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>>>  2010 수능 해설 | 과학탐구 영역 물리Ⅰ

물리Ⅰ

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정	답

1. ⑤	2. ①	3. ③	4. ④	5. ②

6. ⑤	7. ⑤	8. ②	9. ③	10. ②

11. ①	12. ③	13. ③	14. ④	15. ④

16. ②	17. ①	18. ③	19. ④	20. ⑤

해	설

1. 위치-시간 그래프	⑤

정답

ㄱ. 위치-시간 그래프에서 기울기는 속력을 나타낸다. 위치-시간 그래프에서 A의 기울기가 일정하므로 속력은 일정하다.

ㄴ. 1초일 때 A의 기울기는 (+)값을 갖지만 B의 기울기는 (-)값을 가지므로 A와 B의 운동 방향은 서로 반대이다.

ㄷ. 2초일 때 A에서 B까지의 거리는 8m이고, 4초일 때 A에서 B까지 거리는 4m이다.

2. 상대 속도	①

정답

A는 지면에 대하여 서쪽으로 25m/s이고, B는 A에 대한 상대 속도가 동쪽으로 10m/s이므로, [eqn: v _{AB} = v _{B}-v _{A }]에서 [eqn: v _{B}]의 크기는 15m/s이다. C는 A에 대한 상대 속도가 동쪽으로 35m/s이므로 [eqn: v _{CB} = v _{C}-v _{A }]에서 [eqn: v _{C}]의 크기는 10m/s이다.

3. 작용과 반작용	③

정답

ㄱ. 여자가 정지해 있으므로 여자에 작용하는 합력은 0이다.

ㄴ. b가 남자를 당기는 힘의 크기와 b가 여자를 당기는 힘의 크기는 힘의 평형을 이루고 있으므로 같다.

ㄷ. a가 남자를 당기는 힘과 남자가 a를 당기는 힘이 작용과 반작용의 관계이고, b가 남자를 당기는 힘과 남자가 b를 당기는 힘이 작용과 반작용의 관계이다.

4. 운동량 보존의 법칙	④

정답

ㄱ. A와 B가 충돌한 후 운동량이 보존된다. A와 B가 충돌한 후 A의 속도의 크기가 1m/s에서 [eqn: { 1} over {3 }]m/s로 작아지고, B의 속도의 크기는 0에서 [eqn: { 4} over {3 }]m/s로 커지므로 운동량 보존의 법칙에 적용하면 B의 질량은 1kg이다.

ㄴ. A와 B가 충돌하는 동안 B가 A로부터 받은 충격량의 크기는 충돌 전후 A의 운동량 변화량의 크기와 같다.

ㄷ. B와 C가 충돌하여 한 덩어리가 되어 운동한다고 하였으므로 운동량 보존의 법칙에 대입하여 풀면 한 덩어리가 된 B와 C의 속력은 [eqn: { 2} over {3 }]m/s이다.

5. 합성 저항	②

정답

그림 (가)는 R과 가변 저항이 직렬로 연결되어 있으므로 가변 저항이 커질수록 가변 저항에 비례하여 합성 저항이 커지고, (나)는 R과 가변 저항이 병렬로 연결되어 있으므로 가변 저항이 커질수록 합성 저항이 커지지만 비례하여 커지지는 않는다.

6. 역학적 에너지 보존	⑤

정답

ㄱ. 가만히 놓인 순간부터 지면에 도달할 때까지 중력에 의한 물체의 위치 에너지의 감소량은 운동 에너지의 증가량과 같으므로 20J이다.

ㄴ. 역학적 에너지의 법칙을 적용하여 다음과 같이 풀면, [eqn: { 1} over { 2}m v^{ 2}=mgh]에서 [eqn: v}=2 sqrt { 5}m/s]이고, 이 속력은 운동 에너지에 대입하여 풀면 m=2kg이다.

ㄷ. 높이 0.5m인 지점에서의 운동 에너지는 10J이므로 이를 운동 에너지에 대입하면

[eqn: { 1} over { 2}m v^{ 2}=10]J, [eqn: v}= sqrt { 10}m/s]이다.

7. 전기 저항	⑤

정답

S를 A에 연결하면 [eqn: R_{1 }]과 [eqn: R_{2 }]과 병렬로 연결되므로 두 저항에 걸리는 전압은 같아지고, [eqn: R_{1 }]과 [eqn: R_{2 }]에 흐르는 전류의 세기의 합은 [eqn: R_{3 }]에 흐르는 전류의 세기와 같아진다. S를 B에 연결하면 [eqn: R_{3 }]로는 전류가 흐르지 않고 B에 연결된 전선으로 모두 흐른다.

8. 이중 슬릿	②

정답

ㄱ. 점 P는 보강 간섭이 일어나므로 반파장의 짝수배가 된다.

