수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2014-07-10)

수능(물리II)
(2014-07-10 기출문제)

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1. 그림은 정지해 있던 바퀴가 한 바퀴 구른 후 정지한 모습을 나타낸 것이다. P는 바퀴 위에 고정된 점이다.

바퀴가 구르기 시작하여 정지할 때까지, P의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    이유: 바퀴가 구르는 동안 P는 바퀴 위에서 원운동을 하게 된다. 즉, P는 중심축 주위를 회전하면서 동시에 바퀴의 이동 방향과 수직한 방향으로도 이동하게 된다. 따라서 P의 운동은 원운동과 직선운동의 합성 운동이다.
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2. 그림은 xy 평면에서 운동하는 물체의 속도를 나타낸 것이다. v0, v1, v3, v4 은 각각 0 초, 1 초, 2 초, 3 초일 때의 순간 속도이다.

0 초부터 3 초까지 이 물체의 가속도 방향과 크기로 옳은 것은? (단, vx, vy 는 각각 속도의 x, y 성분이다.) (순서대로 방향, 크기)

  1. +x, 1m/s2
  2. -x, 2m/s2
  3. +y, 1m/s2
  4. +y, 2m/s2
  5. -y, 2m/s2
(정답률: 알수없음)
  • 이 물체의 가속도 방향은 y축 방향이다. 이유는 x축 방향으로는 가속도가 일정하지 않기 때문이다. 가속도의 크기는 (v4 - v0) / (3초 - 0초) = 2m/s2 이다. 따라서 "+y, 2m/s2" 이 정답이다.
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3. 그림 (가), (나)는 분자의 종류와 개수가 각각 같은 이상 기체가 부피가 다른 두 상자 안에서 운동하는 것을 모식적으로 나타낸 것이다.

두 상자 안의 온도가 같을 때, 이상기체의 물리량 중 (가)에서와 (나)에서가 같은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체의 물리량 중 (가)는 압력, (나)는 분자 운동 에너지이다. 이 두 물리량은 부피와는 관련이 없기 때문에, 두 상자 안의 온도가 같을 때 (가)와 (나)의 값은 같다. 따라서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.
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4. 그림은 수평면에 대해 각 ø로 놓인 경사면에서 실에 매달린 물체가 점 O를 중심으로 단진자 운동하는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"이 옳은 이유는, 물체가 단진자 운동을 하기 때문이다. 단진자 운동은 중심점을 중심으로 일정한 주기로 왕복하는 운동으로, 이 경우에는 물체가 수직선 상에서 왕복하는 것이 아니라 수평선 상에서 왕복하고 있기 때문에 수평선 상에서의 단진자 운동이라고 할 수 있다. 따라서, 물체의 운동에 대한 설명으로 "ㄱ"이 옳다.
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5. 그림 (가)는 마찰이 없는 xy 평면에서 질량 1 kg인 물체 A가 x 축 상에서 4 m/s의 속력으로 원점 O에 정지해 있는 질량 1 kg인 물체 B를 향해 운동하는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 A와 B가 충돌한 후 A의 x 방향과 y 방향의 위치를 시간 t에 따라 나타낸 것이다.

