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2007학년도 9월 고2 전국연합학력평가 정답 및 해설

• 4교시 과학탐구 영역 •

물리Ⅰ 정답

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

해 설

1. [출제의도] 그래프를 통해 물체의 운동을 분석할 수 있는지를 묻는 문제이다.

ㄷ. 2 초일 때는 속도가 작아지고 있으므로 가속도가 음(-)이고 8 초일 때는 속도가 커지고 있으므로 가속도가 양(+)이다.

[오답풀이] ㄱ. 위치-시간 그래프에서 기울기가 속도인데, 5 초일 때 기울기가 0 이 아니므로 속도는 0 이 아니다. ㄴ. 평균 속력은 이므로 = 2 (m/s) 이다.

2. [출제의도] 등가속도 직선 운동을 분석할 수 있는지를 묻는 문제이다.

ㄴ. A 는 계속 동쪽으로 이동하고 B는 동쪽으로 앞서 갔다가 서쪽으로 되돌아오므로 한 번 만난다.

[오답풀이] ㄱ. A 의 이동 거리는 =32 (m)이다. B 는 운동 방향이 2 초 때 바뀌고 등가속도 운동을 하므로 0～2 초와 2～4 초 동안의 이동 거리는 같다. B의 이동 거리는 ( )×2 =8 (m)이다. ㄷ. A 는 처음에 정지해 있고 가속도가 +이므로 속력이 커지는 운동을 하고, B 는 처음에는 속도와 가속도가 반대 방향이므로 속력이 감소하다가 2 초 이후에는 속도와 가속도가 같은 방향이므로 속력이 증가하는 운동을 한다.

3. [출제의도] 속력 측정 장치를 통한 평균 속력을 계산할 수 있는지를 묻는 문제이다.

평균 속력은 이므로 =0.3 (m/s)이다.

4. [출제의도] 힘이 작용할 때 변하는 여러 가지 물리량을 해석할 수 있는지를 묻는 문제이다.

a. 처음 속도가 0 이므로 운동량의 변화는 이다. b. 그래프의 기울기는 가속도로 이므로 힘은 이다. c. 그래프의 면적은 이동거리로 이므로 한 일은 이다.

5. [출제의도] 운동 마찰력을 받는 물체의 운동을 설명할 수 있는지를 묻는 문제이다.

ㄱ, ㄴ, ㄷ. 마찰력은  이므로 A 에 작용하는 운동 마찰력은 3 N 이고 B 에 작용하는 운동 마찰력은 12  N 이다. 총질량 3 kg 에 작용하는 총 마찰력이 15 N 이므로 가속도는 5   이다. A 에 작용하는 합력은 5 N 이고 마찰력이 3 N 이므로 A 와 B 사이에 작용하는 힘의 크기는 2 N 이다.

6. [출제의도] 연결된 물체의 운동을 운동법칙에 따라 힘과 관련지어 설명할 수 있는지를 묻는 문제이다.

일정한 힘으로 당기면 세 물체가 모두 가속도가 같은 등가속도 운동을 하므로 세 물체에 작용하는 합력은 모두 같다. 용수철 A 에 작용하는 힘이 10 N 이므로 용수철 B 에 작용하는 힘은 20 N 이고 힘  는 30 N 이다.

7. [출제의도] 탄성력을 받으며 운동하는 물체의 역학적 에너지의 보존을 이해하는지를 묻는 문제이다.

ㄱ. 용수철 상수는  이므로 200 N/m 이다. ㄷ. 추가 O 점을 통과할 때는 B 점의 위치 에너지가 모두 운동 에너지로 바뀌므로  = 에서 속력은 2 (m/s)이다.

[오답풀이] ㄴ. 한 일의 양은 그래프의 아래 면적에 해당하므로 =1 (J)이다.

8. [출제의도] 중력과 저항력을 받으며 운동하는 물체의 역학적 에너지 변화를 이해하는지를 묻는 문제이다.

ㄱ, ㄴ. 속력이 빨라지고 있으므로 운동 에너지가 증가하고, 아래로 내려가고 있으므로 위치 에너지가 감소하고 있다.

[오답풀이] ㄷ, ㄹ. 역학적 에너지가 보존되려면 중력에 의해 중력 가속도로 속력이 일정하게 증가하여야 하는데 공기의 저항 때문에 그러지 못하였으므로 역학적 에너지는 감소하고 있다.

9. [출제의도] 실생활에서 충격량과 운동량의 변화 사이의 관계를 이해하는지를 묻는 문제이다.

낙하산을 매달면 공기의 저항으로 속력이 줄어든다. 빨대나 스펀지로 감싸면 충돌 시간을 길게 하여 충격력을 줄여 준다.

[오답풀이] 공기가 든 풍선을 매달면 공기의 저항이 커져 속력이 줄어든다. 중력의 크기는 변하지 않는다.

10. [출제의도] 충돌 과정에서 에너지의 변화와 일과 에너지의 관계를 이해하는지를 묻는 문제이다.

쇠구슬이 떨어지면서 위치 에너지 가 운동 에너지로 전환된다. 질량이 같은 물체에 충돌하면서 속도가 절반으로 줄어들고 질량은 2 배가 되므로 운동에너지가 절반으로 줄어든다. 이 운동 에너지가 마찰에 의해서 손실된다. 즉 =이므로 [eqn: F~]=[eqn: mgh over 2s]이다.

