2014년 4월 고3 학력평가 과학탐구 물리Ⅱ

2014년 4월 고3 학력평가 물리학Ⅱ 해설

2026-10-15 수정 · 이 회차 전체 해설 보기

20번: 늘어나지 않은 용수철에서 놓은 물체

20번은 용수철에 매단 물체를 놓는 순간부터 탄성력의 크기를 이동 거리에 따라 그린 그래프를 주었습니다. 물체는 용수철이 늘어나지 않은 상태에서 출발해 가장 많이 늘어난 지점에서 되돌아오므로, 진폭은 최대로 늘어난 길이의 절반입니다. 진동 중심은 그 가운데, 곧 탄성력이 중력과 같아지는 평형 위치입니다. 그래프의 출발점(탄성력 0)과 끝점(최대 탄성력)을 각각 진동의 양 끝으로 읽고, 중간에서 탄성력이 mg가 된다는 점을 연결하면 진폭과 용수철 상수가 함께 나옵니다.

주기는 질량과 용수철 상수로만 정해지므로, 평형 위치에서 늘어난 길이와 중력 가속도로 용수철 상수를 바꿔 쓰면 주기도 늘어난 길이로 나타낼 수 있습니다. 최대로 늘어난 길이 전체를 진폭으로 잡지 않도록 주의해야 합니다.

5번: 충돌구는 들어온 개수만큼 튀어 나간다

5번은 이른바 뉴턴의 요람입니다. 질량이 같은 충돌구들이 일직선에서 탄성 충돌하면 속도를 서로 맞바꾸므로, 한쪽에서 들어온 충돌구 수만큼 반대편 충돌구가 같은 높이로 튀어 나갑니다. 문항은 충돌 전 모양을 세 가지로 바꾸어 주고 충돌 후 모습이 옳은지 물었습니다. 운동량만 보존되면 '하나가 두 배 속력으로 튀어 나가는' 경우도 가능해 보이지만, 운동 에너지까지 보존되어야 하므로 그런 결과는 나올 수 없다는 점이 판단의 열쇠입니다.

15번: 버스 안 철수에게 공은 비스듬히 떨어진다

15번은 가속하는 버스 안에서 철수가 공을 놓았을 때, 철수가 본 공의 경로가 비스듬한 직선이라는 그림에서 출발합니다. 버스가 등속도로 움직였다면 공은 철수에게 똑바로 떨어져 보여야 하므로, 비스듬한 경로는 버스가 가속하고 있다는 증거입니다. 그래서 영희의 좌표계에서 버스는 등속도 운동을 하지 않습니다.

철수의 좌표계에서는 버스의 가속도와 반대 방향으로 관성력이 생기고, 공은 중력과 관성력의 합력 방향으로 일정하게 가속합니다. 따라서 철수가 보는 공의 가속도는 영희가 보는 중력 가속도보다 크며, 두 좌표계의 가속도 크기는 같지 않습니다.

19번: 등온 과정 두 개가 들어간 순환

19번 순환 과정의 A→B와 C→D는 등온 과정입니다. 온도가 그대로이니 내부 에너지 변화가 0이고, 열역학 제1법칙에 따라 A→B에서 흡수한 열량은 모두 외부에 한 일로 나갑니다. B와 D의 온도 비는 그래프의 압력과 부피를 곱한 값으로 비교하며, B가 D의 2배입니다.