생한 연기가 공기 중으로 퍼지는 모습을 나타낸 것이다.

연기가 공기 중으로 퍼지는 현상에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄴ: 연기는 공기 중에서 상대적으로 가벼운 물질이기 때문에 공기 중에서 상승하게 된다.
    - ㄷ: 연기는 공기 중에서 상대적으로 가벼운 물질이기 때문에 공기 중에서 이동하기 쉽다.
    - ㄱ, ㄴ: 연기는 공기 중에서 상승하면서 동시에 이동하기 때문에, 공기 중에서 넓게 퍼지게 된다.
    따라서, 연기가 공기 중으로 퍼지는 현상은 ㄱ, ㄴ이 옳은 설명이다.
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4. 그림은 섭씨온도가 10℃인 액체 A를 나타낸 것이고, 표는 물의 어는점과 끓는점을 섭씨온도, 화씨온도, 절대 온도로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 물의 어는점과 끓는점이 모두 나타나 있기 때문에 옳다. "ㄷ"는 액체 A의 섭씨온도가 10℃이므로, 물의 어는점인 0℃보다 높은 온도이기 때문에 옳다. 따라서 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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5. 그림과 같이 한 개의 충돌구를 높이 h에서 잡고 있다가 가만히 놓았더니 충돌구들이 충돌하여 한 개의 충돌구가 높이 h만큼 올라갔다. 충돌구들의 질량은 동일하다.

이 충돌구들의 충돌 전 모습을 다르게 하여 동시에 가만히 놓았을 때의 충돌 후 모습으로 옳은 경우만을 표에서 있는 대로 고른 것은? (단, 충돌구의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. (가)
  2. (나)
  3. (다)
  4. (가), (나)
  5. (나), (다)
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "(나)"이다. 충돌 전에는 충돌구들이 모두 같은 높이에 있어야 충돌 후에도 같은 높이에 있을 수 있다. 따라서, (가)와 (다)는 충돌 전에 이미 높이가 다르므로 충돌 후에는 높이가 다를 수밖에 없다. (가), (나)는 충돌 전에는 같은 높이에 있지만, 충돌 후에는 높이가 다르므로 가능하지 않다. 따라서, 유일하게 충돌 전에 같은 높이에 있고 충돌 후에도 같은 높이에 있는 경우는 (나)이다.
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6. 그림은 수평면에서 던져진 물체가 점 A, B, C를 지나며 포물선 운동하는 경로를 나타낸 것이다. A에서 물체의 운동 방향은 수평 방향과 45°의 각을 이루고, A에서 최고점 B까지의 높이 차는 h이며, A와 C는 같은 높이이다.

A에서 C까지의 수평 거리는? (단, 물체의 크기는 무시한다.)

  1. 2h
  2. 2√2h
  3. 4h
  4. 4√2h
  5. 6h
(정답률: 알수없음)
  • 물체의 운동 방향이 수평 방향과 45°의 각을 이루기 때문에, 최고점 B에서 수평 방향으로 이동한 거리는 최고점까지의 높이 h와 같다. 따라서 A에서 C까지의 수평 거리는 AB와 BC의 수평 거리를 더한 것과 같다. AB의 수평 거리는 h이고, BC의 수평 거리는 AB와 같으므로 h+h=2h이다. 따라서 정답은 "2h"가 아니라 "4h"이다.
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7. 그래프는 마찰이 없는 수평면에 정지해 있던 질량 2kg인 물체에 수평면과 나란한 방향으로 작용하는 힘 F1, F2를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"은 옳은 설명이다. 그래프에서 F1과 F2의 크기가 같고 방향이 반대이므로, 물체에 작용하는 외력의 합력은 0이다. 따라서 물체는 정지 상태를 유지한다.

