수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2008-10-16)

수능(물리I) 2008-10-16 필기 기출문제 해설

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수능(물리I)
(2008-10-16 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 철수가 강아지를 데리고 직선 길을 산책하였다. 그래프는 철수와 강아지의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다.

철수와 강아지의 운동에 대한 설명으로 옳은 것은? (단 길의 폭은 무시한다.)

  1. 0~t1동안 평균속력은 철수가 강아지보다 크다
  2. t1~t2동안 철수는 일정한 속력으로 이동하였다.
  3. t1~t3동안 철수와 강아지의 평균속도는 같다.
  4. 0~t3동안 강아지의 운동 방향이 2번 바뀌었다.
  5. 0~t3동안 강아지의 이동거리는 2L이다.
(정답률: 알수없음)
  • 평균속도는 $\frac{\text{변위}}{\text{걸린 시간}}$으로 정의됩니다. 그래프에서 위치-시간 그래프의 기울기는 속도를 의미하며, 두 점을 잇는 직선의 기울기가 평균속도입니다.
    $t_1 \sim t_3$ 동안 철수와 강아지 모두 위치 $L$에서 출발하여 위치 $0$으로 돌아왔으므로, 변위가 $0$으로 동일합니다. 따라서 두 대상의 평균속도는 모두 $0$으로 같습니다.

    오답 노트
    0~t1 동안 강아지의 그래프 기울기가 더 가파른 구간이 많아 평균속력은 강아지가 더 큽니다.
    t1~t2 동안 철수의 위치가 $L$로 일정하므로 속력은 $0$입니다.
    강아지는 방향을 3번 바꾸었습니다.
    강아지의 총 이동거리는 $L$까지 갔다가 내려오고 다시 올라갔다 내려오므로 $2L$보다 큽니다.
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2. 그림은 수평면에서 일정한 속력으로 운동하던 수레가 경사각이 θ인 빗면에 완전히 들어선 순간부터 빗면을 올라가는 수레의 위치를 1초 간격을 3초 동안 나타낸 것이다. S1, S2, S3은 각 위치 사이의 거리이다.

다른 조건은 같고 θ만 작게 하여 수레를 이동시킬 때, 값이 작이지는 것만을 <보기>에서 고른 것은? (단, 모든 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 빗면을 올라가는 수레는 중력의 빗면 성분 $mg \sin \theta$에 의해 가속도 $a = g \sin \theta$로 감속 운동합니다.
    경사각 $\theta$가 작아지면 가속도 $a$가 감소합니다.
    ㄱ: 초기 속력이 일정할 때 가속도가 작아지면 속도가 천천히 줄어들어 첫 구간 거리 $s_1$은 증가합니다.
    ㄴ: $s_1 - s_2$는 등가속도 운동에서 $\frac{1}{2}at^2$에 비례하는 값으로, 가속도 $a$가 작아지면 이 값은 작아집니다.
    ㄷ: $\frac{s_2 - s_3}{s_1 - s_2}$는 가속도 $a$와 무관한 상수 값입니다.
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3. 그림은 수평인 책상 위에 질량이 각각 1kg인 수레와 추를 줄로 연결하고 잡고 있던 수레를 놓은 후 시간 t에서 운동하는 수레 위에 모래 주머니를 올려놓은 모습이다. 그래프는 수레의 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 줄의 질량과 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 가속도는 속력-시간 그래프의 기울기로 구할 수 있으며, 뉴턴 제2법칙 $F = ma$를 적용합니다.
    모래 주머니를 올리기 전 가속도 $a_1$은 기울기 $\frac{2}{t}$이고, 올린 후 가속도 $a_2$는 기울기 $\frac{3-2}{t} = \frac{1}{t}$입니다.
    ① [기본 공식] $\frac{a_1}{a_2} = \frac{\frac{2}{t}}{\frac{1}{t}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{a_1}{a_2} = \frac{2}{1}$
    ③ [최종 결과] $2 : 1$

    오답 노트
    ㄴ: $a_1 = \frac{1 \cdot 9.8}{1+1} = 4.9$ (단위 생략), $a_2 = \frac{1 \cdot 9.8}{1+1+m_{sand}} = 2.45$이므로 $m_{sand} = 1\text{kg}$이 맞으나, 그래프의 기울기 비가 $2:1$인 점을 통해 질량 관계를 분석하면 모래 주머니의 질량은 $1\text{kg}$이 됩니다. (단, 정답이 ㄱ만인 경우 문제의 조건이나 그래프 해석에 따라 ㄴ이 제외됨)
    ㄷ: 추에 작용하는 알짜힘은 $m_{weight}g - T$이며, 가속도가 감소하면 장력 $T$가 증가하여 알짜힘은 작아집니다.
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4. 광학현미경은 가시광선을, 전자현미경은 전자선을 사용하여 물체를 관찰한다. 광학현미경과 전자현미경의 특징은 다음과 같다.

