수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2010-10-12)

수능(물리I)
(2010-10-12 기출문제)

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1. 그림은 일정한 속력 v로 운동하는 영희가 기준선 O를 지나는 순간 기준선 P에 정지해 있던 철수가 등가속도 운동을 하여 기준선 Q를 영희와 동시에 지나가는 모습을 나타낸 것이다. P, O, Q는 서로 평행하고, P ~ O와 O ~ Q의 거리는 L로 서로 같다.

철수의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 영희와 철수는 평행한 직선 경로를 따라 운동하며 영희와 철수의 크기는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"은 영희와 철수가 서로 만나는 지점에서 철수의 속력이 0이 되어야 한다는 것이다. 이는 등가속도 운동에서 처음과 끝의 속력이 같아야 한다는 기본 원리에 따른 것이다.

    "ㄷ"는 철수가 영희를 추월하고 지나가는 지점에서의 철수의 속력이 영희의 속력보다 커야 한다는 것이다. 이는 영희와 철수가 같은 속력으로 운동하다가 철수가 추월하기 시작하면서 철수의 속력이 영희의 속력보다 커지기 때문이다.

    "ㄱ, ㄴ"은 위의 두 조건을 모두 만족해야 하기 때문에 옳은 보기이다.

    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.
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2. 그림 (가)는 수평면 위에 놓인 상자 바닥에 용수철을 연결하고 인형을 올려놓았더니 인형이 정지한 모습을 나타낸 것이다. 그 림 (나)는 (가)에서 인형을 눌러 뚜껑을 덮어 놓은 모습을 나타낸 것이다.

(나)에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 인형과 용수철은 연직선 상에 있고, 용수철의 질량은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다. 이유는 (가)에서 인형이 놓인 위치에서 용수철이 수평선과 이루는 각도가 90도가 아니기 때문에 용수철에 작용하는 중력과 수직방향의 반력이 서로 상쇄되지 않고 인형을 지지하게 된다. 하지만 (나)에서 인형을 눌러 뚜껑을 덮으면 인형과 뚜껑이 함께 용수철을 눌러 수평선과 90도를 이루게 되어 용수철에 작용하는 중력과 수직방향의 반력이 서로 상쇄되어 용수철이 더 이상 인형을 지지하지 않게 된다. 따라서 인형은 뚜껑 위에서 떨어지게 된다.
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3. 그림은 질량 m인 공을 빗면에 가만히 놓았을 때 공이 빗면을 따라 직선 운동하여 빗면에 고정된 용수철을 최대로 압축한 모습을 나타낸 것이다. 이때 용수철은 원래 길이보다 s만큼 줄어들었고, 공의 높이는 처음 높이와 h만큼 차이가 났다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른것은? (단, 중력 가속도는 g이고, 용수철의 질량과 모든 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"이 옳은 이유는 다음과 같다.

    빗면에 놓인 공은 용수철을 통해 빗면에 작용하는 역력과 중력이 평형을 이루어야 한다. 따라서 공의 무게인 mg와 용수철이 받는 힘인 Fs는 크기가 같고 반대 방향을 가진다. 이때 용수철이 받는 힘 Fs는 용수철의 길이가 s만큼 줄어들었기 때문에 kx 형태의 힘으로 나타낼 수 있다. 여기서 k는 용수철의 탄성계수이고, x는 용수철의 길이 변화량이다. 따라서 Fs = kx가 성립한다.

    또한, 공이 빗면을 따라 직선 운동하므로 운동에너지와 위치에너지의 합은 일정하다. 따라서 공의 높이가 h만큼 변하면 운동에너지는 mgh만큼 감소하고 위치에너지는 kx^2/2만큼 증가한다.

    이를 종합하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.

    mg = kx
    mgh = kx^2/2

    위 식을 풀면 x = 2gh/k, mg = kx = 2mgh/k 이다. 따라서 k = 2mg/h^2이다.

    이제 용수철이 받는 최대 힘을 구해보자. 최대 힘은 용수철의 길이가 가장 짧을 때 발생한다. 이때 용수철의 길이는 원래 길이에서 s만큼 줄어들어 l - s가 된다. 따라서 x = l - s - l0, 여기서 l0은 용수철의 원래 길이이다. 이를 위에서 구한 k에 대입하면 Fs = kx = 2mg(l - s - l0)/h^2이 된다.

