수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2010-09-02)

수능(물리I)
(2010-09-02 기출문제)

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1. 그림과 같이 철수는 기준선 P, 축구공은 기준선 Q를 동시에 통과하여, P, Q 사이의 기준선 R에서 만날 때까지 동일 직선 상에서 각각 일정한 속도로 운동하였다. P와 R 사이의 거리는 Q와 R 사이의 거리보다 작다.

철수와 축구공이 각각 P, Q를 통과하여 R에서 만날 때까지, 철수와 축구공의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 철수와 축구공의 크기는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄴ, ㄷ"가 옳다.

    - 철수와 축구공은 동일한 직선 상에서 운동한다.
    - P와 Q를 동시에 통과하므로, 축구공은 이미 P를 지나갔다.
    - P와 R 사이의 거리는 Q와 R 사이의 거리보다 작으므로, 축구공은 R에 도달하기 전에 이미 P와 만난다.
    - 따라서, 축구공은 P에서 R까지 직선으로 이동하고, 철수는 P에서 R까지 곡선으로 이동한다.
    - 이에 따라, 축구공은 철수보다 더 빠르게 R에 도달하게 된다.
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2. 그림은 동일 직선 상에서 운동하는 두 물체 A, B의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 인 이유는 다음과 같다.

    ㄱ. A와 B는 같은 속도로 운동하고 있다.
    - 그림에서 A와 B의 위치 변화가 일정한 것으로 보아, 두 물체는 같은 속도로 운동하고 있다.

    ㄴ. A와 B는 반대 방향으로 운동하고 있다.
    - 그림에서 A와 B의 위치 변화가 반대 방향으로 일어나고 있으므로, 두 물체는 반대 방향으로 운동하고 있다.

    ㄷ. A와 B의 초기 위치는 다르지만, 일정한 시간 간격으로 만난다.
    - 그림에서 A와 B의 위치 변화를 보면, 일정한 시간 간격으로 서로 만나는 것을 알 수 있다. 따라서 초기 위치는 다르지만, 일정한 시간 간격으로 만나는 것이다.
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3. 그림과 같이 용수철에 매달린 자석 A와 수평면에 놓인 자석 B가 N극과 S극이 서로 마주 보며 정지해 있다. A, B, 용수철은 동일한 연직선 상에 있다. A, B의 질량은 0.2 kg 으로 같고, 용수철이 A에 작용하는 힘의 크기는 3N이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B 사이에 작용하는 자기력 이외의 자기력은 무시하고, 중력 가속도는 10m/s2이다.)[3점]

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

    - 자석 A와 용수철 사이에 작용하는 힘은 자기력이다. 따라서 이 힘은 A와 용수철이 이루는 각도에 비례한다. 이 문제에서는 각도가 주어지지 않았으므로, 이 힘의 크기는 구할 수 없다.
    - 자석 A와 B 사이에 작용하는 자기력은 서로 반대 방향이다. 따라서 이 두 자석은 서로 밀어내려고 한다. 이 때, 자석 A가 용수철에 매달려 있으므로, 용수철은 A를 밀어내려고 하게 된다. 이 때, 용수철이 A를 밀어내려면, 용수철에 작용하는 힘이 A의 중력과 같아야 한다. 따라서 용수철에 작용하는 힘의 크기는 0.2kg × 10m/s2 = 2N이다.
    - 자석 B는 수평면에 놓여 있으므로, 중력과 같은 크기의 역방향 힘이 작용한다. 따라서 B는 수평면으로부터 위로 2N의 힘을 받는다.
    - 자석 A와 용수철 사이에 작용하는 힘은 A와 용수철이 이루는 각도에 비례한다. 따라서 이 각도가 작아지면, 이 힘의 크기도 작아진다. 이 때, A와 B 사이의 거리가 가까워지면, 이 각도는 작아지게 된다. 따라서 A와 B 사이의 거리가 가까워지면, 자석 A와 용수철 사이에 작용하는 힘의 크기도 작아지게 된다.
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4. 그림은 높이 H인 지점에 가만히 놓인 물체가 지면에 도달할 때까지 물체의 중력에 의한 위치 에너지 EP 와 운동 에너지 EK를 낙하 거리와 시간에 따라 나타낸 것이다. 물체가 지면에 도달할 때까지 걸린 시간은 T 이다.

