1999-11 2000학년도 대학수학능력시험 수리ㆍ탐구영역(Ⅱ)[자연계](과학)[물리Ⅱ]

2000학년도 대학수학능력시험 수리ㆍ탐구영역(Ⅱ)[자연계](과학)[물리Ⅱ]의 문제를 제공합니다.
본 자료는 교육과정평가원에서 출제하였으며,
고등학교 3학년 학생을 대상으로 1999년 11월 17일 (수)에 시행되었습니다.

2000학년도 대학수학능력시험

수리ㆍ탐구영역(Ⅱ)[자연계](과학)[물리Ⅱ]

시행 : 1999.11.17(수)
대상 : 고등학교 3학년
출제 : 교육과정평가원

사진, 그림, 듣기파일 등은 빠져 있으며,
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그림들은 기구를 사용하거나 직접 힘을 작용하여 질량 $m$인 물체를 거리 $s$만큼 이동시킨 것이다. 이 과정에서 물체는 매우 천천히 이동하였으며 마찰력은 없었다. 그림에 표시된 힘이 한 일 중 가장 작은 것은? (단, 질량 $m$ 이외의 모든 물체의 질량은 무시한다.)

그림은 지표면 근처에서 가속도 $a$로 낙하하는 밀폐된 엘리베이터의 모습이다. 엘리베이터의 바닥에는 저울이 놓여 있고 그 위에 질량 60kg의 물체가 올려져 있다. 그래프는 엘리베이터의 가속도와 저울에 나타난 물체의 무게 사이의 관계를 나타낸다.
그래프를 이용하여, 엘리베이터가 9.8m/s${}^{2}$의 등가속도로 계속 낙하할 때, 엘리베이터 안에서 일어나는 현상들을 <보기>에서 모두 고른 것은?

보기

ㄱ. 공기가 아래로 몰린다.
ㄴ. 저울에 나자난 물체의 무게는 0이 된다.
ㄷ. 손에 든 공을 가만히 놓으면 위로 올라간다.
ㄹ. 물이 든 컵의 바닥에 구멍을 뚫어도 물이 새지 않는다.

① ㄱ, ㄴ

② ㄱ, ㄷ

③ ㄱ, ㄹ

④ ㄴ, ㄹ

⑤ ㄷ, ㄹ

그림은 질량 $m$, 전하량 $+q$인 물체 A와 질량 $M$, 전하량 $+Q$인 물체 B 사이에 작용하는 만유인력 및 전기력을 나타낸 것이다.
작용과 반작용의 관계에 있는 힘의 쌍을 <보기>에서 모두 고른 것은?

보기

ㄱ. $\overrightarrow{F_{1}}$, $\overrightarrow{F_{2}}$
ㄴ. $\overrightarrow{F_{2}}$, $\overrightarrow{F_{3}}$
ㄷ. $\overrightarrow{F_{3}}$, $\overrightarrow{F_{4}}$
ㄹ. $\overrightarrow{F_{1}}$, $\overrightarrow{F_{4}}$

① ㄱ, ㄷ

② ㄱ, ㄹ

③ ㄴ, ㄷ

④ ㄴ, ㄹ

⑤ ㄷ, ㄹ

그림은 우주 공간의 한 직선 상에서 질량이 다른 두 물체 $A$와 $B$가 정면 충돌하는 상황을 나타낸 것이다. 충돌 후 $A$는 두 물체 $A_{1}$과 $A_{2}$로 쪼개졌다.
충돌 후의 상황을 옳게 설명한 것은? (단, 물체 $A$가 쪼개지는 데 필요한 에너지는 없으며, 충돌 전후 물체들은 회전하지 않는다.) [2점]

① [$A_{2}$의 상태] : 정지 / [물체들의 운동에너지의 합] : 충돌 전보다 감소

② [$A_{2}$의 상태] : 정지 / [물체들의 운동에너지의 합] : 충돌 전보다 증가

③ [$A_{2}$의 상태] : 오른쪽으로 운동 / [물체들의 운동에너지의 합] : 충돌 전보다 감소

④ [$A_{2}$의 상태] : 오른쪽으로 운동 / [물체들의 운동에너지의 합] : 충돌 전보다 증가

⑤ [$A_{2}$의 상태] : 왼쪽으로 운동 / [물체들의 운동에너지의 합] : 충돌 전과 동일

평행 상태에 있는 어떤 이상기체의 압력, 온도, 내부 에너지를 각가 $P$, $T$, $U$라 하자. 기체의 평형 상태를 변화시키지 않고 칸막이를 설치하여 기체의 부피를 칸 A, B로 정확히 반씩 나누었다. 이때 A 안에 들어있는 기체의 상태를 옳게 나열한 것은? (단, 칸막이의 두께는 무시한다.)

