수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2010-07-08)

수능(물리I)
(2010-07-08 기출문제)

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1. 그림 (가)는 물체 A의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이고, (나)는 물체 B의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다. A B는 모두 일직선 상에서 운동한다.

A, B의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ"이다. 그림 (가)에서 물체 A는 정지하고 있으며, 그림 (나)에서 물체 B는 등속운동을 하고 있다. 따라서 A의 속도는 0이고 B의 가속도는 0이다.
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2. 그림 (가)는 자석이 수평한 철판 위에 붙어 있는 것을 (나)는 (가)의 철판을 뒤집었을 때 자석이 붙어 있는 것을 나타낸 것이다.

자석에 작용하는 힘에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 자석이 서로 반대 방향으로 붙어 있어서 서로 끌어당기는 힘이 작용하고, "ㄷ"는 자석이 같은 방향으로 붙어 있어서 서로 밀어내는 힘이 작용하기 때문에 옳은 설명이다. "ㄴ"은 자석이 수평한 철판과 수직한 철판에 붙어 있어서 힘이 작용하지 않는 경우이고, "ㄱ, ㄷ"는 이미 설명한 대로이다. "ㄴ, ㄷ"는 자석이 수직한 철판과 수평한 철판에 붙어 있어서 서로 밀어내는 힘과 서로 끌어당기는 힘이 작용하기 때문에 옳지 않은 설명이다.
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3. 그림 (가)는 물체와 바닥 사이의 운동 마찰 계수가 0.5인 수평면 위에서 질량 3kg인 물체 A가 질량 2kg인 물체 B에 실로 연결되어 운동하고 있는 모습을 나타낸 것이고, (나)는 마찰이 없는 수평면 위에서 A가 B에 실로 연결되어 운동하고 있는 모습을 나타낸 것이다.

(가), (나)에서 실이 A를 당기는 힘을 각각 T(가), T(나)라 할 때 T(가) : T(나)는? (단, 중력 가속도는 10m/s2이며 실의 질량, 도르래의 마찰, 공기 저항은 무시한다.)[3점]

  1. 1:1
  2. 1:2
  3. 2:1
  4. 2:3
  5. 3:2
(정답률: 알수없음)
  • (가)에서는 A와 B 사이에 마찰력이 작용하므로 A에 작용하는 힘은 T(가) - f = maA이고, B에 작용하는 힘은 T(가) = maB이다. 여기서 f는 마찰력이고, aA와 aB는 각각 A와 B의 가속도이다. 따라서 T(가) = maB, T(가) - f = maA이므로 f = (mA + mB)a, T(가) = mBa이다. (여기서 a는 A와 B의 가속도이다.)

    (나)에서는 마찰력이 없으므로 A와 B는 같은 가속도 a로 운동한다. 따라서 T(나) = (mA + mB)a이다.

    따라서 T(가) : T(나) = mBa : (mA + mB)a = mB : (mA + mB) = 2 : 5 이므로, 정답은 "3:2"이다.
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4. 그림과 같이 수평면에서 속력 v로 달리던 버스의 브레이크를 밟았더니 버스가 s만큼 미끄러져 정지하였다.