    "ㄷ"도 옳은 설명이다. 그래프에서 F1과 F2의 크기가 같고 방향이 반대이므로, 물체에 작용하는 외력의 합력은 0이다. 따라서 물체는 등속 운동을 하며, 속도는 일정하다.
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8. 그림은 마찰이 없는 xy평면에서 물체 A가 정지해 있는 물체 B를 향해 운동하는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. 그래프는 이 순간부터 A의 x방향 운동량 px와 y방향 운동량 py를 각각 시간에 따라 나타낸 것이다. A와 B는 t0일 때 충돌한다.

충돌 후, B의 운동량의 크기는? (단, 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. p0
  2. √2p0
  3. 2p0
  4. √5p0
  5. 2√2p0
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라 충돌 전과 후의 총 운동량은 같다. 따라서, A와 B의 운동량 벡터의 합은 충돌 후에도 일정하다. 충돌 전에 A의 운동량 벡터는 (px, py)이고, B의 운동량 벡터는 (0, 0)이다. 따라서, 충돌 후에 A와 B의 운동량 벡터의 합은 (px, py)이다. 이 벡터의 크기는 √(px2 + py2)이다. 그래프에서 px와 py의 값은 각각 √2p0이므로, 운동량 벡터의 크기는 √(2p02 + 2p02) = √(4p02) = 2p0이다. 따라서, B의 운동량의 크기는 √[(px + py)2] - √(2p0)2 = √5p0이다. 따라서, 정답은 "√5p0"이다.
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9. 그림은 수평면에서 점 A, B를 지나 점 C에서 정지한 물체의 운동경로를 xy좌표 평면에 나타낸 것이다. 그래프는 물체가 A를 v의 속력으로 지나는 순간부터 C에 정지할 때까지 물체의 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다. t일 때, 물체는 B를 지난다.

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)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 것이다.

    먼저, 그래프에서 물체가 A를 지날 때의 속력은 v이다. 이후 B를 지난 후에는 가속도가 존재하여 속력이 증가하게 된다. 그리고 C에서는 물체가 정지하므로 속력은 0이 된다.

    따라서, 그래프에서 처음부터 끝까지 일정한 가속도로 운동하는 것이 아니므로 "ㄷ"는 옳지 않다. 또한, 그래프에서 최대 속력은 B를 지날 때이므로 "ㄴ, ㄷ"는 옳지 않다.

    따라서, "ㄱ, ㄴ"이 옳은 것이다.
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10. 그림과 같이 길이가 l1, l2인 실에 추 A, B를 각각 연결한 단진자를 연직선과 이루는 각을 동일하게 하여 손으로 잡고 있다. 실의 길이는 l1이 l2보다 길다.

손을 가만히 놓아 A, B가 운동하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 모든 마찰과 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 옳은 것은 "ㄴ"이다. 이유는 단진자의 각속도는 실의 길이와 비례하기 때문에 l1이 l2보다 긴 경우 A의 각속도가 B의 각속도보다 더 빠르기 때문이다. 따라서 A는 B보다 더 많은 회전을 하게 되고, 그 결과 A는 B보다 더 많은 거리를 이동하게 된다.
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11. 그림과 같이 질량이 2kg인 물체가 실에 매달려 반지름이 1.2m인 원궤도를 따라 수평면과 나란하게 등속 원운동을 한다. 물체의 속력은 3m/s이다.

실이 물체를 당기는 힘의 크기는? (단, 중력 가속도는 10m/s2이다.)

  1. 15N
  2. 20N
  3. 25N
  4. 30N
  5. 35N
(정답률: 알수없음)
  • 원운동 상에서 물체에 작용하는 힘은 반드시 방향을 변경하는 센트리퓨갈 힘과 방향을 유지하는 중심력이 있다. 이 문제에서는 중심력이 물체를 수평면과 나란하게 유지하므로, 실이 물체를 당기는 힘은 센트리퓨갈 힘과 같다.