① [압력] : $P$ / [온도] : $T$ / [내부 에너지] : $2U$

② [압력] : $P$ / [온도] : $T$ / [내부 에너지] : $\dfrac{U}{2}$

③ [압력] : $P$ / [온도] : $\dfrac{T}{2}$ / [내부 에너지] : $2U$

④ [압력] : $\dfrac{P}{2}$ / [온도] : $T$ / [내부 에너지] : $\dfrac{U}{2}$

⑤ [압력] : $\dfrac{P}{2}$ / [온도] : $\dfrac{T}{2}$ / [내부 에너지] : $U$

그래프는 어떤 순물질을 계속 가열하면서 온도의 변화를 관찰한 자료이다. 구간 A에서 열에너지가 계속 공급됨에도 불구하고 온도가 증가하지 않는다. 이 현상과 가장 관계가 깊은 것은?

① 낮에는 해풍, 밤에는 육풍이 분다.

② 뜨거운 난로 곁에 가면 열기를 느끼게 된다.

③ 보온병의 진공 상태가 나빠지면 보온이 잘 되지 않는다.

④ 딸기잼을 만들 때 잘 저어 주면 아래 쪽이 타지 않는다.

⑤ 100℃의 수증기가 100℃의 물로 변화할 때 열을 방출한다.

다음은 평행하게 놓인 두 개의 대전된 금속판에 의한 전기력선을 그리는 방법과 그 예이다. (단, 두 금속판 사이의 거리는 가깝고 넓이는 충분히 넓다고 가정한다.)

(가) 전기력선은 양($+$)으로 대전된 금속판에서 나오고, 음($-$)으로 대전된 금속판에서는 들어간다
(나) 대전된 금속판에 의한 단위 면적당 전기력선의 수는 금속판의 전하량에 비례한다.
(다) 전기력선은 대전된 금속판에 수직이다.
(라) 두 개의 대전된 금속판을 평행하게 가까이 놓을 때 각각의 전기력선은 서로 더해진다.

위 방법에 따라, $+2q$와 $-2q$로 대전된 두 평행한 금속판에 의한 단위 면적당 전기력선을 옳게 나타낸 것은?

[8~9]

그림은 자기장 속에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘에 대해 알아보기 위한 실험 장치이다.

영희는 위 실험 장치를 이용하여 다음 네 가지 실험 결과를 얻었다.

<실험 결과>
도선이 받는 힘의 세기
ㆍ 전류의 세기가 커지면, 도선이 받는 힘의 세기가 커진다.
ㆍ 자기장의 세기가 커지면, 도선이 받는 힘의 세기가 커진다.
도선이 받는 힘의 방향
ㆍ 전류의 방향이 바뀌면, 도선이 받는 힘의 방향이 바뀐다.
ㆍ 자기장의 방향이 바뀌면, 도선이 받는 힘의 방향이 바뀐다.

위와 같은 실험 결과를 얻기 위한 실험 방법으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

보기

ㄱ. 자기력이 센 자석으로 바꾸어 본다.
ㄴ. 가변 저항기로 저항값을 작게 해본다.
ㄷ. 클립으로 연결된 A 부분과 B 부분을 서로 바꾸어 연결해 본다.

① ㄱ

② ㄴ

③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ

⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

그림은 대전 입자가 자기장 B에 의한 구심력을 받아 원운동하고 있는 모습이다.
영희는 [8번] 문제의 실험에서 도선이 힘을 받는 이유는 도선 속에서 이동하는 전자가 힘을 받기 때문이라고 생각했다. 이 생각과 [8번] 문제의 실험 결과들을 이용하여 자기장 속에 있는 대전 입자의 원운동에 관하여 예측한 것 중 옳지 않은 것은?

① 자기장의 세기가 클수록 구심력이 커진다.

② 대전 입자의 전하량이 클수록 구심력이 커진다.

③ 대전 입자의 회전 방향은 전하의 부호와 관계가 없다.

④ 정지 상태의 대전 입자는 자기장으로부터 힘을 받지 않는다.

⑤ 자기장의 방향이 반대가 대면, 대전 입자의 회전 방향도 반대가 된다.

그림과 같이 동일한 두 개의 꼬마 전구 사이에 가변 저항 R이 연결되어 있다.
철수는 가변 저항 R을 크게 하였을 때, 전구의 밝기가 어떻게 변화 할 지 <보기>와 같은 단계로 생각해 보았다. (단, 전구의 저항은 일정하고, 건전지의 내부 저항은 없다고 가정한다.)

보기

단계(가) : 가변 저항 R을 크게 하면, 회로의 전체 저항이 커진다.
단계(나) : 건전지의 내부 저항이 없다고 가정했으므로, 건전지의 단자 전업은 일정하다.
단계(다) : 회로에 흐르는 전류의 세기가 작아진다.
단계(라) : 전구 A와 전구 B에 흐르는 전류의 세기가 똑같이 작아진다.
단계(마) : 전구 A의 밝기는 변하지 않고, 전구 A는 어두워진다.

