소방공무원(공개) 과학(구) 필기 기출문제복원 (2021-04-03)

소방공무원(공개) 과학(구) 2021-04-03 필기 기출문제 해설

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소방공무원(공개) 과학(구)
(2021-04-03 기출문제)

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1과목: 과학

1. 그림은 낙하 중인 스카이다이버의 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 34%)
  • 속력-시간 그래프의 기울기는 가속도를 의미합니다. 시간이 흐를수록 기울기가 완만해지므로 가속도가 감소하며, 이는 알짜힘 $F = ma$에 의해 알짜힘의 크기가 점차 감소함을 의미합니다.

    오답 노트
    역학적 에너지 보존: 공기 저항이 존재하여 열에너지로 전환되므로 보존되지 않습니다.
    중력 퍼텐셜 에너지 감소량: 공기 저항에 의한 에너지 손실이 있으므로 운동 에너지 증가량보다 큽니다.
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2. 그림은 마이크로폰과 스피커의 작동 원리를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 25%)
  • 마이크로폰과 스피커는 전자기 유도 현상을 이용한 에너지 변환 장치입니다.
    마이크로폰은 소리(진동) 에너지를 전기 신호로 변환하며, 이때 코일의 움직임으로 인해 전자기 유도 현상이 발생합니다.
    스피커는 전기 에너지를 소리(진동) 에너지로 변환하는 장치입니다.

    오답 노트
    스피커에서 역학적 에너지가 전기 에너지로 전환된다: 전기 에너지가 역학적 에너지(진동)로 전환되는 것이므로 틀렸습니다.
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3. 그림은 수평면에서 정지해 있던 질량 2 kg인 물체에 수평방향으로 작용한 힘을 시간에 따라 나타낸 것이다. 4초일 때 물체의 운동 에너지는 몇 J인가? (단, 모든 마찰과 공기 저항은 무시한다.)

  1. 18
  2. 24
  3. 30
  4. 36
(정답률: 44%)
  • 힘-시간 그래프에서 그래프 아래의 면적은 충격량이며, 이는 운동량의 변화량과 같습니다. 정지 상태에서 출발했으므로 4초까지의 충격량이 곧 나중 운동량이 됩니다.
    ① [기본 공식] $I = \frac{1}{2} \times F \times t = m \times v$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{2} \times 6 \times 4 = 2 \times v$
    ③ [최종 결과] $v = 6$
    구한 속도를 이용하여 운동 에너지를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{1}{2} m v^{2}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{1}{2} \times 2 \times 6^{2}$
    ③ [최종 결과] $K = 36$
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4. 그림은 금속판에 빛을 비추었을 때 금속에서 광전자가 방출되는 현상을 나타낸 것이다. 이때 방출되는 광전자의 최대 운동 에너지에 영향을 미치는 변수로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 27%)
  • 광전자의 최대 운동 에너지는 입사되는 빛의 에너지(진동수)와 금속의 특성(일함수)에 의해 결정됩니다.

    빛의 진동수가 높을수록, 그리고 금속판의 종류에 따라 일함수가 작을수록 방출되는 광전자의 최대 운동 에너지가 커집니다.

    오답 노트
    빛의 세기: 방출되는 광전자의 수는 증가시키지만, 개별 광전자의 최대 운동 에너지에는 영향을 주지 않음
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5. 핵분열과 핵융합에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 핵융합의 원료는 주로 우라늄이 사용된다.
  2. 태양의 에너지는 대부분 핵분열에 의해 발생한다.
  3. 핵분열은 가벼운 원소가 융합해 무거운 원소가 되는 과정이다.
  4. 핵융합 과정에서 발생하는 질량 결손에 의해 에너지가 발생한다.
(정답률: 45%)
  • 핵융합과 핵분열 모두 반응 전후의 질량 차이인 질량 결손이 발생하며, 이 결손된 질량이 $E = mc^2$ 공식에 의해 막대한 에너지로 전환됩니다.

    오답 노트
    핵융합 원료: 주로 수소(중수소, 삼중수소)가 사용됨
    태양 에너지: 핵융합 반응에 의해 발생함
    핵분열: 무거운 원소(우라늄 등)가 가벼운 원소로 쪼개지는 과정임
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6. (가)와 (나)에서 설명하는 생명현상을 옳게 짝 지은 것은?

  1. (가) 생식과 유전, (나) 적응과 진화
  2. (가) 적응과 진화, (나) 항상성
  3. (가) 발생과 생장, (나) 물질대사
  4. (가) 자극에 대한 반응, (나) 항상성
(정답률: 71%)
  • 생명체의 특성 중 환경에 맞게 몸의 구조가 변하는 것은 적응과 진화이며, 체온이나 혈당 등을 일정하게 유지하는 성질은 항상성입니다.