다음은 미끄러진 거리 s를 구하기 위한 과정의 일부이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은? (단, 버스와 수평면 사이의 운동 마찰 계수는 일정하다)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는 마찰력이 운동 방향과 반대 방향으로 작용하기 때문이다. 버스가 미끄러져서 정지하려면 마찰력이 버스의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하여 운동을 저항해야 한다. 따라서 마찰력은 버스의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하므로, 마찰력이 Fcosθ로 표시되어야 한다.
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5. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평한 얼음판 위에서 정지해 있던 질량 60kg인 철수가 질량 40kg인 영희의 등을 수평 방향으로 미는 모습을 나타낸 것이고, (나)는 영희의 운동량을 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은? (단, 썰매의 질량은 무시한다)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 (가)에서 철수와 영희가 마찰이 없는 얼음판 위에서 움직이고 있기 때문에 운동량 보존 법칙에 따라 철수와 영희의 운동량의 합은 일정하다. 따라서 (나)에서 영희의 운동량이 증가하면 철수의 운동량은 감소하게 되어 합이 일정하게 유지된다. 따라서 보기에서 정답은 "ㄴ"이다.
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6. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에서 물체 A가 정지해 있는 물체 B를 향해 운동하고 있는 것이고, (나)는 벽면에 대한 A와 B의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ"인 이유는, 그림 (가)에서 물체 A가 물체 B를 향해 운동하고 있기 때문에 A와 B 사이의 거리는 시간이 지남에 따라 줄어들게 된다. 이에 따라 그림 (나)에서 A와 B의 위치도 시간이 지남에 따라 점점 가까워지는 것을 볼 수 있다. 따라서, 물체 A와 B 사이의 거리가 줄어들고 있으므로 마찰이 없는 수평면에서 A와 B의 상대운동은 등속운동이며, 이에 대한 설명으로 보기에서 "ㄱ"이 옳다. 또한, 그림 (나)에서 A와 B의 위치가 시간이 지남에 따라 점점 가까워지고 있으므로, A와 B는 서로 충돌하게 된다. 따라서, 이에 대한 설명으로 보기에서 "ㄴ"이 옳다.
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7. 그림과 같이 질량이 2m, m인 물체 A, B를 높이가 각각 H, 2H인 곳에서 가만히 놓았다.

지면에 도달하기 직전 A, B의 물질과 파장을 λA, λB라 할 때 λA : λB는? (단, 공기의 저항과 물체의 크기는 무시한다)[3점]

  1. 1:1
  2. 1:√2
  3. 1:2
  4. √2:1
  5. 2:1
(정답률: 알수없음)
  • A, B의 물질과 파장은 높이가 다르므로 서로 다르다. 그러나 물체의 질량과 지면에 도달하는 속도는 같으므로 운동에너지는 같다. 따라서 운동에너지 공식인 1/2mv^2에서 v는 A, B 모두 동일하다. 또한 파장과 진동수는 v와 관련이 있으므로 A, B의 파장 비율은 높이 비율의 제곱근과 같다. 따라서 λA : λB = 1 : √2 이다.
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8. 그림은 질량m인 물체를 용수철에 연결하여 원래 길이에서 놓았을 때 용수철의 최대로 늘어난 길이가 L인 것을 나타낸 것이다. 용수철이 L만큼 늘어나는 동안 탄성력이 물체에 한 일은 W이다.

다른 조건은 그대로 두고 물체의 질량을 2m으로 할 때 용수철이 최대로 늘어날 때까지 탄성력이 물체에 한일은? (단, 용수철의 질량 및 공기 저항은 무시하며 용수철은 탄성한계 내에서 변형된다)

  1. W
  2. 2W
  3. 3W
  4. 4W
  5. 5W
(정답률: 알수없음)
  • 용수철의 최대로 늘어난 길이는 물체의 무게와 용수철의 탄성계수에 비례하므로, 물체의 질량이 2배가 되면 최대로 늘어난 길이도 2배가 된다. 따라서 탄성력도 2배가 되므로, 답은 4W이다.
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9. 그림은 수평면 위에서 10m/s의 일정한 속도로 운동하던 수레 A가 O점을 통과하는 순간 O점으로부터 50m 떨어진 빗면 위에서 수레 B를 가만히 놓은 것을 나타낸 것이다. 빗면에서 A, B의 가속도의 크기는 2m/s2이다.

B를 놓은 후 A B가 충돌할때까지 A B의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은? (단, 수레의 크기 및 모든 마찰은 무시한다)[3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 모두 옳은 설명이다.