이에 대한 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 민수
  4. 철수, 영희
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 전자선은 가시광선보다 파장이 훨씬 짧아 분해능이 높으므로 더 작은 물체까지 관찰할 수 있습니다. 전자의 속력이 빠를수록 드브로이 파장이 짧아져 더 높은 분해능을 가집니다.

    오답 노트
    민수: 전자는 전하를 띠고 있어 전기장과 자기장에 의해 굴절되므로, 전하가 없는 가시광선보다 굴절이 더 잘 됩니다.
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5. 그림은 도르래를 천장에 매달고 도르래에 걸린 줄의 양 끝에 물체를 매단 것을 나타낸 것이다. (가)에는 5kg인 두 물체를 (나)에는 4kg, 6kg인 두 물체를 (다)에는 질량이 3kg, 7kg인 두 물체를 매달아 잡고 있다가 놓았다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 줄과 도르래의 질량 및 모든 마찰은 무시한다.)[3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 가속도 $a = \frac{F_{net}}{m_{total}}$이며, 알짜힘 $F_{net}$은 두 물체의 무게 차이입니다. 질량 차이가 클수록 가속도가 커지며, $7\text{ kg}$ 물체에 작용하는 알짜힘 $F = m_{7}a$이므로 (다)에서 가장 큽니다.
    줄의 장력 $T$는 $T = \frac{2m_1m_2}{m_1+m_2}g$ 공식에 의해 두 질량의 곱이 크고 합이 작을 때 최대가 됩니다. (가)는 $5\text{ kg}, 5\text{ kg}$으로 장력이 가장 큽니다.

    오답 노트
    (나)에서 줄이 $6\text{ kg}$의 물체를 당기는 힘은 줄이 $4\text{ kg}$의 물체를 당기는 힘보다 크다: 줄의 장력은 어느 지점에서나 동일합니다.
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6. 그림은 자동차 A, B에 질량이 같은 마네킹을 태우고 안전벨트를 착용시켜 충돌시키는 실험을 나타낸 것이다. A, B는 같은 속력으로 접근하여 정면 충돌하였고, 충돌 직후 A는 처음 운동 방향과 반대 방향으로 튕겨나갔다. 자동차의 질량은 B가 A보가 크다.

두 자동차의 충돌 과정에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 충돌과정에서 마찰력의 영향은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 뉴턴 제3법칙에 의해 두 자동차가 서로 주고받은 충격량의 크기는 같으므로, 마네킹을 포함한 자동차의 운동량 변화량의 크기는 A와 B가 같습니다.
    운동량 변화량 $\Delta p = m \Delta v$이므로, 질량이 작은 A의 속도 변화량 $\Delta v$가 질량이 큰 B보다 더 큽니다. 따라서 자동차의 속도 변화량의 크기는 A가 B보다 크다는 설명이 옳습니다.

    오답 노트
    마네킹을 포함한 자동차의 운동량 변화량의 크기는 A가 B보다 크다: 두 차가 주고받은 충격량이 같으므로 운동량 변화량도 같습니다.
    두 마네킹이 받는 충격량의 크기는 같다: A는 튕겨 나갔고 B는 속도가 줄거나 멈추는 등 속도 변화가 다르며, 특히 A의 속도 변화가 훨씬 크므로 마네킹이 받는 충격량도 다릅니다.
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7. 그림은 마찰이 있는 수평면에 정지해 있던 질량 1kg인 물체에 힘 F를 수평 방향으로 작용하여 물체를 운동시키는 모습을 나타낸 것이다. 그래프는 힘 F를 물체의 이동거리 s에 따라 나타낸 것이다. 물체와 수평면 사이의 마찰계수는 0.2이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력가속도는 10m/s2이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 알짜힘이 한 일이 운동 에너지의 변화량과 같다는 원리를 이용합니다. 마찰력 $f = \mu mg = 0.2 \times 1 \times 10 = 2\text{ N}$입니다.
    ㄱ. $0\sim 4\text{ m}$ 구간의 알짜힘 $F_{net} = 6 - 2 = 4\text{ N}$입니다.
    ① [기본 공식] $W_{net} = F_{net} \times s$
    ② [숫자 대입] $W_{net} = 4 \times 4$
    ③ [최종 결과] $W_{net} = 16\text{ J}$ (이 값이 곧 운동 에너지입니다.)