이에 대해 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. 영희
  2. 민수
  3. 철수, 영희
  4. 철수, 민수
  5. 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 물체의 위치 에너지는 높이 H와 무게 m, 중력 가속도 g에 의해 EP = mgh로 결정된다. 운동 에너지는 물체의 속도와 질량에 의해 EK = (1/2)mv2로 결정된다. 낙하 거리가 증가할수록 물체의 속도는 증가하고, 따라서 운동 에너지도 증가한다. 그러나 물체의 위치 에너지는 변하지 않으므로, 운동 에너지가 증가할수록 위치 에너지는 감소한다. 따라서 그림에서 물체의 위치 에너지와 운동 에너지의 합은 항상 일정하다. T는 물체가 지면에 도달할 때까지 걸린 시간이므로, 그림에서 T는 낙하 거리와 속도에 따라 결정된다. 따라서, 낙하 거리와 속도가 같은 경우 T도 같다. 이에 따라, 낙하 거리와 속도가 같은 경우에는 물체의 위치 에너지와 운동 에너지의 합이 같으므로, 물체의 질량이나 높이와는 무관하게 T는 같다. 따라서, "철수, 영희"가 정답이다.
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5. 그림과 같이 물체 A를 마찰이 없는 경사면에 가만히 놓았더니 A 가 경사면을 내려와 정지해 있던 물체 B 와 충돌한 후, 한 덩어리가 되어 등속 운동을 하다가 마찰이 있는 수평면으로 들어가 정지하였다. A와 B의 질량은 같고, A, B와 마찰이 있는 수평면 사이의 운동 마찰 계수는 같고 일정하다.

A가 운동을 시작할 때부터 정지할 때까지 A와 B의 역학적 에너지의 합 E를 A의 이동 거리 s 에 따라 나타낸 그래프로 가장 적절한 것은? (단, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • A와 B의 역학적 에너지의 합 E는 운동 에너지와 위치 에너지의 합으로 나타낼 수 있다. A가 경사면을 내려오는 동안 위치 에너지는 감소하고 운동 에너지는 증가한다. A와 B가 충돌하면서 운동 에너지는 보존되지만, 위치 에너지는 감소한다. 이후 마찰이 있는 수평면을 따라 등속 운동을 하면서 운동 에너지는 일정하게 유지되고 위치 에너지는 감소한다. 따라서 A와 B의 역학적 에너지의 합 E는 s에 따라 일정한 기울기를 가지는 직선 그래프가 된다. 이 때, 마찰이 있는 수평면으로 들어가 정지할 때의 역학적 에너지의 합은 0이 된다. 따라서 가장 적절한 그래프는 ""이다.
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6. 그림 (가)는 질량이 50 kg 인 영희가 엘리베이터를 타고 정지 상태에서 출발하여 연직 방향으로 올라가는 것을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 엘리베이터가 영희에게 작용한 힘의 크기를 출발 순간부터 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 그림 (가)에서 영희가 엘리베이터에 탑승하면서 작용하는 힘은 중력과 같은 크기의 역방향 힘이 작용한다. 따라서 그림 (나)에서 처음에는 영희에게 작용하는 힘이 중력과 같은 크기의 역방향 힘이므로 그래프 상으로는 0 N이다. 이후에는 엘리베이터가 등속 가속도로 상승하면서 중력보다 큰 힘이 작용하므로 그래프 상으로는 양의 값이 나타난다. 그러나 엘리베이터가 일정한 속도로 상승하면서는 영희에게 작용하는 힘이 중력과 같은 크기가 되므로 그래프 상으로는 다시 0 N이 된다. 따라서 그림 (나)에서는 처음과 마지막에 0 N이 되는 지점이 있으므로 "ㄴ"이 정답이다.
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7. 그림 (가)는 원통형 저항체 A, B가 전원 장치에 직렬로 연결된 것을 나타낸 것이다. A와 B는 단면적이 같고, B의 길이는 A의 길이의 2배이다. 그림 (나)는 (가)에서 회로에 흐르는 전류의 세기에 따라 A, B에 걸리는 전압을 나타낸 것이다.

