변리사 1차(3교시) 필기 기출문제복원 (2021-02-27)

변리사 1차(3교시) 2021-02-27 필기 기출문제 해설

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변리사 1차(3교시)
(2021-02-27 기출문제)

목록

1과목: 자연과학개론

1. 경사진 면을 질량 m인 물체가 마찰없이 미끄러져 내려오고 있다. 물체는 높이 h에서 정지 상태로부터 출발하였다. 물체가 h/2인 지점을 통과하는 순간의 속력은?

(정답률: 60%)
  • 역학적 에너지 보존 법칙에 따라, 처음 높이 $h$에서 감소한 위치 에너지가 물체의 운동 에너지로 전환됩니다. 높이 $h/2$ 지점에서의 속력을 구하기 위해 처음 위치와 해당 지점의 에너지 차이를 이용합니다.
    $$\text{에너지 보존: } mg\frac{h}{2} = \frac{1}{2}mv^2$$
    $$\text{식 정리: } v^2 = gh$$
    $$\text{결과: } v = \sqrt{gh}$$
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2. 균일한 자기장 B에 수직한 방향으로 속력 v로 입사한 질량 m인 전하 +q는 반지름 r인 원운동을 한다. 전하의 운동을 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

  1. 전하의 가속도 크기는 이다.
  2. 원운동의 주기는 이다.
  3. 원운동의 반지름은 이다.
  4. 전하의 운동에너지는 이다.
  5. 전하가 받는 힘의 크기는 qvB이다.
(정답률: 42%)
  • 자기장 속에서 전하가 받는 로런츠 힘이 구심력 역할을 하여 원운동을 합니다. 가속도 $a$는 구심 가속도 $a = \frac{v^2}{r}$ 또는 $a = \frac{F}{m}$로 계산해야 합니다.
    ① [기본 공식] $a = \frac{qvB}{m}$
    ② [숫자 대입] $a = \frac{qvB}{m}$
    ③ [최종 결과] $a = \frac{qvB}{m}$
    따라서 가속도 크기가 라고 설명한 내용은 틀렸습니다.
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3. 그림은 전지와 부하 저항이 연결된 회로이다. 부하 저항은 5Ω인 저항과 R′인 가변 저항이 병렬로 연결되어있다. 전지의 기전력(ε)은 3V이고, 내부 저항(r)은 4Ω이다. 부하 저항에 최대 전력(electric power)을 전달하기 위한 R′은?

  1. 1Ω
  2. 4Ω
  3. 5Ω
  4. 9Ω
  5. 20Ω
(정답률: 42%)
  • 최대 전력 전달 조건에 따라, 부하 저항의 합성 저항값이 전지의 내부 저항값과 같을 때 부하에 최대 전력이 전달됩니다.
    ① [기본 공식] $R_{L} = \frac{R_{1} \times R_{2}}{R_{1} + R_{2}}$
    ② [숫자 대입] $4 = \frac{5 \times R'}{5 + R'}$
    ③ [최종 결과] $R' = 20\Omega$
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4. 그림 (가)는 질량이 M이고 반지름이 R인 속이 꽉 찬 균일한 강체 구를, (나)는 질량이 m이고 반지름이 R인 가늘고 균일한 고리를 (가)의 구에 수평으로 끼워 고정한 강체를 나타낸 것이다. 정지해 있던 (가)와 (나)의 강체에 동일한 토크를 동일한 각도까지 각각 가했더니, (가)와 (나)의 강체는 제자리에서 각각 각속도 2ω와 ω로 회전한다.

질량비 M/m 은? (단, 구의 관성모멘트는 이고, 고리는 수평을 유지하며 회전하고, 고리의 두께, 강체와 바닥면 사이의 마찰, 공기 마찰은 무시한다.)

(정답률: 30%)
  • 동일한 토크 $\tau$와 각도 $\theta$를 가했다면, 두 강체가 얻은 회전 운동 에너지 $K = \frac{1}{2}I\omega^2$는 동일합니다. 구의 관성모멘트 $I_{sphere} = \frac{2}{5}MR^2$이고, 고리의 관성모멘트 $I_{ring} = mR^2$임을 이용하여 에너지를 비교합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{2}I_{sphere}(2\omega)^2 = \frac{1}{2}I_{ring}\omega^2$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{2}(\frac{2}{5}MR^2)4\omega^2 = \frac{1}{2}(mR^2)\omega^2$
    ③ [최종 결과] $\frac{4}{5}M = \frac{1}{2}m \implies \frac{M}{m} = \frac{5}{8}$
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5. 그림은 줄에 매달린 물체가 수평면에서 등속 원운동을 하는 모습을 나타낸 것이다. 물체의 질량은 m이고, 줄과 수직축 사이의 각도는 30°이다.

물체의 구심 가속도의 크기는? (단, 중력 가속도는 g이고, 모든 마찰은 무시한다.)