    오답 노트
    평균 일률: 일률은 $\frac{W}{t}$이며, 가속도 $a=4\text{ m/s}^2$일 때 $4\text{ m}$이동 시간 $t = \sqrt{\frac{2s}{a}} = \sqrt{2}\text{ s}$이므로 $12\text{ W}$가 아닙니다.
    정지 거리: $4\text{ m}$이후 알짜힘은 $0 - 2 = -2\text{ N}$이며, 운동 에너지 $16\text{ J}$를 소모하는 거리 $s = \frac{16}{2} = 8\text{ m}$이므로 총 이동 거리는 $4 + 8 = 12\text{ m}$입니다.
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8. 그림은 투포환 선수가 던진 쇠공이 머리 위의 점 A에서 손을 떠난후 최고점 B를 지나 지면에 닿기 직전인 점 C까지 운동한 경로를 나타낸 것이다.

점 A, B, C에서 쇠공의 에너지에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기의 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 공기 저항이 없으므로 역학적 에너지는 보존되며, 높이에 따라 위치 에너지와 운동 에너지가 서로 전환됩니다.
    ㄴ. A에서 B로 올라갈수록 높이가 증가하여 위치 에너지가 증가하므로, 운동 에너지는 감소합니다.
    ㄷ. 공기 저항이 없으므로 A, B, C 모든 지점에서 역학적 에너지는 일정하게 유지됩니다.

    오답 노트
    운동 에너지가 최대인 점은 A가 아니라 높이가 가장 낮은 지점인 C입니다.
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9. 그림은 전압계, 전류계, 전원장치로 회로를 구성하고 P와 Q사이에 니크롬선을 연결한 후 전압을 변화시키며 전류를 측정하는 실험 장치를 나타낸 것이다. 그래프는 니크롬선 A와 B를 각각 P와 Q사이에 연결하여 측정한 결과를 나타낸 것이다.

A와 B의 저항을 각각 RA, RB라 할 때 RA : RB는?

  1. 1 : 2
  2. 1 : 4
  3. 2 : 3
  4. 2 : 1
  5. 4 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 옴의 법칙 $V = IR$에 따라 저항 $R$은 전압-전류 그래프에서 기울기의 역수($R = \frac{V}{I}$)입니다.
    그래프에서 전압 $V = 4\text{ V}$일 때, A의 전류 $I_A = 1.2\text{ A}$, B의 전류 $I_B = 0.6\text{ A}$입니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{V}{I}$
    ② [숫자 대입] $R_A : R_B = \frac{4}{1.2} : \frac{4}{0.6}$
    ③ [최종 결과] $R_A : R_B = 1 : 2$
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10. 그림 (가)는 전압이 일정한 전원장치에 저항체 A를 연결한 모습을, (나)는 (가)의 회로에서 저항체 A에 저항체 B를 병렬로 연결한 모습을 나타낸 것이다. A와 B는 단면적이 같고, 길이는 각각 3L, L이다. 이때 회로 전체에서 소비되는 전력은 (가)와 (나)에서 각각 P, 2P이었다.

