2004학년도 4월 고3 전국연합학력평가

정답 및 해설

로그인/회원가입 필요없는 학습자료 무료제공 사이트

레전드스터디 닷컴 http://LegendStudy.com

• 4교시 과학 탐구영역•

[물리Ⅱ]

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

1. [출제의도] 변위-시간 그래프를 속도-시간, 가속도-시간 그래프로 변환하기

[해설] 이 물체는 힘의 크기가 계속 변하면서 왕복 운동을 하는 경우의 변위-시간 그래프이다. 이 그래프를 속도-시간 그래프로 변환하면 [eqn: cos theta] 함수 곡선이 되고 가속도-시간 그래프로 변환하면 [eqn: -sin theta] 함수 곡선이 된다. 따라서 가속도의 값이 최대인 곳은 1, 3초, 속도가 최대인 곳은 2, 4초가 되며, 4초 동안 운동 방향은 1초와 3초에서 2번 변한다.

2. [출제의도] 비스듬히 던져 올린 두 물체의 운동 분석하기

[해설] A와 B 두 물체는 같은 높이까지 올라 갔으므로 올라가는데 걸린 시간이 같고 수직 속도 성분이 같다.  수평 도달 거리는 B가 더 길기 때문에 수평 속도 성분은 B가 더 크다. 따라서 초속도는 B가 더 크다. 최고점에서 속도는 B가 더 크고 운동 에너지와 역학적 에너지는 B가 더 크다.

3. [출제의도] 시간 기록계 타점 분석하기

[해설] A의 운동은 진동수가 40Hz인 시간 기록계를 사용하여 4타점 간격으로 분석한 것으로 가속도는 1 ㎨이 되고, B의 운동은 2타점 간격으로 분석한 것으로 가속도는 4 ㎨이 된다. 두 물체에 작용한 힘이 같으므로 A의 질량이 B보다 4배 크다. 동일한 거리를 이동하는데 걸린 시간이 A가 B보다 2배 길기 때문에 평균 속력은 B가  A의 2배이다.

4. [출제의도] 벡터의 합성과 상대 속도 구하기

[해설] V배와 V강물의 벡터를 합성하면 A와 B의 강물이 흐르는 방향과 수직인 방향의 속도 성분은 같으므로 강을 건너가는 시간은 같다. 그러므로 동시에 도착한다. 지면에 대한 속도는 B가 더 빠르고 이동 거리는 B가 더 길다.

5. [출제의도] 공기 저항에 의한 중력장 내의 낙하 운동 그래프 해석하기

[해설] 물체는 중력에 의해 낙하하면서 공기 저항을 받는다. 공기 저항은 속력이 빨라지면서 점점 증가하지만, 공기 저항력과 중력이 평형을 이룰 때 등속 운동을 하게 된다. t초 일 때 공기 저항력은 중력과 같으므로 B의 질량이 크고, 공기 저항력도 B가 크다. 속도-시간의 그래프에서 면적은 이동 거리를 의미하므로 t초 동안 이동한 거리는 B가 길고, 기울기는 가속도를 의미하므로 평균 가속도는 B가 크다.

6. [출제의도] 역학적 에너지 보존과 수평으로 던진 물체의 운동 수평 도달 거리 구하기

[해설] 역학적 에너지 보존법칙으로 A점에서 [eqn: v_0]를 구하면 [eqn: v_0 = SQRT { 2g {h }_{1 } }]이고, A에서 B까지 낙하 시간은 [eqn: t= SQRT { { 2 { h}_{2 } } over {g } }]이다. 수평 도달 거리[eqn: R=v_0 t] 이므로 R을 2배로 하기 위해서는 [eqn: h_1]과 [eqn: h_2]를 2배로 증가시켜야 한다.

7. [출제의도] 등속 원운동의 속력 구하기

[해설] [eqn: v=rω= { 2πr} over { T}]에서 등속 원운동에서 주기가 일정할 때, 속력은 반지름에 비례한다.

8. [출제의도] 등속 원운동 주기와 반지름 사이의 가설 설정하기

[해설] 실험은 회전 반지름을 변화시키면서 회전 주기를 측정하였다.

