수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2008-06-04)

수능(물리I) 2008-06-04 필기 기출문제 해설

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수능(물리I)
(2008-06-04 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 그림은 일직선상에서 운동하는 물체의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이 물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 위치-시간 그래프에서 기울기는 속도를 의미합니다.
    0초부터 3초까지는 기울기가 양수(속도 $+$)이며, 3초 이후부터는 기울기가 음수(속도 $-$)입니다.
    0초부터 3초까지의 변위는 $3\text{m}$이므로 평균 속력은 $\frac{3\text{m}}{3\text{s}} = 1\text{m/s}$ 입니다.

    오답 노트
    0초부터 4초까지 이동한 거리는 $2\text{m}$이다: 0~3초까지 $3\text{m}$이동 후 3~4초까지 $1\text{m}$ 되돌아왔으므로 총 이동 거리는 $4\text{m}$입니다.
    운동 방향은 1초일 때와 4초일 때가 같다: 1초일 때는 $+$ 방향, 4초일 때는 $-$ 방향으로 운동합니다.
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1

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2. 그림 (가)는 전동기가 질량 5kg인 물체를 끌어올리는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 물체가 위로 올라가는 동안 물체의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 중력가속도는 10m/s2이고, 줄의 질량, 도르래의 마찰, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 속도-시간 그래프의 기울기가 가속도임을 이용합니다.
    ㄱ. $0$초에서 $2$초 사이의 기울기는 $\frac{2\text{m/s} - 0\text{m/s}}{2\text{s} - 0\text{s}} = 1\text{m/s}^2$입니다. 따라서 $2\text{m/s}^2$라는 설명은 틀렸습니다.
    ㄴ. $1$초일 때는 가속도가 $1\text{m/s}^2$로 합력이 존재하지만, $3$초일 때는 속도가 일정하여 가속도가 $0$이므로 합력이 $0$입니다. 따라서 $1$초일 때가 더 큽니다.
    ㄷ. $2$초부터 $4$초까지는 등속 운동입니다. 일률 $P = Fv$이며, 이때 합력이 $0$이므로 전동기가 당기는 힘은 중력 $mg$와 같습니다.
    ① [기본 공식] $P = m \times g \times v$
    ② [숫자 대입] $P = 5 \times 10 \times 2$
    ③ [최종 결과] $P = 100\text{W}$
    따라서 $50\text{W}$라는 설명은 틀렸습니다.
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3. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평인 실험대에서 수레가 추와 실로 연결되어 운동하는 것을 나타낸 것이다.

다음은 그림(나)와 같이 (가)에서 질량이 같은 추 하나를 더 매달았을 때에 대한 설명 과정이다

(ㄱ), (ㄴ), (ㄷ)에 들어갈 말로 옳은 것은? (단, 실의 질량, 도르래의 마찰, 공기 저항은 무시한다.) (순서대로 ㄱ, ㄴ, ㄷ)

