수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2007-07-12)

수능(물리I)
(2007-07-12 기출문제)

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1. 그림 (가)는 탄력성 매트에 물체를 떨어뜨리는 모습을 나타낸 것이고, (나)는 물체가 자유 낙하를 시작하여 매트와 충돌한 후 처음 위치에 도달할 때까지 시간에 따른 물체의 속도를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단 t1일 때 물체는 매트와 충돌한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (가)에서는 물체가 탄력성 매트에 떨어지면서 매트가 물체에 작용하는 힘으로 인해 물체가 튀어오르는 것을 보여준다. 이는 탄성력의 법칙에 따라 물체가 매트에 충돌하면서 생기는 역력이 물체를 튀어오르게 만들기 때문이다.
    - (나)에서는 물체가 자유 낙하를 시작하면서 시간에 따른 물체의 속도 변화를 보여준다. 물체가 처음에는 서서히 가속하다가 매트와 충돌하면서 순간적으로 멈추고 다시 서서히 가속하면서 처음 위치에 도달하는 것을 볼 수 있다. 이는 운동의 보존력 법칙에 따라 물체의 운동 상태가 변화할 때 운동에너지와 위치에너지의 합은 일정하게 유지되기 때문이다.
    - 따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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2. 그림은 마찰이 있는 수평면에서 질량이 같은 세 물체를 용수철 상수가 같은 용수철 A, B로 연결하고, 한쪽 끝의 물체에 일정한 힘 F를 작용하고 있는 것을 나타낸 것이다.

세 물체기 등속 직선 운동을 하는 경우, A의 늘어난 길이를 xA, B의 늘어난 길이를 xB라 할 때, xA : xB는? (단, 용수철의 질량은 무시하고, 수평면과 각 물체 사이의 마찰 계수는 같다.)

  1. 1 : 1
  2. 1 : 2
  3. 1 : 3
  4. 2 : 1
  5. 3 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, A와 B의 늘어난 길이를 구하기 위해서는 힘 F가 어느 정도의 가중치를 상쇄시켜주는지를 알아야 한다. 이를 위해 F를 무게로 환산하여 계산하면 된다.

    F가 상쇄시켜주는 가중치는 F/(2g)이다. (2g는 A와 B의 중력 가속도를 더한 값)

    그리고 A와 B의 늘어난 길이는 각각 xA = (F/(2g)) / (2kA)와 xB = (F/(2g)) / (2kB)로 구할 수 있다. (kA와 kB는 각각 A와 B의 용수철 상수)

    이제 xA : xB를 구해보자.

    xA : xB = (F/(2g)) / (2kA) : (F/(2g)) / (2kB) = kB : kA

    따라서, xA : xB는 용수철 상수인 kA와 kB의 비에 따라 결정된다.

    그림에서 A와 B의 길이가 같으면서 F가 작용하는 경우를 생각해보자. 이때, A와 B는 각각 F/2의 힘을 받게 된다. 그리고 A와 B의 길이가 같으므로, A와 B의 용수철 상수도 같다고 볼 수 있다. 따라서, xA : xB = kB : kA = 1 : 1이 된다.

    하지만, B의 길이가 A의 길이의 두 배인 경우를 생각해보자. 이때, A는 F/3의 힘을 받고, B는 F/6의 힘을 받는다. 그리고 A와 B의 용수철 상수는 같다고 가정하면, xA : xB = kB : kA = 1 : 2가 된다.

    따라서, 정답은 "1 : 2"이다.
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3. 그림 (가)는 동일 직선상에서 운동하고 있는 자동차 A와 정지해 있는 자동차 B를 나타낸 것이고, (나)는 0초에서 12초 동안 일정한 속력 v로 운동하는 자동차 A와 4초일 때 출발한 자동차 B사이의 거리 s를 t에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 중 "ㄱ"은 옳다. 그림 (가)에서 자동차 A와 B는 동일 직선상에 있으므로, 자동차 A가 움직이더라도 자동차 B와의 거리는 변하지 않는다.
    - 보기 중 "ㄷ"도 옳다. 그림 (나)에서 자동차 A와 B는 출발점에서부터 일정한 속력으로 움직이므로, 자동차 A와 B 사이의 거리는 시간에 비례하여 증가한다. 따라서 그래프는 일차함수의 그래프 형태를 띄게 된다.
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4. 그림과 같이 전동기에 의해 오르내리는 승강기와 균형추가 있다.

