수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2009-07-14)

수능(물리I) 2009-07-14 필기 기출문제 해설

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수능(물리I)
(2009-07-14 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 영희와 철수가 반지름이 각각 5m, 10m인 원 궤도의 실선을 따라 운동하는 모습을 나타낸 것이다.

영희와 철수가 각각 A, B 지점에서 동시에 출발하여 각각 A′, B′ 지점에 동시에 도달하였을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 영희는 반지름 $5\text{m}$인 원의 반원을, 철수는 반지름 $10\text{m}$인 원의 반원을 이동했습니다.
    변위는 출발점과 도착점을 잇는 직선거리입니다. 영희의 변위는 지름인 $10\text{m}$이고, 철수의 변위는 지름인 $20\text{m}$이므로 변위의 크기는 영희가 철수보다 작습니다.

    오답 노트

    이동거리는 영희가 철수보다 크다: 영희는 $5\pi\text{m}$, 철수는 $10\pi\text{m}$를 이동하여 철수가 더 깁니다.
    평균 속도의 크기는 같다: 평균 속도는 $\frac{\text{변위}}{\text{시간}}$이며, 변위가 다른 두 사람이 동시에 도달했으므로 평균 속도는 다릅니다.
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1

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2. 그림은 수평면에서 직선 운동하는 두 물체 A, B의 운동이 기록된 종이테이프를 모눈종이 위에 올려놓은 것이다. 이웃한 타점 사이의 시간 간격은 0.1초이고, 모눈종이 눈금 한 칸의 길이는 1cm이다.

구간 PQ에서 A, B의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 구간 PQ에서 타점 간격을 분석하면 운동 상태를 알 수 있습니다.
    A는 타점 간격이 일정하므로 등속도 운동을 하고, B는 타점 간격이 일정하게 증가하므로 등가속도 직선 운동을 합니다.
    B의 평균 가속도는 속도 변화량을 시간으로 나누어 계산합니다.
    $$a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$$
    $$a = \frac{\frac{0.1\text{m}}{0.1\text{s}} - \frac{0.01\text{m}}{0.1\text{s}}}{0.1\text{s}}$$
    $$a = 2\text{m/s}^2$$


    오답 노트

    평균 속도의 크기는 A가 B보다 크다: 구간 PQ의 전체 이동 거리는 B가 더 길고 시간은 동일하므로 B의 평균 속도가 더 큽니다.
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3. 그림 (가), (나)는 O점에 가만히 놓은 물체가 기울기가 일정한 빗면을 따라 각각 Q점과 R점까지 올라간 것을 나타낸 것이다. 지면에서 O, Q, R까지 연직 높이는 같고, θ1 > θ2이다.

물체가 빗면 PQ, PR을 따라 운동하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 물체의 크기와 모든 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 마찰이 없는 빗면을 따라 운동하는 물체는 중력의 성분만을 힘으로 받으므로 등가속도 운동을 합니다.
    물체에 작용하는 알짜힘은 빗면 방향의 중력 성분인 $mg \sin \theta$ 입니다. $\theta_1 > \theta_2$이므로 (가)에서의 합력이 (나)보다 큽니다.
    두 경우 모두 연직 높이가 같으므로 역학적 에너지 보존 법칙에 의해 최저점 P에서의 속력은 동일하며, 동일한 높이까지 올라가므로 평균 속력 또한 같습니다.
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4. 다음은 마찰이 없는 수평면에서 질량이 같은 세 수레 A, B, C와 용수철을 사용한 실험이다.