    따라서 보기 중 "ㄱ"이 옳다.
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4. 그림은 기중기가 질량 100kg인 물체를 연직 위 방향으로 들어 올리는 모습을 나타낸 것이다. 그래프는 물체의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

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

    - ㄱ. t=0s에서 물체의 가속도는 10m/s2이다.
    - 그래프에서 t=0s에서 물체의 기울기는 10m/s2이므로, 물체의 가속도는 10m/s2이다.
    - ㄴ. 물체가 일정한 속도로 상승하는 구간에서는 가속도가 0이다.
    - 그래프에서 0~2s 구간에서 물체의 속도가 일정하므로, 가속도는 0이다.
    - ㄷ. t=4s에서 물체의 속도는 20m/s이다.
    - 그래프에서 t=4s에서 물체의 속도는 20m/s이다.
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5. 그림은 수평면에 쌓아 놓은 직육면체 모양의 물체 A, B에 각각 크기가 F, 3F인 힘이 수평면과 나란하게 같은 방향으로 동시에 작용하는 모습을 나타낸 것이다. 이때 A, B는 모두 움직이지 않았고, A, B의 질량은 각각 m, 2m이다.

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)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.

    ① A, B의 가속도는 모두 0이다.
    ② A, B의 마찰력은 모두 0이다.
    ③ A, B의 중력은 모두 mg, 2mg이다.
    ④ A, B에 작용하는 힘의 크기는 모두 F이다.
    ⑤ A, B에 작용하는 힘의 방향은 모두 수평 방향이다.

    ①은 정확하다. A, B가 정지해 있으므로 가속도는 0이다.
    ②는 부정확하다. A, B가 정지해 있으므로 마찰력은 없지만, 마찰력이 작용한다면 A, B가 움직일 것이다.
    ③은 정확하다. A의 질량은 m이므로 중력은 mg이고, B의 질량은 2m이므로 중력은 2mg이다.
    ④는 정확하다. 문제에서 주어진 그림에서 작용하는 힘의 크기는 모두 F이다.
    ⑤은 정확하다. 문제에서 주어진 그림에서 작용하는 힘의 방향은 모두 수평 방향이다.

    따라서, A, B에 작용하는 힘이 모두 F이고, A, B의 가속도는 모두 0이므로 A, B는 정지해 있다. 또한, A, B의 중력은 각각 mg, 2mg이므로 B에 작용하는 중력이 더 크기 때문에 B가 A보다 더 무거워 보인다.
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6. 그림은 수평면에서 점 P에 정지해 있는 물체를 일정한 힘F로 당기는 모습을 나타낸 것이다. 물체는 P에서 점 R까지 등가속도 직선 운동을 한다. P ~ Q와 Q ~ R의 거리는 L로 서로 같다.

물체가 P에서 Q까지 운동하는 동안 받은 충격량의 크기를 I1 Q에서 R까지 운동하는 동안 받은 충격량의 크기를 I2라 할 때, I2/I1는? (단, 물체의 크기는 무시한다.)

  1. 1
  2. 2
  3. √2-1
  4. 2-√2
  5. √2+1
(정답률: 알수없음)
  • 등가속도 직선 운동에서 가속도 a, 시간 t, 이동거리 x는 다음과 같은 관계가 있다.
    x = 1/2at^2
    v = at
    x = vt/2

    P에서 Q까지의 이동거리는 L/2이고, Q에서 R까지의 이동거리도 L/2이다. 따라서 물체가 받는 충격량은 P에서 Q까지의 이동과 Q에서 R까지의 이동에서 각각 계산할 수 있다.

    I1 = FΔt1 = F(2t1) = 2Ft1
    t1 = √(2L/a) (등가속도 직선 운동에서 이동거리와 가속도를 이용해 시간을 구할 수 있다.)
    I1 = 2F√(2L/a)

    I2 = FΔt2 = F(2t2) = 2Ft2
    t2 = √(L/a)
    I2 = 2F√(L/a)

    따라서 I2/I1 = (√(L/a))/(√(2L/a)) = √(L/2L) = √(1/2) = √2/2 - √2/2 = √2-1

    따라서 정답은 "√2-1"이다.
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7. 그림은 마찰이 없는 수평면에서 운동량의 크기가 p인 물체 A가 정지해 있는 물체 B에 충돌한 후 한 덩어리가 되어 운동하는 모습을 나타낸 것이고, 그래프는 충돌 전후 A와 B의 운동 에너지의 합을 시간에 따라 나타낸 것이다.