ㄴ, ㄷ. 파장이 [eqn: {lambda } over {2}]인 단색광 B를 사용하였으므로 간섭 무늬 간격([eqn: DELTAx= { L lambda } over { d}])이 [eqn: { 1} over {2 }]배 작아지므로 Q에서는 보강 간섭이 일어난다.

9. 운동량 보존 법칙	③

정답

A와 B는 작용과 반작용의 관계로 A가 B로부터 받은 충격량의 크기와 B가 A로부터 받는 충격량의 크기는 같으며, (라)와 같이 [eqn: x_{A }]〉[eqn: x_{B }]이면 같은 시간 동안 이동한 거리가 [eqn: x_{A }]가 더 길기 때문에 A의 속력이 B의 속력보다 크다. 그러나 수레 위에 추를 올려놓으면 추의 질량이 커지므로 추를 올려놓지 않고 움직일 때보다 이동한 거리가 작아진다.

10. 비저항	②

정답

저항 R=[eqn: rho { L} over {S }]이다. 원통형 금속 막대 A, B, C의 길이가 같고 단면적이 다르다고 하였으므로 그래프의 단면적과 저항값을 공식에 대입하면 [eqn: rho _{A }]〉[eqn: rho _{C }]〉[eqn: rho _{B }]의 관계가 됨을 알 수 있다.

11. 평행한 두 도선 주위의 자기장	①

정답

[eqn: x]축 상의 [eqn: x]=0인 지점과 [eqn: x]=2d인 지점에서 전류에 의한 자기장의 세기와 방향이 같다고 하였으므로, [eqn: x]=0인 지점에서는 서로 상쇄가 일어나고, [eqn: x]=2d인 지점에서는 보강이 일어나야 한다. 따라서 도선 B의 전류의 방향은 +y방향이 되어야 하며 [eqn: x]=0인 지점과 [eqn: x]=2d인 지점의 전류의 세기를 다음과 같이 같다고 놓으면,

[eqn: -k{ I} over {d }+k{ I _{ B} } over {d }=-k{ I} over {3d }-k{ I _{ B} } over {d }](단, xy평면에 수직으로 나오는 방향을 (+)로 한다.)에서 [eqn: I _{ B}= { I} over { 3}]이다.

고난도

12. 정상파	③

정답

속력은 20cm/s이고, 주기는 04s이므로 [eqn: v= { lambda } over {T }]에 대입하면 λ=20×0.4=8(cm)이다. A와 B 사이의 거리가 6cm이므로 A점이 배이고 B점이 마디가 되어 B점에서의 진폭은 0이다.

13. 전반사	③

정답

ㄱ. 단색광이 플라스틱에서 공기로 입사할 때 임계각이 40°이므로 플라스틱의 굴절률 [eqn: n= { 1} over { sin40 DEG }]이다.

ㄴ. 점광원에서 연직선에 대해 42°의 각은 이루며 나온 광선은 임계각보다 크므로 전반사된다.

ㄷ. 임계각에 가까이 입사된 광선은 조절각이 90°에 가까우므로 P점보다 아래에 도달한다.

14. 전자기 유도	④

정답

ㄱ. 1초일 때 자기장의 세기가 일정하므로 자속의 변화가 없으므로 R에는 전류가 흐르지 않는다.

ㄴ. 3초일 때 자기장의 세기가 일정하게 증가하고 자기장의 방향이 도선이 이루는 면에 수직으로 들어가는 방향이므로 유도 전류는 반시계 방향으로 흐른다. 따라서 R에 흐르는 전류의 방향은 a → R → b이다.

ㄷ. R에 흐르는 전류의 세기는 4초일 때와 3초일 때 자기장의 세기가 일정하게 증가하므로 자속의 변화가 같아 전류의 세기는 서로 같다.

15. 광전 효과	④

정답

ㄱ. 광전자의 최대 운동 에너지는 빛의 세기와는 무관하므로 (가)는 2E이다.

ㄴ. 광전자의 수는 빛의 세기에 비례하므로 실험 Ⅰ에서가 실험 Ⅱ에서보다 크다.

ㄷ. 금속의 일함수는 다음과 같은 공식([eqn: W=hf-E _{ k}], [eqn: v=f lambda])을 이용하여 구할 수 있다. [eqn: W=h { c } over {lambda } -2E], [eqn: W=h { 2c } over {3lambda } -E]를 연립하여 풀면 [eqn: W= {hc } over {3lambda }]이다.

16. 전기 저항	②

정답

스위치 S1, S2가 열려 있을 때 R에 걸리는 전압을 V1이라 하면 저항이 직렬로 연결되어 있으므로

[eqn: V_{ 1}= { R} over {(R+12) }V]이고, 스위치 S1, S2가 닫혀 있을 때 R에 걸리는 전압을 V2이라 하면 [eqn: V _{2} = {{6R} over {(6+R)}} over {( {6R} over {(6+R)} +9)} V]이다. [eqn: V_{ 1}= V _{ 2}]이므로 R=2Ω이다.

