수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2014-11-13)

수능(물리II)
(2014-11-13 기출문제)

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1. 그림은 스피드 스케이팅 선수가 점 P, Q를 지나는 곡선 경로를 따라 운동하는 것을 나타낸 것이다.

P 에서 Q까지 선수의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ"이다. 이는 선수가 P에서 Q까지 이동하는 동안 가장 빠른 속도를 유지하기 위해 곡선 경로를 따라 이동한다는 것을 나타낸다. 이 곡선 경로는 P와 Q를 지나는 최단 거리 경로가 아니며, 이동 거리가 더 길어질 수 있다. 따라서 "ㄱ"과 "ㄴ"은 옳지 않다. "ㄱ, ㄴ"은 P와 Q를 지나는 최단 거리 경로를 따르는 것을 의미하므로 옳지 않다. "ㄴ, ㄷ"는 선수가 최대 속도로 이동하면서 곡선 경로를 따라 이동하는 것을 의미하므로 옳지만, 문제에서는 가장 빠른 속도를 유지한다는 조건이 주어졌기 때문에 "ㄷ"가 정답이 된다.
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2. 그림과 같이 아이스박스 속에 온도가 30℃인 기체가 채워진 풍선을 넣었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보 기 >에서 있는 대로 고른 것은? (단, 아이스박스 내부의 공기 온도는 풍선 속 기체의 온도보다 낮다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 아이스박스 내부의 온도가 풍선 속 기체의 온도보다 낮기 때문에, 풍선 속 기체는 아이스박스 내부의 공기와 열 교환이 일어나면서 냉각되어 온도가 낮아진다. 따라서, 온도가 30℃인 기체가 채워진 풍선을 아이스박스 속에 넣으면, 시간이 지나면서 풍선 속 기체의 온도는 낮아지게 되어 보기에서 "ㄷ"가 정답이다.
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3. 그림과 같이 엘리베이터 안에서 단진자 A와 용수철 진자 B가 단진동하고 있다. A 와 B 의 주기는 엘리베이터가 정지해 있을 때 각각 TA, TB 이고, 엘리베이터가 속력이 일정하게 증가하며 위로 움직일 때 각각 TA', TB'이다.

A와 B의 주기를 옳게 비교한 것은? (순서대로 A, B) [3점]

  1. TA' > TA, TB' = TB
  2. TA' = TA, TB' = TB
  3. TA' < TA, TB' > TB
  4. TA' < TA, TB' = TB
  5. TA' < TA, TB' < TB
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "TA' < TA, TB' = TB"

    이유: 엘리베이터가 일정하게 가속도를 가지고 상승하면, 엘리베이터 안의 물체들은 중력과 상승 가속도에 의해 더 큰 힘을 받게 되어 주기가 짧아진다. 따라서 A와 B의 주기도 각각 TA'와 TB'으로 짧아진다. 그러나 A와 B의 질량이 다르기 때문에, A와 B의 주기가 짧아지는 정도가 다르다. 따라서 TA' < TA이고, TB' = TB이다.
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4. 그림은 철수, 민수, 영희가 물질파에 대해 대화하는 것을 나타낸 것이다.

옳게 말한 사람만을 있는 대로 고른 것은?

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

    철수가 말한 것은 "물질파는 파동이다." 이는 맞는 말이다.

    민수가 말한 것은 "물질파는 소리나 빛처럼 직접 볼 수 없다." 이 또한 맞는 말이다.

    영희가 말한 것은 "물질파는 물결처럼 진동한다." 이는 맞는 말이다.

    따라서, 정답은 "철수, 민수, 영희"이다.
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5. 그림 (가)는 매질 Ⅰ에서 진행하는 파동 A의 파면을, (나)는 A가 매질 Ⅰ, Ⅱ의 경계면에서 반사된 파동 B와 경계면을 투과한 파동 C 의 파면을 모식적으로 나타낸 것이다. λ1, λ2는 각각 B, C에서 이웃한 파면 사이의 거리이다.

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 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.

    파동 A는 매질 Ⅰ에서 진행하고 있으며, 파동 B와 C는 매질 Ⅰ과 Ⅱ의 경계면에서 반사되거나 투과되어 나오는 파동이다. 이 때, 파동 B와 C는 파동 A와는 다른 매질에서 진행하므로 파장이 달라진다. 따라서 파동 B와 C의 파장은 λ1과 λ2로 표시된다.

    또한, 파동 B와 C는 경계면에서 반사되거나 투과되어 나오므로, 파동 B와 C의 진폭은 파동 A의 진폭과 다를 수 있다.