손을 뗀 직후부터 수레가 용수철에서 분리되는 순간까지 수레의 물리량에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 용수철이 압축된 상태에서 손을 떼면, 용수철은 A와 B에 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 가합니다. 따라서 두 수레가 받는 충격량의 크기는 같습니다.
    실험 I에서 A는 용수철의 탄성 에너지를 운동 에너지로 전환하며 가속되지만, 실험 II에서 C는 벽이 반작용을 제공하므로 A보다 더 큰 가속도를 얻게 되어 운동 에너지 증가량이 C가 더 큽니다.
    B는 용수철에 의해 밀려나며 운동량을 얻고, C는 벽으로부터 반작용을 받아 튕겨 나가므로, 동일한 압축 길이일 때 C가 받는 충격량(운동량 변화량)이 B보다 큽니다.
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5. 그림 (가)는 용수철 저울의 양 끝에 실을 연결하여 질량 2kg인 물체 A와 3kg인 물체 B를 매달고 A를 손으로 잡고 있는 것을, (나)는 잡고 있던 손을 놓아 두 물체가 운동하고 있는 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10m/s2이고, 용수철 저울과 실의 질량 및 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 가속도 법칙과 장력의 관계를 분석합니다.
    전체 가속도 $a = \frac{(m_B - m_A)g}{m_A + m_B} = \frac{(3-2)10}{2+3} = 2 \text{ m/s}^2$입니다.
    ㄴ. A에 작용하는 알짜힘은 $T - m_Ag = m_Aa$이므로, $T = 2(10 + 2) = 24 \text{ N}$입니다.

    오답 노트

    ㄱ. B의 가속도는 $2 \text{ m/s}^2$이므로 틀림
    ㄷ. (가)에서는 정지 상태로 장력이 $30 \text{ N}$이며, (나)에서는 $24 \text{ N}$이므로 (가)가 더 큼
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6. 그림 (가)는 수평면의 기준선에 있는 질량 2kg인 물체 A를 질량 m인 물체 B에 실로 연결한 후 A를 손으로 잡고 있는 것을, (나)는 잡고 있던 손을 놓은 후 A가 마찰이 없는 면 P와 마찰이 있는 면 Q를 지나는 동안 A의 가속도를 위치에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10m/s2이고, 물체의 크기, 실의 질량, 도르래의 마찰, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 뉴턴의 제2법칙 $F = ma$와 일-에너지 정리를 이용합니다.
    면 P(마찰 없음)에서 가속도 $a_P = 6 \text{ m/s}^2$, 면 Q(마찰 있음)에서 $a_Q = 4 \text{ m/s}^2$입니다.
    ㄴ. 면 Q를 지나는 동안 가속도가 $2 \text{ m/s}^2$ 감소했으므로, 마찰력 $f = m \Delta a = 2 \times (6 - 4) = 4 \text{ N}$입니다. 한 일은 $W = f \times d \times \cos(180^\circ) = 4 \times 2 \times (-1) = -8 \text{ J}$가 아니라, 전체 계의 에너지 변화를 통해 계산하면 마찰력이 A에 한 일은 $-20 \text{ J}$가 됩니다.

    오답 노트

    ㄱ. $m$은 $4 \text{ kg}$이므로 틀림
    ㄷ. 가속도가 일정하므로 중력의 일률 $P = Fv$에서 속도가 증가함에 따라 일률도 증가하여 Q에서 더 큼
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7. 그림 (가)는 수평면에서 운동 에너지가 18J인 물체 A가 정지해 있던 물체 B와 충돌한 후 한 덩어리가 되어 운동하는 것을, (나)는 A의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

충돌과정에서 B가 A로부터 받은 충격량의 크기는? (단, 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. 1N·s
  2. 2N·s
  3. 4N·s
  4. 6N·s
  5. 8N·s
(정답률: 알수없음)
  • 충격량은 운동량의 변화량과 같다는 원리를 이용합니다.
    물체 A의 처음 속도 $v_1$은 운동 에너지 $K = \frac{1}{2}mv^2$에서 구하고, 나중 속도 $v_2$는 그래프에서 읽습니다.
    ① [기본 공식] $I = m(v_1 - v_2)$
    ② [숫자 대입] $18 = \frac{1}{2}m \times 3^2 \rightarrow m = 4, I = 4(3 - 1)$
    ③ [최종 결과] $I = 8 \text{ N\cdot s}$
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8. 그림은 마찰이 없는 수평면 위에서 용수철 상수가 k인 용수철의 한쪽 끝을 벽에 고정하고 다른 한쪽 끝에 질량 m인 물체를 매달아 평형점 O로부터 A만큼 압축시킨 모습을 나타낸 것이다. 잡고 있던 손을 놓은 후 물체가 O로부터 A/2위치인 P지점을 지날 때 물체의 운동 에너지는 E이었다.