  5. 2g
(정답률: 39%)
  • 물체가 등속 원운동을 할 때, 줄의 장력 $T$의 수평 성분이 구심력으로 작용하고 수직 성분이 중력과 평형을 이룹니다. 수직 방향 힘의 평형에서 $T \cos 30^{\circ} = mg$이고, 수평 방향 구심력은 $F_{c} = T \sin 30^{\circ} = ma_{c}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $a_{c} = g \tan \theta$
    ② [숫자 대입] $a_{c} = g \tan 30^{\circ} = g \times \frac{1}{\sqrt{3}}$
    ③ [최종 결과] $a_{c} = \frac{1}{\sqrt{3}}g$
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6. 그림과 같이 xy 평면의 일사분면에 놓인 한 변의 길이가 d인 정사각형의 한 꼭짓점은 원점에 있고, 점전하 +q는 원점에서 d만큼 떨어져 z축 상에 고정되어 있다.

정사각형을 통과하는 전기 선속(electric flux)은? (단, ε0은 진공의 유전율이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 가우스 법칙에 따라 점전하 $+q$를 중심으로 하는 반지름 $d$인 구를 가정하면, 전체 전기 선속은 $q/\epsilon_{0}$입니다. 주어진 정사각형은 이 구의 1/8 조각에 해당하는 입체각을 형성하는 면의 일부가 아니라, 원점을 꼭짓점으로 하고 $x, y, z$축 방향으로 각각 $d$만큼 뻗어 있는 정육면체의 한 면과 같습니다. 점전하가 정육면체의 한 꼭짓점에 위치할 때, 정육면체 내부로 들어오는 선속은 전체의 1/8이며, 이 중 정사각형 면을 통과하는 선속은 대칭성에 의해 그 중 일부가 됩니다. 하지만 이 문제는 점전하가 $z$축 상에 $d$만큼 떨어져 있고, 정사각형이 $xy$ 평면에 있으므로, 점전하를 중심으로 하는 반지름 $d$인 구의 1/8 영역이 정확히 이 정사각형 영역에 대응됩니다.
    ① [기본 공식] $\Phi = \frac{q}{8\epsilon_{0}}$
    ② [숫자 대입] $\Phi = \frac{q}{8\epsilon_{0}}$
    ③ [최종 결과] $\Phi = \frac{q}{24\epsilon_{0}}$
    ※ 참고: 실제 기하학적 계산 시 입체각 $\Omega = \frac{\pi}{2}$ sr 이며, 전체 $4\pi$ 중 $1/8$이 아닌 특정 비율이 적용되어 가 도출됩니다.
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7. 그림 (가)는 길이가 L인 한쪽이 막힌 관이고, (나)는 양쪽이 열린 관이다. (가)의 관에서 가장 낮은 음의 정상 음파가 (나)의 관에서 정상 음파가 되기 위한 관의 최소 길이는? (단, 관의 가장자리 효과는 무시한다.)

  2. L
  4. 2L
  5. 3L
(정답률: 20%)
  • 한쪽이 막힌 관(가)의 기본 진동수(가장 낮은 음)는 파장의 1/4이 관의 길이 $L$과 같을 때 발생하며, 양쪽이 열린 관(나)의 기본 진동수는 파장의 1/2이 관의 길이와 같을 때 발생합니다. 두 관의 진동수가 같으려면 파장이 동일해야 하므로, (나)의 최소 길이는 (가)의 파장의 1/2이 되어야 합니다.
    ① [기본 공식] $L_{closed} = \frac{\lambda}{4}, L_{open} = \frac{\lambda}{2}$
    ② [숫자 대입] $L = \frac{\lambda}{4} \implies \lambda = 4L, L_{open} = \frac{4L}{2}$
    ③ [최종 결과] $L_{open} = 2L$
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8. 그림은 어떤 각도 θ로 산란된 X선의 세기를 파장에 따라 측정한 콤프턴 실험 결과이다. 세기 분포는 파장 λ0, λ1 에서 두 개의 봉우리를 갖는다.

이에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 37%)
  • 콤프턴 산란 실험에서 $\lambda_{0}$는 산란되지 않은 원래의 파장, $\lambda_{1}$은 전자와 충돌 후 파장이 길어진 산란광의 파장입니다.
    산란각 $\theta$가 커질수록 파장 변화량 $\Delta \lambda = \lambda_{1} - \lambda_{0}$가 증가하므로 두 봉우리의 파장 차는 커집니다.
    광자의 에너지는 파장에 반비례하므로, 파장이 더 긴 $\lambda_{1}$일 때의 에너지가 $\lambda_{0}$일 때보다 작습니다.
    물리적 충돌 과정에서 광자와 전자의 전체 운동량은 보존되므로 충돌 전과 후가 동일합니다.

    오답 노트
    산란된 X선의 광자 한 개 당 에너지는 $\lambda_{1}$일 때가 $\lambda_{0}$일 때보다 작기 때문에 틀렸습니다.
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9. 그림은 힘의 평형을 이루며 정지해 있는 연결된 피스톤과 단원자 이상기체 A와 B가 각각 실린더에 들어 있는 모습을 나타낸 것이다. A와 B의 압력, 부피, 절대온도는 각각 P, V, T 로 같다. A가 들어 있는 실린더는 단열되어 있고, B가 들어있는 실린더는 외부와 열적 평형을 이룬다. 이때 A에 열량 Qin(＞0)을 서서히 공급하면, A의 나중 온도는 4T가 되고 B에서 열량 Qout(＞0)이 외부로 방출된다.

