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물리Ⅰ 정답

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

해 설

1. [출제의도] GPS의 원리와 활용을 이해한다.

철수 : GPS는 인공위성에서 보내는 전파를 이용하여 위치를 알 수 있는 시스템이다. 민수 : GPS는 차량용 내비게이션, 비행기와 배의 항법 장치 등에 활용된다.

[오답풀이] 영희 : 정확한 위치를 알기 위해서는 최소한 3개의 인공위성이 필요하다.

2. [출제의도] 뉴턴의 운동 법칙과 중력을 이해한다.

ㄱ. 철수와 강아지가 정지해 있으므로 합력은 모두 0이다. ㄴ. 중력의 크기는 질량에 비례한다.

[오답풀이] ㄷ. 강아지에 작용하는 중력의 반작용은 강아지가 지구를 당기는 힘이다.

3. [출제의도] 등속도 운동과 등가속도 운동을 적용하여 운동 시간을 구한다.

철수는 등속도 운동을 하고, 영희는 등가속도 운동을 하므로 [eqn: t_1 = 100 over 5 = 20](초), [eqn: t_2 = root{{2 times50} over 1} = 10](초)이다.

4. [출제의도] 속도-시간 그래프를 분석하여 운동을 이해한다.

ㄱ. 속도-시간 그래프에서 기울기가 가속도이다. ㄴ. 1초부터 2초까지는 속도가 변하지 않았다. ㄷ. 0초부터 2초까지 그래프 아래의 넓이를 구하면 3 m이다.

5. [출제의도] 쿨롱 법칙을 적용한다.

A는 B와 C로부터 인력을 받고, B는 A로부터 인력, C로부터 척력을 받는다. C는 A로부터 인력, B로부터 척력을 받는데 척력이 더 강하다. 따라서 A는 오른쪽, B는 왼쪽, C는 오른쪽으로 전기력을 받는다.

6. [출제의도] 일․운동 에너지 정리를 적용한다.

합력이 한 일이 운동 에너지의 변화량과 같으므로[eqn: W_{rm A} : W_{rm B} = 1 over 2 m(2v)^2 : 1 over 2 mv^2 = 4:1]이다.

7. [출제의도] 역학적 에너지 보존 법칙을 이해한다.

ㄴ, ㄷ. 빗면을 내려오면서 감소한 퍼텐셜 에너지만큼 운동 에너지가 증가하며, 역학적 에너지는 보존되므로 수평면에 도달하는 순간의 속력은 A와 B가 같다.

[오답풀이] ㄱ. 빗면을 내려오는 동안 위치가 낮아지므로 A의 퍼텐셜 에너지는 감소한다.

8. [출제의도] 충격량과 운동량 사이의 관계 및 역학적 에너지 보존 법칙을 적용한다.

역학적 에너지 보존 법칙에 따라 벽과 충돌 전 물체의 속도는 [eqn: sqrt {2 times10 times0.8} =4](m/s)이고, 충돌 후 속도는 [eqn: -2](m/s)이다. 충격량은 운동량의 변화량과 같으므로 [eqn: 1 times(-2) - 1 times 4 = -6](N․s)이다.

9. [출제의도] 만유인력을 받는 인공위성의 운동을 이해한다.

ㄴ. 만유인력이 구심력 역할을 하므로 구심력의 크기는 [eqn: GMm over r^2]이다.

[오답풀이] ㄱ. 합력은 만유인력과 같다. ㄷ. 주기 [eqn: T] 동안 [eqn: 2pir]만큼 이동하므로 속력은 [eqn: 2pir over T]이다.

10. [출제의도] 정전기 유도 현상을 이해한다.

ㄱ. (가)에서는 정전기 유도에 의해 B에서 A로 전자가 이동한다. ㄴ. (나)에서 A는 음(-)전하, B는 양(+)전하를 띤다. ㄷ. A와 B는 서로 다른 부호의 전하를 띠므로 인력이 작용한다.

11. [출제의도] 특수 상대성 이론에서 길이 수축을 이해한다.

[eqn: x]방향으로는 길이 수축이 일어나므로 [eqn: a < a_0]이고, [eqn: y]방향으로는 길이 수축이 일어나지 않으므로 [eqn: b = b_0]이다.

12. [출제의도] 일반 상대성 이론의 등가 원리를 이해한다.

ㄴ. 중력만 작용하므로 몸무게는 [eqn: w]이다. ㄷ. 관성력이 작용하므로 몸무게는 [eqn: w]가 된다.

[오답풀이] ㄱ. 중력에 관성력이 더해져서 몸무게는 [eqn: 2w]가 된다.

13. [출제의도] 우주의 팽창을 이해한다.

영희 : 우주가 팽창하기 때문에 외부 은하에서 오는 빛의 적색 편이 현상이 일어난다.

[오답풀이] 철수 : 우주의 팽창 속도는 일정하지 않았다. 민수 : 중력은 인력이므로 우주를 팽창시키는 원인이 될 수 없다.

14. [출제의도] 천체의 중력에 의한 공간의 휘어짐을 이해한다.

ㄱ. 천체에 가까울수록 중력이 크므로 공간이 휘어진 정도가 크다. ㄴ. 공간의 휘어짐 때문에 중력 렌즈 현상이 나타난다.

[오답풀이] ㄷ. 공간이 휘어지는 현상은 일반 상대성 이론으로 설명할 수 있다.

15. [출제의도] 표준 모형의 기본 입자를 이해한다.

표준 모형의 기본 입자는 쿼크와 렙톤으로 전자는 렙톤에 속한다.

16. [출제의도] 솔레노이드에 의한 자기장을 이해한다.

ㄴ. P와 Q에서 자기장의 방향은 왼쪽으로 같다.

[오답풀이] ㄱ. A의 오른쪽이 S극, B의 왼쪽이 N극이 되므로 A와 B 사이에는 인력이 작용한다. ㄷ. 내부에서 자기장의 세기는 감은 수가 많을수록 크다.

17. [출제의도] 전기력선을 통해 전기장을 이해한다.

ㄱ. A는 양(+)전하이므로 P에 놓인 +1C의 전하는 척력을 받아 A로부터 멀어진다. ㄷ. 균일한 전기장이므로 Q에 놓인 전하가 받는 전기력의 크기는 일정하다.

[오답풀이] ㄴ. P에 놓인 전하는 운동하는 동안 전기력이 감소하므로 가속도가 감소하는 운동을 한다.

18. [출제의도] 자기력선을 통해 직선 전류에 의한 자기장을 이해한다.

ㄱ. 도선 주위의 자기장의 방향이 시계 방향이므로 앙페르 법칙에 따라 전류의 방향은 b이다.

[오답풀이] ㄴ. 도선으로부터 거리가 다르므로 P를 지나는 자기력선과 Q를 지나는 자기력선은 서로 만나지 않는다. ㄷ. 자기장 세기는 거리에 반비례한다.

19. [출제의도] 특수 상대성 이론에서 시간의 동시성에 대해 이해한다.

ㄱ. 철수와 영희는 모두 관성 좌표계에 있으므로 두 사람의 좌표계에서 빛의 속력은 같다. ㄴ. 이동 시간이 같으므로 광원에서 A와 B까지의 거리는 같다. ㄷ. 철수의 좌표계에서는 영희가 탄 열차가 B에서 A쪽으로 운동하므로 빛이 B에 먼저 도달한다.

20. [출제의도] 케플러 법칙을 적용한다.

공전 주기는 A가 B의 8배이므로 케플러 제3법칙에 따라 공전 궤도 긴반지름은 A가 B의 4배이다.