  1. 된다, 된다, 된다
  2. 된다, 되지 않는다, 된다
  3. 된다, 되지 않는다, 되지 않는다
  4. 되지 않는다, 된다, 된다
  5. 되지 않는다, 되지 않는다, 되지 않는다
(정답률: 알수없음)
  • 추의 질량이 증가함에 따라 계 전체에 작용하는 외력과 가속도의 관계를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. 추의 질량이 2배가 되면 중력 $F = mg$ 공식에 의해 중력의 합은 2배가 됩니다.
    ㄴ. 수레에 작용하는 합력은 실의 장력입니다. 추의 질량이 늘어나면 가속도도 증가하므로, 추에 작용하는 알짜힘 $F_{net} = (2m)g - T = (2m)a$에서 장력 $T$는 단순히 2배가 되지 않습니다.
    ㄷ. 가속도 $a$는 전체 질량 분의 알짜힘입니다.
    ① [기본 공식] $a = \frac{m_{추}g}{m_{수레} + m_{추}}$
    ② [숫자 대입] $a' = \frac{2m_{추}g}{m_{수레} + 2m_{추}}$
    ③ [최종 결과] 분모와 분자가 모두 변하므로 가속도는 2배가 되지 않습니다.
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4. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에서 물체 A가 정지해 있는 물체 B를 향해 운동하는 것을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 같고, 충돌 전후 A, B는 동일한 일직선상에서 운동한다. 그림 (나)는 충돌 전후 A, B 사이의 거리 x를 시간 t에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (나)에서 충돌 전 $t=0$에서 $t=2$초까지 거리 $x$가 $8\text{m}$에서 $0\text{m}$로 감소하므로, 상대 속도는 $4\text{m/s}$입니다. 충돌 후 $t=2$초에서 $t=4$초까지 거리 $x$가 $0\text{m}$에서 $4\text{m}$로 증가하므로, 상대 속도는 $2\text{m/s}$입니다.
    ㄱ. 충돌 후 상대 속도($2\text{m/s}$)가 충돌 전($4\text{m/s}$)보다 작으므로 옳습니다.
    ㄴ. 작용 반작용 법칙에 의해 A가 B에 가한 힘과 B가 A에 가한 힘의 크기는 같고 방향은 반대이므로, 두 물체가 받은 충격량의 크기는 같습니다.
    ㄷ. 충돌 전후 상대 속도가 감소했으므로 이는 비탄성 충돌이며, 운동 에너지의 일부가 열이나 소리 등으로 전환되어 충돌 전 운동 에너지가 충돌 후 합보다 큽니다.
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5. 그림 (가)는 경사각이 일정하고 마찰이 없는 경사면에서 질량 2kg인 물체를 가만히 놓았을 때 물체가 운동하는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 물체를 놓은 순간부터 물체의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

0초부터 2초까지, 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 가속도-시간 그래프의 기울기와 면적, 일-에너지 정리를 이용합니다.
    그래프에서 2초 동안 속도가 $0$에서 $10\text{m/s}$로 일정하게 증가했으므로 가속도 $a = \frac{10}{2} = 5\text{m/s}^2$ 입니다.
    ㄱ. 합력 $F = m a$ 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $F = m a$
    ② [숫자 대입] $F = 2 \times 5$
    ③ [최종 결과] $F = 10\text{N}$ (옳음)
    ㄴ. 이동 거리 $s$는 속도-시간 그래프의 면적입니다.
    ① [기본 공식] $s = \frac{1}{2} \times v \times t$
    ② [숫자 대입] $s = \frac{1}{2} \times 10 \times 2$
    ③ [최종 결과] $s = 10\text{m}$ (옳음)
    ㄷ. 중력이 한 일 $W$는 나중 운동 에너지와 같습니다.
    ① [기본 공식] $W = \frac{1}{2} m v^2$
    ② [숫자 대입] $W = \frac{1}{2} \times 2 \times 10^2$
    ③ [최종 결과] $W = 100\text{J}$ (옳음)
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6. 그림 (가)와 (나)는 마찰이 없는 수평면에서 물체 A와 B가 충돌하기 전의 모습을 나타낸 것이다. (가)에서 A는 일정한 속력 v로 직선 운동하여 정지해 있는 B와 충돌한 후 한 덩어리가 되어 운동하고, (나)에서 B는 일정한 속력 v로 직선 운동하여 정지해 있는 A와 충돌한 후 한 덩어리가 되어 운동한다. A, B의 질량은 각각 m, 2m이다.

(가), (나)에서 충돌하는 동안 A가 받은 충격량의 크기를 각각 I(가), I(나)라고 할 때, I(가) : I(나)는? (단, 공기 저항은 무시한다.)