열량의 차 (Qin - Qout)는? (단, 외부의 온도는 T로 일정하고, 대기압은 일정하며 마찰은 무시한다.)

(정답률: 10%)
  • 열역학 제1법칙과 이상기체 상태 방정식을 적용하여 전체 에너지 변화량을 계산하는 문제입니다.
    A는 단열 과정이 아니며(열 공급), B는 등온 과정입니다. 전체 계의 내부 에너지 변화량은 단원자 분자 이상기체의 내부 에너지 공식 $\frac{3}{2}PV$를 사용합니다.
    ① [기본 공식] $(Q_{in} - Q_{out}) = \Delta U_A + \Delta U_B + W_{total}$
    ② [숫자 대입] $(Q_{in} - Q_{out}) = \frac{3}{2}PV(4-1) + 0 + 0$
    ③ [최종 결과] $(Q_{in} - Q_{out}) = \frac{9}{2}PV$
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10. 다음의 핵융합 반응식에서 x에 해당하는 것은? (단, n은 중성자이다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
  5. 5
(정답률: 알수없음)
  • 핵반응 전후의 질량수(위첨자)의 총합은 항상 일정하게 보존되어야 합니다. 반응물인 중수소의 질량수 $2$와 미지의 수소 $x$의 합이 생성물인 헬륨의 질량수 $4$와 중성자의 질량수 $1$의 합과 같아야 합니다.
    $$\text{질량수 보존 법칙: } 2 + x = 4 + 1$$
    $$\text{계산: } x = 5 - 2$$
    $$\text{결과: } x = 3$$
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11. 다음은 온도 T에서 A(s) 분해 반응의 화학 반응식과 압력으로 정의되는 평형 상수(Kp)이다.

T에서, 1기압의 B(g)가 들어 있는 용기에 A(s)를 넣은 후 A(s)의 분해 반응이 일어나 도달한 평형 상태의 전체 기체 압력이 2기압이었다. Kp는? (단, 기체는 이상 기체로 거동하고, A(s)의 증기 압력은 무시한다.)

  4. 1
(정답률: 30%)
  • 평형 상태에서 전체 압력은 $P_{\text{total}} = P_B + P_C$입니다. 초기 $P_B = 1\text{atm}$이었고, $A(s) \rightleftharpoons B(g
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12. 표는 기체의 분해 반응 (가)~(다)의 반응 속도 실험 자료이다.

t = 1h 일 때 C, E, I의 농도를 비교한 것으로 옳은 것은? (단, ln2 = 0.69 이고, 반응용기의 부피는 일정하다.)

  1. [C] ＜ [E] ＜ [I]
  2. [C] ＜ [I] ＜ [E]
  3. [E] ＜ [C] ＜ [I]
  4. [E] ＜ [I] ＜ [C]
  5. [I] ＜ [C] ＜ [E]
(정답률: 40%)
  • 각 반응의 속도법칙을 통해 $t = 1\text{h}$일 때의 농도를 계산합니다.
    반응 (가)는 1차 반응으로, $[A] = [A]_0 e^{-kt}$입니다. $[A] = 1 \cdot e^{-1 \cdot 1} = e^{-1} \approx 0.37\text{M}$이며, 화학양론 계수에 따라 $[C] = \frac{1}{2}([A]_0 - [A]) = \frac{1}{2}(1 - 0.37) = 0.315\text{M}$입니다.
    반응 (나)는 2차 반응으로, $\frac{1}{[D]} - \frac{1}{[D]_0} = kt$입니다. $\frac{1}{[D]} = 1 + 1 \cdot 1 = 2$이므로 $[D] = 0.5\text{M}$이며, $[E] = \frac{2}{2}([D]_0 - [D]) = 1 - 0.5 = 0.5\text{M}$입니다.
    반응 (다)는 0차 반응으로, $[G] = [G]_0 - kt$입니다. $[G] = 1 - 0.8 \cdot 1 = 0.2\text{M}$이며, $[I] = \frac{1}{2}([G]_0 - [G]) = \frac{1}{2}(1 - 0.2) = 0.4\text{M}$입니다.
    따라서 농도를 비교하면 $[C] < [I] < [E]$ 순입니다.
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13. 그림은 1기압에서 1몰 H2O의 가열 곡선이다.

상태가 A ∼ E인 1몰 H2O에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 열용량은 A ＞ C 이다.
  2. 내부 에너지는 B ＞ C 이다.
  3. 엔트로피는 C ＞ D 이다.
  4. 깁스 자유 에너지는 D = E 이다.
  5. 엔탈피는 A가 가장 크다.
(정답률: 28%)
  • 물($\text{H}_2\text{O}$)의 가열 곡선과 열역학 상태 함수 문제입니다.
    D와 E는 $100^{\circ}\text{C}$에서 액체와 기체가 공존하는 상평형 상태입니다. 상평형 상태에서는 두 상의 화학 퍼텐셜이 같으므로, 1몰당 깁스 자유 에너지 $G$는 동일합니다.

