과학탐구 영역

물리 I 정답

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

해설

1. [출제의도] 위치-시간 그래프를 통해 물체의 운동 해석하기

4초일 때 운동방향이 바뀌므로 0～4초까지 이동거리와 변위의 크기는 같고 0～6초까지 이동거리가 변위의 크기보다 크므로 평균속력은 평균속도의 크기보다 크다.

2. [출제의도] 속도-시간 그래프를 통해 물체의 운동 해석하기

3초일 때 운동방향이 반대가 되므로 0～3초까지 이동거리와 3～6초까지 이동거리가 같다. 2～3초까지 이동거리와 3～4초까지 이동거리가 같으므로 0～2초까지 이동거리는 4～6초까지 이동거리와 같은 6m이다. 0～2초까지 평균속력은 [eqn: rm {6m } over {2s} = 3m/s]이다.

3. [출제의도] 상대속도-시간 그래프 분석하기

ㄱ. 철수의 속도, 영희의 속도, 영희가 본 철수의 속도를 각각 [eqn: v_철], [eqn: v_영], [eqn: v_영철]라 두면 3초일 때 [eqn: v_영철]는 [eqn: v_영철 = v_철 - v_영]에서 [eqn: 2= v_철 - 2]이므로 [eqn: v_철 =4 rm (m/s)]이다.

ㄴ. [eqn: v_철 = v_영철 + v_영]에서 0～6초까지 크기는 [eqn: v_철 >v_영]이므로 철수와 영희 사이가 멀어진다.

ㄷ. 철수의 가속도의 크기는 [eqn: rm {2`m/s} over {1s} =2`m/s ^{2}]이다.

4. [출제의도] 운동방정식 적용하기

ㄱ. 4개의 물체의 가속도를 [eqn: a]라 두고, 한 덩어리로 운동하는 물체의 운동방정식을 적용하면 합력은 D의 무게([eqn: mg])이고, 질량은 [eqn: 5m]이므로 [eqn: mg = 5ma]에서 [eqn: a = 1 over 5 g]이다.

ㄴ. B가 받는 합력은 오른쪽 방향이므로 C는 B에게 오른쪽 방향의 마찰력이 작용한다.

ㄷ. A의 합력은 p가 A를 당기는 힘 [eqn: 2 over 5 mg]이고 D의 합력은 [eqn: 1over 5 mg]이므로 q가 D를 당기는 힘은 [eqn: 4 over 5 mg]이다.

5. [출제의도] 종이테이프 분석하기

가속도의 크기는 [eqn: rm 3cm over (0.1s)^2 = 3m/s^2]이므로 합력은 [eqn: 2TIMES 3 = 6(rm N)]이다. 외력이 10 N이므로 마찰력은 4 N이다.

6. [출제의도] 힘의 평형 적용하기

B의 질량을 [eqn: m_{ rm B}]라 두면 B는 아래쪽으로 중력([eqn: m_{ rm B} g]), 아래실이 당기는 힘 10N, p가 위쪽으로 당기는 힘 40N을 받아 정지해 있으므로 [eqn: m_{ rm B} g +10=40]이므로 [eqn: m_{ rm B}]=3(kg)이다.

7. [출제의도] 여러 가지 힘이 작용하는 상황 인식하기

A, B가 정지해 있으므로 합력은 0이고 물체에 작용하는 탄성력과 마찰력의 크기는 같고 방향이 반대이므로 두 힘은 힘의 평형관계이다.

8. [출제의도] 운동방정식 적용하기

한 덩어리의 질량이 같고 합력의 비가 2 : 3이므로 가속도의 비도 2 : 3이다. (가)에서 B가 받는 합력과 (나)에서 A가 받는 합력의 크기가 같으므로 [eqn: m_{rm B} TIMES 2 =m_{rm A} TIMES 3]가 되어 [eqn: m_{rm A}]:[eqn: m_{rm B}] = 2 : 3이다.

9. [출제의도] 운동량 보존 법칙을 통해 물체의 운동 평가하기

ㄱ, ㄴ. 고무줄이 늘어나 있는 동안 A, B는 힘을 계속 받고 있으므로 속력, 운동량의 크기는 증가한다.

ㄷ. 운동량 보존 법칙을 적용하면 A와 B의 운동량의 크기는 항상 같다.

10. [출제의도] 전동기의 일률 구하기

0～5초 동안 전동기가 물체를 끌어올리는 일률은 [eqn: Fh overt = mgh over t = {10 TIMES 10 TIMES 2 } over 5 = 40(rm W)]이다.

11. [출제의도] 운동량 보존과 역학적 에너지 보존 탐구 설계 및 수행하기

ㄱ. 작용 반작용에 의해 A, B가 용수철로부터 받는 충격량의 크기는 항상 같다.

ㄴ. 역학적 에너지 보존 법칙을 적용하면 탄성력에 의한 위치에너지가 최고점에서 A, B의 중력에 의한 위치에너지의 합과 같으므로

[eqn: 1 over 2 kx^2 = mg(h_{rm A}+}h_{rm B})]이다.