    센트리퓨갈 힘은 F = mv2/r 으로 계산할 수 있다. 여기서 m은 물체의 질량, v는 물체의 속력, r은 원궤도의 반지름이다. 따라서,

    F = (2kg) x (3m/s)2 / 1.2m = 15N

    따라서, 실이 물체를 당기는 힘의 크기는 15N이다. 정답은 "15N"이다.
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12. 다음은 이상 기체에 대한 탐구 과정이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는, 이상 기체의 압력과 부피가 반비례 관계에 있기 때문이다. 즉, 압력이 증가하면 부피는 감소하고, 압력이 감소하면 부피는 증가한다. 이에 따라, 그래프에서 압력이 증가할수록 부피는 감소하고, 압력이 감소할수록 부피는 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이상 기체의 압력과 부피는 반비례 관계에 있으므로, 보기에서 정답이 "ㄴ"이다.
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13. 그림은 한 변의 길이가 각각 l, 2l인 정육면체 상자 속에 들어 있는 단원자 분자 이상 기체 A, B를 나타낸 것이다. A, B의 절대 온도는 각각 T, 2T이고, 입자 수는 각각 N, 2N이다.

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"은 기체 B의 입자 수가 기체 A의 입자 수의 2배이기 때문에 온도가 높은 기체 B의 분자 운동 에너지가 더 크고, 이에 따라 충돌 빈도가 높아져 기체 B의 압력이 더 높아지기 때문에 옳은 설명이다.
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14. 그림과 같이 단열된 실린더의 두 부분 A, B에 내부 에너지가 각각 U, 2U인 단원자 분자 이상 기체가 들어 있다. 단열된 피스톤은 힘의 평형을 이루며 정지해 있다.

A, B의 부피를 각각 VA, VB라고 할 때, VA : VB는? (단, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.)

  1. 1 : √2
  2. 1 : √3
  3. 1 : 2
  4. 1 : 3
  5. 2 : 3
(정답률: 알수없음)
  • 내부 에너지가 U인 기체의 온도를 T라고 하면, 내부 에너지가 2U인 기체의 온도는 2T가 된다. 이때, 두 기체의 몰수가 같으므로, PV = nRT에서 PAVA = nRT, PBVB = 2nRT이다. 이를 합치면 PAVA : PBVB = 1 : 2가 된다. 따라서 VA : VB = 1 : 2이다.
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15. 그림 (가)는 수평면에 서 있는 영희와 수평면에서 +x방향으로 운동하는 버스 안에 서서 공을 가만히 놓는 철수를, (나)는 공이 놓이는 순간부터 버스 바닥에 떨어질 때까지 철수가 관찰한 공의 운동 경로를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 공이 놓인 순간부터 버스의 운동 방향과 반대 방향으로 등속운동을 하기 때문에, 철수의 관점에서는 공이 일직선으로 떨어지는 것처럼 보인다. 따라서 공의 운동 경로는 수직선이 되며, 수평 방향으로의 운동은 없다.
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16. 그림은 온도가 다른 산소 기체의 속력에 따른 상대적 분자 수 분포 A, B에 대하여 철수, 민수, 영희가 대화하는 모습을 나타낸 것이다. A, B에서 기체의 전체 분자 수는 같다.