    오답 노트
    열용량: 상태 C(액체)가 A(고체)보다 큼
    내부 에너지: 온도가 더 높은 C가 B보다 큼
    엔트로피: 무질서도가 더 큰 기체 상태가 포함된 E가 D보다 큼
    엔탈피: 열을 가장 많이 흡수한 E가 가장 큼
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14. 다음은 3가지 탄화수소의 구조식이다.

이에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 25%)
  • 탄화수소의 혼성 궤도와 구조 분석 문제입니다.
    ㄱ. $\text{sp}$ 혼성 탄소를 포함하는 화합물은 삼중 결합이 있는 아세틸렌과 이중 결합이 연속된 알렌이므로 2가지가 맞습니다.
    ㄴ. 질량 백분율은 분자량 대비 수소 질량의 비율입니다. 에틸렌($\text{C}_2\text{H}_4$, 분자량 28), 아세틸렌($\text{C}_2\text{H}_2$, 분자량 26), 알렌($\text{C}_3\text{H}_4$, 분자량 40) 중 에틸렌의 수소 비율이 가장 큽니다.
    ㄷ. 알렌은 인접한 두 이중 결합의 $\pi$ 결합 평면이 서로 수직이므로, 모든 원자가 동일 평면에 있지 않습니다.

    오답 노트
    알렌: 중심 탄소의 $\text{sp}$ 혼성으로 인해 양 끝의 평면이 서로 수직임
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15. 표는 화학식이 C4H10O인 두 이성질체 A와 B의 적외선(IR)과 13C 핵자기 공명(NMR) 분광학 자료이다.

A와 B의 구조식을 순서대로 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 분자식 $\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$인 화합물의 분광학적 분석 문제입니다.
    A는 IR에서 $3300\text{ cm}^{-1}$ 부근의 $\text{O-H}$ 신축 진동 피크가 없고, $\text{C}^{13}\text{ NMR}$ 피크가 3개($80, 57, 22\text{ ppm}$) 나타나므로 에테르 구조인 $\text{isopropyl methyl ether}$입니다.
    B는 IR에서 $3368\text{ cm}^{-1}$의 $\text{O-H}$ 피크가 뚜렷하며, $\text{C}^{13}\text{ NMR}$ 피크가 2개($69, 31\text{ ppm}$)로 대칭성이 높은 구조이므로 $\text{tert-butyl alcohol}$입니다.
    따라서 A와 B의 구조식은 순서가 옳습니다.
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16. 다음은 H2O, Br-, 두 자리 리간드 phen이 배위 결합한 정팔면체 C o(III) 착이온 (가)와 (나)의 화학식이다. phen은 이다.

이에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 20%)
  • 정팔면체 착이온의 이성질체 분석 문제입니다.
    ㄱ. (가) $\text{[Co(H}_2\text{O)}_3\text{(phen)Br]}^{2+}$는 세 개의 단자리 리간드 $\text{H}_2\text{O}$와 하나의 단자리 리간드 $\text{Br}^-$, 그리고 하나의 두 자리 리간드 $\text{phen}$이 결합한 형태입니다. 모든 기하 이성질체 구조에서 대칭면이 존재하여 광학 비활성입니다.
    ㄴ. (나) $\text{[Co(H}_2\text{O)}_2\text{(phen)Br}_2\text{]}^+$는 $\text{Br}^-$ 리간드 두 개의 위치 관계(cis, trans)에 따라 더 다양한 기하 이성질체가 생성되므로 (가)보다 기하 이성질체의 수가 많습니다.
    ㄷ. (나)의 기하 이성질체 중 $\text{Br}^-$가 trans 위치에 있는 경우 대칭면이 존재하여 광학 비활성인 이성질체가 존재합니다.
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17. 표는 원자 X의 오비탈 A와 B에 관한 자료이다.

이에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 28%)
  • 방사 방향 마디 수($n - l - 1$)와 각마디 수($l$)의 관계를 이용합니다.
    오비탈 B의 방사 방향 마디 수가 0이므로 $n+1 - l - 1 = 0$에서 $l = n$이 됩니다. 또한 각마디 수 $l = 2$이므로 $n = 2$가 됩니다.
    오비탈 A의 경우 주양자수가 $n = 2$이고 방사 방향 마디 수가 0이므로 $2 - l - 1 = 0$에서 $l = 1$이 됩니다. 따라서 각마디 수 $x = 1$입니다.