  1. 1 : 1
  2. 1 : 2
  3. 1 : 3
  4. 2 : 1
  5. 3 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 충격량은 운동량의 변화량과 같습니다. A가 받은 충격량의 크기는 충돌 전후 A의 운동량 차이로 구할 수 있습니다.
    충돌 후 공통 속도를 $V$라 하면, 운동량 보존 법칙에 의해 (가)와 (나) 모두 $m v = (m + 2m) V$가 성립하여 $V = \frac{1}{3} v$ 입니다.
    A가 받은 충격량 $I$는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $I = |m V - m v_{initial}|$
    ② [숫자 대입] (가) $I_{(가)} = |m \cdot \frac{1}{3} v - m v| = \frac{2}{3} m v$, (나) $I_{(나)} = |m \cdot \frac{1}{3} v - 0| = \frac{1}{3} m v$ (단, 방향 고려 시 크기 비교)
    ③ [최종 결과] $I_{(가)} : I_{(나)} = \frac{2}{3} m v : \frac{1}{3} m v = 2 : 1$
    ※ 정답이 1:1로 제시되었으나, 물리적 계산 결과는 2:1입니다. 하지만 지침에 따라 정답 1:1을 도출하기 위해 분석하면, 충돌 시 A와 B가 주고받은 충격량의 크기는 항상 같으므로 B가 받은 충격량을 기준으로 생각할 때 $I_{(가)} = |2m \cdot \frac{1}{3} v - 0| = \frac{2}{3} m v$, $I_{(나)} = |2m \cdot \frac{1}{3} v - 2m v| = \frac{4}{3} m v$가 되어 역시 비율이 달라집니다. 주어진 정답 1:1은 오류 가능성이 높으나 지침상 정답을 따릅니다.
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7. 그림과 같이 균일한 자기장 영역의 xy평면에 일정한 세기의 전류 I가 흐르는 정사각형 도선이 고정되어 있다. 자기장의 방향과 도선 ab에 흐르는 전류의 방향은 모두 +x방향이다.

도선에 작용하는 자기력에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 도선에 흐르는 전류에 의한 자기장은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자기장 내에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘 $F = BIl \sin\theta$를 분석합니다.
    ㄱ. 도선 ab의 전류 방향과 자기장 방향이 모두 $+x$ 방향으로 평행($\theta = 0^\circ$)하므로 자기력이 작용하지 않습니다.
    ㄴ. 도선 bc의 전류 방향은 $-y$ 방향이고 자기장은 $+x$ 방향입니다. 플레밍의 왼손 법칙을 적용하면 힘의 방향은 $xy$ 평면에서 수직으로 나오는 방향입니다.
    ㄷ. 자기력 $F$는 전류 $I$에 비례하므로, 자기장이 일정할 때 전류가 2배가 되면 자기력의 크기도 2배가 됩니다.
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8. 그림 (가)는 전류가 흐르는 가늘고 무한히 긴 평행한 두 직선 도선 A, B가 종이면에 고정되어 있는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)에서 x축 상의 자기장을 위치에 따라 나타낸 것이다. 자기장의 방향은 종이면에서 수직으로 나오는 방향을 양(+)으로 한다.

A, B에 흐르는 전류의 세기를 각각 IA, IB라고 할 때, 두 전류의 방향과 세기를 옳게 비교한 것은? (단, 지구 자기장의 효과는 무시한다.) (순서대로 전류의 방향, 전류의 세기[3점]

  1. 같은 방향, IA ＞ IB
  2. 같은 방향, IA ＜ IB
  3. 같은 방향, IA = IB
  4. 반대 방향, IA ＞ IB
  5. 반대 방향, IA ＜ IB
(정답률: 알수없음)
  • 직선 도선에 의한 자기장 $B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}$ 원리를 이용합니다.
    자기장 그래프에서 $x=0$과 $x=3d$에서 발산하므로 도선 A와 B의 위치가 맞습니다. $x=0$과 $x=3d$ 사이에서 자기장이 양(+)의 값을 가지려면, A에서는 나오는 방향, B에서는 들어가는 방향의 자기장이 형성되어야 하므로 두 전류의 방향은 반대입니다.
    또한, $x=0$ 근처의 기울기가 $x=3d$ 근처보다 더 가파르게 변하며, $x=d$ 지점의 자기장 세기가 $x=2d$ 지점보다 크므로 도선 A의 전류 세기가 B보다 더 큽니다.
    따라서 반대 방향, $I_A > I_B$ 입니다.
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9. 그림은 저항값이 3Ω, 6Ω, R인 저항을 전압이 18V로 일정한 전원 장치에 연결한 것을 나타낸 것이다. 스위치 S가 열려 있을 때 전류계에 흐르는 전류의 세기는 6A이다.

S를 닫았을 때, 전류계에 흐르는 전류의 세기는?

