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2006 대학수학능력시험 대비

2005학년도 7월 고3 전국연합학력평가 정답 및 해설

• 4교시 과학탐구 영역 •

물리 II 정답

1	⑤	2	⑤	3	⑤	4	②	5	④
6	④	7	④	8	②	9	③	10	③
11	①	12	①	13	②	14	③	15	②
16	③	17	①	18	⑤	19	④	20	①

해 설

1. [출제의도] 이동거리와 평균 속도 및 가속도를 구할 수 있는가를 묻는 문제이다.

평균 속도는 [eqn: {처음속도+나중속도} over {2}]로 구하면 8 m/s 이다. 5초일 때의 가속도는 그래프가 일정한 기울기를 갖고 있으므로 [eqn: 가속도= {나중속도-처음속도} over {걸린시간}] 에서 그 값은 2 m/s2가 된다. 0 ～ 5 초 동안 물체가 움직인 거리는 그래프 밑 부분의 넓이를 구하면 되는데 이 값은 40 m가 된다.

2. [출제의도] 상대속도의 이해와 실제상황에서 적용할 수 있는가를 묻는 문제이다.

일정한 유속[eqn: v_{ 2}]을 갖고 흐르는 강물에서 유람선이  수면에 대해 일정한 속력 [eqn: v_{ 1}]으로 그림과 같이 주어진 두 곳의 선착장 사이를 왕복운행하려면 뱃머리를 그림과 같은 방향을 향하여야 한다. 따라서 [eqn: v_{AB }] 가 [eqn: v_{BA}]보다 크게 되므로 걸리는 시간은 짧으며 뱃머리가 향하는 방향과 강둑이 이루는 각도는 A에서 B로 갈 때는 θ 보다 크며 B에서 A로 갈 때는 θ 보다 작게 된다.

[eqn: v_{ 1}]

[eqn: v_{ 1}]

[eqn: v_{ 2}]

[eqn: v_{ 2}]

[eqn: v_{AB }]

[eqn: v_{BA}]

3. [출제의도] 중력장내의 운동에서 속도의 성분별 분해와 가속도에 대하여 알고 있는가를 묻는 문제이다.

지표면에서 중력만 받으면서 운동하는 물체는 연직하방의 일정한 가속도를 갖게 되며 수평방향 속도 성분은 운동하는 동안 변하지 않는다. 또한 같은 높이에서는 연직방향 속도 성분의 방향은 다르지만 크기는 같다.

4. [출제의도] 중력장내의 운동에 대하여 알고 있는가를 묻는 문제이다.

옥상의 높이가 일정하므로 떨어지는데 걸리는 시간은 서로 같다. 수평방향으로 2 [eqn: v]의 속력으로 공을 던지면 떨어질 때 까지 수평방향으로 두 배의 거리를 이동하게 된다. 이 때 처음 갖고 있던 공의 운동에너지는 속력이 두 배이므로 네 배가 되지만 떨어지는 동안 위치에너지의 감소량만큼 운동에너지가 증가하게 되어 총 운동에너지는 4배가 될 수 없다.

5. [출제의도] 원추진자와 등속 원운동에 대한 문제이다.

실의 장력에 의해 추에 작용하는 구심력은 [eqn: mg tan θ]이고 이 힘으로 등속원운동을 하므로[eqn: mv ^{ 2} over R = mg tan θ] 에서 [eqn: v^{ 2}=Rg tanθ]가 된다.

[eqn: mg]

[eqn: theta]

[eqn: mg tantheta]

6. [출제의도] 중력장내의 운동에 대하여 알고 있는가를 묻는 문제이다.

처음 시도에서 공이 벽으로부터 절반의 거리만큼 튕겼으므로 수평방향 속도 성분이 [eqn: {1} over {2}]이 되고 이 때 공의 반발계수는 [eqn: {1} over {2}]이 된다. ㄱ, ㄷ.  B 지점에서 P지점 또는 [eqn: {H} over {2}]에 수직으로 부딪치게 하면 수평거리가 [eqn: {1} over {2}]이 C지점에 떨어지게 된다. ㄴ. A 지점에서 공을 던져 높이가 [eqn: {H} over {2}] 인 곳에 부딪치면 수평방향 속도 성분이 [eqn: {1} over {2}]이 되어 B지점에 떨어지게 된다.

7. [출제의도] 질량이 변하는 물체에 일정한 힘이 작용하는 운동에 대해 이해하였는가를 묻는 문제이다.

