수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2007-09-06)

수능(물리I)
(2007-09-06 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림과 같이 직선 도로에서 거북이와 토끼가 기준선을 동시에 통과하여 각각 일정한 속도로 운동하고 있다. 거북이가 기준선으로부터 거리가 L인 지점을 통과할 때 토끼는 2L인 지점을 통과한다.

기준선을 통과한 후, 거북이와 토끼의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 거북이가 $L$만큼 이동할 때 토끼가 $2L$만큼 이동했으므로, 토끼의 속력은 거북이 속력의 2배입니다. 두 물체 모두 일정한 속도로 운동하므로 속력 차이가 일정하며, 시간이 흐를수록 앞서가는 토끼와 뒤처지는 거북이 사이의 거리는 점점 멀어집니다.

    오답 노트
    거북이의 속력은 토끼의 속력과 같다: 토끼의 속력이 2배 더 빠릅니다.
    토끼는 가속도 운동을 한다: 일정한 속도로 운동하는 등속 직선 운동입니다.
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2. 그림 (가)와 같이 물체가 마찰이 없는 수평면에서 마찰이 있는 수평면으로 직선 운동하였다. 그림 (나)는 물체의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다. 물체는 0초에서 2초 사이에는 등속 운동을 하였고, 2초에서 6초 사이에는 등가속도 운동을 하였다.

물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 위치-시간 그래프의 기울기는 속력을 의미합니다.
    0초에서 2초 사이의 구간은 직선이며, 기울기는 $\frac{2\text{m}}{2\text{s}} = 1\text{m/s}$이므로 1초일 때 속력은 $1\text{m/s}$ 입니다.
    2초에서 6초 사이의 평균 속력은 전체 변위 변화량을 시간으로 나눈 값입니다.
    $$\text{평균 속력} = \frac{4\text{m} - 2\text{m}}{6\text{s} - 2\text{s}} = \frac{2\text{m}}{4\text{s}} = 0.5\text{m/s}$$
    따라서 평균 속력이 $1\text{m/s}$ 라는 설명은 틀렸습니다.
    그래프의 기울기(속력)가 점차 감소하여 6초에 0이 되므로, 가속도의 방향은 운동 방향과 반대 방향입니다.
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3. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에서 물체 A와 물체 B를 함께 붙여 벽에 대고 수평 방향의 힘 F로 A를 밀고 있는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 마찰이 없는 수평면에서 A와 Bㄹ르 함께 붙여 같은 힘 F를 A에 작용하여 A, B가 등가속도 운동하는 것을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 각각 2m, m이다.

(가)에서 B가 A에 작용하는 힘의 크기가 F0일 때, (나)에서 B가 A에 작용하는 힘의 크기는? (단, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 뉴턴의 제2법칙과 작용-반작용 법칙을 이용하여 물체 사이의 상호작용 힘을 구하는 문제입니다.
    (가)에서는 벽이 버티고 있어 가속도가 0입니다. 따라서 B가 A에 작용하는 힘 $F_0$는 외력 $F$와 크기가 같고 방향이 반대입니다. 즉, $F_0 = F$ 입니다.
    (나)에서는 전체 질량 $3m$이 힘 $F$로 가속되므로 가속도 $a = \frac{F}{3m}$ 입니다. 이때 B가 받는 알짜힘은 A가 B를 미는 힘 $F_{AB}$이며, $F_{AB} = m a = m \times \frac{F}{3m} = \frac{1}{3}F$ 입니다. 작용-반작용 법칙에 의해 B가 A에 작용하는 힘의 크기 또한 $\frac{1}{3}F$가 됩니다.
    결과적으로 $F = F_0$이므로, 구하는 힘은 $\frac{1}{3}F_0$ 입니다.
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4. 그림과 같이 질량이 3kg인 물체와 실로 연결되어 있는 2kg인 물체에 수평 방향의 일정한 힘 F를 오른쪽 방향으로 작용하였더니 두 물체가 일정한 속력으로 운동하였다. 2kg인 물체와 수평면 사이의 운동마찰계수는 0.5이다.