(가)에서 전원 장치의 전압이 10V일 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "ㄱ, ㄴ"

    - A와 B의 단면적이 같으므로, A와 B의 저항은 길이에 비례한다.
    - B의 길이는 A의 길이의 2배이므로, B의 저항은 A의 저항의 2배이다.
    - 따라서, 전압 분배 법칙에 따라 A와 B에 걸리는 전압은 전류의 비례에 따라 나누어진다.
    - 그림 (나)에서 전류가 작을 때는 A와 B에 걸리는 전압 차이가 크고, 전류가 커질수록 A와 B에 걸리는 전압 차이가 작아진다.
    - 따라서, (가)에서 전원 장치의 전압이 10V일 때, 전류가 작을 때는 B에 더 많은 전압이 걸리고, 전류가 커질수록 A와 B에 걸리는 전압 차이가 작아지므로 그림 (나)와 같은 그래프가 그려진다.
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8. 그림 (가)는 원통형 저항체 A, B가 전원 장치에 직렬로 연결된 것을 나타낸 것이다. A와 B는 단면적이 같고, B의 길이는 A의 길이의 2배이다. 그림 (나)는 (가)에서 회로에 흐르는 전류의 세기에 따라 A, B에 걸리는 전압을 나타낸 것이다.

A, B의 비저항을 각각 pA, pB라 할 때, pA : pB는? (단, A, B의 온도 변화는 무시한다.)

  1. 1：4
  2. 1：2
  3. 2：1
  4. 4：1
  5. 8：1
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (나)에서 A, B에 걸리는 전압은 각각 전압분배 법칙에 따라 전체 전압의 일정 비율로 나누어진다. 따라서 A, B의 비저항은 각각 전압과 전류의 관계식인 V=IR을 이용하여 구할 수 있다. A와 B의 단면적이 같으므로 저항은 길이에 반비례한다는 저항의 공식 R=ρL/A를 이용하여 pA : pB = RA : RB = (ρLA/A) : (ρLB/A) = LA : LB = 1 : 2 이다. 따라서 정답은 "8：1"이 된다.
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9. 그림과 같이 마찰이 없는 수평면에 정지해 있는 물체 C 위에 물체 A와 B를 올려놓고, A, B에 크기가 각각 3F, F인 힘을 서로 반대 방향으로 수평면과 나란하게 작용하였더니 A, B는 미끄러지지 않고 C와 함께 등가속도 운동을 하였다. C의 윗면은 수평면과 나란하며, A, B, C의 질량은 각각 m, m, 2m이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 것이다.

    물체 A와 B에 작용하는 힘의 크기는 각각 3F, F이고 방향은 반대 방향이므로, 두 힘의 합력은 2F이며 C와 A, B 시스템에 작용하는 외력은 이 합력인 2F이다. 따라서 C와 A, B 시스템은 외력이 없는 경우와 같은 등가속도 운동을 하게 된다.

    C와 A, B 시스템의 총 질량은 4m이므로, 등가속도 a는 외력 2F에 의해 다음과 같이 결정된다.

    2F = (4m)a

    a = F/2m

    따라서 A와 B에 작용하는 마찰력은 각각 F/2이며, 이는 물체 A와 B가 미끄러지지 않고 정지해 있는 것을 의미한다. 따라서 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 것이다.
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10. 다음은 솔레노이드 내부에서의 자기장의 세기와 방향을 알아보기 위해 민수가 수행한 실험이다.

<보기>에서 (A), (B)에 들어갈 구체적인 활동으로 가장 적절한 것은?(순서대로 A, B)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄱ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄷ, ㄱ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ, ㄷ"입니다.

    (A)에서는 전류를 흐르게 하여 솔레노이드 내부에 자기장을 생성합니다. 이때 전류의 방향에 따라 자기장의 방향이 결정됩니다. 오른손 법칙을 이용하면 전류의 방향에 따라 자기장의 방향을 예측할 수 있습니다.