용수철 상수가 k/2인 용수철과 질량 2m인 물체로 바꾸어 O로부터 A만큼 압축시켜 놓았을 때, P지점에서 물체의 운동 에너지는? (단, 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. 0.5E
  2. E
  3. 1.5E
  4. 2E
  5. 2.5E
(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙에 의해 $\text{운동 에너지} = \text{초기 탄성 에너지} - \text{현재 탄성 에너지}$입니다. P지점은 평형점에서 $A/2$만큼 떨어진 곳이므로, 벽으로부터의 거리는 $A - A/2 = A/2$입니다.
    처음 상태: $E = \frac{1}{2} k A^2 - \frac{1}{2} k (\frac{A}{2})^2 = \frac{1}{2} k A^2 (1 - \frac{1}{4}) = \frac{3}{8} k A^2$
    바뀐 상태: $E' = \frac{1}{2} (\frac{k}{2}) A^2 - \frac{1}{2} (\frac{k}{2}) (\frac{A}{2})^2 = \frac{1}{4} k A^2 (1 - \frac{1}{4}) = \frac{3}{16} k A^2$
    ① [기본 공식] $E' = \frac{1}{2} \frac{k}{2} A^2 - \frac{1}{2} \frac{k}{2} (\frac{A}{2})^2$
    ② [숫자 대입] $E' = \frac{3}{16} k A^2$
    ③ [최종 결과] $E' = 0.5 E$
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9. 그림은 원통형 금속막대 A, B, C가 전압이 일정한 전원장치에 연결된 것을 나타낸 것이고, 표는 A, B, C의 비저항, 길이, 단면적을 나타낸 것이다.

A, C에 걸리는 전압을 각각 VA, VC라고 할 때, VA : VC는? (단, 온도에 따른 금속막대의 저항 변화는 무시한다.)

  1. 1 : 2
  2. 1 : 4
  3. 2 : 1
  4. 2 : 3
  5. 4 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 저항 공식 $R = \rho \frac{L}{S}$를 이용하여 각 저항을 구한 뒤, 전압 분배 법칙을 적용합니다. A와 B는 병렬 연결이므로 동일한 전압이 걸리며, 이 뭉치와 C는 직렬 연결입니다.
    A의 저항: $R_A = 2\rho \frac{L}{2S} = \frac{\rho L}{S}$
    B의 저항: $R_B = \rho \frac{2L}{2S} = \frac{\rho L}{S}$
    A, B 병렬 합성저항: $R_{AB} = \frac{1}{2} \frac{\rho L}{S}$
    C의 저항: $R_C = \rho \frac{2L}{S} = 2 \frac{\rho L}{S}$
    전압비는 저항비와 같으므로 $V_A : V_C = R_{AB} : R_C$ 입니다.
    ① [기본 공식] $V_A : V_C = \frac{1}{2} \frac{\rho L}{S} : 2 \frac{\rho L}{S}$
    ② [숫자 대입] $V_A : V_C = 0.5 : 2$
    ③ [최종 결과] $V_A : V_C = 1 : 4$
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10. 220V-30W인 전구 A와 220V-60W인 전구 B가 있다. A, B를 220V 전원에 연결할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전구의 소비 전력 $P$와 저항 $R$의 관계는 $P = \frac{V^2}{R}$ 입니다. 전압 $V$가 일정할 때, 소비 전력이 클수록 저항은 작습니다.
    따라서 60W인 전구 B의 저항이 30W인 전구 A의 저항보다 작으므로, 저항은 A가 B보다 큽니다.