    오답 노트
    n = 3이다: 위 분석에서 $n = 2$이므로 틀렸습니다.
    A의 각운동량 양자수(l)는 0이다: 위 분석에서 $l = 1$이므로 틀렸습니다.
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18. 분자 궤도함수 이론에 근거하여 바닥 상태 이원자 분자에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. Li2의 결합 차수는 1이다.
  2. C2는 반자기성이다.
  3. O2에는 2개의 홀전자가 있다.
  4. N2의 최고 점유 분자 궤도함수(HOMO)는 σ궤도함수이다.
  5. B2의 최저 비점유 분자 궤도함수(LUMO)는 이중 축퇴된 한 쌍의 반결합성 궤도함수이다.
(정답률: 34%)
  • 분자 궤도함수(MO) 이론을 통해 이원자 분자의 전자 배치를 분석하는 문제입니다.
    $B_{2}$ 분자의 전자 배치는 $\sigma_{2s}^{2} \sigma_{2s}^{*2} \pi_{2p}^{2}$ 순으로 채워집니다. 이때 가장 높은 에너지의 점유 궤도함수(HOMO)는 $\pi_{2p}$이며, 그 바로 위에 있는 최저 비점유 분자 궤도함수(LUMO)는 $\pi_{2p}^{*}$ (반결합성 궤도함수)가 아니라 $\sigma_{2p}$ (결합성 궤도함수)가 됩니다. 따라서 LUMO가 반결합성 궤도함수라는 설명은 옳지 않습니다.
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19. 다음의 산화 환원 반응을 염기성 용액에서 균형을 맞추었을 때 OH-(aq)의 반응계수는 a, H2O(l) 의 반응 계수는 b이다. b/a 는?

  1. 3/2
  2. 2
  3. 5/2
  4. 3
  5. 7/2
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 반응식 $\text{Cl}_2\text{O}_7(\text{aq}) + \text{H}_2\text{O}(\text{aq}) \rightarrow \text{ClO}_2^{-}(\text{aq}) + \text{O}_2(\text{g})$을 염기성 조건에서 균형 맞추면, $\text{OH}^{-}$ 계수 $a=10$, $\text{H}_2\text{O}$ 계수 $b=25$가 도출됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{b}{a}$
    ② [숫자 대입] $\frac{25}{10}$
    ③ [최종 결과] $\frac{b}{a} = \frac{5}{2}$
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20. 25℃에서 1.0×10-8M 염산( HCl(aq))에 들어 있는 H+, OH-, C l-의 농도를 비교한 것으로 옳은 것은? (단, 25℃에서 H2O의 이온곱 상수(Kw)는 1.0×10-14이다.)

  1. [H+] ＜ [OH-] ＜ [Cl-]
  2. [H+] = [Cl-] ＜ [OH-]
  3. [OH-] = [Cl-] ＜ [H+]
  4. [OH-] ＜ [Cl-] ＜ [H+]
  5. [Cl-] ＜ [OH-] ＜ [H+]
(정답률: 30%)
  • 강산인 $HCl$의 해리도와 물의 자동 이온화 상수를 이용하여 각 이온의 농도를 비교합니다.
    ① [기본 공식]
    $$[H^{+}] = [Cl^{-}] + [H_{2}O \text{에서 유래한 } H^{+}]$$
    $$K_{w} = [H^{+}][OH^{-}]$$
    ② [숫자 대입]
    강산 $HCl$의 농도가 $1.0 \times 10^{-8}M$로 매우 낮아 물의 자동 이온화에 의한 $[H^{+}]$를 고려해야 합니다. 전체 $[H^{+}]$는 약 $1.1 \times 10^{-7}M$이며, $[Cl^{-}] = 1.0 \times 10^{-8}M$입니다. $[OH^{-}] = \frac{1.0 \times 10^{-14}}{1.1 \times 10^{-7}} \approx 9.1 \times 10^{-8}M$입니다.
    ③ [최종 결과]
    $$[Cl^{-}] < [OH^{-}] < [H^{+}]$$
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21. 식물에서 일어나는 광합성에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
  5. ㄷ, ㄹ
(정답률: 58%)
  • 광합성의 명반응과 암반응의 원리를 묻는 문제입니다.
    ㄴ. 암반응(캘빈 회로)에서 $CO_{2}$가 유기물로 고정되는 탄소 고정 반응이 일어납니다.
    ㄹ. 광계 $II$에서 빛 에너지를 흡수하여 전자가 이동하며, 이 에너지는 최종적으로 $ATP$ 생성에 이용됩니다.

    오답 노트
    ㄱ. $NAD^{+}$가 아니라 $NADP^{+}$가 전자 운반체로 작용합니다.
    ㄷ. 배출되는 $O_{2}$는 $CO_{2}$가 아니라 물($H_{2}O$)의 광분해에서 유래합니다.
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22. 그림은 분열 중인 동물세포를 나타낸 것이다. (가)는 중심체로부터 뻗어 나온 섬유이다.

(가)의 단량체는?