11. [출제의도] 마찰력이 작용하는 물체의 운동을 설명할 수 있는지를 묻는 문제이다.

ㄱ. 정지해 있는 물체에 작용하는 외력이 커지면 정지 마찰력도 커진다.

[오답풀이] ㄴ. 움직이는 순간의 페트병의 무게가 최대 정지 마찰력이므로 정지 마찰 계수를 구할 수 있다. ㄷ. 운동 마찰력은 최대 정지 마찰력보다 작으므로 물체가 움직인 후 등가속도 운동을 한다.

12. [출제의도] 두 물체의 충돌 시 운동량 보존의 법칙을 이해하는지를 묻는 문제이다.

세 경우 모두 전체 운동량은 같으므로 충돌 후 총알의 운동량이 오른쪽 방향으로 클수록 물체의 운동량은 작아진다. 즉 속력이 작아진다.

13. [출제의도] 솔레노이드 내부의 자기장을 이해하는지를 묻는 문제이다.

ㄱ. 솔레노이드 내부에서의 자기장은 모두 왼쪽 방향으로 같다. ㄴ. 솔레노이드는 단위 길이당 감은 횟수가 많을수록 자기장의 세기가 크므로 B 가 더 크다.

[오답풀이] ㄷ. A 의 오른쪽은 S 극, B 의 왼쪽은 N 극이 되므로 인력이 작용한다.

14. [출제의도] 그래프를 통해 운동을 해석할 수 있는지를 묻는 문제이다.

ㄱ. 속도가 변하지 않으므로 등속도 운동을 한다. ㄴ. 6～9 초 동안 속도가 0 이므로 정지하였다. ㄷ. 9～11 초 동안 가속도가 약 10 인 자유 낙하 운동을 한다. 이때 무중력 상태를 체험한다.

15. [출제의도] 용수철에 연결된 운동을 속도-시간 그래프를 해석하여 설명할 수 있는지를 묻는 문제이다.

ㄱ. 용수철에 의해 똑같은 탄성력이 작용하므로 두 공에 작용하는 힘의 크기는 항상 같다.

[오답풀이] ㄴ. 0.2 초일 때 A 의 속력이 B 의 속력보다 크므로 점점 가까워지고 있는 상태로 A 와 B 사이의 거리가 최소가 될 수 없다. 0.1 초 일때 최대가 되고 0.3 초일 때 최소가 된다. ㄷ. 기울기가 가속도를 나타내는데 기울기의 부호가 반대이므로 가속도의 방향은 반대이다.

16. [출제의도] 비저항의 의미와 병렬 연결된 저항의 변화를 해석할 수 있는지를 묻는 문제이다.

A의 한 구간의 저항을  이라고 하면 B 의 한 구간의 저항은 3 이다. a, b, c, d, e 에 연결했을 때 합성 저항은 각각 , , , 3, 이므로 a 에 연결하였을 때 전류가 가장 많이 흐른다.

17. [출제의도] 병렬 연결된 저항으로 구성된 전기회로에서 전류와 전압을 해석할 수 있는지를 묻는 문제이다.

ㄴ. 전류의 세기가 같을 때, 전압은 저항이 클수록 크므로 c, d 사이의 전압이 더 크다. ㄷ. d 에 연결하였을 때는 양쪽의 저항이 같아 흐르는 전류의 세기가 같고 저항도 같으므로 소비전력도 같다.

[오답풀이] ㄱ. 전하량은 보존되므로 직렬로 연결된 저항에 흐르는 전류의 세기가 같다.

18. [출제의도] 전압과 전류의 관계를 이해하는지를 묻는 문제이다.

전압계는 저항에 병렬로 연결해야 하므로 P 이고, 전류계는 저항에 직렬로 연결해야 하므로 Q 이다. 전류의 세기는 전압에 비례하고 저항에는 반비례한다.

19. [출제의도] 전구의 연결에 따른 전압을 해석할 수 있는지를 묻는 문제이다.

3V용 전구의 저항은 10 Ω 이고 6 V 용 전구의 저항은 40 Ω 이다. 40 Ω 저항 두 개를 병렬로 연결하면 20 Ω 의 저항이 된다. 10 Ω 과 20 Ω 의 저항을 직렬로 연결하면 각각에 걸리는 전압은  3 V 와 6 V 이다.

20. [출제의도] 전류 주변에 생기는 자기장의 방향과 크기를 비교하여 설명할 수 있는지를 묻는 문제이다.

ㄱ. P, Q 점에서 원형전류에 의한 자기장과 직선전류에 의한 자기장의 크기는 같지만, P 점에서는 같은 방향이고 Q 점에서는 반대 방향이므로 합성 자기장의 크기는 Q 점에서 작다.

ㄴ. P 점에서 원형전류와 직선전류에 의한 자기장의 방향이 모두 종이면에 수직으로 나오는 방향이므로 합성자기장의 방향도 종이면에 수직으로 나오는 방향이다.

[오답풀이]

ㄷ. Q 점에서 원형 전류에 의한 자기장은 종이면에 수직으로 나오는 방향이고 직선 도선에 의한 자기장은 수직으로 들어가는 방향이다. 원형 전류에 의한 자기장의 크기가 직선 전류에 의한 자기장보다 크므로 합성 자기장은 종이면에 수직으로 나오는 방향이다.