물리 I 정답

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

해 설

1. [출제의도] 속도-시간 그래프를 이해하고 평균속력을 구할 수 있다.

ㄱ. (나)에서 속도-시간 그래프의 넓이를 구하면 거리는 270 m이다.

ㄴ. 270 m를 12초 동안 이동하였으므로 평균속력은 22.5 m/s이다.

ㄷ. 질량이 일정하고 그래프에서 8초일 때 가속도의 크기가 3초일 때의 두 배이므로 합력의 크기도 두 배이다.

2. [출제의도] 공기저항이 있는 상황에서 역학적 에너지가 손실됨을 이해할 수 있다.

ㄱ. A에서 C까지 이동하는 동안 공기 저항에 의한 역학적 에너지 손실이 있으므로 A의 운동 에너지가 C의 위치에너지 보다 크다.

ㄴ. B에서 D까지 이동하는 동안 공기 저항에 의한 역학적 에너지 손실이 있으므로 B의 운동 에너지가 D의 운동에너지 보다 크다.

ㄷ. C에서 D까지의 수직 거리와 D에서 E까지의 수직 거리가 같고 중력이 일정하므로 C에서 D까지 중력이 한 일은 D에서 E까지 중력이 한일과 같다.

3. [출제의도] 운동 방정식을 활용하여 도르래에서 운동하는 물체의 속도를 구할 수 있다.

A가 B보다 질량이 크므로 A쪽으로 a = [eqn: { 합력} over {질량 }] = [eqn: { Mg-mg} over {M+m }] = [eqn: { (M-m)g}over {M+m }] 크기로 움직인다.

2초 후 속도 [eqn: v= v_{0 }+at]식에 의해 2a이므로 [eqn: 2{ (M-m)g}over {M+m }] = [eqn: 2g{ (M-m)}over {M+m }] 가 된다.

4. [출제의도] 위치-시간 그래프를 이해하고 속도와 가속도를 구할 수 있다.

ㄱ. 이동거리가 A는 11 m이고 B는 5m이므로 6초 동안 평균속력은 같지 않다.

ㄴ. 가속도는 2초부터 6초까지 음(-)이고, 6초부터 8초까지 양(+)이다. 따라서 한번 바뀐다.

ㄷ. 4초부터 6초까지 A에 대한 B의 속도의 크기 [eqn: v_{ AB}] = [eqn: v_{ B}]  - [eqn: v_{ A}] 이고, [eqn: v_{ A}]가 일정하고 [eqn: v_{ B}]는 4초부터 6초까지 속도의 크기가 증가하므로 [eqn: v_{ AB}]는 증가한다.

5. [출제의도] 마찰이 있는 상황에서 운동량 보존을 활용하여 운동에너지를 구할 수 있다.

질량 [eqn: m]인 물체 A와 질량 [eqn: 2m]인 물체 B가 정지 상태에서 분리 되므로 운동량 보존 법칙에 의해 물체 A는 왼쪽[eqn: 2v']로, 물체 B는 오른쪽 [eqn: v']로 운동한다.

ㄱ. 마찰이 있는 면에서 운동에너지의 변화량은 마찰력이 한일과 같으므로 A면에 있는 마찰면의 마찰력이 한 일은 [eqn: μmg(2s)]이고, B면에 있는 마찰면의      마찰력이 한 일은 [eqn: μ(2m)gs] 이므로 같다.

ㄴ. 물체 A는 분리된 후 [eqn: { 1} over { 2}mv' ^{ 2}]의 운동 에너지를 가지고 분열 되어 마찰에 의해 에너지가 손실 된 후 [eqn: { 1} over { 2}mv ^{ 2}]가된다. [eqn: { 1} over { 2}m(2v') ^{ 2}]- [eqn: μmg(2s)] = [eqn: { 1} over { 2}mv ^{ 2}] --- ①식

물체 B는 분리된 후 [eqn: { 1} over { 2}2m(v') ^{ 2}]의 운동 에너지를 가지고 분열 되어 마찰에 의해 에너지가 손실 된 후 정지한다.   [eqn: { 1} over { 2}2m(v') ^{ 2}]-[eqn: μ(2m)gs] = 0 ---- ②식

②식 [eqn: μ(2m)gs] = [eqn: { 1} over { 2}2m(v') ^{ 2}]을 ①식에 대입하면,  [eqn: { 1} over { 2}m(2v') ^{ 2}] -[eqn: { 1} over { 2}2m(v') ^{ 2}] = [eqn: { 1} over { 2}mv ^{ 2}]가  되어 계산하면 [eqn: v'] = [eqn: { 1} over { sqrt { 2} }v]가 된다. 따라서 물체 A는 [eqn: 2v'] = [eqn: sqrt { 2}v]가 된다.