    따라서, 보기에서 "ㄱ"은 파동 B와 C의 파장이 파동 A의 파장과 다르다는 것을 나타내고, "ㄴ"은 파동 B와 C의 진폭이 파동 A의 진폭과 다를 수 있다는 것을 나타낸다.
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6. 그림과 같이 전하량이 +Q, -Q 인 두 점전하가 x축 상에 고정되어 있다. 점 P는 y 축 상의 점이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 설명은 "ㄱ, 두 전하 사이의 거리가 멀어질수록 전위차는 작아진다." 이다. 이는 쿨롱의 법칙에 따라 두 전하 사이의 전위차는 거리의 제곱에 반비례하므로 거리가 멀어질수록 작아지게 된다.
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7. 그림은 xy평면에서 각각 x축과 y 축에 고정되어 일정한 전류가 흐르는 무한히 가늘고 긴 직선 도선 A, B와 점 a, b, c 를 나타낸 것이다. 표는 a, b 에서의 자기장을 나타낸 것이다. 자기장의 방향은 xy 평면에서 수직으로 나오는 방향을 양(+)으로 한다.

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

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

    ㄱ. 점 a에서의 자기장은 A와 B의 자기장이 서로 상쇄되어서 0이 된다. A와 B의 자기장이 같은 방향으로 나오기 때문에 서로 상쇄되어서 자기장이 없어진다.

    ㄷ. 점 c에서의 자기장은 A와 B의 자기장이 서로 강화되어서 최대값이 된다. A와 B의 자기장이 반대 방향으로 나오기 때문에 서로 강화되어서 최대값이 된다.
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8. 그림 (가)와 (나)는 진폭이 A이고 파장이 같은 두 파동이 각각 속력 v0 으로 서로 반대 방향으로 진행하여 점 P와 Q 사이에서 만든 정상파의 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. (가)의 상태에서 처음으로 (나)의 상태가 되는 데 걸린 시간은 t0 이다. P와 Q 사이의 거리는 L 이다.

v0 은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 두 파동이 서로 반대 방향으로 진행하므로, 정상파의 진폭은 A로 유지되고 파동의 주기는 2L/v0 이다. 따라서 (가)의 상태에서 (나)의 상태가 되기 위해서는 정상파가 한 주기를 완료하는 시간인 2L/v0이 걸리므로 t0=2L/v0 이다. 이를 통해 v0=2L/t0=2L/(2L/v0)= 이다.
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9. 그림은 1몰의 단원자 분자 이상 기체의 상태가 A→B→C→D→A를 따라 변할 때 압력과 부피를 나타낸 것이다. A→B, C→D 과정은 등온 과정이다. A→B 과정에서 기체가 흡수한 열량은 2P0V0 이며, 1 회의 순환 과정에서 기체가 한 일은 P0V0이다.

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, ㄴ, ㄷ"이다.

    - A→B 과정에서 기체가 흡수한 열량은 2P0V0이다. 따라서 A→B 과정은 등압 과정이다.
    - C→D 과정에서 기체가 방출한 열량은 2P0V0이다. 따라서 C→D 과정도 등압 과정이다.
    - 1회의 순환 과정에서 기체가 한 일은 P0V0이다. 따라서 전체 순환 과정에서 기체가 한 일은 0이다. (A→B→C→D→A로 돌아오기 때문에)

    따라서 보기에서 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이 모두 맞는 설명이다.
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10. 그림과 같이 균일한 자기장 영역에서 xy 평면에 고정된 ㄷ자형 도선 위에 놓인 직사각형 도체판이 당겨져 운동하고 있다. 자기장의 방향은 xy 평면에 수직으로 들어가는 방향이며, 저항에는 일정한 전류가 흐른다. 판의 가장자리의 점 a, b 는 x 축과 나란한 동일 직선 상에 있으며, a 와 b 사이에는 홀 효과에 의한 전위차가 있다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    ㄱ. 직사각형 도체판이 당겨져 운동하고 있다는 것은 도체판에 힘이 작용하고 있다는 것이다. 이 힘은 로렌츠 힘으로, 전하가 자기장 안에서 운동할 때 작용하는 힘이다.

    ㄴ. 홀 효과에 의한 전위차는 a 와 b 사이에서만 존재하므로, 도체판의 모든 부분에서 전류가 흐르는 것은 아니다. 따라서 도체판의 저항은 일정하지 않다.
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11. 그림은 물체에서 나온 빛의 일부가 렌즈 A, B를 통과하여 진행하는 경로를 나타낸 것이다. 이 경로는 A와 B 사이에서 광축과 나란하다.

관찰자가 관찰한 물체의 상에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    ㄱ. 물체는 렌즈 A를 통과하기 전에 이미지가 형성되어 있어야 한다.
    - 렌즈 A를 통과하기 전에 이미지가 형성되어 있어야 렌즈 A를 통과한 빛이 렌즈 B에서 집중되어 실제 이미지를 만들 수 있다.