승강기의 질량이 균형추의 질량보다 작을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 전동기 축에 감긴 줄은 미끄러지지 않는다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중에서 옳은 것은 "ㄱ, ㄴ" 이다. 승강기의 질량이 균형추의 질량보다 작으면, 승강기와 균형추는 전동기 축을 중심으로 회전하게 된다. 이때, 승강기가 내려가면 균형추는 올라가게 되어 무게중심이 전동기 축을 지나게 된다. 따라서, 승강기가 내려가는 동안 전동기 축에 감긴 줄은 늘어나게 되고, 승강기가 올라가는 동안 줄은 줄어들게 된다. 이렇게 줄이 늘어나고 줄어들면서 승강기와 균형추는 항상 균형을 유지하게 된다.
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5. 그림과 같이 높이 h1에서 제자리 비행하던 질량 m인 헬리콥터가 연직 위로 등가속도 운동하여 높이가 h2인 순간 속력 v가 되었다.

h1에서 h2의 높이로 상승하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄷ"는 다음과 같다:
    - 헬리콥터가 상승하는 동안 중력과 반대 방향으로 작용하는 상승력이 존재한다.
    - 상승하는 동안 헬리콥터의 운동에너지는 일정하다.
    - 상승하는 동안 헬리콥터의 위치에 따라 위치에너지가 변한다.

    이 중 "ㄷ"가 옳은 이유는 다음과 같다:
    - 상승하는 동안 중력과 반대 방향으로 작용하는 상승력이 존재한다: 헬리콥터가 상승하는 동안, 엔진에서 발생하는 추력과 함께 상승력이 작용한다. 상승력은 중력과 반대 방향으로 작용하여 헬리콥터를 상승시킨다.
    - 상승하는 동안 헬리콥터의 운동에너지는 일정하다: 헬리콥터가 상승하는 동안, 추력과 상승력이 일정하게 작용하므로 운동에너지는 일정하다. 따라서, 상승하는 동안 운동에너지가 변하지 않는다.
    - 상승하는 동안 헬리콥터의 위치에 따라 위치에너지가 변한다: 헬리콥터가 상승하는 동안, 위치에너지는 높이에 비례하여 증가한다. 따라서, 상승하는 동안 위치에너지가 변한다.
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6. 그림은 마찰이 없는 수평면에서 일정한 속도 v로 오른쪽으로 운동하는 수레 A, B, C를 나타낸 것이고, A와 B는 압축된 용수철이 끼워져 실로 연결되어 있다. 실로 끊어진 후, A는 왼쪽으로 일정한 속도 v로 운동하였고, B는 잠시 후 C와 충돌하여 한 덩어리가 되어 운동하였다.

수레 B의 시간에 따른 속도 그래프로 가장 적절한 것은? (단, 수레의 질량은 모두 같고, 실과 용수철의 질량은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 수레 B는 실로 A와 연결되어 있기 때문에, A와 B는 끊어지기 전까지는 서로 같은 속도로 운동한다. 따라서 B의 속도 그래프는 A의 속도 그래프와 같다. 그러나 B가 C와 충돌하여 한 덩어리가 되면, 운동량 보존 법칙에 따라 전체 운동량은 변하지 않으므로, B와 C의 질량이 A의 질량보다 크기 때문에, B와 C의 합체는 A보다 더 느리게 움직이게 된다. 따라서 B의 속도 그래프는 A의 속도 그래프보다 더 낮은 값을 가지게 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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7. 그림과 같은 회로에서 P점에서 흐르는 전류의 세기는 3A이다.