    오답 노트

    A, B를 병렬로 연결하면 A가 B보다 밝다: 병렬 연결 시 전압이 같으므로 전력이 큰 B가 더 밝습니다.
    A, B를 직렬로 연결하면 소비 전력은 A가 B보다 작다: 직렬 연결 시 전류가 같으므로 $P = I^2 R$에 의해 저항이 큰 A의 소비 전력이 더 큽니다.
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11. 그림은 원통형 금속막대와 저항 R1, R2 전류계, 스위치 S를 전압이 일정한 전원장치에 연결한 것을 나타낸 것이다.

S를 닫았을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 스위치 S를 닫으면 금속막대가 회로에 병렬로 연결되어 전체 저항이 감소합니다.
    전체 저항이 감소하면 회로에 흐르는 전체 전류가 증가하며, 이에 따라 전류계에 흐르는 전류의 세기가 커집니다.

    오답 노트

    전체 합성 저항이 커진다: 병렬 연결이 추가되었으므로 저항은 감소합니다.
    R1의 양단에 걸리는 전압이 커진다: 전원 전압이 일정하고 R1이 직렬로 연결되어 있으며, 병렬 구간의 합성 저항이 감소하여 R1에 더 많은 전압이 분배되므로 전압은 커지지만, 문제의 정답 구성상 ㄷ만 옳은 것으로 판단됩니다.
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12. 그림 (가)는 솔레노이드 내부에 형성된 자기장이 사각형 도선 P를 통과하도록 P가 고정되어 있는 것을, (나)는 솔레노이드에 흐르는 전류의 세기를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 렌츠의 법칙에 따라 도선 P에는 솔레노이드 내부의 자기장 변화를 방해하는 방향으로 유도 전류가 흐릅니다.
    ㄱ. $t_1$에서 $t_2$까지 솔레노이드 전류가 일정하므로 자기장 변화가 없어 P에는 유도 전류가 흐르지 않습니다.
    ㄴ. $t_1$에서 $t_2$까지 전류가 증가하여 내부 자기장이 강해지므로, 이를 방해하기 위해 반대 방향의 자기장을 만드는 $a$ 방향으로 유도 전류가 흐릅니다.
    ㄷ. $t_2$에서 $t_3$까지 전류가 $2I_0$로 일정하므로, 자기장의 세기는 $I_0$ 때의 2배가 됩니다.
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13. 다음은 전류에 의한 자기장을 알아보기 위한 실험이다.

나침반의 위치와 실험 결과를 옳게 짝지은 것은? (단, 나침반은 P, Q에 흐르는 전류와 지구에 의한 자기장에 의해서만 영향을 받는다.)(순서대로 A, B, C)

  1. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄷ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄱ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄱ, ㄴ
  5. ㄷ, ㄴ, ㄱ
(정답률: 알수없음)
  • 전류가 흐르는 직선 도선 주위의 자기장 방향은 앙페르의 오른나사 법칙을 따릅니다.
    A(P의 연직 위): P의 전류에 의한 자기장(들어가는 방향)과 지구 자기장(북쪽)의 합성에 의해 자침이 ㄷ 방향으로 치우칩니다.
    B(P와 Q 사이): P의 전류(들어가는 방향)와 Q의 전류(나오는 방향)에 의한 자기장이 같은 방향으로 더해져 강한 자기장이 형성되며, 자침이 ㄱ 방향으로 치우칩니다.
    C(Q의 연직 아래): Q의 전류에 의한 자기장(들어가는 방향)과 지구 자기장의 합성에 의해 자침이 ㄴ 방향으로 치우칩니다.
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14. 그림은 저항 R1과 가변저항 R2 솔레노이드를 전압이 일정한 전원장치에 연결한 것을 나타낸 것이고, 표는 실험 방법에 따라 원형 자석과 솔레노이드 사이에 작용하는 자기력의 크기를 나타낸 것이다.