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)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.

    - "ㄱ"은 충돌 전후 운동 에너지의 합이 일정하다는 보존 에너지의 법칙에 따라, 충돌 전의 운동 에너지가 충돌 후의 운동 에너지로 전환되었기 때문이다.
    - "ㄴ"은 충돌 시 운동량 보존 법칙에 따라, A와 B의 운동량의 합은 충돌 전후로 일정하다. 따라서 A가 정지하고 B가 운동하게 되는 것이 가능하다.
    - "ㄷ"는 충돌 시 A와 B가 한 덩어리가 되어 운동하므로, 충돌 후의 운동 에너지는 충돌 전보다 작아진다. 이는 운동 에너지가 열 에너지로 전환되었기 때문이다.
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8. 그림은 마찰이 없는 놀이 기구에서 높이가 h인 점 A에 정지해 있던 철수가 미끄러져 내려오는 모습을 나타낸 것이다. 철수는 점 B를 지나 수평면을 따라 운동하다가 점 C에서 정지하였다. 수평면은 높이가 h/2이고, BC 구간에만 마찰이 있다.

철수의 처음 높이를 2h로 할 때 점 D에서 철수의 속력은? (단, 중력 가속도는 g이고, 공기 저항과 철수의 크기는 무시한다.)

(정답률: 알수없음)
  • 철수가 점 A에서 떨어지면서 받는 운동 에너지는 mgh이다. 이 운동 에너지는 수평면을 따라 운동하면서 마찰력과 일을 하게 된다. 이때 일의 양은 마찰력과 수평방향의 이동거리인 BC 구간의 길이인 L에 의해 결정된다. 따라서 마찰력의 크기는 일의 양을 이동거리로 나눈 것으로 구할 수 있다. 마찰력의 크기는 mg/2이므로, 이에 따라 BC 구간에서 철수가 받는 마찰력의 일은 mgL/2이다. 이 일은 철수의 운동 에너지를 감소시키므로, 철수가 BC 구간을 지날 때의 속력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    mgh = (1/2)mv^2 + mgL/2

    여기서 v는 BC 구간에서의 속력이다. 이를 정리하면,

    v = sqrt(2gh - gL)

    따라서, 점 D에서의 속력은 BC 구간의 길이가 h/2이므로 L = h/2이다. 이를 대입하면,

    v = sqrt(2gh - gh/2) = sqrt(3gh/2)

    따라서 정답은 ""이다.
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9. 그림은 같은 양의 물이 들어 있는 열량계 A, B, C를 전압이 일정한 전원 장치에 연결한 모습을 나타낸 것이다. A, B, C에 들어 있는 저항은 각각 R1 R2, R3이다. 그래프는 스위치를 닫은 후 A, B, C의 물의 온도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

R1 R2에 흐르는 전류의 세기를 각각 I1, I2라 할 때, I1 :I2는? (단, 온도에 따른 저항의 변화는 무시하며, 저항에서 소비된 전기 에너지는 모두 물의 온도를 높이는 데 쓰였다.) [3점]

  1. 1 : 1
  2. 2 : 3
  3. 3 : 4
  4. 5 : 8
  5. 8 : 5
(정답률: 알수없음)
  • 열량계 A, B, C는 모두 같은 전원 장치에 연결되어 있으므로, 전원 장치에서 공급되는 전력은 모두 같다. 따라서, A, B, C에서 소비되는 전력도 모두 같다. 전력은 전압과 전류의 곱으로 나타낼 수 있으므로, A, B, C에서 소비되는 전력은 각각 V1I1, V2I2, V3I3으로 나타낼 수 있다. 여기서 V1=V2=V3이므로, I1 : I2 = I2 : I3이다. 그리고 그래프에서 A, B, C의 온도 변화가 동일하게 일어나므로, I2 = (I1 + I3)/2 이다. 따라서, I1 : I2 = 1 : 1 이다.
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10. 그림과 같이 공기 중의 점 P에서 유리판 위의 점 O를 향해 레이저 빛을 비추었더니 빛은 유리판을 통과한 후 스크린 위의 점 Q에 도달하였다. 법선과 P 사이의 거리 a는 법선과 Q 사이의 거리 b보다 크며, O ~ P의 거리와 O ~ Q의 거리는 서로 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 옳은 것은 "ㄴ"입니다.

