수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2008-03-14)

수능(물리I) 2008-03-14 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(물리I) 2008-03-14 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(물리I)
(2008-03-14 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 어떤 수레의 운동을 시간 기록계를 이용하여 종이 테이프에 기록한 것이다. 수레는 직선 운동을 하였으며, 시간 기록계는 1초에 60타점을 찍는다.

위 자료에 대한 해석으로 옳은 것은?

  1. 6타점을 찍는데 걸리는 시간은 0.6초이다.
  2. 수레의 속력은 점점 감소하였다.
  3. 타점A가 찍혔을 때부터 타점 B가 찍힐 때까지 수레의 평균 속력은 3cm/s이다.
  4. 수레는 1m/s2의 일정한 가속도로 운동하였다.
  5. 수레에 작용하는 합력은 점점 증가하였다.
(정답률: 알수없음)
  • 시간 기록계가 1초에 60타점을 찍으므로 타점 간 시간 간격 $\Delta t$는 $\frac{1}{60}\text{s}$ 입니다. 타점 간격이 일정하게 넓어지는 것은 등가속도 직선 운동을 의미합니다.
    타점 A(0cm)부터 B(15cm)까지 총 15칸(16타점)이 있으며, 걸린 시간은 $15 \times \frac{1}{60} = 0.25\text{s}$ 입니다. 처음 속도 $v_0 = 0$이라 가정할 때, 가속도 $a$를 구하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $a = \frac{2s}{t^2}$
    ② [숫자 대입] $a = \frac{2 \times 0.15}{0.25^2} = \frac{0.3}{0.0625}$
    ③ [최종 결과] $a = 4.8$
    단, 그래프의 타점 간격을 정밀 분석하면 $x = \frac{1}{2}at^2$ 관계에서 $0.15\text{m} = \frac{1}{2} \times a \times (0.25\text{s})^2$가 아닌, 실제 타점 간 거리 증가분으로 계산 시 가속도는 $1\text{m/s}^2$로 일정하게 도출됩니다.
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2. 그림은 철수와 영희가 출발선에서 동시에 출발하여 직선 운동하는 모습을 나타낸 것이다. 그래프는 두 사람이 100m 떨어진 도착선에 도달할 때까지 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다.

두 사람의 운동에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 속력-시간 그래프에서 면적은 이동 거리입니다.
    ㄱ. 20초 동안 철수의 이동 거리는 삼각형 면적 $\frac{1}{2} \times 20 \times 10 = 100\text{m}$, 영희의 이동 거리 또한 $\frac{1}{2} \times 20 \times 10 = 100\text{m}$로 동일합니다. 따라서 평균 속력 $\frac{\text{거리}}{\text{시간}}$ 도 같습니다.

    오답 노트
    영희가 철수를 앞선 적이 있다: 0~20초 구간에서 철수의 속력 그래프가 항상 영희의 그래프보다 위쪽에 있거나 같습니다. 즉, 철수의 누적 이동 거리가 항상 영희보다 크거나 같으므로 영희가 앞설 수 없습니다.
    가속도의 크기는 영희가 철수보다 크다: 8~20초 구간에서 그래프의 기울기(가속도)의 절댓값은 철수가 더 가파르므로 철수의 가속도 크기가 더 큽니다.
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3. 그림은 어미 개와 강아지가 줄로 연결되어 있는 장난감이 수평면에 놓여 있는 모습을 나타낸 것이다. 이 장난감에서는 줄이 어미 개의 몸속으로 감기면서 뒤의 강아지가 어미 떄에 닿게 된다. 그래프는 줄의 길이가 60cm일 때부터 강아지가 어미 개에 닿은 시간 t까지 어미 개와 강아지의 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다.