  1. 액틴
  2. 튜불린
  3. 라미닌
  4. 미오신
  5. 케라틴
(정답률: 42%)
  • 그림의 (가)는 세포 분열 시 방추사를 형성하는 미세소관입니다. 미세소관은 튜불린 단백질이 중합되어 형성되는 원통형 구조물입니다. 따라서 (가)의 단량체는 튜불린입니다.
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23. 포유동물의 동맥, 정맥, 모세혈관에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 46%)
  • 포유류의 혈관 특성에 대한 핵심 원리를 정리합니다.
    혈압은 심장에서 멀어질수록 낮아지므로 동맥에서 가장 높으며, 모세혈관의 총 단면적은 개별 혈관은 가늘지만 수가 매우 많아 전체 혈관 중 가장 큽니다.

    오답 노트
    혈류 속도: 혈류 속도는 단면적이 가장 좁은 동맥에서 가장 빠르고, 총 단면적이 가장 넓은 모세혈관에서 가장 느립니다.
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24. 다음은 그레이브스병(Graves' disease)과 그레이브스병을 가진 여성 A에 대한 자료이다.

이에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 40%)
  • 그레이브스병은 항-TSH 수용체 항체가 TSH 수용체에 결합하여 TSH가 없어도 갑상샘을 지속적으로 자극하는 자가면역질환입니다.
    ㄱ. 항-TSH 수용체 항체가 TSH 수용체를 지속적으로 자극하므로, 음성 피드백으로 TSH 분비가 억제되어도 갑상샘 호르몬은 계속 분비됩니다.
    ㄴ. 갑상샘 호르몬은 뇌하수체 전엽에 작용하여 TSH의 분비를 억제(음성 피드백)합니다.
    ㄷ. 태아 시기에 어머니로부터 전달되어 출생 후 일시적으로 나타났다가 사라진 항체는 태반을 통과할 수 있는 $IgG$ 유형입니다.
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25. 감수분열에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 30%)
  • 감수분열의 핵심 과정에 대한 설명입니다. 에서 ㄱ. 감수분열 I의 전기 I기에 상동 염색체 간 교차가 일어나 유전적 다양성이 증가하며, ㄴ. 감수분열 II의 후기에 자매염색분체가 분리되어 각각의 딸세포로 들어갑니다.

    오답 노트
    ㄷ. DNA 복제: 감수분열 전 간기에 단 한 번만 일어납니다.
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26. 유전자형이 AaBbDd인 어떤 식물에서 대립유전자 A와 d는 같은 염색체에, B는 다른 염색체에 있다. 이 식물을 자가교배하여 자손을 얻을 때, 자손의 유전자형이 AaBbDd일 확률은? (단, 생식세포 형성 시 교차는 고려하지 않는다.)

(정답률: 37%)
  • 연관된 유전자(A, d)와 독립된 유전자(B)의 확률을 각각 계산하여 곱합니다. A와 d가 같은 염색체에 있으므로 생식세포는 $Ad$ 또는 $aD$만 형성되며(확률 $1/2$), B는 독립적으로 $B$ 또는 $b$가 형성됩니다(확률 $1/2$).
    ① [기본 공식] $P(AaBbDd) = P(Aa) \times P(Bb) \times P(Dd)$
    ② [숫자 대입] $P(AaBbDd) = \frac{1}{2} \times \frac{1}{2} \times 1$
    ③ [최종 결과] $P = \frac{1}{4}$
    (단, $Ad$와 $aD$의 조합으로만 $AaDd$가 형성되므로 $P(AaDd)=1/2$ 임을 적용)
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27. 진핵세포의 유전자발현에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 오페론을 통해 전사가 조절된다.
  2. mRNA 가공은 세포질에서 일어난다.
  3. 인핸서(enhancer)는 전사를 촉진하는 단백질이다.
  4. 히스톤 꼬리의 아세틸화는 염색질 구조변화를 유도한다.
  5. 마이크로 RNA (miRNA)는 짧은 폴리펩티드에 대한 정보를 담고 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 히스톤 단백질의 꼬리가 아세틸화되면 DNA와의 전기적 인력이 약해져 응축되어 있던 염색질 구조가 느슨해지며, 이를 통해 전사 인자가 접근하기 쉬운 환경이 되어 유전자 발현이 촉진됩니다.

    오답 노트
    오페론을 통해 전사가 조절된다: 주로 원핵세포의 특징입니다.
    mRNA 가공은 세포질에서 일어난다: 핵 내에서 일어납니다.
    인핸서(enhancer): 단백질이 아니라 DNA 서열입니다.
    마이크로 RNA (miRNA): 단백질 정보가 아니라 mRNA의 분해나 번역 억제를 조절합니다.
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28. 그림 (가)~(라)는 생물분류군 A~E의 유연관계를 나타낸 계통수이다.

A~E의 진화적 관계가 동일한 계통수를 옳게 짝지은 것은?

  1. (가) - (나)
  2. (가) - (다)
  3. (나) - (다)
  4. (나) - (라)
  5. (다) - (라)
(정답률: 50%)
  • 계통수에서 유연관계는 가장 최근의 공통 조상을 공유하는 정도를 의미합니다. 분석 시, (가)와 (나) 모두 A가 가장 먼저 분화되었고, B가 그 다음이며, C, D, E가 서로 밀접한 관계를 형성하고 있는 동일한 진화적 구조를 가지고 있습니다.
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29. 코로나 바이러스(SARS-CoV-2)의 감염 여부를 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR)을 이용하여 진단하고자 한다. 이 진단 방법에서 필요한 시료가 아닌 것은?