일정하게 물을 분사하면 수레는 그 반작용으로 일정한 힘을 반대방향으로 받게 된다. 물이 빠져 나가기 때문에 질량이 줄어드는 수레는 [eqn: F=ma] 로부터 가속도가 점점 증가하는 운동을 하게 됨을 알 수 있다. 라서 속력과 시간 관계 그래프에서 기울기가 점점 증가하는 모양을 나타내고 있는 ④ 이 정답이 된다.

8. [출제의도] 단진자의 주기가 변하는 경우에 대해 알고 있는가를 묻는 문제이다.

단진자의 주기는 [eqn: T=2 pi sqrt {{l over {g}}] 로 나타내므로 시간이 빨리 가는 경우는 중력가속도가 커지거나 길이가 줄어든 경우라고 할 수 있다. 추운 곳에서는 금속재질로 된 추의 길이가 줄어든다.

[오답풀이] ㄷ. 추의 길이가 길어지면 주기가 길어져 시계가 늦게 가게 된다.

9. [출제의도] 샤를의 법칙에 관하여 알고 있는가를 묻는 문제이다.

기온의 상승에 의해 기체의 부피가 증가하고 과자봉지 같이 한정된 부피인 경우 압력이 증가하게 된다.

[오답풀이] ㄱ. 기체의 양을 증가시켜 압력을 증가시키는 것이다. ㄴ. 압력이 낮아져 기체의 용해도가 감소하는 현상으로 샤를의 법칙과는 무관하다.

10. [출제의도] 이상적인 열기관인 카르노기관의 열효율에 대해 알고 있는가를 묻는 문제이다.

이상적인 열기관의 열효율은 [eqn: 1- {T _{2}} over {T _{1}}] 으로 나타낼 수 있으며 수증기의 온도차가 같다면 낮은 온도의 수증기를 이용하는 열기관의 최대 열효율이 더 크게 된다.

11. [출제의도] 보일의 법칙을 적용하는 현상을 이해하였는가를 묻는 문제이다.

온도의 변화 없이 잠수부가 상승하면서 압력이 감소하게 되어 폐의 부피가 과도하게 팽창하는 현상을 나타낸 것으로 보일의 법칙을 적용하여야 한다.

[오답풀이] (나)와 (B)는 압력이 일정할 때 온도에 비례하여 부피가 커지는 샤를의 법칙을 나타낸다.

12. [출제의도] 수직방향과 연직방향의 진동의 차이를 이해하였는가를 묻는 문제이다.

용수철진자의 주기는 [eqn: T=2 pi sqrt {{m} over {k}}]로 나타난다. 그러므로 추의 질량과 용수철상수가 같다면 위치에 상관없이 진동주기는 같아야 한다.

[오답풀이] 추를 연직방향으로 매달았을 때에는 용수철의 탄성력과 추에 작용하는 중력이 비기는 곳이 진동의 중심이 된다. 따라서 평형상태의 용수철 길이는 수평으로 매달았을 때 보다 길어지나 평형점으로부터 위아래의 변위의 크기는 같다. 평형점을 지날 때 가장 빠른 속력이 나타나며 가속도가 가장 큰 곳은 진동의 양 끝에서 나타난다.

13. [출제의도] 정전기 유도 현상을 이해하는가를 묻는 문제이다.

검전기 내부의 전하량은 변화가 없어야 한다. 에보나이트 막대가 가까이 접근하면 검전기의 금속박에 있던 (+)전하가 위쪽으로 이동하게 되어 금속박이 오므라들게 된다. 그러나 계속해서 에보나이트 막대가 접근하게 되면 금속박 쪽에서 추가로 (+)전하가 위로 이동하게 되어서 금속박에는 (-)전하가 남게 되고 이로 인해 다시 벌어지게 된다.

14. [출제의도] 대전체 주위의 전기장에 대해 묻는 문제이다.

① A의 오른쪽에 도체판을 놓게 되면 대전체로부터의 전기장이 오른쪽으로 집중되어 A점에서의 전기장은 세어진다. ② 대전체를 A쪽으로 접근시키면 거리가 가까워지므로 전기장은 세어진다. ④ 대전체의 전하량이 증가하면 전기장은 세어진다. ⑤ A의 오른쪽에 (-)로 대전된 물체를 놓으면 대전체로부터 (-)대전체로 향하는 강력한 전기장이 형성되어 A지점의 전기장이 세어진다.

[오답풀이] ③ 대전체의 왼쪽에 도체판을 놓게 되면 대전체로부터의 전기장이 왼쪽으로 집중되어 A 지점의 전기장은 약해진다.