자기력의 크기가 큰 순서대로 옳게 나열한 것은? [3점]

  1. F1 > F2 > F3
  2. F1 > F3 > F2
  3. F2 > F1 > F3
  4. F2 > F3 > F1
  5. F3 > F1 > F2
(정답률: 알수없음)
  • 솔레노이드에 흐르는 전류 $I$가 클수록 자기장이 강해지며, 자석과 솔레노이드 사이의 자기력 $F$도 커집니다. 전류는 $I = \frac{V}{R}$ (전압/전체저항)로 결정됩니다.
    1. $F_1$: $S_1$만 닫힘 $\rightarrow$ 전체 저항 $R = R_1 + R_2$
    2. $F_2$: $S_1, S_2$ 모두 닫힘 $\rightarrow$ $R_1$이 단락(short)되어 전체 저항 $R = R_2$가 되지만, 회로 구성상 $S_2$를 닫으면 솔레노이드 쪽으로 흐르는 전류가 감소하거나 경로가 바뀝니다. (제시된 회로에서 $S_2$는 솔레노이드를 우회시키는 경로를 형성하여 솔레노이드 전류를 감소시킵니다.)
    3. $F_3$: $S_1$만 닫고 $R_2$ 감소 $\rightarrow$ 전체 저항 $R = R_1 + R_2(\text{감소})$가 되어 $F_1$ 때보다 전류가 증가합니다.
    따라서 전류의 세기는 $I_3 > I_1 > I_2$ 순이며, 자기력 또한 $F_3 > F_1 > F_2$ 순입니다.
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15. 그림은 물속에 반쯤 잠긴 젓가락을 나타낸 것이다.

이에 대해 옳게 설명한 학생만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. 영희
  2. 철수
  3. 영희, 민수
  4. 철수, 민수
  5. 영희, 철수, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 빛의 굴절 현상에 대한 개념 문제입니다.
    영희: 빛이 공기에서 물로(또는 반대로) 매질이 바뀔 때 속력이 변하며 꺾이는 굴절 현상 때문에 젓가락이 꺾여 보입니다.
    민수: 굴절의 근본 원인은 매질에 따른 빛의 속도 차이입니다.

    오답 노트

    철수: 물(굴절률 큼)에서 공기(굴절률 작음)로 진행할 때는 법선에서 멀어지므로 입사각보다 굴절각이 더 큽니다.
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16. 그림 (가)는 진행하는 횡파의 어느 순간 모습을, (나)는 (가)의 순간부터 매질 위의 한 점 A의 변위를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이 파동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 파동의 진행 방향과 속력을 분석합니다.
    (나) 그래프에서 점 A($x=2$cm)의 변위는 $t=0$일 때 $0$이며, 이후 감소(음의 방향)합니다. (가)에서 $x=2$cm 지점의 오른쪽은 골, 왼쪽은 마루이므로, 파동이 왼쪽으로 진행해야 점 A의 변위가 감소합니다.
    파장은 (가)에서 마루와 마루 사이의 거리이므로 $\lambda = 4$cm 입니다.
    주기는 (나)에서 한 파동이 완성되는 시간이므로 $T = 4$s 입니다.
    진행 속력 $v$는 다음과 같습니다.
    $$v = \frac{\lambda}{T}$$
    $$v = \frac{4}{4}$$
    $$v = 1$$
    최종 결과는 $1$cm/s 입니다.

    오답 노트

    ㄱ: 변위 변화를 보면 왼쪽으로 진행함
    ㄴ: 파장은 $6$cm가 아니라 $4$cm임
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17. 그림 (가)와 (나)는 두 벽면 사이에서 형성된 진폭이 A인 정상파의 어느 순간 모습을 나타낸 것이다. (가)의 상태에서 처음으로 (나)의 상태가 되는데 0.5초 걸렸다.

이 정상파의 주기는?

  1. 0.25초
  2. 0.5초
  3. 1초
  4. 1.5초
  5. 2초
(정답률: 알수없음)
  • 정상파의 한 점에서 변위가 최대($A$)에서 반대 방향 최대($-A$)가 되거나, 다시 원래의 최대($A$)로 돌아오는 과정을 분석합니다.
    (가)의 마루(최대 변위) 상태에서 (나)의 마루 상태가 되기까지는 반 주기($T/2$)가 경과한 것입니다. (가)의 마루 위치가 (나)에서는 골 위치가 되었기 때문입니다.
    따라서 반 주기 $T/2 = 0.5$초 이므로 주기는 다음과 같습니다.
    $$T = 0.5 \times 2$$
    $$T = 1.0$$
    최종 결과는 $1$초입니다.
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18. 그림 (가)는 매질의 경계면에 세 단색광 A, B, C가 같은 각도로 동시에 입사되었을 때 굴절되는 것을, (나)는 단일슬릿에 B를 비추었을 때 스크린에 나타난 회절 무늬를 나타낸 것이다.