    잎이 가시로 변해 물 손실을 최소화하는 것은 적응과 진화의 사례이며, 땀을 흘려 체온을 일정하게 유지하는 것은 항상성의 사례입니다.
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7. 생태계의 질소순환에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 공중 방전에서 N2가 NO3-로 전환된다.
  2. 질산화 세균에 의해 NO2-가 N2로 전환된다.
  3. NH4+는 탈질산화 작용으로 NO2-로 전환된다.
  4. 뿌리혹박테리아에 의해 N2가 NO3-로 전환된다.
(정답률: 25%)
  • 질소 순환 과정에서 번개와 같은 공중 방전이 일어나면 공기 중의 $N_2$가 산소와 반응하여 최종적으로 $NO_3^-$ 형태의 질산염으로 전환되어 토양으로 공급됩니다.

    오답 노트
    질산화 세균: $NO_2^-$를 $NO_3^-$로 전환함
    탈질산화 작용: $NO_3^-$를 $N_2$로 전환함
    뿌리혹박테리아: $N_2$를 $NH_3$ 또는 $NH_4^+$로 고정함
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8. 그림은 정상인에게 공복 시 포도당을 투여한 후, 이자에서 분비되어 혈당량 조절에 관여하는 호르몬 X의 혈중 농도변화를 시간에 따라 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. X는 이자의 α세포에서 분비된다.
  2. X는 간에서 글리코겐의 분해를 촉진시킨다.
  3. 교감 신경은 호르몬 X의 분비를 촉진시킨다.
  4. 혈중 글루카곤의 농도는 t2일 때보다 t3일 때 더 높다.
(정답률: 32%)
  • 포도당 투여 후 농도가 상승하는 호르몬 X는 인슐린입니다. 인슐린은 이자의 $\beta$세포에서 분비되어 혈당을 낮춥니다.
    혈당이 낮아진 $t_{3}$ 시점에는 혈당을 높이기 위해 글루카곤 분비가 촉진되므로, $t_{2}$보다 $t_{3}$일 때 글루카곤 농도가 더 높습니다.

    오답 노트
    X는 이자의 $\alpha$세포에서 분비된다: $\beta$세포에서 분비됩니다.
    X는 간에서 글리코겐의 분해를 촉진시킨다: 글리코겐 합성을 촉진합니다.
    교감 신경은 호르몬 X의 분비를 촉진시킨다: 부교감 신경이 촉진하며, 교감 신경은 억제합니다.
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9. 그림은 어떤 사람의 핵형 분석 결과를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 50%)
  • 제시된 핵형 분석 이미지 를 보면 성염색체가 $XXY$로 총 3개이며, 전체 염색체 수는 47개입니다.
    성염색체가 3개인 남성은 클라인펠터 증후군에 해당하므로 ㄱ과 ㄷ이 옳습니다.

    오답 노트
    염색 분체는 92개이다: 염색체 수가 47개이므로 세포 분열 전 복제된 상태의 염색 분체 수는 $47 \times 2 = 94$개입니다.
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10. 세포의 물질대사 과정에서 이화 작용에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 에너지가 흡수되는 반응이다.
  2. 각 단계에는 특정한 효소가 관여한다.
  3. 고분자 물질을 저분자 물질로 분해하는 반응이다.
  4. 간세포에서 글리코겐을 포도당으로 분해하는 과정은 이화 작용의 예이다.
(정답률: 45%)
  • 이화 작용은 고분자 물질을 저분자 물질로 분해하며, 이 과정에서 에너지가 방출되는 발열 반응입니다. 따라서 에너지가 흡수된다는 설명은 옳지 않습니다.
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11. 그림은 판 경계 중 해령 부근의 모습을 모식적으로 나타낸 것이다. A∼D 지점에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. B와 C의 이동 방향은 같다.
  2. C는 D보다 퇴적물의 두께가 두껍다.
  3. A와 C의 지각은 같은 지점의 해령으로부터 생성되었다.
  4. B와 D 사이에는 화산 활동이 활발한 변환 단층이 존재한다.
(정답률: 36%)
  • 해령에서 멀어질수록 해양 지각의 생성 시기가 오래되었으므로 퇴적물의 두께가 두꺼워집니다. C는 D보다 해령으로부터 더 멀리 떨어져 있으므로 퇴적물의 두께가 더 두껍습니다.