    (B)에서는 자기장의 세기를 측정합니다. 이를 위해 자기장이 작용하는 힘을 이용하여 자기장의 세기를 구할 수 있습니다. 자기장이 작용하는 힘은 로렌츠 힘으로, 전하가 자기장 안에서 운동할 때 작용하는 힘입니다. 이를 이용하여 자기장의 세기를 측정할 수 있습니다.
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11. 그림은 xy평면에 놓인 직사각형 금속 고리 A, B, C가 xy 평면에 수직으로 들어가는 방향의 균일한 자기장 영역에서 운동하고 있는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. A는 -x방향으로 v, B는 +x방향 으로 2v, C는 -x방향으로 2v의 속도로 각각 운동한다. A와 B의 세로 길이는 같고 C의 세로 길이는 A의 세로 길이의 2 배이며, A, B, C의 저항값은 모두 같다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ"이다. 이유는 A와 C가 같은 방향으로 운동하고 있으므로 서로 반대 방향으로 전류가 흐르게 되어 자기장에서의 힘이 상쇄되어 속도가 일정하게 유지된다. 반면 B는 자기장과 수직으로 운동하고 있으므로 전류가 흐르지 않아 자기력에 의해 가속되어 속도가 증가한다. 따라서 A와 C는 등속운동을 하고, B는 가속운동을 한다.
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12. 그림은 동일한 전구 A, B, C, 저항값이 R 인 2 개의 저항, 스위치 S 가 전압이 일정한 전원 장치에 연결된 것을 나타낸 것이다. S가 닫혀 있을 때 A, B, C의 소비 전력은 모두 같다.

S가 열려 있을 때 A, B, C의 소비 전력 PA, PB, PC의 크기를 옳게 비교한 것은?[3점]

  1. PA > PB > PC
  2. PA > PC > PB
  3. PB > PA > PC
  4. PC > PA > PB
  5. PC > PB > PA
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "PC > PA > PB"

    S가 닫혀 있을 때 A, B, C의 소비 전력은 모두 같으므로, A, B, C의 전압은 모두 같다. 따라서, A, B, C의 전류는 저항값이 같으므로 모두 같다.

    S가 열려 있을 때, A와 B는 병렬로 연결되어 있으므로 전압은 같고, 전류는 각각 절반으로 감소한다. 따라서, A와 B의 소비 전력은 S가 닫혀 있을 때의 절반인 1/2PA와 1/2PB가 된다.

    C는 S와 직렬로 연결되어 있으므로 전압은 S가 열려 있을 때의 전원 전압과 같고, 전류는 S가 닫혀 있을 때와 같다. 따라서, C의 소비 전력은 S가 닫혀 있을 때와 같은 PC가 된다.

    따라서, PC > PA > PB이다.
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13. 그림은 연속적으로 발생하는 파동이 오른쪽으로 진행하는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. 매질 Ⅰ에서 파동의 파장과 진폭은 일정하며, 파동의 진행 속력은 매질 Ⅰ, Ⅱ에서 각각1m/s, 1.5m/s 이다.

이 순간으로부터 3 초가 지난 순간 이 파동의 모습으로 가장적절한 것은? (단, 매질의 경계면에서 파동의 반사는 무시한다.)[3점]

(정답률: 알수없음)
  • 파동의 진행 속력이 매질 Ⅰ에서 매질 Ⅱ로 바뀌면서 파동의 진폭이 변화하게 된다. 이는 파동의 진행 속력이 빠른 매질 Ⅱ에서는 파동의 진폭이 작아지기 때문이다. 따라서, 그림에서 파동의 진폭이 작아지는 부분은 매질 Ⅱ에서 발생한 것이다. 이에 따라, 보기 중에서 파동의 진폭이 작아지는 부분을 나타내는 것은 ""이다.
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14. 그림은 저항 R1,R2 저항값이 3Ω, 6Ω인 저항, 스위치 S, 전압계 A, B가 전압이 일정한 전원 장치에 연결된 것을 나타낸 것이다. S가 열려 있을 때 A의 전압은 B의 전압의 2 배이고, S가 닫혀 있을 때 A의 전압은 B의 전압의 1/2배이다.