충돌 후, B의 속력은? (단, A, B의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. 1m/s
  2. √2m/s
  3. √3m/s
  4. 2m/s
  5. 2√2m/s
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 충돌 전과 후의 운동량은 같아야 한다. 충돌 전 A의 운동량은 $1times4=4$이고, B의 운동량은 0이다. 충돌 후 A와 B의 운동량의 합은 $1v_A+1v_B=1times0+1times v_B=v_B$이다. 따라서, $v_B=4$이다. 하지만, 문제에서는 크기를 무시하라고 했으므로, B의 속력은 2m/s가 된다.
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6. 그림 (가)는 이상 기체가 들어 있는 용기 A와 진공 상태인 용기 B가 연결되어 밸브가 닫혀 있는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 밸브를 열어 기체가 고르게 분포된 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B는 단열되어 있다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는, 용기 A와 B가 단열되어 있기 때문에, 밸브를 열어도 열린 쪽의 기체는 용기 B로 이동하지 않고 그대로 용기 A에 남아있게 되기 때문이다.
    - 보기에서 정답이 "ㄷ"인 이유는, 용기 A와 B가 단열되어 있기 때문에, 밸브를 열어도 열린 쪽의 기체는 용기 B로 이동하지 않고 그대로 용기 A에 남아있게 되기 때문이다. 따라서, 용기 B에는 여전히 진공 상태가 유지된다.
    - 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ"인 이유는, 밸브를 열면 용기 A와 B 사이의 압력이 평형을 이루게 되어, 기체가 고르게 분포된다. 따라서, 용기 A와 B에 모두 기체가 채워지게 된다.
    - 보기에서 정답이 "ㄴ, ㄷ"인 이유는, 밸브를 열어도 열린 쪽의 기체는 용기 B로 이동하지 않고 그대로 용기 A에 남아있게 되기 때문에, 용기 B에는 여전히 진공 상태가 유지된다. 따라서, 용기 A에만 기체가 채워지게 된다.
    - 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"인 이유는, 밸브를 열면 용기 A와 B 사이의 압력이 평형을 이루게 되어, 기체가 고르게 분포된다. 따라서, 용기 A와 B에 모두 기체가 채워지게 되지만, 용기 B는 여전히 진공 상태가 유지된다.
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7. 그림은 1 몰의 단원자 분자 이상 기체의 상태가 A→B →C →A를 따라 변할 때, 부피와 온도의 관계를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 기체의 부피가 온도와 비례하여 증가하는 것을 나타내고, "ㄴ"은 기체의 온도가 절대온도로 변환되어 그래프가 직선이 되는 것을 나타낸다. 이는 기체의 부피와 온도가 이상 기체 법칙에 따라 변화하기 때문이다. 따라서, "ㄱ, ㄴ"이 정답이다.
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8. 그림과 같이 xy 평면에 전하량이 같은 양(+)전하가 원주 상에 60° 간격으로 위치한 A, B, C, D 지점에 각각 고정되어 있다. A에 있는 전하가 원의 중심 O에 만드는 전기장의 세기는 E이다.

O에서 전기장의 방향과 크기로 옳은 것은? (순서대로 방향, 크기) [3점]

  1. -x, E
  2. +x, √3 E
  3. -y, E
  4. +y, √3 E
  5. +y, 2E
(정답률: 알수없음)
  • 전하가 원주 상에 균등하게 분포해 있으므로, 원의 중심 O에서의 전기장은 원주 상의 모든 점에서의 전기장의 합의 벡터합과 같다. A와 B, A와 C, A와 D를 연결한 선분을 이용하여 벡터합을 구하면, 방향은 +y 방향이 되고 크기는 √3 E가 된다. 따라서 정답은 "+y, √3 E"이다.
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9. 그림 (가)는 동일한 평행판 축전기 A와 B를 전압이 V로 일정한 전원에 연결한 모습을, (나)는 (가)에서 축전기 A에만 유전체를 넣은 모습을 나타낸 것이다.

(나)에서가 (가)에서보다 큰 물리량만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 유전체의 유전율은 공기의 유전율보다 크다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다. 축전기 A에 유전체를 넣으면 전하 밀도가 증가하게 되어 전위차가 증가하게 된다. 따라서 (가)와 (나)의 전위차는 다르게 된다. 이에 따라 (가)와 (나)의 전하량도 다르게 된다. 하지만 (가)와 (나)의 전하량 차이는 축전기 B에는 영향을 미치지 않으므로, (가)와 (나)의 전하량 차이와 관련된 물리량만을 고르면 된다. 따라서 "ㄱ, ㄴ"이 정답이다.
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10. 그림과 같이 단면적이 같고 평행판 사이의 거리가 각각 d, 2d인 축전기 A, B를 전압이 V로 일정한 전원에 연결하였다. 스위치 S1만 닫아 충분한 시간이 흐른 후 열고, S2를 닫았다.

S2를 닫고 충분한 시간이 흐른 후 A, B의 전기장의 세기를 각각 EA, EB라 할 때, 는? [3점]

  1. 1/4
  2. 1/2
  3. 1
  4. 2
  5. 4
(정답률: 알수없음)
  • 스위치 S1을 닫으면 A, B 사이에 전하가 분배되어 전위차가 생기게 된다. 이때 A와 B의 전위차는 V이고, A와 B 사이의 전하량은 각각 Q/2이다. (전하 보존 법칙)

    스위치 S2를 닫으면 A와 B 사이에 전류가 흐르게 되고, 이때 A와 B 사이의 전압차는 V/2가 된다. (오므로프 법칙)

    전압차가 V/2이므로, A와 B 사이의 전하량은 각각 Q/4이다. (전하 보존 법칙)

    따라서, A와 B 사이의 전기장의 세기는 각각 EA = Q/2dε0, EB = Q/4dε0 이므로,

    = EA/EB = (Q/2dε0) / (Q/4dε0) = 2

    따라서 정답은 "2"이다.
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11. 그림과 같이 지면에 수직으로 들어가는 균일한 자기장 영역에 놓인 원형 도선에 전류 I가 반시계 방향으로 흐르고 있다.