    ㄷ. 렌즈 A와 B는 모두 양의 렌즈이다.
    - 양의 렌즈는 빛을 집중시켜 이미지를 형성하는 데 사용되는 렌즈이다. 따라서 렌즈 A와 B가 모두 양의 렌즈이므로 실제 이미지를 만들 수 있다.
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12. 그림은 축전기 A, B, C, D를 직류 전원 장치에 연결한 회로를 나타낸 것이다. A, B, C, D에 저장된 에너지는 각각 2U0, U0, 4U0, 2U0이다.

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 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.

    - "ㄱ"은 축전기 C와 D 사이에 병렬로 연결된 저항 R1을 통해 전하가 흐르면서 에너지가 소모되기 때문이다.
    - "ㄴ"은 축전기 A와 B 사이에 직렬로 연결된 저항 R2를 통해 전하가 흐르면서 에너지가 소모되기 때문이다.
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13. 그림은 단색광 a 에 의해 전자가 에너지 E1 인 상태에서 E0 인 상태로 전이하면서 빛 b를 방출하는 유도 방출 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 ㄱ: 전자가 에너지 E1에서 E0으로 전이하면서 빛을 방출하는 과정은 유도 방출 과정이다.
    - 보기 ㄴ: 유도 방출 과정에서 방출되는 빛의 주파수는 전자의 에너지 차이에 해당하는 에너지 양과 플랑크 상수의 곱으로 결정된다.
    - 보기 ㄷ: 유도 방출 과정에서 방출되는 빛의 파장은 주파수와 역의 관계에 있으므로, 주파수가 높을수록 파장은 짧아진다.
    - 따라서, 보기 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳은 설명이므로 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.
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14. 그림은 콤프턴 산란 실험에서 파장이 0.071nm인 X선이 정지해 있는 전자와 충돌하여 산란되는 것을 모식적으로 나타낸 것이다. 산란된 X선의 파장은 λ이다. 표는 두 산란각 ø 에서 측정한 λ를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기:
    ㄱ. 산란각 ø 가 작아질수록 λ 가 커진다.
    ㄴ. 산란각 ø 가 커질수록 λ 가 작아진다.
    ㄱ, ㄴ. 산란각 ø 가 작아질수록 산란된 X선의 에너지가 작아지므로 λ 가 커진다.
    ㄱ, ㄷ. 산란각 ø 가 작아질수록 산란된 X선의 에너지가 작아지므로 λ 가 커진다. 또한, 산란각 ø 가 작아질수록 산란각에 대한 코사인 값이 커지므로 산란각이 작을수록 산란각에 대한 보정이 더해져 λ 가 더욱 커진다.
    ㄴ, ㄷ. 산란각 ø 가 커질수록 산란된 X선의 에너지가 작아지므로 λ 가 작아진다. 또한, 산란각 ø 가 커질수록 산란각에 대한 코사인 값이 작아지므로 산란각이 커질수록 산란각에 대한 보정이 작아져 λ 가 덜 커진다.

    정답: ㄱ, ㄴ

    이유: 산란된 X선의 파장 λ는 산란각 ø와 관련이 있다. 산란각 ø가 작아질수록 산란된 X선의 에너지가 작아지므로 λ가 커진다. 반대로 산란각 ø가 커질수록 산란된 X선의 에너지가 작아지므로 λ가 작아진다. 따라서 보기 ㄱ과 ㄴ이 모두 옳다.
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15. 그림은 운동량이 p 인 전자가 폭이 △x 인 슬릿을 통과하는 것을 모식적으로 나타낸 것이다. 슬릿을 통과한 전자의 운동량 불확정성은 △p 이다.

x를 줄일 때 나타나는 현상으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 슬릿의 폭인 △x를 줄일수록 파장의 불확정성인 △λ이 커지게 되는데, 이는 헤이즌버그의 원리에 의한 것이다. 따라서, 슬릿의 폭을 줄일수록 파동의 불확정성이 커지게 되므로, 운동량의 불확정성인 △p도 커지게 된다. 이는 보기에서 "ㄴ"이 정답인 이유이다.
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16. 그림은 운동 에너지가 E0인 입자가 폭이 L0 이고 높이가 V0 인 퍼텐셜 장벽을 향해 운동하는 것을 나타낸 것이다. E0 은 V0보다 작다.

입자의 양자 터널 효과에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    양자 터널링은 입자가 퍼텐셜 장벽을 통과할 확률이 0이 아니라는 것을 의미합니다. 이는 입자가 에너지가 부족하여 퍼텐셜 장벽을 오를 수 없지만, 양자역학적인 현상으로 인해 일정 확률로 퍼텐셜 장벽을 통과할 수 있다는 것을 의미합니다.