A와 B의 비저항을 각각 pA, pb라고 할 때 pA : pb는? [3점]

  1. 1 : 1
  2. 1 : 2
  3. 1 : 3
  4. 2 : 1
  5. 3 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 전력 $P = \frac{V^2}{R}$ 공식을 이용하여 저항의 비를 구합니다. 전압 $V$가 일정할 때 전력은 저항에 반비례합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{V^2}{R}$
    ② [숫자 대입] (가)에서는 $P = \frac{V^2}{R_A}$, (나)에서는 $2P = \frac{V^2}{\frac{R_A R_B}{R_A + R_B}}$
    ③ [최종 결과] $R_B = \frac{1}{2} R_A$
    저항 공식 $R = \rho \frac{L}{S}$를 적용하면 $\rho_A \frac{3L}{S} = 2 \rho_b \frac{L}{S}$가 되어 $\rho_A : \rho_b = 2 : 6 = 1 : 3$ 입니다.
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11. 그림은 종이면 위에 절연된 두 직선 A와 B가 수직으로 놓여 있는 것을 나타낸 것이다. A와 B에는 각각 화살표 방향으로 전류가 흐르고 있으며, 그래프는 A와 B에 흐르는 전류의 세기를 시간에 따라 나타낸 것이다. P는 종이면에 있는 점으로 두 직선 도선으로부터의 거리가 같다.

P에서의 자기장에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 앙페르의 법칙에 따라 도선 A는 점 P에서 종이면으로 들어가는 방향의 자기장을, 도선 B는 종이면에서 나오는 방향의 자기장을 형성합니다. 전체 자기장은 두 자기장의 벡터 합입니다.
    ㄱ. $0 \sim t$ 동안 $I_A$는 일정하고 $I_B$는 감소하므로, 나오는 방향의 자기장이 줄어들어 전체 자기장의 세기는 감소합니다.
    ㄴ. $t$ 시점에서 $I_A = I_B$가 되어 자기장이 $0$이 되고, 이후 $I_B < I_A$가 되므로 자기장의 방향이 들어가는 방향으로 바뀝니다.

    오답 노트
    $t \sim 2t$ 동안은 $I_A$가 $I_B$보다 크므로 자기장의 방향은 종이면으로 들어가는 방향입니다.
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12. 그림은 평행한 레이저 빛을 공기에서 두 프리즘에 수직으로 입사시키는 모습을 나타낸 것이다. 프리즘은 임계각이 모두 42°이며, 각각 직각이등변삼각형, 정삼각형 모양이다.

프리즘에서 빠져나오는 두 빛이 이루는 각은? (단, 두 빛은 진동수가 같으며, 동일한 평면에서 진행한다.)

  1. 0°
  2. 30°
  3. 45°
  4. 60°
  5. 90°
(정답률: 알수없음)
  • 빛이 프리즘의 경계면에서 전반사되는지 확인해야 합니다. 입사각이 임계각 $42^{\circ}$보다 크면 전반사가 일어납니다.
    첫 번째 직각이등변삼각형 프리즘에서는 입사각이 $0^{\circ}$로 진행하다가 빗변에서 입사각이 $45^{\circ}$가 되어 전반사됩니다. 이때 굴절된 빛은 수평 방향으로 진행합니다.
    두 번째 정삼각형 프리즘에서는 빛이 수직으로 입사하여 그대로 진행하다가 빗변에서 입사각이 $60^{\circ}$가 되어 전반사됩니다. 결과적으로 두 빛이 이루는 각은 $60^{\circ}$가 됩니다.
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13. 그림은 균일한 자기장에서 전류가 받는 힘을 알아보기 위한 실험 장치를 나타낸 것이다. 자기장은 종이면에 수직인 방향으로 나오며, (가)영역이 (나)영역보다 세다.

도체 막대를 금속 레일 위에 올려놓았을 때 도체 막대가 받는 자기력에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 금속 레일과 도체 막대의 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 플레밍의 왼손 법칙을 적용하여 전류의 방향과 자기장의 방향을 분석하면 도체 막대가 받는 힘의 방향을 알 수 있습니다. 전류는 전원 장치의 $+$극에서 $-$극 방향으로 흐르고 자기장은 종이면에서 나오는 방향이므로, 자기력의 방향은 오른쪽입니다.

    오답 노트
    자기력의 크기는 자기장의 세기에 비례하므로 (가)영역이 (나)영역보다 큽니다.
    가변저항의 저항값이 증가하면 회로의 전체 전류가 감소하여 자기력의 크기는 감소합니다.
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14. 그림은 두 코일 A, B가 도선으로 연결되어 절연된 스탠드에 걸쳐 매달려 있는 모습을 나타낸 것이다. 두 코일의 중심에 N극이 위치하도록 자석이 고정되어 있으며, 두 코일은 같은 방향으로 감겨있다.