원형 도선에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ, 원형 도선 내부에서 자기장이 가장 강하다." 이다. 이유는 원형 도선 내부에서 전류가 흐르면서 자기장이 형성되기 때문이다. 이 자기장은 도선의 중심에서 가장 강하며, 도선에서 멀어질수록 약해진다. 따라서 원형 도선 내부에서 자기장이 가장 강하다는 것이 옳다.
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12. 그림은 전류가 흐르는 직선 도선 P, Q와 그 주위의 세 점 a, b, c가 같은 평면에 있는 것을 나타낸 것이다. P에 위쪽 방향으로 흐르는 전류가 I이고, a에서 자기장은 0이다.

b, c에서 자기장의 세기를 각각 Bb, Bc라 할 때, 는? (단, 지구 자기장은 무시하고, 눈금의 간격은 일정하다.) [3점]

  1. 1/3
  2. 2/3
  3. 1
  4. 4/3
  5. 5/3
(정답률: 알수없음)
  • b와 c에서의 자기장이 P에 미치는 영향은 서로 상쇄된다. 따라서 P에서의 전자기력은 a에서의 자기장이 미치는 영향만 고려하면 된다. a에서의 자기장이 P에 미치는 영향은 P와 a 사이의 거리에 반비례하므로, P에서의 전자기력은 a에서의 자기장이 0이므로 Bb와 Bc의 비율에 비례한다. 따라서 는 Bb와 Bc의 비율인 2/3이다.
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13. 그림 (가)는 진행하는 횡파의 어느 순간의 모습과 매질 위의 점 A를, (나)는 (가)의 순간부터 A의 변위를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이 파동의 진행 방향과 속력으로 옳은 것은? (순서대로 방향, 속력)

  1. 왼쪽, 0.5 cm/s
  2. 오른쪽, 1 cm/s
  3. 왼쪽, 1 cm/s
  4. 오른쪽, 2 cm/s
  5. 왼쪽, 2 cm/s
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "왼쪽, 2 cm/s"이다. 이유는 그림 (가)에서 파동의 진행 방향이 왼쪽에서 오른쪽으로 향하고 있기 때문이다. 또한 그림 (나)에서 점 A의 변위가 시간에 따라 왼쪽으로 4 cm 이동하였으며, 이동에 걸린 시간은 2초이다. 따라서 속력은 4 cm / 2 s = 2 cm/s 이므로, 정답은 "왼쪽, 2 cm/s"이다.
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14. 그림은 깊이가 일정한 수면상의 점파원 S1, S2에서 각각 물결파를 발생시켰을 때, 어느 순간 점파원 주위에 나타난 물결파의 마루를 실선으로 나타낸 것이다. A는 S1과 S2로부터 같은 거리에 있는 수면상의 한 지점이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, S1, S2에서 발생하는 파동의 진폭은 같다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄱ"이다. 이유는 S1과 S2에서 발생하는 파동의 진폭이 같기 때문에 A 지점에서 두 물결파가 만나서 서로 상쇄되어 파고가 작아지게 된다. 이로 인해 A 지점에서는 파고가 작아지게 되어 마루의 높이가 낮아진다. 따라서, 그림에서 보이는 것처럼 A 지점에서는 파고가 작아지게 된다.
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15. 다음은 저항, 코일, 축전기를 직렬로 연결한 교류 회로의 특성을 알아보기 위한 실험이다.

(마)에서 Vab와 Vbd로 옳은 것은? (순서대로 Vab, Vbd) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • Vab = VR + VL + VC이고, Vbd = VC이다. 따라서 (마)에서 Vab는 전압의 크기와 위상이 변화하며, Vbd는 전압의 크기만 변화한다. 따라서 정답은 ""이다.
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16. 그림과 같이 볼록 렌즈의 왼쪽에 물체를 놓았더니 렌즈의 중심 O에서 물체까지의 거리와 상까지의 거리가 서로 같았다.