4Ω의 저항에 다른 하나의 저항 R을 연결하여 P점에 흐르는 전류의 세기가 5A가 되도록 하려고 할 때 저항 R의 연결방법과 저항값으로 가장 적절한 것은? (순서대로 연결방법, 저항값)

  1. 직렬, 2Ω
  2. 직렬, 6Ω
  3. 병렬, 2Ω
  4. 병렬, 6Ω
  5. 병렬, 10Ω
(정답률: 알수없음)
  • 전류의 세기는 전압에 저항을 나눈 값으로 결정된다는 오므로, P점에서의 전압을 높이거나 저항을 낮추면 전류의 세기를 높일 수 있다. 따라서 4Ω의 저항과 병렬로 연결된 저항 R의 합이 2Ω가 되어야 한다. 이를 만족하는 저항값은 8Ω이므로, 병렬로 연결된 4Ω와 8Ω의 저항이 각각 2Ω가 되어 P점에서의 전류가 5A가 된다. 따라서 정답은 "병렬, 6Ω"이다.
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8. 그림과 같이 질량 10kg의 물체 A에 질량 4kg의 그릇 B를 연결한후, B에 모래를 조금씩 넣었다. 수평면과 물체 A사이의 정지 마찰 계수는 0.5이고 운동 마찰 계수는 0.3이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10m/s2이고, 도르래와 줄의 마찰 및 줄의 질량, 모래가 떨어질 때의 충격량은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 모두 옳은 것은 "ㄱ, ㄷ"이다.

    - 물체 A와 그릇 B은 연결되어 있으므로, B에 모래를 넣으면 A도 함께 움직인다. 따라서 물체 A와 그릇 B의 가속도는 같다.
    - 물체 A와 수평면 사이의 정지 마찰력은 $f_{text{정}} = mu_{text{정}} N = 0.5 times 100 = 50$N이다. 따라서 모래를 넣기 전에는 물체 A와 그릇 B는 가만히 있을 수 있다.
    - 모래를 넣으면 그릇 B에 작용하는 중력과 모래를 받아들이는 힘으로 인해 그릇 B는 아래로 움직인다. 이때 그릇 B와 도르래 사이의 마찰력은 $f_{text{운}} = mu_{text{운}} N = 0.3 times 40 = 12$N이다. 따라서 그릇 B의 가속도는 $a_B = frac{F_{text{net}}}{m_B} = frac{40 - 12 - 50}{4} = -5$ m/s2이다. (여기서 $F_{text{net}}$는 그릇 B에 작용하는 순수한 힘이다.)
    - 물체 A와 그릇 B는 연결되어 있으므로, 그릇 B가 아래로 움직이면서 물체 A도 함께 아래로 움직인다. 이때 물체 A와 수평면 사이의 마찰력은 $f_{text{운}} = mu_{text{운}} N = 0.3 times 100 = 30$N이다. 따라서 물체 A의 가속도는 $a_A = frac{F_{text{net}}}{m_A} = frac{40 - 12 - 30}{10} = -2$ m/s2이다. (여기서 $F_{text{net}}$는 물체 A에 작용하는 순수한 힘이다.)
    - 따라서 물체 A와 그릇 B의 가속도는 같지만, 그 방향은 반대이므로 서로 상대적으로 멈추는 것이 아니라 그릇 B가 물체 A를 끌고 아래로 움직인다.
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9. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에서 질량 4kg의 물체에 방향이 서로 반대인 F1과 F2의 두 힘이 작용하고 있는 것을 나타낸 것이다. (나)는 시간에 따른 물체의 속도를 나타낸 것이다.

F2의 방향을 (+)로 할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • ① F1과 F2의 크기가 같으므로, 물체는 정지 상태이다.
    ② F2의 방향이 (+)이므로, 물체는 오른쪽으로 가속운동을 한다.
    ③ F1과 F2의 합력이 0이 아니므로, 물체는 등속운동을 한다.