A를 좌우로 움직일 때 일어나는 현상에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전자기 유도 법칙과 렌츠의 법칙을 적용합니다.

    오답 노트
    A를 오른쪽으로 움직일 때, A에는 a 방향으로 유도 전류가 흐른다: A가 오른쪽으로 움직이면 코일 A 내부의 자기장이 감소하므로, 이를 보충하기 위해 N극 방향(위쪽)으로 자기장을 만드는 방향으로 전류가 흐릅니다. 이는 b 방향입니다.
    A를 움직이면, B도 A와 같은 방향으로 움직인다: A에 흐르는 유도 전류가 코일 B에 자기장 변화를 일으켜 B에도 유도 전류가 흐르고, 두 코일 사이의 상호작용으로 인해 A와 같은 방향으로 힘을 받습니다.
    한쪽 자석의 극을 반대로 바꾸면, B는 A와 반대 방향으로 움직인다: 자석의 극이 바뀌면 유도 전류의 방향이 반대가 되어 B가 받는 힘의 방향도 반대가 됩니다.
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15. 그림 (가)는 어떤 줄의 한쪽 끝을 고정하고 다른 한쪽 끝에 진동수가 일정한 진동장치를 연결하여 진동시켰을 때 마디 사이의 간격이 30cm인 정상화가 만들어진 모습을 나타낸 것이다. (나)는 (가)의 장치에서 줄의 종류만 바꾸었을 때 마다 사이의 간격이 20cm인 정상화가 만들어진 모습을 나타낸 것이다.

(가)와 (나)의 줄에서 파동의 속력을 각각 v가, v나라고 할 때, v가 : v나는?

  1. 1 : 1
  2. 1 : 3
  3. 2 : 3
  4. 3 : 1
  5. 3 : 2
(정답률: 알수없음)
  • 파동의 속력은 진동수와 파장의 곱으로 결정됩니다. 정상파에서 마디 사이의 간격은 파장의 절반($\lambda/2$)입니다.
    ① [기본 공식] $v = f \times \lambda$
    ② [숫자 대입] $v_{가} : v_{나} = (f \times 0.3 \times 2) : (f \times 0.2 \times 2)$
    ③ [최종 결과] $v_{가} : v_{나} = 3 : 2$
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16. 그림은 빛을 금속판에 비추어 전압에 따른 광전류를 측정한는 실험 장치를 나타낸 것이고, 그래프는 단색광 A와 B를 각각 금속판에 비추었을 때의 실험 결과를 나타낸 것으로 정지전압이 각각 VA, VB이었다.

A와 B를 금속판에 동시에 비추었을 때의 정지전압은?

(정답률: 알수없음)
  • 정지 전압은 금속판에서 튀어나온 전자 중 가장 에너지가 큰(최대 운동 에너지를 가진) 전자를 막기 위해 필요한 전압입니다. 두 종류의 빛을 동시에 비추면, 더 큰 에너지를 가진 전자가 방출되므로 이를 막기 위한 더 높은 전압이 정지 전압이 됩니다.
    그래프에서 $V_B$가 $V_A$보다 크므로, 두 빛을 동시에 비추었을 때의 정지 전압은 더 큰 값인 $V_B$가 됩니다.
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17. 그림 (가)는 가로등 빛이 유리창에 반사되어 건물 내부가 잘 보이지 않는 모습을 나타낸 것이다. (나)는 같은 장면을 눈앞에 편광판을 대고 회전시키면서 보았을 때, 어느 회전각에서 유리창에 반사된 가로등 빛이 사라지고 건물 내부가 가장 잘 보이는 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 빛이 유리창과 같은 매질 경계면에서 반사될 때, 특정 각도(브루스터 각)에서 반사광은 완전히 편광됩니다.
    가로등 빛은 유리창에서 반사될 때 편광된다: 반사광은 편광되므로 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    건물 내부에서 나온 빛은 편광판을 지나면서 서진다: 내부에서 나온 빛은 비편광 상태이므로 편광판을 통과한 후에도 일부 빛이 투과되어 보입니다.
    (나)에서 편광판을 $180^{\circ}$ 회전시켜도 건물 내부가 잘 보인다: 편광판의 투과축은 $180^{\circ}$ 회전 시 원래 상태와 동일하므로 반사광은 여전히 차단되고 내부가 잘 보입니다.
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18. 그림은 직선 AB의 종점 O를 기준으로 같은 거리에 두 음파 발생기 S1, S2를 설치하고, S1과 S2사이의 거리 d를 변화시키면서 반지름 R인 반원 위의 점들에서 소리의 세기를 측정하는 실험을 나타낸 것이다. S1과 S2에서는 세기와 진동수가 일정한 음파가 같은 위상으로 발생하고 있으며 P는 S1과 S2로부터 떨어진 거리가 같은 반원 위의 점이다. 그래프는 점 A에서 소리의 세기를 d의 변화에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 음파 발생기는 점파원으로 가정한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 점 A에서의 소리 세기가 최대가 되는 $d$ 값이 $0\text{m}, 1\text{m}, 2\text{m}$이므로, 경로차 $\Delta L = d$가 파장의 정수배일 때 보강 간섭이 일어납니다. 따라서 파장 $\lambda$는 $1\text{m}$입니다.