    - ㄱ: A와 B는 모두 수평 방향으로 등속운동을 하다가 충돌한다. 이는 A와 B가 서로에게 작용하는 힘이 없기 때문이다.
    - ㄴ: A와 B는 모두 수직 방향으로 등가속도 운동을 하며, 이 때 가속도의 크기는 2m/s^2이다. A는 O점을 지나가면서 수평 방향으로 등속운동을 하고 있기 때문에, 수직 방향으로는 등가속도 운동을 하게 된다. B는 처음부터 수직 방향으로 등가속도 운동을 하게 된다.
    - ㄷ: A와 B가 충돌할 때, A는 수평 방향으로 등속운동을 하고 있기 때문에, 충돌 이후에도 수평 방향으로 등속운동을 하게 된다. 하지만 B는 충돌 이후에는 수평 방향으로 운동하지 않고, A와 함께 수직 방향으로 등가속도 운동을 하게 된다. 이 때, A와 B는 서로에게 작용하는 힘이 있기 때문에, 운동 상태가 변하게 된다.
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10. 그림은 세 개의 열량계 속에 저항 A, B, C를 넣어 전압이 일정한 전원 장치에 연결한 것을 나타낸 것이다. 표는 A, B, C의 길이, 단면적, 비저항을 나타낸 것이다.

같은 시간 동안 세 열량계 속에서 발생된 열량이 같을 때, pA : pB : pC는? (단, 열량계와 열 손실과 온도에 따른 저항변화는 무시한다)[3점]

  1. 1:1:1
  2. 1:2:1
  3. 1:2:3
  4. 1:2:4
  5. 4:1:2
(정답률: 알수없음)
  • 열량은 전기 에너지로 변환되므로, 세 저항의 전기 에너지 소모량이 같으면 발생하는 열량도 같을 것이다. 따라서, pA : pB : pC는 각각의 저항에 비례할 것이다. 즉, 길이와 단면적이 모두 같은 A, B, C의 비저항이 같으므로, pA : pB : pC = 1:1:1이다.
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11. 도체 막대는 종이 면에 수직으로 들어가는 방향의 균일한 자기장 B가 있는 영역에 놓여 있다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유는, 도체 막대가 자기장 영역에 놓여 있을 때, 자기장에 의해 도체 막대에는 전류가 유도되어 전류가 흐르게 되고, 이 전류에 의해 도체 막대 주변에 자기장이 생성되어 자기장이 상쇄되는 영역이 생기기 때문입니다. 이 때, 도체 막대의 중심부에는 자기장이 상쇄되지 않아서 도체 막대에는 힘이 작용하게 되는데, 이 힘이 도체 막대를 자기장 방향으로 밀어내는 방향이 "ㄱ, ㄴ"입니다.
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12. 그림은 굵기를 무시할 수 있는 두 무한 직선 도선 A와 B가 각각 x축 상의 2m 4m 위치에서 y축에 평행하게 xy평면에 놓여 있는 모습을 나타낸 것이다. A에 +y방향으로 전류I가 흐른다.

0≤x≤6m인 x축 상에서 자기장의 세기가 0인 지점이 없을 때, B에 흐르는 전류의 방향과 세기로 적절한 것은?