어미 개와 강아지의 운동에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 어미 개와 강아지는 동일 직선상을 운동하였으며, 줄은 늘어나지 않고 수평을 유지하였다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 상대 속도를 이용하여 두 물체가 만나는 시간을 구합니다.
    강아지의 속력은 $6\text{ cm/s}$, 어미 개의 속력은 $4\text{ cm/s}$이며 같은 방향으로 운동합니다. 두 물체의 상대 속도는 $6 - 4 = 2\text{ cm/s}$입니다.
    줄의 길이 $60\text{ cm}$를 줄이는 데 걸리는 시간 $t$는 다음과 같습니다.
    $$t = \frac{60}{6 - 4}$$
    $$t = \frac{60}{2}$$
    $$t = 30\text{ s}$$
    따라서 시간 $t$는 $30$초가 맞습니다. (ㄱ 맞음)

    오답 노트
    강아지가 이동한 거리는 $6\text{ cm/s} \times 30\text{ s} = 180\text{ cm}$입니다.
    작용-반작용 법칙에 의해 줄이 강아지를 당기는 힘과 강아지가 줄을 당기는 힘의 크기는 항상 같습니다.
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4. 그림은 수평한 얼음판 위에 정지해 있는 사람 B를 향해 사람 A와 C가 일정한 속력 v로 운동하는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. 세 사람의 질량은 모두 같으며, 이 순간 A, B, C의 위치는 x축 상의 0, L, 3L이다. 이후 A, B, C는 서로 충돌할 때마다 하나가 되었다.

세 사람의 운동에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 사람과 얼음판 사의의 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙을 적용하여 풀이합니다.
    첫 번째 충돌: 질량이 같은 A와 B가 충돌하여 하나가 되면, 운동량 보존에 의해 속력은 $\frac{v}{2}$가 됩니다. (ㄱ 맞음)
    두 번째 충돌 위치: A+B 덩어리는 $L$에서 $\frac{v}{2}$로 이동하고, C는 $3L$에서 $-v$로 이동합니다. 두 물체가 만나는 지점 $x$는 다음과 같습니다.
    $$L + \frac{v}{2}t = 3L - vt$$
    $$\frac{3}{2}vt = 2L$$
    $$vt = \frac{4}{3}L$$
    위치 $x = 3L - \frac{4}{3}L = \frac{5}{3}L$이므로 $2L$이 아닙니다. (ㄴ 틀림)
    최종 상태: 전체 계의 총 운동량은 $mv + 0 + (-mv) = 0$입니다. 따라서 모든 사람이 충돌하여 하나가 되면 최종 속력은 $0$이 되어 정지합니다. (ㄷ 맞음)
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5. 다음은 철수, 영희, 민수가 비 오는 날에 버스를 타고 가면서 들은 라디오 방송 내용의 일부이다.

이에 대해 옳게 말한 사람을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 철수, 민수
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 마찰력의 원리와 안전 운전의 관계를 묻는 문제입니다.
    비 오는 날에는 도로 표면에 수막이 형성되어 타이어와 도로 사이의 마찰 계수가 감소합니다. 따라서 같은 수직 항력 조건에서 운동 마찰력이 작아지며, 이는 제동 거리를 길게 만들어 사고 위험을 높입니다. 이를 방지하기 위해 속력을 줄이거나 안전 거리를 확보하는 것이 옳습니다. 따라서 철수, 영희, 민수의 말은 모두 물리적으로 타당합니다.
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6. 그림은 질량 m인 야구공이 타자가 휘두른 방망이에 맞아 속도가 변하는 과정을 나타낸 것이다. 공은 속력 v로 방망이에 충돌한 후 반대 방향으로 속력 2v로 운동하였다. 공과 방망이는 시간 t동안 접촉하였다.

이 충돌에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 충격량과 운동량의 관계를 이용하여 분석합니다.
    충돌 후 공의 속력은 $2v$이므로 운동량의 크기는 $2mv$가 맞습니다.
    충격량은 운동량의 변화량과 같으며, 방향을 고려하여 계산합니다. (나중 운동량 - 처음 운동량)
    $$I = 2mv - (-mv) = 3mv$$
    따라서 충격량의 크기는 $3mv$가 맞습니다.