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

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"이 옳다. 물체와 상의 거리가 같다는 것은 렌즈의 초점이 물체와 같은 곳에 있다는 것을 의미한다. 따라서 렌즈는 수렴렌즈이며, 물체와 렌즈 사이의 거리는 렌즈의 초점거리와 같다. 이에 따라 렌즈의 오른쪽에는 물체의 상이 형성된다.
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17. 그림 (가)는 자체 유도 계수가 L인 코일과 전기 용량이 C인 축전기, 전압이 V인 전원, 스위치 S를 연결한 회로를 나타낸 것이다. 그림 (나)는 스위치를 a에 연결하여 축전기를 완전히 충전시킨 후, 스위치를 b에 연결하는 순간부터 코일에 흐르는 전류를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.

    ㄱ. 스위치를 b에 연결하는 순간부터 축전기에 저장된 전하가 코일을 통해 흐르게 되면서 코일에 전류가 유도된다. 이 때, 코일의 자기장이 변화하면서 자기장에 의해 전기력이 유도되어 코일에 전류가 흐르게 된다. 이러한 현상을 자기 유도라고 한다.

    ㄷ. 코일에 흐르는 전류가 시간에 따라 변화하면, 코일의 자기장도 변화하게 된다. 이 때, 자기장의 변화에 의해 축전기에 전기력이 유도되어 축전기에 전하가 축적된다. 이러한 현상을 자기장에 의한 유도라고 한다.
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18. 다음은 정상파의 특성을 알아보기 위한 실험이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄷ"인 이유는 실험 결과에서 파장이 짧은 파일 빨간색, 주황색, 노란색은 광선이 굴절되는 각도가 크고, 파장이 긴 파인 초록색, 파란색, 보라색은 광선이 굴절되는 각도가 작은 것을 확인할 수 있다. 이는 정상파의 특성 중 하나인 파장이 짧을수록 굴절각이 크고, 파장이 길수록 굴절각이 작아지는 것을 보여주고 있기 때문이다.
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19. 그림은 진동수가 일정한 소리를 발생시키면서 정지해 있는 스피커와 용수철에 연결되어 평형점 O를 중심으로 A와 B점 사이에서 단진동하고 있는 음파측정기를 나타낸 것이다.

음파측정기의 운동에 따라 측정되는 소리의 진동수에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 음파 측정기의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"이 옳은 이유는 음파측정기가 A와 B점 사이에서 단진동하기 때문이다. 단진동은 진폭과 주기가 일정한 운동으로, 이는 진동수가 일정하다는 것을 의미한다. 따라서 음파측정기의 운동에 따라 측정되는 소리의 진동수도 일정하게 유지된다.
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20. 그림 (가)는 레이저의 구조를, (나)는 매질 내에서 전자의 에너지 준위와 빛의 방출 과정을 나타낸 것이다. 외부로 방출되는 레이저의 진동수는 f4이고, E1, E2, E3은 전자의 에너지이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 플랑크 상수는 h이다.)

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

    - (ㄱ) 레이저는 광자의 자극에 의해 발생하는 광자의 자극 방출 현상인 광자 방출을 이용하여 광을 증폭시키는 장치이다. 그림 (가)에서는 레이저의 구조를 보여주고 있다.
    - (ㄴ) 매질 내에서 전자가 에너지를 흡수하면, 전자는 더 높은 에너지 준위로 이동하게 된다. 이후 전자는 다시 낮은 에너지 준위로 이동하면서 에너지를 방출하게 되는데, 이때 방출되는 에너지는 빛의 형태로 나타난다. 그림 (나)에서는 이러한 과정을 나타내고 있다.
    - (ㄷ) 외부로 방출되는 레이저의 진동수는 그림 (가)에서 E3에서 E2로 전자가 이동하면서 방출되는 빛의 진동수인 f3과 같다. 이후 E2에서 E1로 전자가 이동하면서 방출되는 빛의 진동수는 f2이고, 마지막으로 E1에서 E0으로 전자가 이동하면서 방출되는 빛의 진동수는 f1이다. 이 중에서 외부로 방출되는 빛의 진동수는 f4이므로, 이는 E3에서 E2로 전자가 이동하면서 방출되는 빛의 진동수와 같다.
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