물리 I 정답

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

해 설

1. [출제의도] 운동량과 충격량 이해, 적용하기

ㄱ. 총알의 속력이 감소하여 정지하므로 운동량은 감소한다.

ㄴ. 작용 반작용의 법칙을 적용하면 총알과 물체가 서로에게 작용하는 평균 힘의 크기는 같다.

ㄷ. 총알의 운동량의 변화량은 총알이 받은 충격량과 같다.

2. [출제의도] 스피커의 원리 이해하기

스피커는 전류가 흐르는 도선이 자기장 내에서 자기력을 받아 진동판을 진동시켜 소리를 발생시키는 장치로, 전기 신호를 소리로 바꾼다.

3. [출제의도] 운동의 법칙 적용, 결론 도출하기

ㄱ. [eqn: F=ma]를 적용하면 가속도의 크기는 B가 A의 3배이다.

ㄴ. 1초 때 충돌하므로 A, B가 등가속도 운동하여 1초 동안 이동한 거리의 합이 4 m이다. A, B의 가속도의 크기를 각각 [eqn: a], [eqn: 3a]라 하고, [eqn: s= {1} over {2} at ^{2}]의 식을 이용하면, [eqn: {1} over {2} a(1) ^{2} +][eqn: {1} over {2} 3a(1) ^{2} =4]에서 [eqn: a=2`` rm m/s ^{2}]이고 [eqn: F=3 TIMES 2=6(` rm N)]이다.

ㄷ. [eqn: v=at]의 식을 이용하면 1초 때 A, B의 속력은 각각 [eqn: 2`rmm/rms], [eqn: 6`rmm/rms]이므로 속력 차이는 [eqn: `4 rm `m/s]이다.

4. [출제의도] 광전 효과 이해하기

광센서는 금속 등의 물질에 문턱 진동수보다 큰 진동수의 빛을 비추면 물질에서 전자가 튀어 나오는 광전 효과를 이용해 빛 에너지를 전기 에너지로 전환한다.

5. [출제의도] 등가속도 운동 결론 도출하기

ㄱ. 기울기가 같은 빗면에서 등가속도 운동하므로 A와 B의 가속도 크기는 같다.

ㄴ, ㄷ. 같은 시간 동안 같은 거리를 이동하므로 A와 B의 평균 속력은 같다. 즉, [eqn: t=0]일 때 A의 속력을 [eqn: v]라 하면, [eqn: t=t _{0}]일 때 B의 속력도 [eqn: v]이다. 따라서 속력-시간 그래프는 그림과 같다. 그래프와 시간 축이 이루는 면적이 이동 거리이므로 [eqn: 0～ {t _{0}} over {2}]까지 이동 거리는 A가 B보다 크다.

0

[eqn: t _{0}]

[eqn: v]

시간

속력

A

B

[eqn: {t _{0}} over {2}]

[eqn: {v} over {2}]

6. [출제의도] 일-운동 에너지 정리 문제 인식하기

알짜힘이 물체에 한 일은 물체의 운동 에너지 변화량과 같고, 수평면에서 물체의 운동 에너지는 최고점에서 중력 퍼텐셜 에너지와 같다. 즉,  [eqn: FL= {1} over {2} mv ^{2} =mgh]에서 [eqn: h= {F`L} over {mg}]이다. 따라서 [eqn: F``] 또는 [eqn: L]이 2배가 되면 [eqn: h]가 2배가 된다.

7. [출제의도] 케플러 법칙 자료 분석하기

ㄱ. 케플러 제2법칙을 적용하면 타원 운동하는 위성의 속력은 계속 변한다.

ㄴ. 케플러 제3법칙을 적용하면 공전 주기의 제곱은 공전 궤도 긴반지름의 세제곱에 비례하므로 [eqn: r _{2} =4r _{1}]이다.

ㄷ. 만유인력 크기의 최솟값은 긴반지름이 큰 B가 A보다 작다.