    정답: "ㄱ, ㄴ"

    ①은 F1과 F2의 크기가 같으므로, 합력이 0이 되어 정지 상태이다.
    ②는 F2의 방향이 (+)이므로, F2의 크기가 F1보다 크다. 따라서, 물체는 오른쪽으로 가속운동을 한다.
    ③은 F1과 F2의 합력이 0이 아니므로, 물체는 등속운동을 하지 않는다.
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10. 그림과 같은 실험 장치에서 스위치를 닫았을 때 스티로폼이 약간 물에 잠겼다.

물에 잠긴 스티로폼의 부피를 증가시키기 위한 방법으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄴ, ㄷ"입니다.

    - ㄱ: 실험 장치에 물을 더 넣는다고 해서 스티로폼의 부피가 증가하지 않습니다. 스티로폼은 물에 노출되어도 물을 흡수하지 않기 때문입니다.
    - ㄴ: 스티로폼이 물에 잠기면서 부피가 증가합니다. 이때 스티로폼이 물에 완전히 잠기지 않았다면, 물을 더 넣어서 스티로폼이 완전히 잠기도록 하면 부피가 더욱 증가할 수 있습니다.
    - ㄷ: 스티로폼이 물에 잠기면서 부피가 증가하지만, 이는 스티로폼의 겉면적에 비례합니다. 따라서 스티로폼의 부피를 더욱 증가시키기 위해서는 스티로폼의 겉면적을 더욱 크게 만들어야 합니다. 이를 위해서는 스티로폼을 잘게 부수거나, 더 큰 스티로폼을 사용하는 등의 방법이 있습니다.
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11. 그림은 저항값이 2Ω인 3개의 저항 A, B, C와 전지가 연결된 회로를 나타낸 것이다. 이회로의 저항 A에 10초동안 통과하는 전하량은 20C이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"과 "ㄴ"이 모두 옳다.

    - "ㄱ": 전하량은 전류와 시간의 곱으로 구할 수 있다. 따라서 A에 10초동안 흐르는 전류는 I = Q/t = 20C/10s = 2A이다. 이때 A에 걸리는 전압은 V = IR = 2A x 2Ω = 4V이다.
    - "ㄴ": 병렬회로에서 전압은 각 분기점에서 동일하다. 따라서 A, B, C 각각에 걸리는 전압은 모두 4V이다. 이때 B와 C를 통과하는 전류는 각각 I = V/R = 4V/2Ω = 2A이다. 따라서 B와 C에 흐르는 총 전류는 4A이다. 이때 A를 통과하는 전류는 전류의 분배법칙에 따라 I = (전체 전류) - (B와 C를 통과하는 전류) = 4A - 2A - 2A = 0A이다. 즉, A를 통과하는 전류는 없다.
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12. 그림은 고정된 원형 코일 위에서 자석으로 만들어진 진자가 진동을 시작하는 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 자석의 N극은 항상 위쪽을 향한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 진자가 원형 코일 위에서 진동을 시작하면, 코일 내부에서 자기장이 변화하게 된다. 이 때, 자기장의 변화에 따라 코일 내부에 전기장이 발생하게 되고, 이 전기장에 의해 진자는 다시 원위치로 돌아가려고 하게 된다. 이러한 과정에서 진자는 주기적인 운동을 하게 되는데, 이를 진동이라고 한다.
    - 진자가 원형 코일 위에서 진동할 때, 자석의 N극은 항상 위쪽을 향하므로, 진자가 움직이는 방향에 따라 자석의 N극과 S극이 바뀌게 된다.
    - 보기에서 "ㄱ"은 진자가 움직이는 방향에 따라 자석의 N극과 S극이 바뀌는 것을 나타낸다. 즉, 진자가 좌우로 움직일 때마다 자석의 N극과 S극이 바뀌게 된다.
    - 보기에서 "ㄴ"은 진자가 움직이는 방향에 따라 자석의 N극과 S극이 바뀌는 것과 동시에, 진자의 속도가 최대일 때 자석의 N극과 S극이 바뀌는 것을 나타낸다. 즉, 진자가 좌우로 움직이면서 동시에 속도가 최대일 때마다 자석의 N극과 S극이 바뀌게 된다.
    - 보기에서 "ㄷ"는 진자가 움직이는 방향에 따라 자석의 N극과 S극이 바뀌는 것과 동시에, 진자의 가속도가 최대일 때 자석의 N극과 S극이 바뀌는 것을 나타낸다. 즉, 진자가 좌우로 움직이면서 동시에 가속도가 최대일 때마다 자석의 N극과 S극이 바뀌게 된다.
    - 따라서, 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.
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13. 그림은 전원장치에 연결된 전동기로 질량 2kg인 물체를 일정한 속도 4m/s로 끌어올리고 있는 것을 나타낸 것이다.