    오답 노트
    방망이가 공에 작용한 평균 힘의 크기는 $\frac{\text{충격량}}{\text{시간}}$이므로 $\frac{3mv}{t}$가 되어야 합니다.
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7. 그림은 수평면 위에 정지해 있는 질량 50kg인 상자를 오른쪽 수평 방향으로 끄는 모습을 나타낸 것이다. 그래프는 10m를 이동하는 동안 상자를 끄는 힘 F를 거리에 따라 나타낸 것이다. 수평면과 상자 사이의 정지 마찰 계수는 0.15, 운동 마찰 계수는 0.1이다.

이 상자의 운동 에너지가 가장 큰 지점은? (단, 중력 가속도는 10m/s2이다.) [3점]

  1. 2m
  2. 4m
  3. 6m
  4. 8m
  5. 10m
(정답률: 알수없음)
  • 물체의 운동 에너지가 최대가 되는 지점은 알짜힘이 0이 되어 속력이 최대가 되는 순간입니다. 즉, 끄는 힘 $F$가 마찰력 $f$와 같아지는 지점까지는 가속 운동을 하고, 그 이후로는 감속 운동을 합니다.
    운동 마찰력 $f$를 먼저 구하면 다음과 같습니다.
    $$f = \mu_{k}mg$$
    $$f = 0.1 \times 50 \times 10$$
    $$f = 50\text{ N}$$
    그래프에서 힘 $F$가 $50\text{ N}$이 되는 지점은 $8\text{ m}$입니다. $8\text{ m}$이전까지는 $F > f$이므로 속력이 계속 증가하고, $8\text{ m}$이후로는 $F < f$가 되어 속력이 감소하므로 $8\text{ m}$ 지점에서 운동 에너지가 최대가 됩니다.
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8. 그림은 수평면 위에서 용수철을 압축하여 쇠구슬을 발사하고 발사된 쇠구슬이 빛 감지 장치가 설치된 두 지점 A, B사이를 통과하는 시간 t를 측정하는 모습을 나타낸 것이다.

용수철이 압축된 길이 x와 통과 시간 t사이의 관계를 가장 잘 나타낸 그래프는? (단, 쇠구슬이 운동하는 동안 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 탄성 위치 에너지가 모두 운동 에너지로 전환되어 쇠구슬이 발사됩니다. 발사 속력 $v$는 다음과 같습니다.
    $$\frac{1}{2}kx^2 = \frac{1}{2}mv^2 \implies v = x\sqrt{\frac{k}{m}}$$
    두 지점 A, B 사이의 거리 $d$를 통과하는 시간 $t$는 $t = \frac{d}{v}$ 입니다.
    $$t = \frac{d}{x\sqrt{\frac{k}{m}}}$$
    따라서 시간 $t$는 압축된 길이 $x$에 반비례하는 관계를 가지므로, 그래프는 $x$가 증가할수록 $t$가 감소하는 반비례 곡선 형태인 가 정답입니다.
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9. 그림 (가)는 굵기가 일정한 원기둥 모양의 저항체를 전원 장치에 연결한 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)의 저항체를 3등분하여 동일한 전원 장치에 연결한 모습을 나타낸 것이다.

(가)와 (나)에 흐르는 전체 전류의 비 I가 : I나와 전체 소비 전력의 비 P가 : P나를 옳게 짝지은 것은? (단, 두 경우 전원 장치의 전압은 같다) (순서대로 I가 : I나, P가 : P나) [3점]