8. [출제의도] 표준 모형 이해, 적용하기

영역 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ은 각각 강한 상호 작용, 약한 상호 작용, 전자기 상호 작용이다.

ㄱ. 전자는 음(-)전하를 띠고 있으므로 전자기 상호 작용을 할 수 있으나, 렙톤이므로 강한 상호 작용을 하지 않는다.

ㄴ. 중성미자는 베타([eqn: beta]) 붕괴가 일어날 때 약한 상호 작용을 할 수 있으나 전하를 띠고 있지 않아 전자기 상호 작용은 하지 않는다.

ㄷ. 쿼크는 강한 상호 작용, 약한 상호 작용, 전자기 상호 작용을 모두 할 수 있다.

9. [출제의도] 일반 상대성 이론 자료 해석하기

ㄱ, ㄴ. 중력에 의해 시공간의 휘어짐이 생기는 것과 시공간의 흔들림이 퍼져 나가는 중력파는  일반 상대성 이론으로 설명할 수 있다.

ㄷ. 질량이 매우 큰 블랙홀 주변으로 갈수록 중력이 커져서 시공간이 더 많이 휘게 된다.

10. [출제의도] 전기장과 전기력 문제 인식하기

(가)의 원점 O에서 전기장이 [eqn: +x] 방향이므로 A, B가 양(+)전하이면 A의 전하량이 B의 전하량보다 커야 하고, A, B가 음(-)전하이면 A의 전하량이 B의 전하량보다 작아야 한다. 거리가 일정할 때 전기력의 크기는 전하량의 곱에 비례하므로 B의 전하량은 (나)에서가 (가)에서의 2 배이다. 이를 만족하는 경우는 ㄱ, ㄴ이다.

11. [출제의도] 전자기 유도 문제 인식하기

ㄱ. 도선의 회전 속력이 일정하므로 (가)의 순간부터 0.5 초 동안 도선을 수직으로 들어가는 자기 선속이 증가한다. 따라서 렌츠의 법칙을 적용하면 전류는 q → 저항 → p방향으로 흐른다.

ㄴ. 전류의 방향은 (가)의 순간부터 1초, 2초, 3초가 되는 순간 3번 바뀐다.

ㄷ. 도선의 회전 속력이 증가하면 도선을 지나는 자기 선속의 시간에 따른 변화율이 커지므로 전류의 최댓값은 증가한다.

12. [출제의도] LED를 이용한 탐구 실험 설계 및 수행하기

ㄱ. 렌츠의 법칙을 적용하면 자석이 a를 지날 때 유도 전류는 LED의 Y에서 X 방향으로 흐르는데, 이때 LED에서 빛이 방출되므로 LED에는 순방향 전압이 걸린 것이다. 따라서 Y는 p형, X는 n형 반도체이다.

ㄴ. 자석이 b를 지날 때는 LED에 역방향 전압이 걸리므로 p형 반도체에 있는 양공이 p-n 접합면으로부터 멀어진다.

ㄷ. LED는 띠틈에 해당하는 에너지만큼 빛이 방출되므로 방출되는 빛의 진동수는 자석의 속력과 무관하다.

13. [출제의도] 수소 원자 스펙트럼 자료 분석하기

ㄱ. 광자 한 개의 에너지는 빛의 진동수([eqn: f])에 비례하는데 [eqn: f _{rmA} =f _{rmB} +f _{rmC}]이므로 A가 가장 크다.

ㄴ. B는 전자가 [eqn: n=3]에서 [eqn: n=2]로 전이할 때 방출된 스펙트럼선이다.

ㄷ. [eqn: `f _{rmA it} >f _{rmC it}]이고, 빛의 속력이 일정할 때 파장은 진동수에 반비례하므로 파장은 C가 A보다 길다.

14. [출제의도] 반도체 특성 이해하기

ㄱ. A에 불순물을 첨가하여 양공이 많게 도핑한  B는 p형 반도체이다.