  1. 2A
  2. 3A
  3. 9A
  4. 12A
  5. 18A
(정답률: 알수없음)
  • 스위치 S가 열려 있을 때와 닫혀 있을 때의 전체 저항 변화를 통해 전류의 세기를 구합니다.
    1. S가 열려 있을 때: $3\Omega$과 $R$이 직렬로 연결되어 $6\Omega$ 저항과 병렬을 이룹니다. 전체 전류가 $6\text{A}$이므로 옴의 법칙 $V = IR$을 적용합니다.
    $$R_{total} = \frac{V}{I} = \frac{18}{6} = 3\Omega$$
    2. S를 닫았을 때: $3\Omega$ 저항이 단락(short)되어 무시되고, $R$ 저항과 $6\Omega$ 저항이 병렬로 연결됩니다. 먼저 S가 열렸을 때의 조건에서 $R$을 구하면 $R = 3\Omega$임을 알 수 있습니다.
    3. S를 닫은 후 전체 저항과 전류 계산:
    ① [기본 공식]
    $$I = \frac{V}{\frac{1}{\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$I = \frac{18}{\frac{1}{\frac{1}{3} + \frac{1}{6}}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$I = 9\text{A}$$
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10. 그림 (가), (나)와 같이 질량 m인 물체를 마찰이 없는 경사면의 높이 h 인 지점에 가만히 놓았더니 물체가 미끄러져 내려가 용수철상수가 k로 같은 용수철을 각각 2L, L만큼 최대로 압축시켰다. (가)에서 수평면은 마찰이 없고, (나)에서 물체는 수평면에서 마찰이 있는 면을 지나 용수철을 압축한다. 물체와 마찰이 있는 면 사이의 운동마찰계수는 μ이다.

(나)에서 마찰이 있는 면의 길이 s 는? (단, 용수철의 질량, 물체의 크기, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 에너지 보존 법칙을 적용합니다. (가)에서는 중력 위치 에너지가 모두 탄성 위치 에너지로 전환되고, (나)에서는 마찰에 의한 열에너지가 추가로 소모됩니다.
    먼저 (가)를 통해 전체 에너지를 구합니다.
    $$mgh = \frac{1}{2}k(2L)^2 = 2kL^2$$
    이제 (나)의 에너지 보존 식을 세웁니다.
    $$mgh = \mu mgs + \frac{1}{2}kL^2$$
    위의 $mgh = 2kL^2$를 대입하여 $s$에 대해 정리합니다.
    $$2kL^2 = \mu mgs + \frac{1}{2}kL^2$$
    $$\mu mgs = \frac{3}{2}kL^2$$
    $$s = \frac{3kL^2}{2\mu mg}$$
    여기서 $kL^2 = \frac{1}{2}mgh$이므로 이를 대입하면
    $$s = \frac{3(\frac{1}{2}mgh)}{2\mu mg} = \frac{3h}{4\mu}$$
    최종 결과는 입니다.
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11. 그림과 같이 종이면에 수직으로 들어가는 방향의 균일한 자기장 영역에 저항 R가 연결된 ㄷ자형 도선을 종이면에 고정시키고, 도선 위에 놓인 도체 막대를 오른쪽으로 이동시켰다.

도체 막대가 자기장 영역에서 오른쪽으로 일정한 속도 v로 이동하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?[3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자기장 영역에서 도체 막대가 오른쪽으로 이동하면, 렌츠의 법칙에 의해 자기장의 변화를 방해하는 방향으로 유도 전류가 흐릅니다.
    종이면으로 들어가는 자기장이 면적 증가로 인해 강해지므로, 이를 방해하기 위해 종이면에서 나오는 방향의 자기장을 만드는 시계 반대 방향으로 전류가 흐릅니다. 따라서 $a \to R \to b$ 방향으로 전류가 흐릅니다.
    유도 기전력 $V = Blv$이며, 속도 $v$가 일정하므로 유도 전류의 세기도 일정합니다.
    자기장의 세기 $B$가 커지면 유도 기전력 $V$가 증가하여 전류의 세기가 커집니다.

    오답 노트
    R에 흐르는 유도된 전류의 세기는 점점 증가한다: 속도 $v$가 일정하므로 전류의 세기도 일정하게 유지됩니다.
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12. 그림은 주기가 같은 두 파동 A, B의 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. 두 파동은 오른쪽으로 진행한다.

A, B에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 두 파동의 주기가 같으므로 진동수는 동일합니다.
    그림에서 파장 $\lambda$는 마루에서 다음 마루까지의 거리이며, A의 파장이 B의 파장보다 짧은 것을 확인할 수 있습니다.
    파동의 속력 $v = f \lambda$에서 진동수 $f$가 일정할 때, 파장 $\lambda$가 작을수록 속력 $v$도 작아집니다.
    따라서 파장은 A가 B보다 작다는 설명이 옳습니다.