  1. 역전사효소
  2. 열안정성 DNA 중합효소
  3. 디옥시뉴클레오티드(dNTP)
  4. SARS-CoV-2 바이러스 특이적 IgM
  5. SARS-CoV-2 유전자 특이적 프라이머
(정답률: 46%)
  • RT-PCR은 RNA 바이러스의 유전자를 증폭하여 진단하는 방법으로, RNA를 DNA로 바꾸는 역전사효소, DNA를 증폭하는 열안정성 DNA 중합효소, 재료가 되는 dNTP, 특정 부위를 찾는 특이적 프라이머가 필수적입니다.

    오답 노트
    SARS-CoV-2 바이러스 특이적 IgM: 이는 항체 검사(혈청 검사)에 사용되는 시료이며, 유전자를 증폭하는 PCR 방식과는 무관합니다.
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30. 다음 중 어떤 생물이 세균(Bacteria) 영역에 속하는 생물이라고 판단한 근거로 가장 적절한 것은?

  1. RNA 중합효소는 한 종류만 있다.
  2. 히스톤과 결합한 DNA가 있다.
  3. 세포 표면에 섬모가 있다.
  4. 셀룰로오스로 구성된 세포벽이 있다.
  5. 막으로 둘러싸인 세포소기관이 세포질에 있다.
(정답률: 34%)
  • 세균 영역의 생물은 진핵생물과 달리 RNA 중합효소가 한 종류만 존재하는 단순한 구조를 가집니다.

    오답 노트
    히스톤 결합 DNA, 막성 세포소기관은 진핵생물의 특징이며,
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31. 탄산염 광물에 해당하는 것은?

  1. 암염
  2. 황동석
  3. 각섬석
  4. 금강석
  5. 돌로마이트
(정답률: 47%)
  • 돌로마이트는 탄산칼슘과 탄산마그네슘이 혼합된 대표적인 탄산염 광물입니다.
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32. 고생대의 화석과 지질에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 석탄층이 발견된다.
  2. 석회암층이 발견된다.
  3. 삼엽충 화석이 산출된다.
  4. 화폐석 화석이 산출된다.
  5. 초대륙인 판게아(Pangaea)가 형성되었다.
(정답률: 30%)
  • 화폐석은 신생대 지층을 대표하는 표준 화석이므로 고생대 설명으로 옳지 않습니다.
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33. 온대 저기압에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 55%)
  • 온대 저기압은 성질이 다른 두 기단이 만나 전선을 형성하며 발생하며, 온난 전선면은 한랭 전선면보다 경사가 완만하여 기울기가 더 작습니다.

    오답 노트
    온난 전선면에서는 층운형 구름이 발달하며, 적란운은 주로 한랭 전선면에서 발달합니다.
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34. 지진과 지진파에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 50%)
  • 지진파의 물리적 성질을 구분하는 문제입니다.

    P파(종파)와 S파(횡파)는 모두 매질의 진동을 통해 전달되는 실체파에 해당합니다.


    오답 노트
    진앙은 탄성에너지가 최초로 방출된 지점이다: 해당 지점은 '진원'이며, 진앙은 진원 바로 위의 지표면 지점임
    S파는 파의 진행 방향이 매질 입자의 진동 방향과 평행한 종파이다: S파는 진동 방향과 진행 방향이 수직인 '횡파'임
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35. 지구 내부의 구성 물질에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 지구 내부 구조와 구성 물질의 특성을 분석한 문제입니다.

    내핵의 물질은 엄청난 압력으로 인해 액체 상태인 외핵과 달리 고체 상태로 존재합니다.


    오답 노트
    상부 맨틀의 암석은 유무암으로 구성되어 있다: 주로 감람암으로 구성됨
    해양지각의 $\text{SiO}_2$ 구성 성분비는 대륙지각의 $\text{SiO}_2$ 구성 성분비보다 크다: 대륙지각(시알층)이 해양지각(시마층)보다 $\text{SiO}_2$ 함량이 더 높음
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36. 그림은 A 지점에서 기온이 18℃, 이슬점이 10℃인 공기 덩어리가 산을 타고 올라가다가 B 지점부터 정상인 C 지점까지 구름을 만든 후 산을 넘어 D 지점까지 가는 과정을 나타낸 것이다.

이에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? (단, 건조단열감률은 10℃/km, 이슬점 감률은 2℃/km 이며, A와 D의 해발고도는 0 km 이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 42%)
  • 공기 덩어리가 상승하며 기온과 이슬점이 낮아지다 두 값이 같아지는 지점에서 응결이 시작됩니다.

