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물리Ⅰ 정답

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

해 설

1. [출제의도] 앙부일구 이해하기

ㄱ. 영침의 그림자가 정북(천구의 북극)을 향하도록 설치한다.

ㄴ. 태양이 동쪽에서 서쪽으로 이동하므로 그림자는 서쪽에서 동쪽으로 이동한다. 따라서 이 시각 이후 그림자 끝의 이동방향은 c 이다.

ㄷ. 이날 이후 태양의 남중 고도는 낮아지므로 그림자의 길이는 길어져 그림자 끝의 이동 방향은 b 이다.

2. [출제의도] 지구 반지름 측정하기

ㄱ, ㄴ. a지점과 b지점의 위도 차이를 θ, a와 b 사이의 거리를 [eqn: l]이라고 하면 지구 반지름 R는 다음과 같이 구할 수 있다.  [eqn: 2 pi R] : [eqn: l] = [eqn: 360 DEG] : [eqn: theta] 이므로

[eqn: R= {360 DEG l} over {2 pi ` theta }] 이다.

[오답풀이] ㄷ. 적도를 제외한 같은 위도상의 경도차를 이용하여 지구 반지름을 구할 수 없다.

3. [출제의도] 속력-시간 그래프 이해하기

이동거리는 그래프의 면적이므로 A, B의 이동거리 [eqn: S _{RMA}], [eqn: S _{rmB}] 는 각각 40 [eqn: rm m], 15 [eqn: rm m]이다. 그러므로 이동 거리 차 [eqn: S _{rmA} -S _{rmB}] 는 25 [eqn: rm m]이다.

4. [출제의도] 상대성 이론 이해하기

특수 상대성 이론에 의하면 정지 좌표계에서 움직이는 물체의 시간을 측정하면 시간이 팽창하여 느리게 간다. 일반 상대성 이론에서 중력의 세기가 약해지면 시간은 빠르게 간다.

5. [출제의도] 거리-시간 그래프 이해하기

ㄱ. 80 [eqn: rm m]지점 Q 를 통과한 시간이 A가 B보다 작으므로 A가 B보다 먼저 통과한다.

ㄴ. 그래프의 기울기가 속력이고 A의 기울기가 일정하므로 등속 직선 운동을 한다.

ㄷ. B의 평균속력은 [eqn: {80-0} over {4-0} =20RM(m/s)]이다.

6. [출제의도] 물체의 운동 이해하기

ㄱ. 낙하하면서 속력이 증가하므로 운동량의 크기는 증가한다.

ㄷ. 높이가 감소하고 있으므로 중력에 의한 퍼텐셜 에너지는 감소한다.

[오답풀이] ㄴ. 스키 점프 선수에 중력이 작용하고 중력의 방향으로 이동한 거리가 있으므로 중력이 스키 점프 선수에게 한 일은 0이 아니다.

7. [출제의도] 뉴턴의 운동 법칙 이해하기

ㄱ. 영희는 정지 상태(힘의 평형)에 있으므로 영희에게 작용하는 알짜힘은 0이다.

[오답풀이] ㄴ. 무게가 (가)에서는 두 발에 분산 되고 (나)에서는 한 발에 작용한다. 따라서 지면이 발 A에 작용하는 힘은 (가)에서가 (나)에서보다 작다.

ㄷ. 지면이 A에 작용하는 힘과 중력은 힘의 평형 관계이다.

8. [출제의도] 뉴턴의 운동 법칙 이해하기

A와 B에 대한 운동방정식을 세우면

[eqn: 1·g-T=1·a]……①

[eqn: T=ma]……② 이다.

그래프에서 기울기가 가속도이므로 [eqn: a=2rm`m/s ^{2}]이다. 이를 ①에 대입하면

[eqn: T= 1 TIMES10-1 TIMES2= 8 rm `N]이다.

따라서 ②에서 [eqn: m=4`rmkg]이다.

[다른 풀이] 그래프에서 기울기가 가속도이므로 [eqn: a=2rm`m/s ^{2}]이다. [eqn: 1TIMES10=(m+1) TIMES2]에서 [eqn: m=4`rmkg]이다.

9. [출제의도] 운동량과 충격량 이해하기

ㄴ. 충격량이 운동량 변화량이므로 충격량의 크기는 (가)에서가 (나)에서보다 크다.

[오답풀이] ㄱ. 축구공의 처음 운동량을 [eqn: mv], (가)에서 나중 속도를 0, (나)에 나중 속도를 [eqn: v']라 하면 축구공의 운동량 변화량은 [eqn: TRIANGLE P _{가} = LEFT | 0-mv RIGHT |],

[eqn: ` TRIANGLE P _{나} = LEFT | mv ' -mv RIGHT |], [eqn: v>v']이므로 [eqn: TRIANGLE P _{가} >` TRIANGLE P _{나}]이다.

ㄷ. 두 힘은 작용ㆍ반작용 관계이므로 크기는 서로 같다.

10. [출제의도] 운동량-시간 그래프 분석하기

운동량 변화량은 충격량이다. 6 kg·m/s=[eqn: F] ×2[eqn: rms]이므로 [eqn: F=3 rm `N]이다.

[다른 풀이] 운동량 시간 그래프의 기울기가 충격력이므로 [eqn: F=3 rm `N]이다.