  1. -y, 1/3 I
  2. -y, I
  3. +y, 1/3 I
  4. +y, I
  5. +y, 3I
(정답률: 알수없음)
  • A에 흐르는 전류 I는 x축 상의 모든 지점에서 자기장을 만들어내므로, B에 수직으로 위치한 점에서는 A에서 만들어지는 자기장의 세기가 최대가 된다. 따라서 B에서 자기장의 세기가 0이 되려면 A에서 만들어지는 자기장의 방향과 크기가 B에서 만들어지는 자기장의 방향과 크기와 정확히 반대여야 한다. A에서 만들어지는 자기장의 방향은 오른쪽을 보면서 엄지손가락을 I의 방향으로 휘었을 때 나타나는 엄지손가락의 방향이므로, B에서 만들어지는 자기장의 방향은 왼쪽을 보면서 엄지손가락을 I의 반대 방향으로 휘었을 때 나타나는 엄지손가락의 방향이다. 따라서 B에 흐르는 전류의 방향은 -y 방향이다. 또한, B에서 만들어지는 자기장의 크기는 A에서 만들어지는 자기장의 크기와 같아야 하므로, B에 흐르는 전류의 세기는 I이다. 따라서 정답은 "-y, I"이다.
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13. 그림과 같이 수평면에 대해 수직으로 고정된 구리판의 입구에서 자석을 가만히 놓았다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은? (단, 공기저항, 자석과 구리관 사이의 마찰, 지구 자기장은 무시한다)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"이 옳은 이유는 자석과 구리판 사이에 인덕션 현상이 발생하기 때문이다. 자석을 구리판에 가까이 대면 자석의 자기장이 구리판 내부에 전기장을 유발하게 되고, 이로 인해 구리판 내부에 전류가 흐르게 된다. 이 전류는 자석과 반대 방향으로 작용하여 자석을 끌어당기게 된다. 이러한 인덕션 현상으로 인해 자석은 구리판으로 떨어지게 된다. 따라서 "ㄱ"이 옳은 보기이다.
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14. 그림은 정격 전압과 정격 전력이 각각 220V-60W, 220V-50W인 전구 P, Q와 스위치 S를 220V의 전원 장치에 연결한 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 스위치 S가 닫혀있을 때 전구 P와 Q가 모두 켜지는 경우를 나타내고, "ㄴ"은 스위치 S가 열려있을 때 전구 P만 켜지는 경우를 나타낸다. 이는 전구 P와 Q의 정격 전력이 다르기 때문에 발생하는 현상으로, 전류의 크기는 저항과 전압에 비례하기 때문에 전류가 흐르는 전구의 저항이 작을수록 더 많은 전력을 소비하게 된다. 따라서 전구 P는 전류가 더 많이 흐르기 때문에 스위치 S가 닫혀있을 때 전원 장치의 전압에 따라 정격 전력인 60W를 발휘하고, 전구 Q는 전류가 적게 흐르기 때문에 스위치 S가 열려있을 때 전원 장치의 전압에 따라 정격 전력인 50W를 발휘하게 된다.
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15. 그림은 전구 A, B와 금속 막대를 전압이 일정한 전원 장치에 연결한 것을 나타낸 것으로 P, Q 는 도선과 금속 막대와의 접점이다.

Q를 P쪽으로 이동시킬 때 일어나는 현상에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.

    - ㄱ: Q를 P쪽으로 이동시키면 전구 A와 B 사이의 회로가 끊어지게 되어 전구 A와 B가 모두 꺼진다.
    - ㄷ: 금속 막대가 전기를 전달하는데에는 제한이 있기 때문에 Q를 P쪽으로 이동시키면 전구 A와 B 중에서 먼저 꺼지는 전구가 생긴다. 이는 금속 막대의 전기 저항이 전구 A와 B 중에서 더 큰 쪽으로 흐르기 때문이다.
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16. 그림 (가)는 수면 위의 P점을 일정한 시간 간격으로 두드려 발생시킨 수면과의 어느 순간 모습을 나타낸 것이다. 실선과 점선은 각각 마루와 골을 나타내고 인접한 마루와 마루 사이의 거리는 2m이다. 그림 (나)는 수면 위의 Q점에서 수면의 변위를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    ㄴ. 그림 (가)에서 P점에서 발생한 파동은 마루와 골 사이를 전파하고 있으며, 파동의 진폭은 마루와 골의 높이 차이와 같다. 따라서, 마루와 골의 높이 차이가 0.5m인 경우, 파동의 진폭도 0.5m이 된다.

    ㄷ. 그림 (나)에서 Q점에서 관찰되는 파동은 그림 (가)에서 P점에서 발생한 파동이 수면을 전파하면서 발생하는 파동이다. 따라서, 파동의 주기는 그림 (가)에서 P점에서 발생한 파동의 주기와 같으며, 주기는 4초이다. 또한, 파동의 진폭은 그림 (가)에서 P점에서 발생한 파동의 진폭과 같으며, 진폭은 0.5m이다.
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17. 다음은 광전 효과를 알아보기 위한 실험이다.