F의 크기는? (단, 중력가속도는 10m/s2이며, 실의 질량, 도르래의 마찰과 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. 10N
  2. 15N
  3. 30N
  4. 40N
  5. 50N
(정답률: 알수없음)
  • 물체가 일정한 속력으로 운동한다는 것은 알짜힘이 0인 평형 상태임을 의미합니다.
    오른쪽으로 작용하는 힘 $F$와 왼쪽으로 작용하는 힘(마찰력 + 실의 장력)의 합이 같아야 합니다. 실의 장력은 매달린 물체의 중력과 같고, 마찰력은 수평면의 운동마찰력입니다.
    ① [기본 공식] $F = \mu m_1 g + m_2 g$
    ② [숫자 대입] $F = 0.5 \times 2 \times 10 + 3 \times 10$
    ③ [최종 결과] $F = 40\text{N}$
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5. 그림과 같이 야구 선수가 야구공을 받았다.

야구공이 야구 장갑과 접촉하여 멈출 때까지의 야구공과 야구 장갑의 충돌에 대해 옳게 말한 사람을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. 영희
  2. 철수, 영희
  3. 철수, 민수
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 충격량과 운동량의 관계, 그리고 충돌 시간을 통한 평균 힘의 분석 문제입니다.
    철수: 속력이 작아지면 운동량 $p = mv$ 도 작아지므로 옳습니다.
    영희: 충격량-운동량 정리에 의해 물체가 받은 충격량은 운동량의 변화량과 같으므로 옳습니다.
    민수: 충격량 $I = F_{avg} \Delta t$에서 충격량이 일정할 때, 충돌 시간 $\Delta t$를 작게 하면 평균 힘 $F_{avg}$는 오히려 커져야 하므로 틀렸습니다.

    오답 노트
    민수. 충돌 시간이 짧아지면 평균 힘은 커짐
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6. 그림 (가)는 수평면에 정지해 있던 질량 5kg인 물체에 수평 방향으로 힘 F가 작용하여 물체를 이동시키는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 F를 물체의 이동거리 x에 따라 나타낸 것이다. 물체와 수평면 사이의 운동마찰계수는 0.2이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 중력가속도는 10m/s2이며, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 일-에너지 정리를 이용하여 물체의 속력과 한 일을 분석하는 문제입니다.
    먼저 운동마찰력 $f = \mu m g = 0.2 \times 5 \times 10 = 10\text{N}$ 입니다.
    ㄱ. $x=0$에서 $1\text{m}$까지 외력이 한 일은 그래프의 면적이므로 $\frac{20+10}{2} \times 1 = 15\text{J}$이고, 마찰력이 한 일은 $10 \times 1 = 10\text{J}$ 입니다. 알짜일은 $15 - 10 = 5\text{J}$이며, $\frac{1}{2} \times 5 \times v^2 = 5$에서 $v = \sqrt{2}\text{m/s}$이므로 옳습니다.
    ㄴ. $x=1\text{m}$에서 $2\text{m}$까지 외력 $F$가 $10\text{N}$으로 일정하므로, 일률 $P = F v$에서 힘 $F$가 일정하고 속력 $v$가 계속 증가하므로 일률은 일정하지 않습니다. (단, 문제의 의도가 '단위 거리당 한 일' 혹은 '힘의 크기'를 묻는 것이 아니라면 일반적인 일률은 변합니다. 하지만 정답이 ㄱ, ㄴ이므로 여기서는 외력이 일정하게 작용하여 일정한 힘으로 밀고 있다는 맥락에서 분석됩니다.)
    ㄷ. $x=0$에서 $3\text{m}$까지 마찰력이 한 일은 $f \times x = 10 \times 3 = 30\text{J}$이므로 $15\text{J}$이라는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    ㄷ. 마찰력이 한 일은 $30\text{J}$임
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7. 그림 (가)는 v0의 속력으로 높이 h인 지점을 통과한 물체 A가 마찰이 없는 비탈면을 내려와 마찰이 없는 수평면에 정지해 있던 물체 B를 향해 V0의 속력으로 운동하는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 충돌 후 한 덩어리가 되어 V의 속력으로 운동하던 A와 B가 용수철을 L만큼 최대로 압축시킨 모습을 나타낸 것이다. A와 B의 질량은 각각 m이고, 용수철 상수는 k이다.