11. [출제의도] 일-운동 에너지 이해하기

일과 운동 에너지 정리, ‘알짜힘×변위=운동 에너지 변화량’을 적용하면,

[eqn: F·s = {1 } over { 2}mv^2 - { 1} over {2 }mv_0^2]  ([eqn: v_{ 0}=0])이므로

[eqn: (20rm`N-10`N) TIMES 1`m ={1} over {2} TIMES 1 TIMES {it v ^{2} }] 에서

[eqn: v=2 sqrt {5}] m/s가 된다.

12. [출제의도] 역학적 에너지 보존 법칙 이해하기

[eqn: mgh+ {1} over {2} mv ^{2} = {1} over {2} m(2v) ^{2}] ……①

[eqn: {1} over {2} m(2v) ^{2}=mgH] ……②

①, ②에 의하여 [eqn: H] 는 [eqn: {4} over {3} h]이다.

13. [출제의도] 케플러 법칙 이해하기

질량이 [eqn: M], [eqn: m]인 두 물체가 거리 [eqn: r]만큼 떨어져 있을 때 두 물체 사이에는 만유인력([eqn: G` {M`m} over {r ^{2}}])이 작용한다.  만유인력이 구심력이므로 [eqn: G` {M`m} over {r ^{2}} = { mv^2} over {r }]에

[eqn: v= { 2 pir } over {T }]를 대입하면 [eqn: { r^3} over {T^2 } = { GM} over {4 pi^2 }]이다.

이를 케플러 제3법칙 또는 조화 법칙이라고 한다.

14. [출제의도] 케플러 법칙과 만유인력 법칙 이해하기

ㄷ. [eqn: G` {M`m} over {r ^{2}} =ma]에서 [eqn: r]이 작은 a점에서 가속도의 크기가 더 크다.

[오답풀이] ㄱ. 궤도의 긴반지름은 [eqn: { r+3r} over {2 } =2r]이다.

ㄴ. 면적 속도 일정 법칙에 의해 속력은 a에서가 b에서보다 크다.

15. [출제의도] 특수 상대성 이론 이해하기

ㄴ. 뮤온의 입장에서는 지표면이 상대적으로 운동하고 있으므로 길이가 수축되어 [eqn: H] 보다 짧다.

ㄷ. 길이 수축, 시간 팽창은 특수 상대성 이론으로 설명할 수 있다.

[오답풀이] ㄱ. 특수 상대성 이론에 의하여 철수가 관측할 때 운동하고 있는 뮤온의 수명은 [eqn: t]보다 크다.

16. [출제의도] 네 가지 상호 작용과 기본 입자 이해하기

A. 자연에 존재하는 네 가지 기본 힘은 강한 상호 작용, 약한 상호 작용, 전자기력, 중력이며 광자를 매개로 상호 작용하는 힘은 전자기력이다.

C. 전자는 렙톤에 속한다.

[오답풀이] B. 베타 붕괴에 관여하는 힘은 약한 상호 작용이다.

17. [출제의도] 정전기 유도 이해하기

ㄱ. 금속박 조각이 끌려오므로 플라스틱 자와 모직 헝겊의 마찰에 의해 플라스틱 자는 대전되었다.

ㄴ. 대전된 플라스틱 자에 의해 금속박 조각에는 정전기 유도 현상이 일어난다.

[오답풀이] ㄷ. 정전기 유도 현상에 의해 금속박 조각에는 대전된 플라스틱 자에 가까운 쪽은 다른 종류의 전하가 먼 쪽은 같은 종류의 전하가 유도된다.

18. [출제의도] 솔레노이드 전류에 의한 자기장 이해하기

ㄱ. (나)에서 솔레노이드에 흐르는 전류가 만드는 자기장의 방향이 왼쪽이므로 전원 장치의 a는 (+)극이다.

ㄴ. (다)에서 나침반 자침의 회전각이 (나)에서보다 크므로 전류의 세기가 더 크다.

ㄷ. 솔레노이드에 흐르는 전류의 방향이 (나)와 반대이므로 p점에서 솔레노이드에 의한 자기장의 방향은 +[eqn: x] 방향이다.

19. [출제의도] 전기장과 전기력선 이해하기

(가)의 p에서 전기장의 방향이 왼쪽이므로 B 전하의 종류는 양(+)이고, 전하량의 크기는 A보다 크다. (나)의 A, B는 전하량이 같은 양(+) 전하로 대전된다. A, B가 만드는 전기장을 전기력선으로 표현하면 A, B에서 나오는 방향으로 형성된다.

20. [출제의도] 원형 전류에 의한 자기장 이해하기

ㄴ. P점에서 자기장의 세기가 0이므로 A, B에 흐르는 전류의 방향은 반대이다.

ㄷ. 자기장의 세기는 반지름에 반비례하고 전류의 세기에 비례한다. A, B가 만드는 자기장의 세기는 같고, B의 반지름이 A의 두 배이므로 [eqn: I] 는 [eqn: I_0] 보다 크다.

[오답풀이] ㄱ. 앙페르 법칙에 의해 A의 전류 방향이 시계 반대 방향이므로 P에서 자기장의 방향은 종이 면에 수직으로 나오는 방향이다.