ㄷ. 용수철에서 분리된 직후 B는 [eqn: v'] = [eqn: { 1} over { sqrt { 2} }v]로 움직이므로 운동 에너지 [eqn: { 1} over { 2}2m(v') ^{ 2}] = [eqn: { 1} over { 2}mv ^{ 2}]가 된다.

6. [출제의도] 힘, 질량, 가속도의 관계를 실험[Ⅰ], 실험[Ⅱ]를 통하여 그래프로 나타낼 수 있다.

질량에 따른 가속도의 관계는 반비례 하므로 반비례 그래프는 ③, ④번이며 힘이 두 배 커지면 가속도-질량 그래프의 밑면적이  두 배 커진다.

따라서, ④번이 정답이 된다.

7. [출제의도] 운동량 보존과 힘-시간 그래프를 활용하여 충돌 후 운동량과 운동 에너지를   구할 수 있다.

ㄱ. I = Δp에 의해 [eqn: mv']- [eqn: m(3v)] = -[eqn: 2mv](A는 충격을 왼쪽으로 받으므로 부호가 -)

충돌 후 A속력은 [eqn: v'] = [eqn: v]가 된다.

ㄴ. B의 운동량의 변화량의 크기는 충격량의 크기이며 힘-시간 그래프의 면적이므로 [eqn: 2mv]이다.

ㄷ. ㄱ에서 A는 3[eqn: v]에서 충돌 후 [eqn: v]가 되고, B는  [eqn: mv'']- [eqn: m(-v)] = [eqn: 2mv]에서 -[eqn: v]에서 충돌 후 [eqn: v'']=[eqn: v]가 되어 완전비탄성 충돌을 한다.

충돌 전 운동 에너지의 합은 [eqn: { 1} over { 2}m(3v) ^{ 2}]+ [eqn: { 1} over { 2}m(-v )^{ 2}] = [eqn: 5mv ^{ 2}]이 되고,

충돌 후 운동 에너지의 합은  [eqn: { 1} over { 2}mv ^{ 2}] + [eqn: { 1} over { 2}mv ^{ 2}] = [eqn: mv ^{ 2}]이 되므로 차이는 4[eqn: mv ^{ 2}]이 된다.

8. [출제의도] 두 물체의 운동 상황에서 마찰력의 방향과 크기, 한일을 구할 수 있다.

ㄱ. B에 힘이 오른쪽으로 가해져서 B는 미끄러지면서 A와 함께 오른쪽으로 운동하고, A가 B에 작용하는 마찰력의 방향은 운동 뱡향의 반대인 왼쪽이며, 반작용인      B가 A에 작용하는 마찰력은 오른쪽이 된다. 따라서 A와 B의 운동 방향과 B가 A에게 작용하는 마찰력 방향은 같다.

ㄴ. B의 속도는 수평면이 보았을 때 A의 속도가 [eqn: v]이고, A가 보았을 때 B의 속도가 [eqn: v]이므로, 수평면이 보았을 때 B의 속도는 2[eqn: v]가 된다. 따라서 힘 F에 대한       일률을 구하면[eqn: F(2v)]이므로 [eqn: 2Fv]이다.

ㄷ. A는 등속 운동을 하므로 합력이 0이 되고 B가 A에게 작용하는 오른쪽 방향 마찰력의 크기가 [eqn: F] 이므로, 수평면이 A에게 작용하는 왼쪽 방향의 마찰력의 크기도 [eqn: F] 이다.

9. [출제의도] 저항의 연결에 따른 합성 저항을 이해한다.

ㄱ. 병렬 연결에서의 합성 저항 [eqn: R = {R_1 R_2} over {R_1+ R_2}]이므로 각각의 저항이 증가하면 합성 저항도 증가
ㄴ. [eqn: R = V overI = 12]에서 전체 저항은 12[eqn: rm] Ω이고, 직렬로 연결된 저항 C가 8[eqn: rm]Ω이므로 병렬 합성 저항은 4[eqn: rm] Ω이고, [eqn: 1 over 10 + 1 over R_{rm B} = 1 over4]에서 [eqn: R_{rm B} = 20 over 3]
ㄷ. 직렬 연결된 D 저항이 C 저항보다 작으므로 저항에 걸리는 전압이 감소하므로 병렬 합성 저항에 걸리는 전압이 증가

10. [출제의도] 저항의 병렬 연결에서의 전압의 변화를 이해한다.

병렬 연결의 합성 저항은 [eqn: 1 over R = 1 over6 + 1 over 3 = 1 over2]이므로 2[eqn: rm]Ω
전체 저항은 2 Ω+3[eqn: rm]Ω=5[eqn: rm]Ω저항에 걸리는 전압은 저항에 비례하므로 병렬 합성 저항에 걸리는 전압은 4 V
A～B에 걸리는 전압은 2 V

11. [출제의도] 도체의 길이와 단면적에 따른 저항의 변화를 이해한다.