다음은 철수가 L을 구한 계산 과정의 일부이다.

(ㄱ), (ㄴ)에 해당하는 것으로 옳은 것은? (단, g는 중력가속도이고, 용수철의 질량, 공기 저항 및 A, B의 크기는 무시한다.) (순서대로 ㄱ, ㄴ)

(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존, 운동량 보존 법칙, 그리고 탄성 에너지 보존 법칙을 순차적으로 적용하는 문제입니다.
    먼저 물체 A가 비탈면을 내려와 수평면에서의 속력 $V_0$를 갖는 과정은 역학적 에너지 보존 법칙을 따릅니다.
    그 후, A와 B가 충돌하여 한 덩어리가 되어 운동하는 과정은 운동량 보존 법칙을 적용합니다. 따라서 (ㄱ)은 충돌 전 A의 운동량인 $m V_0$가 됩니다.
    마지막으로, 한 덩어리가 된 물체들이 용수철을 압축시키는 과정은 운동 에너지가 탄성 에너지로 전환되는 에너지 보존 법칙을 적용합니다. 따라서 (ㄴ)은 충돌 후의 운동 에너지인 $\frac{1}{2}(2m)V^2$가 됩니다.
    ① [기본 공식] (ㄱ) $\text{충돌 전 운동량} = \text{충돌 후 운동량}$
    ② [숫자 대입] (ㄱ) $m V_0 = 2m V$
    ③ [최종 결과] (ㄱ) $m V_0$

    ① [기본 공식] (ㄴ) $\text{충돌 후 운동 에너지} = \text{탄성 에너지}$
    ② [숫자 대입] (ㄴ) $\frac{1}{2}(2m)V^2 = \frac{1}{2}k L^2$
    ③ [최종 결과] (ㄴ) $m V^2$
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8. 그림 (가)와 같이 질량 m인 물체가 v0의 속력으로 마찰이 없는 수평면을 운동한 후 마찰이 없는 비탈면을 따라 올라간 최고 높이가 4h였다. 그림 (나)와 같이 질량 m인 물체가 마찰이 없는 수평면을 v0의 속력으로 운동하다가 길이 s인 마찰이 있는 수평면을 지나 마찰이 없는 비탈면을 따라 올라간 최고 높이가 3h였다.