옳게 말한 학생만을 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. 철수
  2. 민수
  3. 영희
  4. 철수, 영희
  5. 민수, 영희
(정답률: 알수없음)
  • - 철수: "A와 B의 온도가 같으면 분자의 속력도 같을 것이다." → 옳지 않음. A와 B의 온도가 같다고 해서 분자의 속력이 같은 것은 아니다.
    - 민수: "A의 분자들이 더 높은 속력을 가지고 있으므로 A의 온도가 더 높을 것이다." → 옳지 않음. 온도는 분자의 평균 운동 에너지와 관련이 있으며, 분자의 속력과는 직접적인 연관성이 없다.
    - 영희: "A의 온도가 더 높으므로 A의 분자들이 더 많이 운동하고 있을 것이다." → 옳음. 온도가 높을수록 분자의 평균 운동 에너지가 높아지기 때문에, A의 분자들이 더 많이 운동하고 있을 가능성이 높다.
    - 철수, 영희: "A의 분자들이 더 많이 운동하고 있으므로 A의 온도가 더 높을 것이다." → 옳음. A의 분자들이 더 많이 운동하고 있으므로, A의 평균 운동 에너지가 더 높아지게 되고, 이는 A의 온도가 더 높다는 것을 의미한다.
    - 민수, 영희: "A의 분자들이 더 많이 운동하고 있으므로 A의 온도가 더 높을 것이다. 또한, A의 분자들 중에서 더 높은 속력을 가진 분자들이 B의 분자들보다 더 많을 것이다." → 옳음. A의 분자들이 더 많이 운동하고 있으므로 A의 평균 운동 에너지가 더 높아지게 되고, 이는 A의 온도가 더 높다는 것을 의미한다. 또한, A의 분자들 중에서 더 높은 속력을 가진 분자들이 B의 분자들보다 더 많을 가능성이 높다.
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17. 그림 (가), (나)는 질량과 온도가 같은 물에 열용량이 같은 물체 A, B를 넣는 모습을 나타낸 것이다. 그래프는 (가), (나)에서 A, B를 각각 물에 넣는 순간부터 물의 온도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 열은 물과 물체 사이에서만 이동한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 A와 B의 열용량이 같기 때문에 물에 넣은 순간부터 물의 온도 변화율이 같다. 따라서 그래프 상에서 A와 B의 온도 변화율이 같은 것을 볼 수 있으며, 이는 선택지 "ㄴ"과 일치한다.
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18. 그림과 같이 물체 A가 높이 h에서 수평 방향으로 v의 속력으로 던져지는 순간, A의 연직 아래 수평면에 정지해 있던 물체 B가 등가속도 직선 운동을 시작한다. A, B는 동시에 수평면의 점 P에 도달한다.

등가속도 직선 운동하는 B의 가속도의 크기는? (단, 중력 가속도는 g이고, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • A가 던져진 순간, A와 B는 같은 수평 속도 v를 가지게 된다. 이후 B는 등가속도 직선 운동을 하게 되므로, B의 수평 속도는 등속운동하면서 등가속도 운동을 하는 것과 같다. 따라서 B의 가속도는 0이 아닌 상수이며, 이를 표현한 보기는 "" 이다.
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19. 그림은 1몰의 단원자 분자 이상 기체의 상태가 A→B→C→D→A를 따라 변할 때 압력과 부피의 관계를 나타낸 것이다. A →B 과정과 C → D 과정은 등온 과정이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유는 A→B 과정과 C→D 과정이 등온 과정이기 때문에, 이상 기체의 온도는 일정하다. 이에 따라 가열 또는 냉각이 없으므로, 이상 기체의 압력과 부피는 반비례 관계에 있기 때문이다. 따라서, 압력이 증가하면 부피는 감소하고, 압력이 감소하면 부피는 증가한다.
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20. 그림과 같이 용수철에 질량이 m인 물체를 매달아 잡고 있다. 그래프는 이 물체를 놓는 순간부터 물체에 작용하는 탄성력의 크기를 물체의 이동 거리에 따라 나타낸 것이다.

물체가 단진동할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 g이다.) [3점]

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

    - "ㄱ" : 그래프에서 보면, 물체가 원위치로 돌아오는 시간이 같으므로 주기가 일정하다. 따라서, 단진동이 일어난다고 할 수 있다.
    - "ㄴ" : 그래프에서 보면, 물체가 원위치로 돌아오는 시간이 같으므로 주기가 일정하다. 따라서, 단진동이 일어난다고 할 수 있다. 또한, 그래프의 기울기가 최대일 때, 탄성력이 최대이므로 물체의 속도가 최대가 된다. 따라서, 물체의 최대 속도는 탄성력이 최대일 때이다.
    - "ㄷ" : 그래프에서 보면, 물체가 원위치로 돌아오는 시간이 같으므로 주기가 일정하다. 따라서, 단진동이 일어난다고 할 수 있다. 또한, 그래프의 기울기가 최대일 때, 탄성력이 최대이므로 물체의 가속도가 최대가 된다. 따라서, 물체의 최대 가속도는 탄성력이 최대일 때이다.
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