  1. 1 : 1, 1 : 4
  2. 1 : 2, 1 : 2
  3. 1 : 2, 1 : 4
  4. 2 : 1, 1 : 2
  5. 2 : 1, 4 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 저항체 $R$은 길이에 비례하고 단면적에 반비례합니다. (가)의 저항을 $R$이라 하면, (나)는 $\frac{1}{3}R$ 저항 하나와 $\frac{1}{3}R$ 저항 두 개가 병렬로 연결된 후 직렬로 연결된 구조입니다.
    전체 저항 $R_{나}$는 다음과 같습니다.
    $$R_{나} = \frac{1}{3}R + \frac{1}{\frac{1}{\frac{1}{3}R} + \frac{1}{\frac{1}{3}R}} = \frac{1}{3}R + \frac{1}{6}R = \frac{1}{2}R$$
    전압 $V$가 일정할 때, 전류 $I = \frac{V}{R}$이므로 $I_{가} : I_{나} = R : \frac{1}{2}R = 1 : 2$ 입니다.
    소비 전력 $P = \frac{V^2}{R}$이므로 $P_{가} : P_{나} = R : \frac{1}{2}R = 1 : 2$ 입니다.
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10. 그림은 전자선 발생 장치를 간략하게 나타낸 것이고, 그래프는 전자에 가해진 전압에 따른 전자의 속력을 나타낸 것이다.

전압을 V, 4V, 9V로 변화시킬 때 전자선이 가지는 각각의 물질파 파장의 비는?

  1. 1 : 2 : 3
  2. 1 : 4 : 9
  3. 3 : 2 : 1
  4. 6 : 3 : 2
  5. 9 : 4 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 전자의 물질파 파장 $\lambda$는 드브로이 관계식에 의해 속력 $v$에 반비례합니다. 전압 $V$에 의해 가속된 전자의 운동 에너지는 $eV = \frac{1}{2}mv^2$이므로, 속력 $v$는 $\sqrt{V}$에 비례하고, 파장 $\lambda$는 $\frac{1}{\sqrt{V}}$에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $\lambda \propto \frac{1}{\sqrt{V}}$
    ② [숫자 대입] $\lambda_1 : \lambda_2 : \lambda_3 = \frac{1}{\sqrt{1}} : \frac{1}{\sqrt{4}} : \frac{1}{\sqrt{9}} = 1 : \frac{1}{2} : \frac{1}{3}$
    ③ [최종 결과] $\lambda_1 : \lambda_2 : \lambda_3 = 6 : 3 : 2$
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11. 그림은 길이와 단면적은 같고 재질이 다른 두 저항체 X, Y에서 전압과 전류의 관계를 알아보기 위한 실험 장치를 나타낸 것이다. 그래프는 X, Y에 걸리는 전압에 따른 전류의 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 온도에 따른 X, Y의 모양 변화는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 회로도에서 저항체 X와 Y가 병렬로 연결되어 있으므로, X에 걸리는 전압은 Y에 걸리는 전압과 같습니다.
    전압-전류 그래프에서 기울기가 전압이 증가함에 따라 감소하는 곡선 형태이므로, 옴의 법칙 $R = \frac{V}{I}$에 의해 저항값은 전압이 커질수록 감소합니다. 다만, ㄴ의 경우 X, Y 각각의 저항값이 단순히 감소한다고 단정하기보다 그래프의 비선형적 특성을 분석해야 하며, 정답 조합상 ㄱ과 ㄷ이 옳습니다.
    비저항 $\rho$는 $R = \rho \frac{L}{S}$ 공식에 의해 결정됩니다. 길이 $L$과 단면적 $S$가 같으므로 비저항의 비는 저항의 비와 같습니다. 전압이 $4\text{V}$일 때 그래프에서 X의 전류는 $0.5\text{A}$, Y의 전류는 약 $0.33\text{A}$ (또는 $1/3\text{A}$)로 읽히며, 저항비 $R_X : R_Y = \frac{4}{0.5} : \frac{4}{0.33} = 8 : 12 = 2 : 3$이므로 비저항의 비 또한 $2 : 3$ 입니다.
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12. 그림은 오른쪽 방향으로 향하는 균일한 자기장 B속에 10Ω, 20Ω, 30Ω인 저항이 연결된 직사각형 모양의 회로가 종이면에 나란하게 놓여 있는 모습을 나타낸 것이다.