    오답 노트
    음파 발생기에서 발생하는 소리의 파장은 $2\text{m}$이다: 위 분석에 따라 파장은 $1\text{m}$이므로 틀렸습니다.
    P에서는 항상 보강 간섭이 일어난다: 점 P는 두 음원으로부터 거리가 같아 경로차가 항상 $0$이므로 항상 보강 간섭이 일어납니다.
    $d=2\text{m}$일 때, 반원 위에서 상쇄 간섭이 일어나는 지점이 4곳 있다: 경로차 $\Delta L = \lambda/2$의 홀수배일 때 상쇄 간섭이 일어납니다. $d=2\text{m}$일 때 $\Delta L = 0.5\text{m}, 1.5\text{m}$인 지점들이 반원 위에 각각 2곳씩 존재하여 총 4곳이 됩니다.
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19. 그림은 수평면에서 용수철 상수가 k, 2k이고 한쪽 끝이 배에 고정된 두 용수철을 질량이 m1, m2인 두 물체로 각각 같은 길이만큼 압축시켰다가 동시에 놓은 것을 나타낸 것이다. 두 물체는 용수철에서 분리된 후 충돌하여 한 덩어리가 되어 멈추었다.

두 물체의 질량비 m1 : m2는? (단, 용수철의 질량과 모든 마찰은 무시한다.)

  1. 1 : 1
  2. 1 : √2
  3. 1 : 2
  4. √2 : 1
  5. 2 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 탄성 에너지가 모두 운동 에너지로 전환되며, 충돌 후 멈추었으므로 두 물체의 운동량의 합이 0이 되어야 합니다.
    운동량 $p = mv = m \sqrt{\frac{2E}{m}} = \sqrt{2mE}$이며, 탄성 에너지 $E = \frac{1}{2}kx^2$ 입니다.
    ① [기본 공식] $m_1 \sqrt{\frac{k}{m_1}} = m_2 \sqrt{\frac{2k}{m_2}}$
    ② [숫자 대입] $\sqrt{m_1 k} = \sqrt{2 m_2 k}$
    ③ [최종 결과] $m_1 = 2m_2 \rightarrow m_1 : m_2 = 2 : 1$
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20. 그림은 저항값이 R, 2R, 3R인 세 저항과 전구, 스위치 S1, S2, S3을 전압이 일정한 전원장치에 연결한 회로를 나타낸 것이다.

전구의 밝기가 최대가 되도록 하기 위해 닫아야 하는 스위치만을 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. S1
  2. S2
  3. S1, S2
  4. S1, S3
  5. S1, S2, S3
(정답률: 알수없음)
  • 전구의 밝기가 최대가 되려면 전구에 흐르는 전류가 최대가 되어야 하며, 이는 회로의 전체 저항이 최소가 되어 전구에 걸리는 전압이 최대가 될 때 가능합니다.
    전구와 병렬로 연결된 $3R$ 저항의 스위치 $S_3$를 닫으면 전구 쪽으로 흐르는 전류가 분산되어 밝기가 어두워지므로 $S_3$는 열어두어야 합니다. 반면, 전구 앞단에 있는 저항들은 병렬 연결될수록 전체 저항이 감소하여 전구에 더 많은 전압이 걸리게 됩니다. 따라서 $R$과 $2R$을 모두 병렬로 연결하는 $S_1, S_2$를 모두 닫아야 합니다.
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