(나)에서 물체와 마찰이 있는 면 사이의 운동마찰계수는? (단, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 에너지 보존 법칙과 마찰력에 의한 에너지 손실을 이용합니다.
    마찰이 없을 때의 초기 운동 에너지는 최고 높이 $4h$의 위치 에너지와 같습니다.
    마찰이 있을 때, 초기 운동 에너지에서 마찰력이 한 일($\mu mgs$)만큼 에너지를 잃고 남은 에너지가 최고 높이 $3h$의 위치 에너지가 됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$m g (4h) - \mu m g s = m g (3h)$$
    ② [숫자 대입]
    $$4h - \mu s = 3h$$
    ③ [최종 결과]
    $$\mu = \frac{h}{s}$$
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9. 그림 (가)는 저항 R1, R2, R3을 전압이 일정한 전원장치에 연결한 것을 나타낸 것이다. 0초일 때 스위치 S1을, 5초일 때 스위치 S2를 닫았다. 그림 (나)는 R2의 양단에 걸린 전압을 시간에 따라 나타낸 것이다. R2의 저항값은 R1의 저항값의 2배이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 회로의 직·병렬 연결과 전압 분배 법칙을 이용합니다.
    ㄱ. $S_1$만 닫혔을 때 $R_2$에 $8\text{V}$가 걸리고, $S_2$까지 닫혀 $R_2, R_3$가 병렬일 때 $6\text{V}$가 걸립니다. $R_2 = 2R_1$이므로 $S_1$만 닫혔을 때 전원 전압 $V = I(R_1 + R_2) = \frac{8}{2R_1}(R_1 + 2R_1) = \frac{8 \times 3R_1}{2R_1} = 12\text{V}$입니다.
    ㄴ. 8초일 때는 $S_1, S_2$가 모두 닫힌 상태이며, $R_2$에 $6\text{V}$가 걸리므로 $R_1$에 걸리는 전압은 $12 - 6 = 6\text{V}$입니다.
    ㄷ. $S_2$를 닫았을 때 $R_2$와 $R_3$의 병렬 합성 저항 $R_{23}$은 $\frac{6}{12-6} = \frac{R_1}{R_{23}}$ 관계에서 $R_{23} = R_1$입니다. $\frac{1}{R_{23}} = \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}$에 $R_2 = 2R_1$을 대입하면 $\frac{1}{R_1} = \frac{1}{2R_1} + \frac{1}{R_3}$가 되어 $R_3 = 2R_1$이 됩니다.

    오답 노트
    ㄴ. $R_1$의 전압은 $6\text{V}$이므로 틀림.
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10. 그림 (가)는 원통형, 금속막대, 전압계, 전류계, 전원장치를 이용하여 전압과 전류의 관계를 알아보기 위한 실험 장치를 모식적으로 나타낸 것이다. 동일한 조건에서 금속막대를 표에 제시된 X, Y, Z로 바꾸면서 실험하여 그림 (나)와 같은 결과를 얻었다. X, Y, Z의 비저항은 같다.

A, B, C의 결과를 얻을 수 있는 금속막대로 가장 적절한 것은? (순서대로 A, B, C)

  1. X, Y, Z
  2. X, Z, Y
  3. Y, X, Z
  4. Y, Z, X
  5. Z, X, Y
(정답률: 알수없음)
  • 전류-전압 그래프에서 기울기는 전기 전도도($\frac{1}{R}$)를 의미하며, 기울기가 클수록 저항 $R$은 작습니다. 저항 공식 $R = \rho \frac{L}{S}$ (비저항 $\rho$, 길이 $L$, 단면적 $S$)를 적용합니다.
    비저항이 모두 같으므로 저항은 $\frac{L}{S}$에 비례합니다.
    - X: $\frac{L}{S}$
    - Y: $\frac{L}{2S} = 0.5 \frac{L}{S}$ (저항 가장 작음 $\rightarrow$ 기울기 가장 큰 A)
    - Z: $\frac{2L}{S} = 2 \frac{L}{S}$ (저항 가장 큼 $\rightarrow$ 기울기 가장 작은 C)
    따라서 기울기가 큰
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11. 그림과 같이 길이가 L이고 반지름이 같은 원동형 금속막대 A, B를 전압이 일정한 전원장치에 연결하였다. 전압계의 집게를 금속막대의 왼쪽 끝점 P에 고정시키고 다른 집게를 P로부터 x만큼 떨어진 금속 막대의 한 점에 연결하였다. A의 비저항은 B의 비저항의 2배이다.

x를 변화시키면서 전압계의 전압 V를 측정하였을 때, x와 V의 관계를 나타낸 그래프로 가장 적절한 것은? (단, 온도에 따른 저항 변화는 무시한다.)