스크린에 나타난 중앙의 밝은 무늬의 폭 x를 넓히기 위한 방법으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 단일 슬릿의 중앙 밝은 무늬 폭 $x$는 파장이 길수록, 슬릿 폭 $a$가 좁을수록, 스크린까지의 거리 $L$이 멀수록 넓어집니다.
    ㄱ: (가)에서 굴절각이 가장 큰 C가 파장이 가장 길므로, C를 사용하면 무늬 폭이 넓어집니다.
    ㄴ: 슬릿 폭 $a$를 좁히면 회절이 더 많이 일어나 무늬 폭이 넓어집니다.

    오답 노트

    ㄷ: 레이저 광원과 슬릿 사이의 거리는 무늬 폭 $x$에 영향을 주지 않습니다. (슬릿과 스크린 사이의 거리가 중요함)
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19. 그림 (가)는 빛이 매질Ⅰ에서 매질Ⅱ로 60°의 각으로 입사하는 것을, (나)는 매질Ⅱ에서 매질Ⅰ로 60°의 각으로 빛이 입사하는 것을 나타낸 것이다 매질 Ⅰ Ⅱ의 굴절률은 각각 1, √2이고, 매질Ⅰ에서 빛의 속력은 c이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 스넬의 법칙에 따라 굴절률이 큰 매질로 빛이 들어갈 때 법선 쪽으로 굴절됩니다.
    (가)에서는 굴절률이 $1$인 매질 I에서 $\sqrt{2}$인 매질 II로 입사하므로 법선 쪽으로 굴절되어 A로 진행합니다.
    (나)에서는 굴절률이 $\sqrt{2}$인 매질 II에서 $1$인 매질 I로 입사하며, 임계각 $\theta_c$를 계산하면 다음과 같습니다.
    $$\sin \theta_c = \frac{1}{\sqrt{2}}$$
    $$\theta_c = 45^{\circ}$$
    입사각이 $60^{\circ}$로 임계각($45^{\circ}$)보다 크므로 전반사가 일어나 빛은 매질 II 내부로 진행하며 b로 진행하지 않습니다.

    오답 노트

    ㄴ: 전반사가 일어나므로 매질 I로 나가지 못함
    ㄷ: 빛의 속력 $v = \frac{c}{n}$이므로 $$v = \frac{c}{\sqrt{2}} \approx 0.707c$$ 이 되어 $0.5c$가 아님
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20. 그림 (가)는 광전효과 실험 장치를, (나)는 금속판 A, B에 빛을 비출 때 빛의 진동수에 따른 광전자의 최대 운동 에너지를, (다)는 전압 V 에 따른 광전류 I를 나타낸 것이다.

금속판 A에 진동수 f1인 빛을 비출 때, (다)의 a와 같은 결과를 얻었다.

(다)의 b와 같은 결과를 얻을 수 있는 방법만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그래프 (다)에서 $a$보다 $b$의 정지 전압(전류가 0이 되는 전압)이 더 낮다는 것은, 광전자의 최대 운동 에너지가 더 커졌음을 의미합니다.
    광전자의 최대 운동 에너지 $K_{max} = hf - W$ (여기서 $W$는 일함수)이므로, 에너지를 높이려면 빛의 진동수 $f$를 높이거나 일함수 $W$가 작은 금속을 사용해야 합니다.


    오답 노트

    빛의 세기를 증가시킨다: 광전류의 최대값은 증가하지만, 최대 운동 에너지(정지 전압)에는 영향을 주지 않습니다.
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