ㄷ. A, B의 질량의 비가 2 : 1이므로 분리 직후 A, B의 속력의 비는 1 : 2이다. 분리 후 역학적 에너지는 보존되므로 [eqn: 1 over 2 mv^2 = mgh]을 적용하면 [eqn: h∝v^2]가 되어 A, B의 최고점의 높이의 비는 1 : 4이다.

12. [출제의도] 전압, 전류, 저항의 관계 문제 인식과 가설설정하기

(나)는 저항값이 통제변인, 전압이 조작변인, 전류가 종속변인이므로 전압과 전류의 관계를 알 수 있고, 옴의 법칙을 적용하면 [eqn: {전압} over {전류} =저항]이므로 저항은 일정하다. (다)는 전압이 통제변인, 저항값이 조작변인, 전류가 종속변인이므로 저항과 전류의 관계를 알 수 있다.

13. [출제의도] 일과 에너지 정리를 적용하여 물체의 물리량 평가하기

ㄱ. A, B가 받는 합력이 같으므로 질량이 작은 A가 가속도의 크기가 크다.

ㄴ, ㄷ. 합력과 이동거리가 같으므로 A, B가 받는 일이 같다. 일과 에너지 정리를 적용하면 중간선에서 A, B의 운동에너지는 같다. 운동에너지는 [eqn: p^2 over 2m]이므로 질량이 작은 A의 운동량이 작다.

14. [출제의도] 저항의 길이, 단면적, 저항값을 통해 비저항 비교하기

저항값 [eqn: R], 길이 [eqn: L], 단면적 [eqn: S]일 때 비저항 [eqn: rho]는  [eqn: R = rho L over S]에서 [eqn: rho = SR over L]이다. [eqn: rho_{rm B} > rho_{rm C} > rho_{rm A}]이다.

15. [출제의도] 저항의 혼합연결 분석하기

ㄱ. A, B의 합성저항값은 30Ω이므로, 회로 전체의 저항값 [eqn: R]은 [eqn: 1 over R = 1 over 30 + 1 over 30]에서 [eqn: R=15]Ω이다.

ㄴ. 직렬연결에서 전류가 일정하므로 소비전력은 저항에 비례한다.

ㄷ. A, B의 합성저항값과 C의 저항값이 같고 A, B 전체와 C가 병렬연결이므로 전압도 같다. 따라서 A, B의 소비전력의 합과 C의 소비전력은 같다.

16. [출제의도] 전기회로에서 저항값 비교하기

전체전압이 9 V이고 스위치를 닫기 전 전류가 1 A이므로 [eqn: R_1], [eqn: R_2]의 합성저항은 [eqn: R_1 +R_2 = 9] Ω이고, 스위치를 닫은 후 3 A의 전류가 [eqn: R_1]에 흐르므로 [eqn: R_1 = 3] Ω이다. 따라서 [eqn: R_2 = 6] Ω이다.

17. [출제의도] 자기장 속에서 전류가 받는 힘 가설 설정하기

ㄱ, ㄴ. 전류의 방향만 바뀌는 경우, 자기장의 방향만 바뀌는 경우는 자기장 속에서 전류가 흐르는 직선도선이 받는 힘(자기력)의 방향이 반대가 된다.

ㄷ. 전압이 일정할 때 저항값이 증가하면 전류의 세기는 감소하므로 자기력의 크기가 감소한다.

18. [출제의도] 에너지 보존 법칙 적용하기

수평면과 빗면에서 물체에 작용하는 마찰력을 각각 [eqn: f_1], [eqn: f_2]라 두면, 물체의 중력에 의한 위치에너지([eqn: mgh])+마찰력이 한 일([eqn: -fs])=0이므로 (가)에서는 [eqn: mgh=f_1 ․ 3s], (나)에서는 [eqn: mgh=f_1 ․s +f_2 ․2h]이다. 두 식을 연립하면 [eqn: f_2 = mg over 3]이다.

19. [출제의도] 직선 전류에 의한 자기장 구하기

ㄱ, ㄴ. 직선 전류에 의한 자기장의 세기는 전류의 세기에 비례하고 거리에 반비례하므로 A, B가 a점에 형성하는 자기장은 0이고 c점은 B가 형성하는 자기장의 세기가 A보다 크다.

ㄷ. A, B가 b점에 형성하는 자기장의 방향은 같으므로 자기장의 세기는 0이 될 수 없다.

20. [출제의도] 두 경우의 힘의 평형 평가하기

용수철 상수를 [eqn: k], 자기력을 [eqn: F] 라 두면 추를 매단 경우는 [eqn: mg= kx_1]…①, 자석을 놓은 경우는 [eqn: F= kx_2]…②이다. 식 ①, ②를 연립하면

[eqn: F= mgx_2 over x_1]이다.