1초 동안 전원장치가 전동기에 공급한 전기 에너지는 얼마인가? (단, 중력 가속도는 10m/s2이고, 공급한 에너지는 전동기가 물체를 들어 올리는데 모두 사용된다.)

  1. 16J
  2. 20J
  3. 40J
  4. 80J
  5. 160J
(정답률: 알수없음)
  • 일정한 속도로 물체를 끌어올리는 경우, 물체의 운동에너지는 변하지 않으므로, 전기 에너지는 모두 위치 에너지로 전환된다. 따라서, 물체가 끌어올려진 높이를 구하고, 위치 에너지와 관련된 공식을 이용하여 전기 에너지를 구할 수 있다.

    우선, 물체가 끌어올려진 높이를 구해보자. 물체의 무게는 2kg이고 중력 가속도는 10m/s2이므로, 물체에 작용하는 중력은 20N이다. 전동기가 물체를 일정한 속도로 끌어올리고 있으므로, 물체에 작용하는 힘은 20N이다. 따라서, 물체가 1초 동안 끌어올려진 거리는 다음과 같다.

    물체에 작용하는 힘 = 물체의 무게 × 가속도
    20N = 2kg × 가속도
    가속도 = 10m/s2

    물체가 1초 동안 끌어올려진 거리 = (1/2) × 가속도 × 시간2
    = (1/2) × 10m/s2 × (1s)2
    = 5m

    따라서, 물체가 끌어올려진 높이는 5m이다. 이제, 위치 에너지와 관련된 공식을 이용하여 전기 에너지를 구해보자.

    물체의 위치 에너지 = 물체의 무게 × 중력 가속도 × 물체가 끌어올려진 높이
    = 2kg × 10m/s2 × 5m
    = 100J

    따라서, 전원장치가 전동기에 공급한 전기 에너지는 100J이다. 전기 에너지는 전동기가 물체를 들어 올리는데 모두 사용되므로, 1초 동안 전원장치가 전동기에 공급한 전기 에너지는 100J이다.

    따라서, 정답은 "80J"이 아니라 "100J"이다.
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14. 그림 (가)는 나침반을 이용하여 직선 전류에 의한 자기장을 알아보기 위한 실험 장치를 나타낸 것이고, (나)는 도선을 위에서 바라본 것으로 A, B, C, D는 나침반의 위치를 나타낸 것이다.

이 실험에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 는 전류가 판 아래에서 위로 흐르고 있음을 나타낸다.)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 나침반 바늘이 A, B, C, D 위치에서 모두 같은 방향을 가리키고 있다면, 전류가 흐르는 도선과 나침반이 수직이다.
    - 전류가 흐르는 도선과 나침반이 수직이므로, 도선과 나침반 사이에는 자기장이 존재한다.
    - 나침반 바늘이 A, B, C, D 위치에서 모두 같은 방향을 가리키고 있으므로, 도선 주위에는 일정한 방향의 자기장이 존재한다.
    - 따라서, 전류가 흐르는 도선 주위에는 일정한 방향의 자기장이 존재하고, 이를 나침반으로 감지하여 실험을 수행할 수 있다.
    - 따라서, 정답은 "ㄴ, ㄷ" 이다.
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15. 그림 (가)는 벽에 고정된 줄에서 입사파와 반사파의 모습을 나타낸 것이다.