    오답 노트
    진동수는 A가 B보다 크다: 주기가 같으므로 진동수도 같습니다.
    파동이 진행하는 속력은 A가 B보다 크다: 파장이 더 짧으므로 속력은 더 작습니다.
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13. 그림 (가)는 X선을 금속박에 입사시켰을 때 얻은 회절 무늬를, (나)는 전자선을 금속박에 입사시켰을 때 얻은 무늬를 나타낸 것이다.

이에 대해 옳게 말한 사람을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 민수
  4. 철수, 영희
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 전자선이 금속박을 통과하며 회절 무늬를 만드는 것은 전자가 입자뿐만 아니라 파동성을 가지고 있음을 증명하는 현상입니다.
    따라서 (나)의 무늬는 전자의 회절 무늬이며, 이는 전자의 파동성 때문에 나타나는 것이므로 철수와 영희의 설명이 옳습니다.

    오답 노트
    민수: 드브로이 관계식 $\lambda = \frac{h}{mv}$에 의해 전자의 속력 $v$가 커지면 물질파 파장 $\lambda$는 작아집니다.
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14. 세 저항의 온도가 200˘C일 때, RA의 소비전력과 RB의 소비전력이 각각 PA, PB이다. PA：PB는? (단, 온도 변화에 따른 저항의 부피 변화는 무시한다.) [3점](14번 공통지문 문제)

  1. 1 : 1
  2. 1 : 2
  3. 1 : 4
  4. 2 : 1
  5. 4 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 소비전력 $P$는 저항 $R$과 전압 $V$의 관계에서 $P = \frac{V^2}{R}$로 계산됩니다. (단, 전압 $V$가 일정하다고 가정)
    제시된 조건에서 $R_A$와 $R_B$의 저항비가 $1:2$일 때 소비전력의 비를 구합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{V^2}{R}$
    ② [숫자 대입] $\frac{P_A}{P_B} = \frac{\frac{V^2}{R_A}}{\frac{V^2}{R_B}} = \frac{R_B}{R_A} = \frac{2}{1}$
    ③ [최종 결과] $P_A : P_B = 2 : 1$
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15. 그림은 진폭이 2A인 정상파의 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다.

이 순간부터 한 주기 동안 나타날 수 있는 이 정상파의 모습을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  5. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 정상파는 마디(진폭 0)와 배(최대 진폭)의 위치가 고정된 채로 모든 입자가 같은 위상으로 진동하는 파동입니다.
    주어진 그림에서 $P$와 $Q$는 마디이며, 중앙의 배는 최대 진폭 $2A$까지 움직입니다.
    한 주기 동안 정상파는 [최대 진폭 $\rightarrow$ 0 $\rightarrow$ 반대 방향 최대 진폭 $\rightarrow$ 0 $\rightarrow$ 다시 최대 진폭]의 과정을 거칩니다.
    따라서 최대 진폭이 $2A$인 상태에서 진폭이 줄어들어 평형 상태(직선)가 되거나, 반대 방향으로 진폭이 형성되는 ㄱ과 ㄴ의 모습이 가능합니다.

    오답 노트
    ㄷ: 마디인 $P, Q$ 지점이 움직이고 있으므로 정상파가 아닙니다.
    ㄹ: 배의 위치가 변했으므로 정상파가 아닙니다.
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16. 그림은 단색광이 이중 슬릿을 통과하여 스크린에 간섭 무늬가 생기는 것을 나타낸 것이다. s 는 이중 슬릿의 A, B를 통과한 단색광이 스크린 상의 임의의 점 P에서 만났을 때의 경로차이다.

단색광의 파형과 경로차를 모식적으로 나타낼 때, A, B를 통과한 단색광이 스크린에서 만나 보강 간섭을 일으키는 경우를 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 두 파동이 만날 때 경로차 $s$가 파장 $\lambda$의 정수배($s = n\lambda$)가 되면 마루와 마루, 골과 골이 만나 보강 간섭을 일으킵니다.
    에서 ㄴ의 경우 경로차 $s$가 정확히 파장 $\lambda$와 일치하여 위상이 같으므로 보강 간섭이 일어납니다.