15. [출제의도] 물체의 충돌을 전후하여 운동량보존의 법칙을 적용하는 능력을  묻는 문제이다.

ㄴ. 충돌지점으로부터 수평이동거리를 살펴보면 충돌직후 동전 B의 속력이 더 크다는 것을 알 수 있다.

[오답풀이] ㄱ. 충돌전후 운동량이 보존되어야 하는데 충돌 전에는 오른쪽으로 이동하는 동전 B의 운동량만 있었다. 그러므로 충돌 후에도 수평방향으로의 운동량만 있고 수직방향의 운동량은 0 이 되어야 한다. 동전 A의 수직방향 위로 이동한 거리가 동전 B의 수직방향 아래로 이동한 거리보다 크기 때문에 동전 A의 수직방향속도가 더 크다는 것을 알 수 있다, 그러므로 질량은 동전 B가 더 커야 한다.

ㄷ. 충돌을 전후하여 두 물체가 받는 충격량은 항상 같다.

16. [출제의도] 전위차를 조정하여 등전위를 만들기 위한 조건을 묻는 문제이다.

ㄷ. 휘트스톤브리지의 형태로 가운데의 검류계가 연결된 도선에 전류가 흐르지 않게 하려면 가운데 회로를 중심으로 서로 마주보는 저항의 곱이 같아야 한다. 저항체의 저항값은 길이에 비례하므로 단자가 점 P로부터 0.6 L떨어진 곳에 접촉하면 저항체의 저항이 6 : 4로 분배되어 검류계가 연결된 회로를 중심으로 서로 마주보는 저항의 곱이 같아 검류계에 전류가 흐르지 않게 된다.

[오답풀이] ㄱ. 점 P로부터 0.6 L떨어진 곳을 경계로 하여 1Ω짜리 꼬마전구 양단에 전위차가 생기므로 검류계에 흐르는 전류의 방향이 바뀌게 된다.

ㄴ. 검류계의 전류의 방향에 따라 전류계A에 흐르는 전류와 전류계B쪽으로 흐르는 전류의 크기가 변한다.

17. [출제의도] 자기장 속에서 전하의 원운동을 분석하는 능력을 묻는 문제이다.

자기장 속에서 전하가 받는 힘이 구심력의 역할을 하여 전하가 원운동을 한다. [eqn: Bqv= {mv ^{2}} over {R}]로부터 전하의 회전반지름은 [eqn: R= {mv} over {Bq}]이다. 또 전하가 회전하는 방향을 보아 (가)와 (다)는 (+)전하임을 알 수 있으며 (나)는 (-)전하이다. A와 B의 회전반지름은 [eqn: R_{rm A it} = R_{rm B it}= {2mv} over {Bq}]이며 C의 회전반지름은 [eqn: R _{rm C it} = {mv} over {Bq}]이다

18. [출제의도] 전압의 변화에 수반되는 전기적 변화를 파악하는 능력을 묻는 문제이다.

2차 코일의 감은수가 많으면 1차 코일에 걸리는 전압보다 2차 코일의 전압이 더 크다.  [eqn: P= {V ^{2}} over {R}]으로부터 전압이 증가하면 소비전력은 전압의 제곱에 비례하여 증가하는데 선풍기의 전력이 증가하면 날개가 빨리 돈다. 저항이 일정할 때 전압이 증가하면 전류도 증가하여야 한다.

[오답풀이] 전기제품의 전기저항은 별도의 조작 없이는 변하지 않는다.

19. [출제의도] 축전기에 충전과 방전시 회로상의 전류의 흐름을 개략적으로 아는지를 묻는 문제이다.

건전지를 연결하여 스위치를 닫으면 축전기에 짧은 시간 동안 전류가 급격히 감소하며 흐른다. (가)에 저항을 연결하고 스위치를 닫으면 축전기에 충전되었던 전기가 방전하며 반대 방향으로 전류가 흐르게 되는데 충전과 방전되는 전하의 양은 같아야 한다.

20. [출제의도] 전기력의 합을 가늠할 수 있는가를 묻는 문제이다.

같은 재질 고무풍선을 털가죽으로 문지르면 고무풍선은 같은 전기를 띠게 된다.

[오답풀이] ㄴ. 가운데의 고무풍선 B는 양쪽의 고무풍선으로부터 동일한 전기력을 받아 전기력의 합은 0이 된다.

ㄷ. 고무풍선 B가 없어지면 고무풍선 A와  C사이의 전기력이 작아지므로 거리가 가까워진다.