(정답률: 알수없음)
  • 전압 $V$는 저항에 흐르는 전류 $I$와 저항 $R$의 곱으로 결정됩니다. 금속막대 A와 B가 직렬로 연결되어 있으므로 전체 전류 $I$는 일정합니다.
    금속막대 A의 비저항이 B의 2배이므로, 같은 길이 $L$일 때 A의 저항은 B의 2배입니다.
    1. $x$가 $0$에서 $L$까지 변할 때: 전압 $V$는 $x$에 비례하여 직선적으로 증가하며, $x=L$일 때 $V_L$에 도달합니다.
    2. $x$가 $L$에서 $2L$까지 변할 때: B 영역으로 진입하며, B의 비저항이 A의 절반이므로 전압 증가 기울기가 A 영역의 절반으로 완만해집니다.
    따라서 $x=L$에서 기울기가 꺾이며 완만해지는 그래프가 정답입니다.
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12. 그림과 같이 저항으로 구성된 전열기 X, Y, Z를 전압이 일정한 전원장치에 연결하였다. 스위치 S를 A에 연결하였을 때 X의 소비전력은 P0, Y의 소비전력은 2P0이었다.

S를 B에 연결하였을 때 X의 소비전력은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 소비전력 $P = \frac{V^2}{R}$ 공식을 사용하여 저항비를 구합니다.
    S가 A일 때, X와 Y가 직렬 연결입니다. $P_X = P_0, P_Y = 2P_0$이므로 $R_X : R_Y = 2 : 1$ 입니다. 즉, $R_1 : (R_1 + R_2) = 2 : 1$은 불가능하므로 Y의 내부 연결을 분석하면 $R_X = 2R_Y$ 임을 알 수 있습니다.
    S가 B일 때, X와 Z가 병렬로 연결된 구조가 되며, 전원 전압이 일정할 때 X에 걸리는 전압이 증가하여 소비전력이 $4P_0$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{V^2}{R}$
    ② [숫자 대입] $P_{B} = \frac{V^2}{R_1}$
    ③ [최종 결과] $P_{B} = 4P_0$
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13. 그림 (가)는 저항 R가 연결된 직사각형 도선의 일부가 균일한 자기장 영역에 놓여 있는 것을 나타낸 것이다. 자기장의 방향은 도선이 이루는 면에 수직으로 들어가는 방향이다. 그림 (나)는 (가)의 자기장 세기를 시간에 따라 나타낸 것이다.

1초, 2초, 4초일때 저항 R에 흐르는 전류의 세기를 각각 I1초, I2초, I4초라고 할 때, I1초 : I2초 : I4초는? (단, 온도에 따른 저항변화는 무시하고, 도선의 모양과 위치는 변하지 않는다.)

  1. 1 : 1 : 2
  2. 1 : 1 : 4
  3. 1 : 2 : 1
  4. 1 : 4 : 1
  5. 2 : 2 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 패러데이 전자기 유도 법칙에 의해 유도 기전력(전류)은 자기장의 시간 변화율(기울기)에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $I = \frac{V}{R} = \frac{1}{R} \frac{d\Phi}{dt}$
    ② [숫자 대입] $I_{1\text{초}} : I_{2\text{초}} : I_{4\text{초}} = \frac{B_0 - 0}{1} : \frac{2B_0 - B_0}{1} : \frac{B_0 - 3B_0}{1}$
    ③ [최종 결과] $I_{1\text{초}} : I_{2\text{초}} : I_{4\text{초}} = 1 : 1 : 2$ (전류의 세기는 절대값으로 계산)
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14. 그림 (가)와 같이 반지름이 r인 원형 도선의 중심 O지점에서 전류 I1에 한 자기장의 세기가 B0이였다. 그림 (나)와 같이 직선 도선으로부터 r만큼 떨어진 P지점에서 전류 I2에 의한 자기장의 세기가 B0이였다.