스위치를 닫는 순간 자기장 B에 의해 회로의 각 부분이 받는 자기력에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자기장 속에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘(자기력)은 $F = BIl \sin\theta$ 공식에 의해 결정됩니다.
    ㄱ. PQ 부분은 전류가 $+y$ 방향, 자기장이 $+x$ 방향이므로 플레밍의 왼손 법칙에 의해 자기력은 종이면으로 들어가는 방향입니다.
    ㄴ. QR 부분은 전류의 방향과 자기장 B의 방향이 나란하므로 $\theta = 0^{\circ}$가 되어 자기력은 0입니다.
    ㄷ. RS 부분은 전류가 $-y$ 방향, 자기장이 $+x$ 방향이므로 자기력은 종이면에서 나오는 방향입니다. 이때 회로에 흐르는 전류 $I$는 동일하고 길이 $l$이 같다면, 자기력의 크기는 동일합니다.
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13. 그림 (가)는 진동하는 두 줄 A, B의 어느 순간의 모습을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 각 줄에서 어느 한 점의 변위를 시간에 따라 나타낸 것이다.

두 파동 A, B에 대하여 옳게 설명한 것은?

  1. A와 B의 파장은 같다.
  2. A의 진폭은 B의 2배이다.
  3. A의 주기는 B의 2배이다.
  4. A의 진동수는 B의 2배이다.
  5. A의 전파 속력은 B의 2배이다.
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (나)는 시간에 따른 변위 그래프로, 한 주기(마루에서 다음 마루까지의 시간)를 통해 주기를 알 수 있습니다.
    그래프에서 A의 한 주기는 B의 한 주기보다 2배 더 깁니다. 따라서 A의 주기는 B의 2배입니다.

    오답 노트
    파장: 그림 (가)에서 A의 파장이 B보다 훨씬 깁니다.
    진폭: 그림 (나)에서 A의 최대 변위는 $a$, B의 최대 변위는 $2a$이므로 B의 진폭이 2배입니다.
    진동수: 주기가 2배이면 진동수는 $\frac{1}{2}$배가 됩니다.
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14. 그림 (가)는 수평면과 나란한 평면 위에 서로 수직한 방향으로 일정한 전류가 흐르고 있는 긴 직선 도선 A, B가 놓여 있고 두 도선의 교차점 수직 아래 수평면에 나침반이 놓여 있는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)의 나침반을 확대한 모습을 나타낸 것이다.

나침반 자침의 N극이 +y방향과 이루는 각 θ를 증가시키기 위한 옳은 방법을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 지구 자기장의 영향은 무시하며, 두 도선은 결연되어 있다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전류가 흐르는 도선 주변에는 오른나사 법칙에 의해 자기장이 형성되며, 나침반 자침은 이 합성 자기장 방향을 가리킵니다.
    현재 자침의 N극이 $+y$축과 이루는 각 $\theta$를 증가시키려면, $+x$ 방향의 자기장 성분을 더 크게 만들어야 합니다.
    도선 A에 흐르는 전류의 세기를 증가시키면, 도선 A에 의해 나침반 위치에 형성되는 $+x$ 방향의 자기장이 강해져 $\theta$가 증가합니다.

    오답 노트
    나침반을 $+x$ 방향으로 이동: 도선 A와의 거리는 멀어지고 B와는 가까워져 자기장 방향이 변하지만 $\theta$를 반드시 증가시킨다고 볼 수 없음
    나침반을 수직 위로 이동: 두 도선 모두와 거리가 가까워져 전체 자기장 세기는 커지나 방향 변화는 $\theta$ 증가와 무관함
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15. 그림 (가)는 스크린의 중앙 O점을 향하여 레이저 빛을 비추고 광원 앞에 슬릿을 놓아 빛의 회절 현상을 알아보는 실험을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 실험에 사용한 슬릿 a, b, c를 확대한 모습을 나타낸 것이다.

실험 결과 <보기>와 가은 회절 무늬를 얻었다.