고난도

17. 여러 가지 힘과 운동	①

정답

ㄱ. 수평면이 A를 수직으로 떠받치는 힘의 크기가 A가 B를 수직으로 떠받치는 힘의 크기의 3배이므로 다음과 같은 비례 관계가 성립한다.

[eqn: m_{B }: ( m_{A }+m_{B })=1:3], 이를 정리하면 A의 질량이 B의 질량의 2배이다.

ㄴ. A는 A의 아랫변과 윗변이 받는 마찰력의 크기는 같으므로 [eqn: mu _{아랫변} BULLET 3mg=mu _{윗변} BULLET mg]이다. 즉, 윗변의 운동 마찰 계수가 아랫변의 운동 마찰 계수보다 크다.

ㄷ. B가 A에 작용하는 마찰력의 방향은 A의 운동 방향과 같은 오른쪽이다.

18. 물질파	③

정답

ㄱ. (나)의 무늬와 같이 물질파의 간섭 무늬는 원자가 파동성을 가지기 때문에 나타나는 현상이다.

ㄴ. 물질파의 파장은 다음과 같이 [eqn: lambda = {h} over {p}]가 성립하므로 원자의 운동량이 커지면 물질파의 파장이 작아진다.

ㄷ. 간섭 무늬의 간격은 [eqn: lambda= { d} over {L }DELTAx]이므로 운동량이 커지면 [eqn: lambda]는 작아지고, [eqn: lambda]와 d는 비례 관계이므로 d는 작아진다.

고난도

19. 일과 에너지	④

정답

ㄱ. 등가속도 운동을 하므로 평균 속력×시간이 이동 거리가 된다. 이동 거리 [eqn: s= { v- v_{ 0} } over {2 } TIMESt]를 이용하면 마찰이 없는 수평면에서보다 마찰이 있는 수평면에서 걸린 시간이 2배가 됨을 알 수 있다. 이를 이용하여 가속도의 비를 구하면 마찰이 없는 수평면에서의 가속도의 크기([eqn: a_{ 1}])는 마찰이 있는 수평면에서의 가속도의 크기([eqn: a_{ 2}])보다 2배가 큼을 알 수 있다. 나무 도막의 질량을 M이라 하면,

[eqn: a_{ 1}= {mg } over {3m+M }]. [eqn: a_{ 2}= {0.5Mg-mg } over {3m+M }]이다. 이를 풀면 M=3m이다.

ㄴ. 나무 도막이 S1에서 움직일 때는 [eqn: 2mg-T=2ma _{ 1}], 나무 도막이 S2에서 움직일 때는

[eqn: T'-2mg=-2ma _{ 2}]이다. [eqn: a_{ 1}]이 [eqn: a_{ 2}]보다 크므로 [eqn: T']가 [eqn: T]보다 크다.

ㄷ. 나무 도막의 운동 에너지의 변화량은 알짜힘의 일이므로 마찰력이 나무 도막에 한 일은 나무 도막의 운동 에너지의 변화량과 같지 않다.

20. 마찰력과 탄성 에너지	⑤

정답

ㄱ. 마찰이 있는 지역을 지날 때 가속도의 크기 [eqn: a=1m/ s^{2 }]이므로 마찰력의 크기는 다음과 같다.  [eqn: ma= mu mg]이므로 [eqn: mu=0.1]이다.

ㄴ. 물체가 빗면을 따라 최고점 h까지 올라간 높이는 역학적 에너지 보존의 법칙에 이용하여 구할 수 있다.

[eqn: { 1} over {2 }m v^{ 2}=mgh]를 이용하면 h=3.2m이다.

ㄷ. 탄성 위치 에너지가 운동 에너지로 변하였고, 마찰이 있는 지역을 지나면서 운동 에너지의 일부가 손실되었다. 마찰이 있는 지역을 한 번 지나갈 때의 손실된 운동 에너지는 18m(물체의 질량 : m)이다. 물체는 마찰이 있는 지역을 두 번 지나갔다. 용수철이 최대 압축된 길이를 탄성 위치 에너지와 운동 에너지의 비례식을 세워서 구하면 다음과 같다.

[eqn: { 1} over { 2}kd : { 1} over { 2}mv ^{ 2}={ 1} over { 2}d' ^{ 2}:{ 1} over { 2}mv' ^{ 2}]

⇒[eqn: {1} over {2} kd:50m= {1} over {2} d prime ^{2} :14m], [eqn: d'= { sqrt { 7} } over {5 }d]이다.