ㄴ. 순수한 반도체에 불순물을 넣으면 전기 전도성이 더 좋아지므로 B, C는 모두 A보다 전기 전도성이 크다.

ㄷ. n형 반도체인 C는 원자가 전자가 5개인 원소를 첨가하여 만든다.

15. [출제의도] 소리의 3요소 자료 해석하기

(가)와 (나)에서 진폭(크기)과 파형(맵시)은 같고, 진동수(높낮이)는 (나)에서가 (가)에서의 2 배이므로 (가)에서 (나)로의 변화는 같은 악기를 같은 크기(세기)로 한 옥타브 높게 연주한 경우이다.

16. [출제의도] 강유전체 특징 이해, 적용하기

ㄱ. 강유전체의 왼쪽에 음(-)전하가 배열되어 있으므로 왼쪽 극판이 양(+)극이다. 따라서 전기장의 방향은 오른쪽이다.

ㄴ, ㄷ. 강유전체는 외부 전기장이 사라져도 유전 분극 된 상태가 안정되게 유지되므로 전기 용량이 큰 축전기를 만드는데 이용된다.

17. [출제의도] 줄에서의 정상파 자료 분석하기

A, B에 의해 발생된 소리의 진동수를 각각 [eqn: f_{rm A}], [eqn: f_{rmB}], 파장을 각각 [eqn: lambda _{ rmA}], [eqn: lambda _{rm B}]라 하면, [eqn: f _{rmB} =2f _{rmA}], [eqn: lambda _{rmA}=2 lambda _{rm B}]이고, [eqn: v=f lambda]이므로 [eqn: v _{rmA}] : [eqn: v _{rmB}]=1 : 1이다.

18. [출제의도] 빛의 합성 결론 도출하기

A와 B를 비출 때는 노란색, A와 C를 비추었을 때는 청록색으로 보였으므로, A는 초록색, B는 빨간색, C는 파란색 단색광이다. 따라서 B와 C에 반응하는 정도가 가장 큰 시각 세포는 각각 [eqn: rmS _{rm3}], [eqn: rmS _{1}]이다.

19. [출제의도] 물질의 자성 탐구 실험 설계 및 수행하기

ㄱ. 앙페르 법칙을 적용하면 O에서 자기장의 방향은 [eqn: +x] 방향이다.

ㄴ, ㄷ. 스위치를 닫았을 때 A와 B 사이에는 인력이, C와 A 사이에는 척력이 작용하였으므로 A, B는 강자성체나 상자성체 중의 하나이며, C는 반자성체이다. 스위치를 열었을 때 B와 C 사이에는 척력이 작용하였으므로 B는 외부 자기장을 제거해도 자기화 된 상태를 오래 유지하는 강자성체이고 A는 상자성체이다. 따라서 ㉡은 자기력이 작용하지 않으므로 ㉠의 크기는 ㉡의 크기보다 크다.

20. [출제의도] 역학적 에너지 보존 법칙 적용 및  결론 도출하기

손을 치우기 전 A의 중력 퍼텐셜 에너지를 [eqn: E]라 하면, B의 중력 퍼텐셜 에너지는 [eqn: 3E]이다. 따라서 A, B의 역학적 에너지의 합은 [eqn: 4E]이다.

B가 지면에 도달하는 순간 A의 운동 에너지를 [eqn: K]라 하면, B의 운동 에너지는 [eqn: 3K], A의 중력 퍼텐셜 에너지는 [eqn: 2E]이다. 역학적 에너지의 합이 보존되어야 하므로 [eqn: 4E=2E+4K], [eqn: K= {E} over {2}]이다. 따라서 B가 지면에 도달하는 순간 A, B의 역학적 에너지는 각각 [eqn: {5E} over {2} LEFT [ = LEFT ( 2E+ {E} over {2} RIGHT ) RIGHT ]], [eqn: {3E} over {2}]이므로 [eqn: E _{rm A it} `:`E _{rm B it} =`5`:`3]이다.