    오답 노트
    B와 C의 이동 방향: B는 오른쪽, C는 왼쪽으로 서로 반대 방향입니다.
    A와 C의 지각: 서로 다른 해령에서 생성되었습니다.
    B와 D 사이: 변환 단층이 존재하지만 화산 활동은 일어나지 않습니다.
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12. 그림 (가)는 화성암 A와 B의 구성 성분비를 나타낸 것이고, 그림 (나)는 A와 B 중 한 암석의 겉모습이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 밀도는 A가 B보다 작다.
  2. (나)에 해당하는 암석은 B이다.
  3. 제주도에는 B가 A보다 많다.
  4. A는 B보다 유색 광물의 함량이 적다.
(정답률: 24%)
  • 그림 (가)에서 A는 $\text{SiO}_2$ 함량이 적고 유색 광물 성분이 많아 현무암질 암석이며, B는 $\text{SiO}_2$ 함량이 많아 화강암질 암석입니다. 그림 (나)는 결정의 크기가 큰 조립질 조직을 보이므로 심성암인 화강암(B)에 해당합니다.

    오답 노트
    밀도: 유색 광물이 많은 A가 B보다 밀도가 큽니다.
    제주도: 주로 현무암(A)으로 이루어져 있습니다.
    유색 광물: A가 B보다 유색 광물 함량이 훨씬 많습니다.
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13. 다음은 태양과 질량이 비슷한 별의 진화 단계를 나타낸 것이다. (가) 단계에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 초신성 폭발 단계이다.
  2. 중심에서 수소 핵융합 반응이 일어난다.
  3. 별의 외곽물질이 우주 공간으로 방출된다.
  4. 별의 일생 중 (가)에 해당하는 기간이 가장 길다.
(정답률: 19%)
  • 태양 질량과 비슷한 별의 진화 과정은 주계열성 $\rightarrow$ 적색거성 $\rightarrow$ 행성상 성운 $\rightarrow$ 백색왜성 순으로 진행됩니다. 따라서 (가)는 행성상 성운 단계이며, 이때 별의 외곽 물질이 우주 공간으로 방출됩니다.

    오답 노트
    초신성 폭발: 태양보다 질량이 훨씬 큰 별에서만 일어납니다.
    수소 핵융합: 주계열성 단계의 특징입니다.
    가장 긴 기간: 주계열성 단계가 별의 일생 중 가장 깁니다.
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14. 그림은 우리나라 시간으로 새벽 3시에 한반도 주변에 형성되어 있는 장마 전선을 기상 위성으로 촬영한 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 전선면의 높이는 B에서 A로 갈수록 높아진다.
  2. 위 영상은 가시광선 영역으로 촬영한 것이다.
  3. 장마 전선이 한반도를 통과하여 북상하면 우리나라의 기온은 낮아진다.
  4. 장마 전선은 주로 오호츠크해 기단과 시베리아 기단의 영향으로 형성된다.
(정답률: 32%)
  • 장마 전선은 성질이 다른 두 기단이 만나 형성되며, 전선면의 높이는 온도가 높은 기단 쪽(A)으로 갈수록 높아지는 경향이 있습니다.

    오답 노트
    촬영 영역: 새벽 3시는 태양광이 없으므로 가시광선이 아닌 적외선 영역으로 촬영한 영상입니다.
    기온 변화: 전선이 북상하면 남쪽의 따뜻한 공기가 유입되어 기온이 높아집니다.
    형성 기단: 주로 북태평양 기단과 오호츠크해 기단의 상호작용으로 형성됩니다.
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15. 그림은 해수의 수심에 따른 수온 분포를 나타낸 것이다. A∼C층에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. A층은 수온 약층이다.
  2. B층은 수온이 낮고 일정하다.
  3. B층은 안정하여 대류 운동이 잘 일어나지 않는다.
  4. C층은 계절에 따른 온도 변화가 크다.
(정답률: 38%)
  • 해수의 수온 분포에서 B층은 수온 약층으로, 위쪽의 따뜻한 물과 아래쪽의 차가운 물이 층을 이루어 매우 안정적이기 때문에 상하 간의 대류 운동이 억제됩니다.

    오답 노트
    A층: 태양 에너지를 직접 받는 혼합층입니다.
    B층 수온: 수심이 깊어질수록 수온이 급격히 낮아지는 구간입니다.
    C층: 수온이 매우 낮고 일정하며, 계절 변화의 영향이 거의 없는 심해층입니다.
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16. 그림 (가)와 (나)는 탄소(C) 원자와 질소(N) 원자 각각의 전자 배치를 나타낸 것이다. (가)와 (나)에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, n은 주양자수이고, l은 방위(부) 양자수이다.)

  1. (가)는 쌓음 원리를 만족한다.
  2. (나)는 바닥상태의 전자 배치이다.
  3. n=2인 오비탈에 들어 있는 전자 수는 (가)>(나)이다.
  4. l=1인 오비탈에 들어 있는 전자 수는 (가)＝(나)이다.
(정답률: 28%)
  • 탄소(C)와 질소(N)의 전자 배치를 분석하면, (가)는 에너지가 낮은 오비탈부터 차례대로 전자가 채워진 쌓음 원리를 정확히 만족하고 있습니다.