회로에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - "ㄴ" : S가 열려 있을 때 A의 전압은 B의 전압의 2배이므로, A와 B 사이의 전압차는 2V이다. 따라서, A와 B 사이의 저항값인 R1과 R2의 합은 3+6=9Ω이다. 이에 따라, A와 B 사이의 전류는 I=V/R=2/9A이다.
    - "ㄷ" : S가 닫혀 있을 때 A의 전압은 B의 전압의 1/2배이므로, A와 B 사이의 전압차는 V/2이다. 이때, R1과 R2는 병렬 연결되어 있으므로 등가저항은 R1||R2=2Ω이다. 따라서, A와 B 사이의 전류는 I=V/R=V/(R1||R2)=V/2A이다.
    - "ㄱ, ㄴ" : 위에서 구한 것처럼, S가 열려 있을 때와 닫혀 있을 때 A와 B 사이의 전류는 각각 2/9A, V/2A이다. 이에 따라, S가 열려 있을 때와 닫혀 있을 때 A와 B 사이의 전압차는 각각 2V, V이므로, S가 열려 있을 때 A와 B 사이의 전압은 S가 닫혀 있을 때의 2배이다.
    - "ㄱ, ㄷ" : S가 열려 있을 때와 닫혀 있을 때 A와 B 사이의 전류는 각각 2/9A, V/2A이다. 이에 따라, S가 열려 있을 때와 닫혀 있을 때 A와 B 사이의 전압차는 각각 2V, V이므로, S가 열려 있을 때 A와 B 사이의 전압은 S가 닫혀 있을 때의 2배이다.
    - "ㄱ, ㄴ, ㄷ" : 위에서 구한 것처럼, S가 열려 있을 때와 닫혀 있을 때 A와 B 사이의 전류는 각각 2/9A, V/2A이다. 이에 따라, S가 열려 있을 때와 닫혀 있을 때 A와 B 사이의 전압차는 각각 2V, V이므로, S가 열려 있을 때 A와 B 사이의 전압은 S가 닫혀 있을 때의 2배이다.
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15. 그림은 두 파원 S1, S2 에서 진폭과 진동수가 같은 수면파를 같은 위상으로 발생시켰을 때 수면파가 중첩되어 생긴 간섭 무늬를 나타낸 것이다. 점 P, Q, R는 각각 S1, S2로부터 일정한 거리에 있는 세 지점이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ"이다. 이는 파동의 간섭에서 파동의 크기가 합쳐지는 현상인 강화 간섭이 일어나기 때문이다. P, Q, R 지점에서 파동이 만나면 파동의 크기가 합쳐져서 더 큰 진폭을 가지는 파동이 만들어진다. 이를 강화 간섭이라고 한다. 따라서, P, Q, R 지점에서는 더 큰 진폭을 가지는 파동이 만들어지므로 간섭 무늬가 더 진하게 나타난다.
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16. 그림은 파장이 다른 두 단색광 A, B가 각각 공기에서 프리즘을 향해 나란하게 입사하여 프리즘의 점 P에 도달하는 것을 나타낸 것이다. P 에서 A 의 입사각은 굴절각이 90˘ 가 되는 임계각이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • ㄱ. A의 파장이 B의 파장보다 짧다.
    ㄴ. A는 프리즘 내부에서 굴절되지 않고 완전 내부 반사를 일으킨다.

    ㄱ은 파장이 짧을수록 굴절률이 크기 때문에, A의 파장이 B의 파장보다 짧을 경우 A는 B보다 더 큰 각도로 굴절되어 더 멀리 이동하게 된다.

    ㄴ은 A의 입사각이 임계각보다 작기 때문에 A는 프리즘 내부에서 굴절되어 나가야 하지만, 임계각 이상으로 입사할 경우 완전 내부 반사를 일으켜 프리즘 내부를 이동하게 된다. 따라서 A는 완전 내부 반사를 일으키기 때문에 P에서 굴절되지 않고 그대로 직진하게 된다.
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17. 그림은 금속판 A, B에 각각 단색광을 비추었을 때, 단색광의 진동수에 따른 광전자의 최대 운동 에너지를 나타낸 것이다. 표는 진공에서 단색광 P, Q의 파장을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 진공에서 빛의 속력은 3*10⁸ m/s 이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ"이다. 이유는 금속판 A와 B에서 각각 단색광을 비추었을 때, 광전자의 최대 운동 에너지가 다르기 때문이다. 금속판 A에서는 파장이 짧은 단색광 P에 대해 광전자의 최대 운동 에너지가 더 크고, 금속판 B에서는 파장이 긴 단색광 Q에 대해 광전자의 최대 운동 에너지가 더 크다. 이는 광전자의 최대 운동 에너지가 광의 진동수와 비례하기 때문이다. 따라서, 금속판 A와 B는 서로 다른 재질로 만들어져 있거나, 서로 다른 구조를 가지고 있을 가능성이 있다.
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18. 그림은 속력 v인 전자들이 간격이 d인 이중 슬릿을 통과하여 이중 슬릿으로부터 거리 l 만큼 떨어진 사진 건판에 간섭 무늬를 만드는 것을 나타낸 것이다. 이때 사진 건판에 나타난 이웃한 밝은 무늬 사이의 간격은 x0 이다