    위 그림에서는 에너지가 E0인 입자가 퍼텐셜 장벽을 통과하는 것을 보여줍니다. 이는 양자 터널링의 예시입니다. 따라서 "ㄷ"가 정답이 됩니다.
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17. 그림과 같이 경찰차가 일정한 진동수 f 의 사이렌 소리를 내며 1/10 v 의 속력으로 철수를 향해, 철수는 1/20 v 의 속력으로 경찰차를 향해 서로 다가가고 있다. v 는 공기 중에서 음속이다.

철수가 듣는 사이렌 소리의 파장과 진동수는? (단, 경찰차와 철수는 동일 직선 상에서 운동한다.) (순서대로 파장, 진동수) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 철수와 경찰차가 서로 다가가는 상황에서 철수가 듣는 사이렌 소리의 파장과 진동수는 변하지 않는다. 이는 도플러 효과에 의해 설명된다. 도플러 효과는 소리의 발생원 또는 수신원이 운동하면 소리의 주파수가 변화하는 현상을 말한다. 하지만 이 경우에는 철수와 경찰차가 서로 다가가는 속도가 같기 때문에 상대적인 속도가 0이 되어 도플러 효과가 발생하지 않는다. 따라서 철수가 듣는 사이렌 소리의 파장과 진동수는 변하지 않고 f와 같다.
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18. 그림 (가)는 저항, 코일, 축전기를 전압의 최댓값과 진동수가 일정한 교류 전원에 연결한 것을 나타낸 것이다. 저항의 저항값은 R, 코일의 유도 리액턴스 XL 은 R, 축전기의 용량 리액턴스 XC 는 2R이다. 그림 (나)는 축전기 양단의 전위차를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    이유는 그림 (나)에서 축전기 양단의 전위차가 시간에 따라 주기적으로 변화하고 있으며, 이는 교류 전원의 특성을 나타내고 있다. 그리고 그림 (가)에서는 저항, 코일, 축전기가 교류 전원에 연결되어 있으므로, 이 회로는 교류 전원을 이용한 회로이다. 따라서, 보기에서 "ㄴ,ㄷ"는 틀린 설명이다.
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19. 그림 (가)와 같이 xy 평면에서 질량 m, 전하량 q인 입자 A가 +y 방향의 속력 v0 으로 자기장 영역에 수직으로 입사하는 순간, x 축과 30° 의 각을 이루는 직선을 따라 일정한 속력 v0 으로 운동하는 질량 m인 입자 B가 점 P를 지난다. 자기장의 세기는 B0 이고 방향은 xy 평면에 수직인 방향이다. 그림 (나)는 점 O에서 탄성 충돌을 한 A, B가 각각 속력 v0 으로 x 축 상에서 운동하는 것을 나타낸 것이다.

O와 P 사이의 거리는? (단, 입자의 크기는 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 입자 A가 자기장에 진입하면서 받는 로렌츠 힘으로 인해 운동 방향이 바뀌게 된다. 이로 인해 입자 A는 y축 방향으로 운동하게 되고, x축 방향으로는 운동하지 않는다. 따라서 입자 B는 x축 방향으로만 운동하게 되며, 이는 입자 A와의 탄성 충돌에서도 변하지 않는다. 이에 따라 O와 P 사이의 거리는 입자 B가 x축 방향으로 운동하는 시간 동안 이동한 거리와 같으므로, vt = v0t = B0q/m * t2/2 이다. 여기서 t는 입자 B가 P 지점에 도달하는 데 걸리는 시간이다. 이를 풀면 t = sqrt(2mvt/B0q) 이므로, O와 P 사이의 거리는 vt = v0 * sqrt(2m/B0q) 이다. 따라서 정답은 "" 이다.
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20. 그림과 같이 수평면과 60° 의 각을 이루며 v0 의 속력으로 던져진 물체가 포물선 운동을 하다가 높이 h 인 곳에서부터 마찰이 없는 경사면을 따라 직선 운동을 하고 있다. 높이 h 인 지점에서 물체의 속도 방향은 경사면과 나란한 방향이며, h 는 포물선의 최고점 높이의 1/2배이다.

물체가 수평면에 도달하는 순간, 속도의 수평 성분의 크기는? (단, 물체는 동일 연직면에서 운동하며, 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 물체가 수평면에 도달할 때, 운동 에너지는 위치 에너지로 완전히 변환된다. 따라서, 운동 에너지와 위치 에너지의 합은 일정하다. 물체가 수평면에 도달할 때, 위치 에너지는 h 만큼 감소하므로, 운동 에너지는 h 만큼 증가한다. 이때, 운동 에너지는 물체의 속도의 제곱에 비례하므로, 속도의 수평 성분의 크기는 2배가 된다. 따라서, 정답은 "" 이다.
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