9. [출제의도]합성 탄성 계수와 단진동 주기 구하기

[해설] 탄성 계수는 (나)가 4배 크기 때문에 늘어난 길이는 (가)가 4배 크고,[eqn: T=2 pi SQRT { { m} over k{ } }]에서 (가)의 주기가 2배 크다.

10. [출제의도] 운동량 보존 법칙 적용하기

[해설] 운동량 보존 법칙에 의해 x축 방향의 운동량과 y축 방향의 운동량이 보존되므로 충돌 후의 x축 방향 운동량은 20 kg․m/s이고, y축 방향의 운동량 합은 0이다. 따라서, [eqn: theta =45 DEG], [eqn: v_B]= [eqn: 2 SQRT { 2}] ㎧이다.

A의  충돌 전․후의 운동 에너지비는 (10)2:(52)2로 보존되지 않는다.

11. [출제의도] 관성 좌표계에서 운동 설명하기

[해설] (가)의 관성 좌표계에서 물체는 원운동을 하며 구심력은 용수철의 탄성력이다.  (나)의 가속 좌표계에서 관찰자에게 물체는 탄성력과 원심력(가상적인 힘)이 평형을 이루어 정지 상태로 보인다.

12. [출제의도] 운동량과 에너지 보존 법칙 적용하기

[해설] 완전 탄성 충돌에서는 운동량과 역학적 에너지가 보존된다. (가)의 경우에는 가장 왼쪽에 있는 동전 1개가 v의 속력으로 진행하고, (나)의 경우에는 2개가, (다)의 경우에는 3개가 v의 속력으로 진행한다.

13. [출제의도] 단진자의 주기 구하기

[해설] 등속 운동에서는 [eqn: T=2 pi SQRT { { l} over {g } }]

상승할 때는 [eqn: T=2π SQRT { {l } over {g+a } }],

하강할 때는  [eqn: T=2π SQRT { {l } over {g-a } }] 이다.

14. [출제의도] 가속계에서 자유 낙하 하는 물체의 낙하 시간 구하기

[해설] 가속계에서 자유 낙하 운동하는 물체의 낙하시간[eqn: T= SQRT { { 2h} over {g-a } }]에서 [eqn: a= { 3} over {4 } g]이므로 2T임.

15. [출제의도] 반발 계수와 운동량 적용하기

[해설] 운동량 보존 법칙과 반발 계수로부터 충돌 후 A와 B의 속도는 2m/s, 4m/s이다.

역학적 에너지 보존법칙에 의해 용수철의 줄어든 최대 길이는

[eqn: { 1} over { 2} m { v_B}^{2 } = { 1} over {2 } k { x}^{2 }]에서 [eqn: x=0.1]m이다.

16. [출제의도] 만유 인력 법칙을 알고, 속도-시간그래프에서 가속도 구하기

[해설] 만유 인력 F는 두 물체의 질량의 곱에 비례하고 반지름의 제곱에 반비례하므로 중력 가속도는 A행성이 B행성의 2배이다. 속도-시간 그래프에서 직선의 기울기가 가속도이다.

17. [출제의도] 인공 위성의 만유 인력에 의한 위치 에너지와 운동 에너지로 역학적 에너지 구하기

[해설] 인공 위성의 운동 에너지는[eqn: { GMm} over {2r }]

위치 에너지는 [eqn: { -GMm} over {r }]=U,

역학적 에너지는 [eqn: { -GMm} over {2r }]=[eqn: { 1} over { 2}]U

18. [출제의도] 인공 위성 궤도에서의 탈출 속도 구하기

[해설] 물체의 이탈 속도는 운동 에너지가 궤도에서의 역학적 에너지보다 커야 하므로

[eqn: {GMm } over { 2r} ≤ { 1} over {2 }m { v}^{2 }]에서 [eqn: v≥ SQRT {{ GM} over {r } }]이 된다.

19. [출제의도] 열의 이동 방법으로 전도를 설명하기

[해설] 전도 : ㄱ, ㄴ  대류 : ㄷ   복사 : ㄹ

20. [출제의도] 열역학 제1법칙 적용하기

[해설] 열역학 제 1법칙 [eqn: Q=ㅿU+PㅿV]를 적용하면 C→A과정에서는 방출된 열량만큼 부피와 내부 에너지가 감소한다.