[기출문제] 영남대 경산캠 일반물리학(대학물리학) 2024-2 중간 기출문제 (정답 포함)

영남대 경산캠 일반물리학(대학물리학) 2024-2 중간 기출문제 (정답 포함)

 

 

 

1. 시험 정보

 

학교/과목	영남대 경산캠/일반물리학(대학물리학)
시험명	2024-2 중간
교수명	이종훈
문항수/형식	풀이형 9문제
정답/해설	✅ 있음
파일형식	-

 

 

 

2. 출제 범위 & 키워드

 

일반물리학(역학) 전 범위 종합 문제로, 단위·차원해석, 유효숫자, 포물선 운동, 일·에너지, 운동량 보존, 뉴턴법칙, 충돌, 원운동·용수철 운동, 마찰, 경사면 운동, 충격량 등을 묻는 계산·개념 통합형 문제

 

 

📚 키워드

 

 

SI 단위, 과학적 표기법, 차원해석, 유효숫자, 포물선 운동, 일률(power), 운동량 보존, 자유낙하, 장력, 충격량, 비탄성 충돌, 스프링-마찰 운동, 경사면 힘분해, 탄도진자(ballistic pendulum)

 

3. 기출 미리보기

 

 

1. 다음에 답하라. (각 4점)

 

 

 

 

4. 자료 보기

 

[기출 문제] 

 

 

1. 다음에 답하라. (각 4점) (a) 국제 단위계(SI)에서 길이, 시간, 질량의 단위는 각각 무엇인가? (b) 12 nano-meter는 몇 meter인지 10의 거듭제곱을 이용하는 과학적 표기법(scientific notation)으로 나타내라. (c) 운동량의 차원은? (d) 어느 직사각형의 두 변의 길이가 각각 15.4 cm, 17 cm이다. 유효숫자를 고려하여 둘레의 길이와 면적을 구하면? (e) 수평면에서 30°의 발사각으로 속도 v0으로 발사한 물체가 포물체 운동을 하며 수평면상에서 도달한 거리는 10 m이다. 이 물체를 2v0 속도로 45°의 발사각으로 발사하면, 수평 거리는 얼마가 되는가? (f) 건물 위의 전동기가 줄에 매달린 질량이 5,000 kg 물체를 15 m/s의 일정한 속력으로 당겨 올린다. 전동기의 일률은? (g) 거북이가 1.2 시간 동안에 속력 v, 2.5시간 동안에 속력 3v로 일직선상의 경로를 따라 6.0 km 거리를 이동하였다. 속력 v는 몇 m/s인가? (h) 자연의 근본적인 힘 4가지를 기술하라. (i) 어떤 학생이 마찰이 없는 수평면에 놓인 질량이 7 kg인 물체에 100 N의 힘을 가하여 5 m 이동하였다. 이 학생이 물체에 한 일은? 5 m 이동한 직후, 물체의 속력은? (j) 공을 높이 45 m 건물에서 시간 t=0초에 가만히 놓아 자유낙하 시켰다. 자유낙하후 t=0.5초인 순간에 지상에서 공까지의 높이와 공의 속력은? 2. 