실험 결과에 대해 옳게 말한 학생만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 민수
  4. 철수, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중에서 정답은 "철수"이다. 이는 실험 결과에서 광전자가 발생한 위치를 보면 알 수 있다. 광전자가 발생한 위치는 금속판의 왼쪽 하단 부분이다. 이는 금속판에 빛이 닿아 전자가 발생하고, 이 전자들이 금속판 내부에서 이동하면서 전기적인 에너지를 가지고 있기 때문이다. 따라서, 이 실험에서는 광전 효과를 관찰하고, 광전자가 발생한 위치를 확인하는 것이 목적이었다.
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18. 그림은 공기 중에서 균일한 반원통 유리의 P점을 향해 파란색 빛을 입사시켰을 때, 빛이 지나간 경로를 나타낸 것이다. i, i', r은 각각 입사각, 반사각, 굴절각을 나타낸다.

동일한 조건에서 빨간색 빛을 입사시켰을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ"이다. 이유는 빨간색 빛의 파장이 파란색 빛보다 길기 때문에 굴절률이 더 큰 값을 가지게 되어 굴절각이 더 작아지기 때문이다. 따라서 빨간색 빛은 파란색 빛보다 더 많이 굴절되어 경로가 더욱 더 굽어지게 된다.
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19. 그림 (가)는 매질 A에서 진행하던 단색광이 P점으로 입사하여 두께가 같은 매질 B와 C를 차례로 지나 P와 Q점을 각각 지나는 법선의 중간 지점에서 A로 나오는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)에서 B, C의 두께만 변할 때 두 법선 사이의 거리가 x에서 y로 증가하는 것을 나타낸 것이다.

A, B, C의 굴절률 nA, nB, nC를 옳게 비교한 것은? (단, B와 C의 두께의 합은 일정하며 각 매질의 경계면은 서로 평행하다)[3점]

  1. nA > nB > nC
  2. nB > nA > nC
  3. nB > nC > nA
  4. nC > nB > nA
  5. nC > nA > nB
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (가)에서 매질 A에서 매질 B로 굴절할 때, 광선은 경계면에 수직으로 입사하므로 스넬의 법칙에 의해 $n_Asintheta_A=n_Bsintheta_B$가 성립한다. 마찬가지로 매질 B에서 매질 C로 굴절할 때도 $n_Bsintheta_B=n_Csintheta_C$가 성립한다. 그리고 그림 (가)에서 P와 Q는 각각 B와 C의 경계면과 수직이므로, P와 Q에서의 광선은 경계면을 따라 직진한다. 따라서 P와 Q에서의 법선 사이의 거리는 B와 C의 두께의 합과 같다. 이 거리가 x에서 y로 증가할 때, B와 C의 두께는 각각 y/2, x/2가 되므로, 스넬의 법칙에 의해 $sintheta_B/sintheta_C=y/x$가 성립한다. 이를 이용하여 $n_Asintheta_A=n_Bsintheta_B=n_Csintheta_C$를 정리하면 $n_Asintheta_A=n_B(y/x)sintheta_C=n_Csintheta_C$가 되고, 이를 다시 정리하면 $n_A/n_C=sintheta_C/sintheta_A=y/x$가 된다. 따라서 y>x일 때 $n_A>n_C$이다. 그리고 $n_B>n_A$인 이유는, 광선이 매질 A에서 B로 굴절할 때 광속이 느려지므로 굴절률이 큰 매질인 B에서는 광선의 굴절각이 작아진다. 마찬가지로 $n_C>n_B$인 이유는, 광선이 매질 B에서 C로 굴절할 때 광속이 다시 빨라지므로 굴절률이 작은 매질인 C에서는 광선의 굴절각이 커진다. 따라서 정답은 "nB > nC > nA"이다.
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20. 그림은 단일 슬릿 A와 이중 슬릿 B의 높이를 같게 한후 A에 단색광을 비췄더니 스크린에 간섭 무늬가 생기는 것을 나타낸 것이다. P는 B의 두 슬릿으로부터 같은 거리에 있는 지점으로 밝은 무늬가 나타났다. A와 B사이의 거리는 x이며, B와 스크린 사이의 거리는 L이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이는 이중 슬릿의 간격이 일정한 경우, 스크린에 나타나는 간섭 무늬의 간격이 일정하게 나타나기 때문이다. 이는 이중 슬릿 간격이 일정하므로, 각 슬릿에서 나오는 파동이 서로 상호 간섭하여 일정한 간격으로 밝은 무늬가 나타나는 것이다.
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