표는 그림에서 전자의 속력, 이중 슬릿 간격, 이중 슬릿으로부터 사진 건판까지의 거리를 A, B, C의 조건으로 변화시켰을 때, 이웃한 밝은 무늬 사이의 간격을 나타낸 것이다.

xA, xB, xC의 크기를 옳게 비교한 것은? [3점]

  1. xA > xB > xC
  2. xA = xB > xC
  3. xA = xC > xB
  4. xB > xA = xC
  5. xC > xB > xA
(정답률: 알수없음)
  • xA > xB > xC 이다.

    간격 x는 빛의 파장과 이중 슬릿 간격, 그리고 이중 슬릿으로부터 거리에 의해 결정된다. 따라서 A, B, C 조건에서 파장은 일정하므로 x는 이중 슬릿 간격과 거리에만 영향을 받는다.

    A 조건에서 이중 슬릿 간격이 가장 작고 거리가 가장 크므로 xA가 가장 크다.

    C 조건에서 이중 슬릿 간격이 가장 크고 거리가 가장 작으므로 xC가 가장 작다.

    따라서 xA > xB > xC이다.
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19. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에서 물체 A, B는 오른쪽으로, 물체 C는 왼쪽으로 동일 직선 상에서 각각 등속 운동을 하는 것을 나타낸 것이다. 0 초일 때, A와 B 사이의 거리는 10m이고 B의 속력은 4m/s 이다. A, B, C의 질량은 각각 1kg, 2kg, 5kg이다. 그림 (나)는 B와 C 사이의 거리 x를 시간 t 에 따라 나타낸 것이다. 2 초일 때 B와 C가 충돌하고, 5 초일 때 A와 B가 충돌한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 물체의 크기는 무시한다.)

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

    - "ㄱ" : B와 C가 충돌할 때, 운동량 보존 법칙에 따라 B와 C의 운동량의 합은 일정하므로, B와 C가 충돌하기 전의 B의 운동량은 B와 C가 충돌한 후의 B의 운동량과 같다. 따라서, B와 C가 충돌하기 전의 B의 속력은 2m/s이다.
    - "ㄴ" : B와 C가 충돌한 후, B와 C는 하나의 물체로 합체되어 운동하게 된다. 이 때, 합체된 물체의 질량은 7kg이 되고, 운동량 보존 법칙에 따라 합체된 물체의 속력은 B와 C가 충돌하기 전의 C의 속력과 같다. 따라서, B와 C가 충돌한 후의 속력은 1m/s이다.
    - "ㄷ" : A와 B가 충돌할 때, 운동량 보존 법칙에 따라 A와 B가 충돌하기 전의 A의 운동량은 A와 B가 충돌한 후의 A의 운동량과 같다. 따라서, A와 B가 충돌한 후의 A의 속력은 3m/s이다.
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20. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에서 물체 A가 정지해 있는 물체 B 를 향해 등속 직선 운동을 하는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 A, B가 마찰이 있는 수평면에 들어가 정지할 때까지 시간에 따른 A, B의 운동량을 나타낸 것이다. A와 B는 1초일 때 충돌하며 동일 직선 상에서 운동한다.

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

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

    - "ㄱ" : A와 B가 충돌하면서 운동량 보존 법칙에 따라 A의 운동량은 B로, B의 운동량은 A로 전달된다. 따라서 A의 운동량은 감소하고, B의 운동량은 증가한다.
    - "ㄷ" : 마찰력이 작용하면서 A와 B의 운동량이 점차 감소하다가, 마침내 둘 다 정지하게 된다. 이때 A와 B의 운동량 합은 0이 되어야 하므로, A와 B의 운동량 변화량은 서로 같다.
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