건물 꼭대기에서 처음 속력 15 m/s로 수평과 45° 윗방향으로 물체를 던졌다. (10점) (a) 물체의 체공 시간이 8.0 s라면, 이 건물의 높이는 얼마인가? 공기 저항은 무시한다. (b) 건물의 바닥에서 물체의 속력은? 수평과 수직 방향의 속력을 모두 고려하라. 3. 질량이 각각 6kg, 17kg인 두 개의 물체 A, B가 질량을 무시할 수 있는 줄로 연결되어 마찰이 없는 수평면에 놓여 있다. B의 오른쪽으로 줄과 마찰이 없는 도르래로 연결된 20 kg의 물체 C가 연직 아래로 매달려 운동한다. (10점) (a) 두 물체를 연결하는 줄에 작용하는 장력 T는? (b) 정지 상태에서 출발한다면 1.5초 동안 C가 이동한 거리는? 4. 어떤 물체는 운동에너지가 120 J이고, 운동량이 6.3 kg m/s이다. 이 물체의 속력과 질량을 구하라. (5점) 5. 27 m/s로 달리는 철수의 차가 1차선밖에 없는 터널 속으로 들어가고 있다. 이때 60 m 전방에서 9 m/s의 속력으로 서행하는 승합차를 발견하고 철수는 브레이크를 밝았으나 길이 젖어 있어서 가속도가 –2.4 m/s^2밖에 되지 않았고 결국 두 차는 충돌하고 만다. 두 차의 충돌 위치와 충돌 시각으로 가장 적절한 것은? (5점) 6. 질량 3.0 kg인 물체가 그림과 같이 용수철 상수가 k = 5.2 × 10^2 N/m인 용수철에 붙어 있다. 바닥과 물체의 마찰 계수가 μk = 0.21이라면 xi = 0.070 m 위치로 당겨서 가만히 놓은 물체가 평형 위치(xi = 0.00 m)를 처음 지날 때 물체의 속력을 구하라. (5점) 7. 무게가 800 kg인 경차가 +25 m/s의 속력으로 일차원 운동한다. 반대 방향으로 질량이 2000 kg인 중형차가 -25 m/s의 속력으로 다가와 충돌한 후에 하나로 합체되어 운동한다. 충돌하는데 걸린 시간이 0.1 초라면, 각 차가 받은 충격력의 크기를 구하라. (5점) 8. 그림에서 질량 3.0 kg인 고무가 수평과 20°의 경사를 이루는 콘크리트 경사면 위에 정지한 상태로 놓여 있다. (10점) (a) 고무에 작용하는 마찰력은? 경사면이 고무에 작용하는 수직항력은? (b) 고무와 콘크리트 표면 간의 최대 정지 마찰 계수 μs= 0.85이다. 경사면이 최대 몇 도가 될 때 고무가 움직이기 시작하는가? 9. 총알이 발사되어 줄에 매달린 나무토막에 박힌다. 총알은 나무토막 속에서 정지하고 총알이 박힌 나무토막은 높이 h만큼 위로 올라간다. 두 질량을 알고 h를 측정하면 총알의 처음 속력을 구할 수 있다. 총알의 질량이 4.5 g, 나무토막의 질량이 1.5 kg이며, h는 9.0 cm이면 총알의 처음 속력은? (10점)