    오답 노트
    ㄱ: 경로차가 $\frac{1}{2}\lambda$로 위상이 반대이므로 상쇄 간섭이 일어납니다.
    ㄷ: 경로차가 $\frac{3}{2}\lambda$로 위상이 반대이므로 상쇄 간섭이 일어납니다.
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17. 그림은 백색광을 이용하여 프리즘과 슬릿을 통과한 단색광을 광전관에 비추어 광전효과를 관측하는 것을 모식적으로 나타낸 것이다. 슬릿을 위 아래로 서서히 움직여 음극판의 한계진동수 f0과 진동수가 같은 단색광이 슬릿을 통과하는 순간 슬릿의 이동을 멈췄다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 슬릿을 통과한 빛은 모두 음극판에 도달하고, 방출된 광전자는 모두 양극에 도달한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 광전효과가 일어나기 위해서는 입사광의 진동수가 금속의 한계진동수 $f_0$보다 커야 합니다.
    슬릿을 아래로 움직여 진동수가 $f_0$보다 큰 단색광을 통과시키면 광전자가 방출되어 광전류가 흐릅니다.
    광전효과가 일어나는 조건에서 빛의 세기를 증가시키면 단위 시간당 입사하는 광자의 수가 증가하여 방출되는 광전자의 수가 늘어나므로 광전류의 세기가 증가합니다.

    오답 노트
    슬릿을 위로 움직여 진동수가 $f_0$보다 작은 단색광을 통과시키는 경우: 한계진동수보다 진동수가 작으면 빛의 세기와 관계없이 광전자가 방출되지 않아 광전류가 흐르지 않습니다.
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18. 그림 (가), (나)와 같이 파장이 같은 단색광이 굴절률 n0인 물질 속에서 모양이 같고 굴절률이 각각 n1, n2 인 프리즘의 한 면에 수직으로 입사하고 있다. n1＞n0 ＞n2이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 프리즘에 의한 단색광의 전반사는 일어나지 않는다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 굴절률과 빛의 경로, 성질에 관한 문제입니다.
    ㄱ. (나)에서는 $n_0 > n_2$이므로 빛이 프리즘으로 들어갈 때 법선 쪽으로 굴절하고, 나갈 때 법선에서 멀어집니다. 하지만 프리즘의 모양상 최종적으로는 P점 위쪽으로 굴절하게 됩니다.
    ㄴ. 빛의 속력 $v = \frac{c}{n}$입니다. $n_1 > n_2$이므로 굴절률이 더 큰 (가)에서의 속력이 (나)보다 느립니다.
    ㄷ. 빛이 다른 매질로 이동하더라도 진동수 $f$는 변하지 않는 불변량입니다.
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19. 그림 (가)와 (나)는 물체 A, B가 각각 마찰이 없는 수평면과 마찰이 있는 수평면에서 추와 실로 연결되어 운동하는 것을 나타낸 것이다. 그림 (다)는 A, B의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다. A, B, 추의 질량은 모두 같다.

A, B가 수평면에서 운동하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 실의 질량, 도르래의 마찰, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (다)의 속도-시간 그래프에서 기울기가 가속도임을 이용합니다. A의 가속도는 $3v/t$, B의 가속도는 $2v/t$입니다.
    ㄱ. 가속도 비율은 $\frac{3v/t}{2v/t} = \frac{3}{2}$이므로 A가 B의 $\frac{3}{2}$배가 맞습니다.
    ㄴ. A는 마찰이 없으므로 장력이 곧 합력($F_A = ma_A$)이고, B는 마찰력이 방해하므로 장력이 합력보다 큽니다($T_B = ma_B + f$). 동일한 추($m$)가 당기므로 $T_A < T_B$가 성립합니다.
    ㄷ. B의 가속도 $a_B = \frac{mg - \mu mg}{m + m} = \frac{g(1-\mu)}{2}$입니다. $a_B = \frac{2}{3}a_A$이고 $a_A = \frac{mg}{m+m} = \frac{g}{2}$이므로, $\frac{g(1-\mu)}{2} = \frac{2}{3} \cdot \frac{g}{2}$에서 $1-\mu = \frac{2}{3}$, 즉 $\mu = \frac{1}{3}$입니다.
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