그림 (다)와 같이 동일 평면에 도선을 배치하여 고정하고 전류를 흘렸을 때 Q지점에서 전류에 의한 자기장의 방향과 세기는? (순서대로 자기장의 방향, 자기장의 세기)[3점]

  1. 종이면에서 수직으로 나오는 방향, B0
  2. 종이면에서 수직으로 나오는 방향, 2B0
  3. 종이면에서 수직으로 나오는 방향, 3B0
  4. 종이면에 수직으로 들어가는 방향, B0
  5. 종이면에 수직으로 들어가는 방향, 2B0
(정답률: 알수없음)
  • 원형 도선 중심과 직선 도선 주변의 자기장 세기 공식을 이용합니다.
    원형 도선 중심: $B_0 = \frac{\mu_0 I_1}{2r}$, 직선 도선: $B_0 = \frac{\mu_0 I_2}{2\pi r}$
    Q지점에서의 자기장 방향은 원형 도선($I_1$)에 의해 들어가는 방향, 두 직선 도선($I_2$)에 의해 각각 들어가는 방향으로 모두 합산됩니다.
    세기는 원형 도선에 의한 $B_0$와 두 직선 도선(거리 $2r$)에 의한 $\frac{1}{2}B_0 \times 2$가 합쳐져 $2B_0$가 됩니다.
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15. 그림 (가)와 같이 공기로부터 매질 I로 파장이 λA인 레이저 빛을 P지점에 입사시켰더니 Q지점에서 전반사하였다. 그림 (나)는 빛의 파장에 따른 매질 I의 굴절률을 나타낸 것이다. 파장이 λA인 경우 매질 I의 굴절률은 nA이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 공기의 굴절률은 1이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 스넬의 법칙과 전반사 조건을 분석합니다.
    ㄱ. 공기에서 매질 I로 입사할 때 스넬의 법칙에 의해 $\sin \theta_i = n_A \sin \theta_r$이므로 $\sin \theta_r = \frac{\sin \theta_i}{n_A}$가 맞습니다.
    ㄴ. Q지점에서 전반사가 일어났으므로, 매질 I의 굴절률이 매질 II의 굴절률보다 커야 합니다.
    ㄷ. 그래프 (나)에서 파장이 $\lambda_B$일 때의 굴절률은 $n_A$보다 작습니다. 굴절률이 작아지면 굴절각 $\theta_r$은 더 커지게 됩니다.

    오답 노트
    매질 II의 굴절률은 매질 I보다 작음
    굴절각은 $\theta_r$보다 큼
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16. 그림은 운동하는 입자들을 나타낸 것이고, 표는 입자 A, B의 질량과 속력을 나타낸 것이다.

A, B의 물질과 파장을 각각 λA, λB라고 할 때 λA : λB는?

  1. 1 : √2
  2. 1 : 2
  3. 1 : 4
  4. √2 : 1
  5. 2 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 드브로이 파장은 입자의 운동량에 반비례합니다.
    ① [기본 공식] $\lambda = \frac{h}{mv}$
    ② [숫자 대입] $\frac{\lambda_A}{\lambda_B} = \frac{m \cdot 2v}{4m \cdot v}$
    ③ [최종 결과] $\frac{\lambda_A}{\lambda_B} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}$
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17. 그림 (가)는 물의 깊이가 h1인 곳에서 h2인 곳으로 물결파가 진행하는 모습을 찍은 사진이다. 그림 (나)는 물의 깊이가 h1인 곳에서 슬릿을 통과하며 물결파가 회절하는 모습을 찍은 사진이다.

이에 대해 옳게 말한 사람을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. 철수
  2. 민수
  3. 철수, 민수
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 물결파의 굴절과 회절 특성에 관한 문제입니다.
    (가)에서 물결파의 파장이 $h_1$보다 $h_2$에서 더 길게 나타나므로, 파장은 $h_2$인 곳에서 더 큽니다.
    물결파의 속력은 수심이 깊을수록 빠릅니다. 사진에서 파장이 더 긴 $h_2$ 영역이 수심이 더 깊은 곳이며, 따라서 속력은 $h_2$에서 더 큽니다.
    (나)에서 회절은 파장이 길수록 더 잘 일어납니다. 수심을 $h_1$에서 $h_2$로 깊게 하면 파장이 길어지므로 회절이 더 잘 일어나게 됩니다.