 

 

[정답] 

 

1답: (a) MKS, meter, kg, s(초) (b) 1.2 x 10-8 m (c) Kg (m/s) 혹은 ML/T (d) 둘레= 2*15.4 cm + 2*17 cm = 30.8 cm + 34 cm = 65 cm, 면적= 2.6x10^2 m2. (e) 도달거리 = vo^2*sin(2θ)/g, vo가 2배가 되고 발사각이 45도가 되면 도달거리는 (2v0)^2*sin(90°)/(vo^2*sin(60°))= 4.6배가 된다. 46 m (f) 일률 = F *v = 5,000*9.8m/s^2* 15 m/s = 7.4*105 W= 740 kW (g) 1.2*v+2.5*3v=6.0 km, v=6.0/8.7 km/hr = 0.69 km/hr = 0.19 m/s (h) 전자기력, 중력, 약력, 강력 (i) 100 N * 5 m = 500 J, 500 J= 1/2 mV2, V= 12 m/s (j) t=0초에 자유 낙하시킨 공의 0.5초 후의 높이 = 45- 1/2 gt^2 = 45- 1/2 x 9.8 x 0.5^2 =43.8 m. 이 높이에서 속력 v= gt=9.8*0.5 = 4.9 m/s. 2답: (a) 건물의 꼭대기에서 높이 y=0. y=0 + 15 * sin45°*8 – 1/2 x 9.8 x 8^2 = -229 m. 높이는 229 m (b) 바닥에서 속도의 y 성분은 15 * sin45° -9.8*8= -68 m/s 바닥에서 속도의 y 성분은 15 * cos30°= 13 m/s 속력은 sqrt(68^2+13^2)= 69 m/s 3답: (a) 수평면에 놓인 두 물체와 줄에 매달린 물체 전체의 질량은 (6+17+20) kg= 43 kg. 연결된 물체에 작용하는 힘은 F=ma에서 20g= 196 N. 물체 전체의 가속도는 a= 196/43= 4.6 m/s^2. 줄에 작용하는 장력 T= 6*4.6 =27 N (b) 가속도가 4.6 m/s^2이므로 1/2*a*t^2= 5.2 m 4답: 물체의 질량을 m, 속력을 v라 하면 그 운동에너지와 운동량의 크기를 각각 다음과 같이 표현할 수 있다: 운동에너지 KE= 1/2 mv^2, 운동량 p=mv 이다. 운동량 방정식으로부터 얻은 질량에 대한 표현식 m= p/v를 운동에너지 방정식에 대입하면 운동에너지를 운동량과 속도로 표현할 수 있어 주어진 데이터로부터 속도를 계산할 수 있다: v= 2KE/p = 2 * 120/6.3 = 38 m/s. 이 결과와 위에서 나타낸 표현식 m= p/v을 이용하면 질량을 또한 계산할 수 있다. m= p/v = 6.3/38 = 1.7 *10^-1 kg =0.17 kg. 5답: 철수차의 위치 x(철수) = 27t+ 1/2 x (-2.4) x t^2 승합차의 위치 x(승합차)=60 + 9t 두 차가 충돌하면 위치가 같아지므로 x(철수)=x(승합차) 27t+ 1/2 x (-2.4) x t^2 = 60 + 9t, 2.4/2*t^2 –18t +60 =0, t= (18+- sqrt(18^2-4*60*2.4/2))/2.4. 충돌시간 t=5.0s or 10 s. 답: 5.0 s (먼저 충돌하는 시간) 충돌위치 x(승합차)= 60 + 9 x 5.0 =105 m =x(철수) 6답: x=0.070 m 위치에서 탄성 퍼텐셜 에너지는 1/2*k*x^2 = 1/2*520*0.07^2 = 1.27 J. 평형 위치로 갈 동안 마찰로 손실된 에너지는 μN×Δx = 0.21*3*9.8*0.07= 0.43 J. 물체의 운동에너지는 1.27 J – 0.43 J = 0.84 J. 속력 v= sqrt( 0.84*2/3.0)= 0.75 m/s. 7답: p_i =p_f, m_1 v_1 + m2+v_2 = (m_1 + m_2) v 800*25+2000*(-25)=(800+2000)*v v= -10.7 m/s 경차의 속도 변화량 = (-10.7-25)= -35.7 m/s 중형차의 속도 변화량 = (-10.7-(-25))=14.3 m/s 경차의 충격량= -35.7*800 kg m/s =28,600 kg m/s. 충격력 = 충격량/충격시간 = 2.86*105 N 중형차의 충격량= 14.3*2000 kg m/s =28,600 kg m/s. 충격력 = 충격량/충격시간 = 2.86*105 N 8답: (a) 경사면에 평행한 방향으로 작용하는 힘 = 마찰력 = mgsinθ =3*9.8*sin(20°)= 10 N, 경사면에 놓인 물체에 작용하는 수직항력 n = mg* cosθ = 3* 9.8 * cos20°= 28 N (b) 최대정지 마찰력 = μ_s* mg* cosθ= mg*sinθ, tanθ=μ_s=0.85, θ=40.1° 9답: 1/2*m*v^2= mgh v = sqrt(2gh) = sqrt(2* 9.80 m/s^2* 0.09 m) = 1.3 m/s p_i =p_f, m_1 v_1 + m2+v_2 = (m_1 + m_2) v v_2 =0, v_1 = (1.5045)*(1.3)/(4.50 * 10^-3 kg) = 434 m/s

 

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