    오답 노트
    바닥상태의 전자 배치: (나)는 $2p$ 오비탈에 전자가 불균등하게 채워져 들뜬 상태입니다.
    $n=2$인 전자 수: (가)는 4개, (나)는 5개로 (나)가 더 많습니다.
    $l=1$인 전자 수: (가)는 $2p$에 2개, (나)는 $2p$에 3개로 서로 다릅니다.
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17. 다음은 물질 (가)∼(다)에 대한 자료이다. (가)∼(다)는 각각 Mg, NaCl, C (다이아몬드) 중 하나이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 37%)
  • 물질의 결합 특성에 따른 성질을 분석하는 문제입니다.
    (가)는 고체 상태에서 전기 전도성이 있고 (다)보다 크므로 금속인 $Mg$입니다.
    (나)는 고체일 때 전도성이 없으나 액체 상태에서 전도성이 있는 이온 결합 물질 $NaCl$입니다.
    (다)는 공유 결합 물질인 다이아몬드 $C$입니다.
    ㄱ. $Mg$는 금속이므로 연성과 뻗힘성이 있습니다.
    ㄴ. $NaCl$은 액체(용융) 상태에서 이온이 자유롭게 이동하여 전기 전도성이 있습니다.

    오답 노트
    (다)에는 자유전자가 있다: 다이아몬드는 공유 결정으로 자유전자가 존재하지 않습니다.
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18. 다음은 5가지 화합물의 분자식을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 36%)
  • 분자의 기하학적 구조와 극성을 분석하는 문제입니다.
    결합의 쌍극자 모멘트 합이 $0$인 무극성 분자는 대칭 구조인 $BeF_{2}$(선형), $BF_{3}$(평면삼각형), $CH_{4}$(정사면체)의 3가지입니다.
    모든 원자가 같은 평면에 있는 분자는 $BeF_{2}$, $BF_{3}$의 2가지가 아니라 $H_{2}O$와 $NH_{3}$는 입체 구조이므로 $BeF_{2}, BF_{3}$만 해당하여 2가지가 맞으나, 실제로는 $BeF_{2}, BF_{3}$ 외에 다른 조건 확인이 필요합니다. (제시된 보기 중 ㄴ은 틀린 설명으로 처리됨)
    결합각은 $CH_{4}(109.5^{\circ}) > NH_{3}(107^{\circ}) > H_{2}O(104.5^{\circ})$ 순으로 $H_{2}O$가 가장 작습니다.
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19. 다음 화학 반응식의 반응 계수가 옳게 나열된 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 34%)
  • 화학 반응식의 계수는 반응 전후의 각 원자 수가 동일하게 보존되어야 합니다.
    반응식: $aSF_{4} + bH_{2}O \rightarrow cH_{2}SO_{3} + dHF$
    ① $S$ 원자: $a = c$
    ② $F$ 원자: $4a = d$
    ③ $H$ 원자: $2b = 2c + d$
    ④ $O$ 원자: $b = 3c$
    위 조건을 만족하는 계수를 찾으면 $a=1, c=1$일 때 $b=3, d=4$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $a:b:c:d = 1:3:1:4$
    ② [숫자 대입] $1SF_{4} + 3H_{2}O \rightarrow 1H_{2}SO_{3} + 4HF$
    ③ [최종 결과] $a=1, b=3, c=1, d=4$
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20. 다음 반응 중 산화 환원 반응만을 있는 대로 고른 것은?

  1. (가), (나)
  2. (나), (다)
  3. (다), (라)
  4. (가), (다), (라)
(정답률: 32%)
  • 산화 환원 반응은 원소의 산화수 변화가 있는 반응입니다.
    (가) $2KBr(aq) + Cl_{2}(g) \rightarrow 2KCl(aq) + Br_{2}(l)$: $Cl$의 산화수가 $0$에서 $-1$로, $Br$의 산화수가 $-1$에서 $0$으로 변하는 산화 환원 반응입니다.
    (나) $2LiOH(aq) + H_{2}SO_{4}(aq) \rightarrow Li_{2}SO_{4}(aq) + 2H_{2}O(l)$: 산-염기 중화 반응으로 산화수 변화가 없는 비산화 환원 반응입니다.
    (다) $2Na(s) + 2H_{2}O(l) \rightarrow 2NaOH(aq) + H_{2}(g)$: $Na$의 산화수가 $0$에서 $+1$로, $H$의 산화수가 $+1$에서 $0$으로 변하는 산화 환원 반응입니다.
    (라) $2KNO_{3}(s) \rightarrow 2KNO_{2}(s) + O_{2}(g)$: $N$의 산화수가 $+5$에서 $+3$으로, $O$의 산화수가 $-2$에서 $0$으로 변하는 산화 환원 반응입니다.
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