ㄱ. [eqn: R = rho L over S]에 저항은 [eqn: 1 over 4]배
ㄴ. 1초 동안 도선의 단면을 통과하는 전자의 수는 전류의 세기에 비례하므로 저항에 반비례한다.
ㄷ. 전자의 평균 속도는 전류에 비례하고 단면적에 반비례한다. A는 B보다 전류 4배, 단면적 2배이므로 평균 속도는 2배이다.

12. [출제의도] 직선 전류에 의한 자기장의 세기에 대해 이해한다.

직선 도선의 자기장의 세기 [eqn: B = k I overr]
오른 나사의 법칙에 의해 P점에서 A, B에 의한 자기장의 방향은 같고 지면을 향한다. P점에서 A, B에 의한 자기장의 세기는 각각을 더한 값과 같다.
C에 의한 자기장은 A, B에 의한 자기장과 세기는 같고 방향은 반대이어야 한다.
[eqn: k I overr + k I over 2r = k x over3r], [eqn: x = 4.5I]

13. [출제의도] 회로의 소비전력을 구한다.

스위치가 A에 연결되었을 때 전체 저항은 60[eqn: rm]Ω이므로 회로의 전류는 0.2 A
전동기에 걸리는 전압은 [eqn: 0.2 times 40 = 8]V, 소비전력은 [eqn: 0.2 TIMES 8=1.6] W
스위치가 B에 연결되었을 때 전체 저항은 40[eqn: rm]Ω이므로 회로의 전류는 0.3 A
전동기의 소비전력은 [eqn: 0.3 times12 = 3.6] W
따라서 소비 전력의 비는 4 : 9

14. [출제의도] 전자기 유도의 원리를 이해한다.

ㄱ. 자기장의 변화를 방해하는 방향이므로 반시계 방향으로 전류가 흐른다.
ㄴ, ㄷ. 들어가는 경우와 나가는 경우 모두 자기장이 변화하는 면적이 증가하므로 유도 전압도 증가한다.

15. [출제의도] 파동의 기본요소 사이의 관계를 이해한다.

ㄴ. 두 파동의 주기가 같으므로 진동수도 같다.

ㄷ. B가 파장이 크므로 파동의 진행속력은 B가 A보다 크다.

16. [출제의도] 광전효과를 이해한다.

ㄱ. 그래프에서 직선을 점선으로 연장한 [eqn: y]축 값이 일함수를 나타낸다.

ㄴ. [eqn: f _{1}]의 진동수에 해당하는 빛을 비추면 금속 B는 일함수만큼 도달하지 못하여 광전자가 방출하지 않는다.

ㄷ. [eqn: {1} over {2}mv ^{ 2}=hf-W] 에서 그래프의 기울기는 플랑크상수 [eqn: h]이다.

17. [출제의도] 파동의 반사 특성을 이해한다.

ㄱ. 해저를 탐사하는 배는 파동의 반사 현상을 이용한다.

ㄴ. [eqn: v _{} =f lambda]의 관계식에서 [eqn: lambda _{물속} = {v _{물속}} over {f}]이므로 계산하면 3.2×10-4 m이 된다.

ㄷ. 공기중에서의 초음파의 파장은 물속에서의 약 0.24배이다.

18. [출제의도] 빛의 굴절법칙을 일고, 전반사 현상을 이해한다.

ㄱ. (나) 에서 광선 B 의 반사각은 [eqn: theta] 보다 작다.

ㄴ. [eqn: {sin theta _{공기}} over {sin theta _{물}} = {v _{공기}} over {v _{물}} = {lambda _{공기}} over {lambda _{물}}] 이므로 광선의 속력은 A가 B보다 크다.

ㄷ. (가)에서 입사되는 경우 전반사가 일어나지 않는다.

19. [출제의도] 파동의 중첩원리를 이해하고 간섭조건을 설명한다.

ㄱ. 같은 위상으로 파동을 발생시켰으므로 P점에서의 위상차는 0이다.

ㄴ. 시간에 따라 파동의 진푝이 변하므로 수면의 높이는 일정하지 않다.

ㄷ. 서로 반대방향의 위상을 갖는 파동이 중첩되므로 상쇄간섭이 일어난다.

20. [출제의도] 빛의 간섭현상을 이해한다.

ㄴ. 보강간섭에서의 경로차 = [eqn: {lambda } over {2} (2m)`(m=0`,`1,`2,` CDOTS )]이고, [eqn: m=2]일 때이므로 800 nm가 된다.

ㄷ. 무늬 사이의 간격은 빛의 파장에 비례하므로 긴 파장의 빛으로 실험하면 [eqn: DELTA x]는 증가한다.