<보기> 중 철수가 잘못 생각한 단계는?

① 단계 (가)

② 단계 (나)

③ 단계 (다)

④ 단계 (라)

⑤ 단계 (마)

철수는 소리의 반사가 일어나지 않는 방에서 그림과 같이 동일한 스피커 두 개에서 같은 파장의 소리가 나오도록 하고, 아래와 같은 과정으로 실험을 하려고 한다.

<실험 과정>
ㆍ 점선을 따라 천천히 왔다 갔다 하면서 소리가 크게 들리는 지점들(A)과 작게 들리는 지점들(B)을 찾는다.
ㆍ 크게 들리는 지점(또는, 작게 들리는 지점)에서 거리 $L_{1}$과 $L_{2}$를 측정한다.
ㆍ $L_{1}$과 $L_{2}$의 차이가 스피커에서 나오는 소리 파장의 몇 배 정도인지 알아본다.

이 실험은 음파의 어떠한 현상을 조사하기 위한 것인가?

① 회절

② 간섭

③ 굴절

④ 흡수

⑤ 편광

그래프는 어떤 물질에 대하여 빛의 파장에 따른 굴절률의 변화를 나타낸 것이다.
이 물질의 성질에 관해 바르게 설명한 것은 <보기>에서 모두 고른 것은?

보기

ㄱ. 공기보다 굴절률이 작다.
ㄴ. 빨간색과 보라색 광선에 대한 굴절률은 같다.
ㄷ. 이 물질로 만든 프리즘에 백색 광선을 통과시키면 여러 가지 색깔이 나타난다.

① ㄱ

② ㄴ

③ ㄷ

④ ㄱ, ㄴ

⑤ ㄴ, ㄷ

실험 (가)의 아연판은 빛에 의해서, 실험 (나)의 텅스텐팜은 전자의 충돌에 의해서 각각 A와 B를 방출하게 된다.
A와 B를 바르게 짝지은 것은? [2점]

① [A] : 전자 / [B] : X선

② [A] : 양성자 / [B] : X선

③ [A] : 감마($\gamma$)선 / [B] : 알파($\alpha$)선

④ [A] : 베타($\beta$)선 / [B] : 알파($\alpha$)선

⑤ [A] : 전자파 / [B] : 중성자

헬륨(He)을 얻는 방법 중의 하나는 화산 활동이 활발한 지역에 시추공을 뚫고, 지하 깊은 곳에서 나오는 가스를 모아 이 중에서 헬륨을 분리하는 것이다. 이렇게 헬륨을 지하로부터 얻을 수 있다는 사실로부터 추측할 수 있는 것 중 가장 타당한 것은?

① 헬륨은 폭발성 물질일 것이다.

② 태양계 안에 있는 헬륨의 대부분은 지구에 있을 것이다.

③ 일반적으로 화산 지대에는 자연 방사선이 적을 것이다.

④ 헬륨은 암석의 주성분인 규소(Si)와 강하게 결합할 것이다.

⑤ 이 화산 지역의 지하에는 우라늄이나 라듐 등을 포함한 암석이 있을 것이다.

그림은 마찰이 없는 경사진 트랙 위에서 용수철을 압축한 뒤 놓았을 때 물체가 경사면을 따라 올라갈 수 있도록 한 장치이다.
이 장치를 이용한 실험 방법과 결과는 아래와 같다.

<실험 방법과 결과>
(가) 용수철을 평형점으로부터 거리 $x$만큼 압축한 뒤 놓아 준다.
(나) 물체가 도달한 최대 수직 높이 $y$를 측정한다.
(다) 얻어진 $x$와 $y$ 사이의 관계는 오른쪽 그래프와 같다.

용수철 상수가 2배인 용수철을 사용할 경우에 예상되는 $x$와 $y$ 사이의 그래프는? (단, 동일한 물체를 사용한다.) [2점]

① ㄱ

② ㄴ

③ ㄷ

④ ㄹ

⑤ ㅁ

다음은 물체에 힘이 작용할 때 물체의 속력이 느려지거나 운동 방향이 변하는 것에 대한 설명이다.

<속력이 느려질 때>
운동 방향($\overrightarrow{v}$)의 반대 방향으로 힘($\overrightarrow{F}$)이 작용하면, 물체의 속력이 느려진다.
<운동 방향이 변할 때>
운동 방향($\overrightarrow{v}$)의 수직 방향으로 힘($\overrightarrow{F}$)이 작용하면, 물체의 운동 방향이 변한다.

아래 그림과 같이 마찰이 없는 레일 위에서 굴린 쇠구슬이 A점을 지나고 있다.

A점을 지나면서 속력이 느려지고 운동 방향이 변한다.

위 설명을 참고로 하였을 때, A점에서 쇠구슬에 작용하는 알짜힘(합력)의 방향을 바르게 나타낸 것은? [1점]