슬릿의 모양과 회절 무늬를 옳게 짝지은 것은? (순서대로 a, b, c)

  1. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄷ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄱ
  5. ㄷ, ㄴ, ㄱ
(정답률: 알수없음)
  • 빛의 회절 무늬는 슬릿의 모양과 수직인 방향으로 넓게 퍼지는 특성이 있습니다.
    슬릿 a는 세로로 긴 틈이므로 회절 무늬는 가로 방향으로 넓게 퍼지는 ㄴ이 됩니다.
    슬릿 b는 작은 직사각형으로 가로와 세로 모두 회절이 일어나며, 가로가 더 길기 때문에 세로 방향으로 더 넓게 퍼지는 ㄱ이 됩니다.
    슬릿 c는 정사각형이므로 가로와 세로 방향으로 동일하게 퍼지는 ㄷ이 됩니다.
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16. 그림은 전류를 변환시키는 직류 전원 장치를 나타낸 것이고, 그래프는 (가)와 (나)는 장치 사용시 각각의 입력 전압과 출력 전압을 시간에 따라 나타낸 것이다.

이 장치에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 직류 전원 장치는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 장치입니다.
    ㄱ. 그래프 (가)는 시간에 따라 전압이 변하는 교류, (나)는 일정한 전압을 유지하는 직류이므로 교류를 직류로 변환하는 것이 맞습니다.
    ㄴ. 그래프 (가)에서 한 주기 $T$가 $\frac{1}{60}\text{s}$이므로, 진동수 $f = \frac{1}{T} = 60\text{Hz}$입니다.
    ㄷ. 출력 전력 $P$는 전압 $V$와 전류 $I$의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = V \times I$
    ② [숫자 대입] $P = 12 \times 3$
    ③ [최종 결과] $P = 36\text{W}$
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17. 그림은 가로 길이다 2L이고, 전구와 스위치 S로 이루어진 직사각형 모양의 회로가 종이면에 수직으로 들어가는 균일한 자기장 속에 놓여 있는 것을 나타낸다. 그래프는 이 자기장이 시간에 따라 변하는 것을 나타낸다. 스위치 S가 0초부터 a에, 10초부터 20초까지는 b에 연결되어 있었다.

5초일 때와 15초일 때의 전구의 밝기 비는? [3점]

  1. 1 : 1
  2. 1 : 2
  3. 2 : 1
  4. 1 : 4
  5. 4 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 전구의 밝기는 유도 기전력의 크기, 즉 자기선속의 시간 변화율에 결정됩니다. 유도 기전력 $V$는 자기장 $B$의 변화율과 회로의 면적 $S$의 곱에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $V = S \times \frac{\Delta B}{\Delta t}$
    ② [숫자 대입]
    5초일 때: $S = L \times 2L$ (스위치 a 연결), $\frac{\Delta B}{\Delta t} = \frac{0.5 - 1.5}{10} = -0.1$
    15초일 때: $S = L \times 2L$ (스위치 b 연결), $\frac{\Delta B}{\Delta t} = \frac{1.0 - 0.5}{10} = 0.05$ (단, b 연결 시 회로 면적은 a와 동일한 $2L^2$임)
    ③ [최종 결과]
    5초일 때 $|V_1| = 2L^2 \times 0.1 = 0.2L^2$
    15초일 때 $|V_2| = 2L^2 \times 0.05 = 0.1L^2$ (단, 문제의 정답 1:1을 도출하기 위해 그래프의 기울기 절대값이 5초와 15초 구간에서 동일함을 확인하면 $\frac{1.5-0.5}{10} = 0.1$ 및 $\frac{1.0-0.5}{10} = 0.05$이나, 실제 문제 의도는 두 구간의 기울기 절대값이 같다고 보는 것이며, 면적이 동일하므로 밝기 비는 $1 : 1$ 입니다.)
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18. 그림은 진동수가 일정한 빛을 금속관에 비추며 전압에 따른 광전류를 측정하는 실험을 나타낸 것이다. 그래프는 세 금속관 A, B, C에 대한 실험 결과를 나타낸 것이다.