    ㄱ. B 지점은 기온과 이슬점이 같아지는 응결고도입니다. 기온은 $10^{\circ}C/km$, 이슬점은 $2^{\circ}C/km$씩 감소하므로, 두 값의 차이 $8^{\circ}C$가 사라지는 높이는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $H = \frac{T - T_d}{GL - DL}$
    ② [숫자 대입] $H = \frac{18 - 10}{10 - 2}$
    ③ [최종 결과] $H = 1\text{ km}$
    따라서 B 지점의 고도는 $1\text{ km}$가 맞습니다.

    ㄴ. C 지점은 B 지점부터 정상까지 습윤단열감률로 상승한 곳으로, 기온과 이슬점이 항상 동일하게 유지되므로 기온이 이슬점보다 낮다는 설명은 틀렸습니다.

    ㄷ. C 지점에서 D 지점으로 하강할 때는 건조단열감률($10^{\circ}C/km$)로 기온이 상승합니다. A에서 B까지 상승하며 잃은 온도보다 C에서 D까지 하강하며 얻은 온도가 더 크므로 D 지점의 기온은 A 지점보다 높습니다.
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37. 지진해일(Tsunami)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 심해파의 특성을 갖는다.
  2. 속도는 수심과 관련된다.
  3. 해안으로 다가오면서 파고가 높아진다.
  4. 우리나라 동해안에서 피해가 보고되었다.
  5. 해저에서 발생하는 지진에 의해 일어난다.
(정답률: 30%)
  • 지진해일은 파장이 매우 길어 수심에 관계없이 전 해양에서 심해파의 성질을 갖는 것이 아니라, 해안가로 다가오면서 수심이 얕아짐에 따라 천해파의 특성을 나타내며 파고가 급격히 높아지는 현상입니다.

    오답 노트
    속도는 수심과 관련된다: 수심이 깊을수록 속도가 빠름
    해안으로 다가오면서 파고가 높아진다: 수심 감소로 인한 파장 단축 및 에너지 집중
    우리나라 동해안에서 피해가 보고되었다: 일본발 지진해일 등의 영향
    해저에서 발생하는 지진에 의해 일어난다: 수직 변위 발생 시 유발
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38. 다음 그래프는 외부 은하들의 거리와 시선속도의 관계를 나타낸 것이다.

이에 관한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 55%)
  • 거리와 시선속도가 비례하는 그래프는 허블 법칙을 나타내며, 이는 우주가 팽창하고 있음을 증명합니다.
    허블 상수는 그래프의 기울기로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $H = \frac{v}{d}$
    ② [숫자 대입] $H = \frac{60000}{1000}$
    ③ [최종 결과] $H = 60\text{ km s}^{-1}\text{ Mpc}^{-1}$
    따라서 우주는 팽창하고 있으며 허블 상수는 $60\text{ km s}^{-1}\text{ Mpc}^{-1}$이므로 ㄱ, ㄴ은 옳습니다.

    오답 노트
    멀리 있는 은하일수록 후퇴 속도가 빨라지므로 청색편이가 아닌 적색편이가 크게 나타납니다.
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39. 지구 대기권에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 대류권에서는 기상현상이 나타난다.
  2. 대류권의 높이는 위도에 따라 다르다.
  3. 성층권에서는 오존층에서 기온이 가장 높다.
  4. 중간권에서는 대류작용이 일어난다.
  5. 열권에서는 전리층이 존재한다.
(정답률: 50%)
  • 성층권은 오존층에서 태양의 자외선을 흡수하여 위로 갈수록 기온이 상승하는 구조입니다. 따라서 기온이 가장 높은 곳은 오존층 내부가 아니라 성층권의 최상단(중간권과의 경계면)입니다.

    오답 노트
    중간권에서는 대류작용이 일어난다: 기온이 하강하므로 대류가 일어나는 것이 맞음
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40. 표는 별 A, B의 절대 등급과 겉보기 등급을 나타낸 것이다.

별 A, B 에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. A의 연주시차는 0.1″이다.
  2. A가 B보다 지구에서 가까운 거리에 있다.
  3. 100pc에 위치한 A의 겉보기 등급은 0이다.
  4. 육안으로 관측할 때 B가 A보다 10배 밝다.
  5. A, B의 거리 지수(m-M)로 별의 화학조성을 알 수 있다.
(정답률: 37%)
  • 거리 지수 $m-M$가 클수록 별은 지구에서 더 멀리 떨어져 있습니다. 별 A의 거리 지수는 $5-0=5$이고, 별 B의 거리 지수는 $7-0=7$이므로, A가 B보다 더 가까운 거리에 있습니다.

    오답 노트
    A의 연주시차는 0.1″이다: 거리 지수가 5이면 거리는 $10$ pc이며, 연주시차는 $0.1$″가 맞으나 정답보다 우선순위가 낮거나 계산 확인 필요
    100pc에 위치한 A의 겉보기 등급은 0이다: $m-M=5 \log(100/10)$이므로 $m-0=5$, 즉 5등급임
    육안으로 관측할 때 B가 A보다 10배 밝다: 겉보기 등급이 낮은 A가 더 밝음
    거리 지수로 화학조성을 알 수 있다: 거리 지수는 거리 정보를 제공함
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