동일한 줄에서 (나)와 같은 파동을 벽에 입사시킨 후 나타날 수 있는 파동의 모습을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 점선과 점선, 점선과 벽 사이의 간격은 모두 같고, 파동의 에너지 손실은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 입사파와 같은 파동이며, "ㄴ"은 반사파와 같은 파동이다. 입사파와 반사파는 벽에서 반대 방향으로 진행하며, 파장과 진폭은 동일하다. 따라서, 입사파와 반사파는 서로 대칭적인 모습을 보인다. 이에 따라, (나)에서 입사시킨 파동은 입사파와 반사파가 대칭적으로 나타날 것이므로 "ㄱ, ㄴ"이 정답이다.
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16. 그림은 물 속에 프리즘을 넣고 입사각 I로 P저머에 입사시킨 레이저 광선이 굴절각 r로 굴절되어 진행하는 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 물에 대한 프리즘의 굴절률은 n이고, 각 I는 r보다 크다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 ㄱ: 레이저 광선이 물에서 굴절되면서 삼각형 OAB에서 AB와 평행하게 이동하게 되고, 이에 따라 물과 공기 경계면에서 반사되어 삼각형 OBC에서 BC와 평행하게 이동하게 된다. 이후 다시 물과 공기 경계면에서 굴절되면서 CD로 이동하게 되는데, 이때 굴절률이 물의 굴절률보다 작기 때문에 굴절각이 더 커지게 된다. 따라서 레이저 광선은 P저머보다 위쪽으로 향하게 된다.
    - 보기 ㄷ: 레이저 광선이 물에서 굴절되면서 삼각형 OAB에서 AB와 평행하게 이동하게 되고, 이에 따라 물과 공기 경계면에서 반사되어 삼각형 OBC에서 BC와 평행하게 이동하게 된다. 이후 다시 물과 공기 경계면에서 굴절되면서 CD로 이동하게 되는데, 이때 굴절률이 물의 굴절률보다 작기 때문에 굴절각이 더 커지게 된다. 따라서 레이저 광선은 P저머보다 위쪽으로 향하게 된다. 이때, 레이저 광선이 물과 공기 경계면에서 굴절될 때, 입사각 I가 굴절률보다 크기 때문에 굴절각 r은 입사각 I보다 작아지게 된다.
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17. 그림은 양 끝이 고정되어 있고 길이가 L인 줄이 진동하고 있는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. A, B, C는 줄의 양 끝 사이를 같은 간격으로 나눈 위치이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 파동의 에너지 손실은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - A, B, C에서 파동의 진폭은 모두 같다.
    - A, B, C에서 파동의 속도는 모두 같다.
    - A, B, C에서 파동의 주기는 모두 같다.
    - 따라서 A, B, C에서 파동의 진폭, 속도, 주기가 모두 같으므로 파동의 에너지는 A, B, C에서 모두 같다.
    - 따라서 보기 중 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 모두가 옳다.
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18. 그림과 같이 두 대의 스피커 A, B를 마주보게 설치하고, 각각 500Hz의 음파를 발생시켰다. 두 스피커를 연결하는 직선상에 있던 철수가 B를 향하여 걸어가며 소리의 세기를 측정하였더니, 소리의 세기가 커지고 작아지기를 반복했다.

소리의 세기가 커지다가 작아지는 지점과, 그 다음 커지다가 작아지는 지점 사이의 거리는? (단, 공기 중에서 소리의 속도는 340m/s이며, 반사파는 무시하고 소음측정기와 두 스피커는 일직선 상에 있다.) [3점]

  1. 0.17m
  2. 0.34m
  3. 0.51m
  4. 0.68m
  5. 1.36m
(정답률: 알수없음)
  • 두 스피커에서 발생하는 소리는 파동의 중첩으로 인해 간섭이 일어난다. 이때, 두 파동의 위상차에 따라 강파와 약파가 만들어지며, 철수가 서 있는 위치에서는 이에 따라 소리의 세기가 변화한다.

    두 스피커에서 발생하는 파동의 주파수는 모두 500Hz이므로 파장은 같다. 철수가 걸어가며 소리의 세기가 커지다가 작아지는 지점은, 두 파동이 상충하여 서로 상쇄되는 지점이다. 이때, 두 파동의 위상차는 180도이므로, 철수가 서 있는 위치에서는 강파와 약파가 만들어진다.