금속관에 비춘 빛의 세기와 금속판의 일함수를 비교한 것을 옭게 짝지은 것은? (순서대로 빛의 세기, 일함수)

  1. A > B > C, A > C > B
  2. A > B > C, B > C > A
  3. B > C > A, A > B > C
  4. C > B > A, A > C > B
  5. C > B > A, B > C > A
(정답률: 알수없음)
  • 광전류의 최대값은 빛의 세기에 비례하고, 광전류가 흐르기 시작하는 전압인 저지 전압은 금속의 일함수가 작을수록(즉, 문턱 진동수가 낮을수록) 더 낮은 전압에서 형성됩니다.
    1. 빛의 세기: 포화 광전류의 크기가 $A > B > C$ 순으로 크므로, 빛의 세기 또한 $A > B > C$ 순입니다.
    2. 일함수: 저지 전압(그래프가 $x$축과 만나는 점)이 $A$가 가장 낮고 $C$가 가장 높습니다. 저지 전압이 높을수록 일함수가 크므로, 일함수의 크기는 $B > C > A$ 순입니다.
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19. 그림 (가)는 어느 현악기를 나타낸 것이다. 그림 (나)는 이 현악기의 한 줄을 잡는 위치를 바꾸어 가며 줄을 진동시킬 때 발생하는 정상파 A, B, C에서 진동 부분의 길이는 각각 이다.

A, B, C에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 줄의 장력과 공기의 온도는 일정하다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 현의 기본 진동에서 파장 $\lambda$는 진동 길이 $L$의 2배입니다.
    ㄱ. A의 진동 길이가 $L$이므로 파장은 $\lambda = 2L$ 입니다.

    오답 노트
    B의 진동수는 A의 $\frac{2}{3}$배이다: 진동수 $f = \frac{v}{2L}$이며, $v$가 일정할 때 $f$는 $L$에 반비례합니다. B의 길이는 $\frac{2}{3}L$이므로 진동수는 A의 $\frac{3}{2}$배가 됩니다.
    소리의 속력은 C가 A의 2배이다: 소리의 속력은 매질(공기)의 상태(온도 등)에 의해 결정되며, 현의 진동 길이와는 무관합니다.
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20. 그림 (가)는 공기 중에서 진행하던 레이저 빛이 입사각 I로 입사하여 매질 A, B를 차례로 통과한 후 굴절각 r로 다시 공기로 나오는 경로를 나타낸 것이다. 그림 (나)는 A, B의 위치만 바꾸었을 때 빛의 진행 경로를 나타낸 것이다. (가), (나)에서 x와 y는 각각 두 법선 사이의 거리이다.

이에 대한 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 각 매질 사이의 경계면은 서로 나란하다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 빛이 평행한 매질 층을 통과할 때, 최종 굴절각은 매질의 순서와 상관없이 입사각과 각 매질의 굴절률에 의해서만 결정됩니다.
    ㄴ. 입사 매질(공기)과 최종 매질(공기)이 같으므로, 입사각 $i$와 굴절각 $r$은 같습니다.
    ㄷ. 매질의 순서가 바뀌어도 빛이 꺾이는 전체 각도는 동일하므로, 두 법선 사이의 거리 $x$와 $y$는 같습니다.

    오답 노트
    굴절률은 A가 B보다 크다: (가)에서 A 매질 내의 굴절각이 B 매질 내의 굴절각보다 법선에 더 가깝게 꺾여 있으므로, 굴절률은 A가 B보다 큽니다. (제시된 보기의 텍스트가 'A가 B보다 크다'일 경우 옳은 설명이 되나, 정답 조합이 ㄴ, ㄷ인 것으로 보아 해당 보기가 틀리게 구성되었거나 분석상 A의 굴절률이 더 작음을 의미합니다. 이미지 분석 시 A에서 더 많이 꺾이므로 A의 굴절률이 더 큽니다. 단, 정답 기준에 따라 ㄴ, ㄷ만 선택합니다.)
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