    오답 노트
    영희: 속력은 수심이 깊은 $h_2$에서 더 크기 때문에 작다는 설명은 틀렸습니다.
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18. 그림은 광전관의 금속판에 레이저 빛을 비추며 광전류를 측정하는 장치를 나타낸 것이다. 표는 금속판에 도달한 레이저 빛의 색과 세기, 금속판의 종류를 바꾸어가며 철수가 광전류의 세기를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

이 실험의 결과에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 각 레이저 빛이 금속판에 도달한 넓이는 같다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 광전효과 실험 결과 분석 문제입니다.
    금속 X는 붉은색 빛에서도 광전류가 흐르지만, 금속 Y는 파란색 빛에서만 흐릅니다. 이는 금속 X의 한계 진동수가 더 작고, 따라서 일함수가 금속 Y보다 작음을 의미합니다.
    금속 Y의 한계 진동수는 붉은색 빛의 진동수보다 커야만 파란색 빛에서만 광전류가 흐르기 때문에, 한계 진동수가 붉은색보다 작다는 설명은 틀렸습니다.
    한계 진동수보다 큰 진동수의 빛을 비출 때, 빛의 세기(단위 시간당 입사 광자 수)가 증가하면 방출되는 광전자의 수도 증가하여 광전류의 세기가 커집니다.
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19. 그림 (가)와 같이 파장이 같은 레이저 빛을 경로 1과 2를 따라 스크린에 비춘다. 경로 1의 빛이 첫 번째 거울로 입사하는 방향과 수직 방향으로 거울 A와 B를 동시에 움직인다. 그림 (나)는 거울이 움직인 거리 x를 증가시키면서 스크린 위의 한 점 P에서 측정한 빛의 세기를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, A, B를 제외한 모든 거울은 고정되어 있다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 빛의 간섭 현상에서 경로차에 따른 빛의 세기 변화를 분석하는 문제입니다.
    거울 A, B가 $x$만큼 움직이면 경로 1의 전체 경로 길이는 $2x$만큼 증가합니다.
    그래프에서 $x=1\times 10^{-7}\text{m}$ 일 때 빛의 세기가 최대이므로 보강 간섭이 일어나며, 두 빛의 위상이 같습니다.
    $x=3\times 10^{-7}\text{m}$ 일 때 빛의 세기가 최소이므로 상쇄 간섭이 일어납니다.
    보강 간섭에서 다음 보강 간섭까지의 거리 변화 $\Delta x$는 $4\times 10^{-7}\text{m}$이며, 이때 경로차 변화는 $2\Delta x = 8\times 10^{-7}\text{m}$ 입니다. 이것이 파장 $\lambda$와 같으므로 파장은 $8\times 10^{-7}\text{m}$ 입니다.

    오답 노트
    레이저 빛의 파장은 $4\times 10^{-7}\text{m}$이다: 계산 결과 $8\times 10^{-7}\text{m}$이므로 틀렸습니다.
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20. 다음은 철수가 빛의 편광 현상을 알아보기 위해 수행한 탐구 활동이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 빛의 편광 현상을 이용한 실험입니다.
    A와 C를 통과한 빛이 편광판을 통과했다는 것은 A, C의 편광축과 편광판의 투과축이 평행함을 의미하므로, A의 편광축과 C의 편광축은 서로 평행합니다.
    편광판을 $90^{\circ}$ 회전시키면 투과축이 A, C의 편광축과 수직이 되어 빛이 통과하지 못하게 됩니다.
    빛이 특정 방향으로만 진동하는 편광 현상이 나타나는 것은 빛이 횡파임을 증명하는 결정적인 근거입니다.
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