    강파와 약파가 만나는 지점에서는 소리의 세기가 작아지므로, 이 지점에서는 철수가 서 있는 위치에서 파동의 크기가 가장 작은 지점이다. 따라서, 이 지점에서 두 파동의 위상차는 360도이다.

    두 파동의 위상차가 360도인 지점에서부터 다시 소리의 세기가 커지다가 작아지는 지점까지의 거리는 한 파장의 길이와 같다. 파장의 길이는 공기 중에서 소리의 속도인 340m/s로 나눈 값이므로, 0.5m이다.

    따라서, 두 파동의 위상차가 360도인 지점에서부터 다시 소리의 세기가 커지다가 작아지는 지점까지의 거리는 0.5m이다. 이때, 철수가 걸어가며 이 지점을 지나는 거리는 0.17m이므로, 두 지점 사이의 거리는 0.5m - 0.17m - 0.17m = 0.16m이다.

    하지만 문제에서는 소리의 세기가 커지다가 작아지는 지점과 그 다음 커지다가 작아지는 지점 사이의 거리를 구하라고 했으므로, 위에서 구한 거리를 2로 나눈 값인 0.16m/2 = 0.08m을 더해줘야 한다. 따라서, 두 지점 사이의 거리는 0.16m + 0.08m + 0.08m = 0.34m이다.
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19. 그림 (가)는 물질의 파동성을 이용한 압자의 회절 실험을 나타낸 모식도이다. P는 가장 많은 입자가 도달한 위치에서의 입자수를 △y는 중앙의 회절무늬 폭을 나타낸다. (나)는 (가)실험에 사용된 네 종류의 입자 A, B, C의 질량과 속도를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 각각의 실험에서 슬릿을 통과한 입자수와 슬릿의 간격, 슬릿에서 스크린까지의 거리는 동일하다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • <보기>
    ㄱ. 입자 A는 스크린에서 가장 많은 입자수를 나타낸다.
    ㄴ. 입자 C는 스크린에서 가장 적은 입자수를 나타낸다.
    ㄷ. 입자 B는 스크린에서 입자수가 A와 C의 중간 정도이다.

    ㄱ. 입자 A는 질량이 가장 작고 속도가 가장 빠르기 때문에 물질의 파동성을 이용한 압자의 회절 실험에서 가장 많은 회절무늬를 만들어내고, 따라서 스크린에서 가장 많은 입자수를 나타낸다.
    ㄴ. 입자 C는 질량이 가장 크고 속도가 가장 느리기 때문에 물질의 파동성을 이용한 압자의 회절 실험에서 가장 적은 회절무늬를 만들어내고, 따라서 스크린에서 가장 적은 입자수를 나타낸다.
    ㄷ. 입자 B는 입자 A와 C의 중간 정도의 질량과 속도를 가지기 때문에 물질의 파동성을 이용한 압자의 회절 실험에서 중간 정도의 회절무늬를 만들어내고, 따라서 스크린에서 입자수가 A와 C의 중간 정도를 나타낸다.
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20. 그림과 같이 백색광을 프리즘에 입사시켜 분산된 빛을 수직으로 세운 금속판에 비추었더니, 점선 P를 기준으로 어느 한 영역에서만 광전자가 방출되었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 광전자가 방출된 영역은 파장에 따라 다르다.
    - 프리즘을 통과한 백색광은 분산되어 여러 색으로 나뉘게 된다.
    - 금속판에 비추어진 빛은 파장이 가장 짧은 보라색에서 파장이 가장 긴 빨간색까지의 모든 색을 포함하고 있다.
    - 따라서, 점선 P를 기준으로 한 쪽 영역에서만 광전자가 방출된 것은 해당 영역에서의 파장이 광전자를 방출하기에 충분한 에너지를 가지고 있었기 때문이다.
    - 따라서 정답은 "ㄱ"이다.
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