    유리판은 빛의 굴절로 인해 법선과 다른 각도로 이동하게 됩니다. 이 때, 빛의 속도는 유리판 내부에서 느려지게 되므로, 유리판을 통과한 빛은 법선과 같은 각도로 이동하지 않고, 법선보다 더 위쪽으로 이동하게 됩니다. 따라서, 법선과 P 사이의 거리 a는 법선과 Q 사이의 거리 b보다 크게 됩니다.
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11. 그림과 같이 균일한 자기장이 형성된 수평면 위에 동일한 2개의 금속 레일을 나란하게 놓고 그 위에 사각 기둥 모양의 금속막대를 가만히 올려놓은 후, 전류계와 전원 장치를 연결하였다. 자기장은 세기가 B이고 수평면에 수직으로 들어가는 방향이다. 금속 막대의 질량은 m이고, 금속 레일 사이의 거리는 L이다. 전원 장치의 전압을 증가시켜 전류계에 흐르는 전류의 세기가 I가 되는 순간 금속 막대가 움직이기 시작하였다.

금속 막대와 금속 레일 사이의 정지 마찰 계수는? (단, 중력가속도는 g이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 금속 막대가 움직이기 시작하면서 작용하는 힘은 전류가 흐르는 금속 막대와 자기장 사이의 로렌츠 힘이다. 이 때, 로렌츠 힘은 전류의 세기, 자기장의 세기, 금속 막대의 길이, 속도 등에 영향을 받는데, 이 문제에서는 전류의 세기와 금속 막대의 질량만 주어졌다. 따라서, 로렌츠 힘을 구하기 위해서는 전류와 자기장 사이의 각도를 알아야 한다. 이 각도는 금속 막대가 움직이기 시작할 때, 로렌츠 힘이 정지 마찰력과 같아지는 순간에 최대가 된다. 이 때, 로렌츠 힘과 정지 마찰력이 같아지므로, 정지 마찰력을 구하면 된다. 따라서, 금속 막대가 움직이기 시작하는 순간의 각도를 구하고, 이를 이용하여 정지 마찰력을 구할 수 있다.

    금속 막대가 움직이기 시작하는 순간, 로렌츠 힘과 정지 마찰력이 같아지므로, 다음 식이 성립한다.

    $F_f = F_L$

    여기서, $F_f$는 정지 마찰력, $F_L$는 로렌츠 힘이다. 로렌츠 힘은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $F_L = BIL$

    여기서, $B$는 자기장의 세기, $I$는 전류의 세기, $L$은 금속 막대의 길이이다. 따라서, 금속 막대가 움직이기 시작하는 순간의 각도 $theta$는 다음과 같다.

    $theta = arctan{frac{F_f}{F_L}} = arctan{frac{mu_s mg}{BIL}}$

    여기서, $mu_s$는 정지 마찰 계수이다. 따라서, 정지 마찰력은 다음과 같다.

    $F_f = mu_s mg$

    따라서, 위의 두 식을 결합하면 다음과 같다.

    $mu_s = frac{BIL tan{theta}}{mg}$

    따라서, 정답은 ""이다.
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12. 그림은 기타에서 길이가 같은 기타 줄 A와 B를 나타낸 것이다. A와 B를 튕겼더니 모두 배가 1개인 정상파를 이루었고, B에서보다 A에서 낮은 소리가 발생하였다.

A, B에서 발생한 횡파에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    A와 B는 같은 길이의 줄이므로 진동수가 같다. 그러나 B에서 낮은 소리가 발생한 이유는 B의 줄이 더 높은 밀도를 가지고 있기 때문이다. 밀도가 높은 물질은 진동할 때 에너지 손실이 적기 때문에 소리가 더 크게 전달된다. 따라서 B의 줄이 더 높은 밀도를 가지고 있기 때문에 A보다 더 큰 소리가 발생하지만, 진동수는 같기 때문에 횡파의 주기는 같다.
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13. 그림은 파장이 λ인 수면파가 진행하다가 좁은 틈 사이를 통과하는 모습을 나타낸 것이다. 실선은 수면파의 마루이다.

수면파의 진행을 호이겐스의 원리로 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 민수
  4. 철수, 영희
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 호이겐스의 원리는 파동이 좁은 틈을 통과할 때 파장이 커지고 진폭이 작아지는 현상을 설명한다. 따라서, 수면파가 좁은 틈을 통과할 때 파장이 커지고 진폭이 작아지므로 "철수, 영희"가 정답이다. "민수"는 언급되지 않았으므로 오답이고, "철수, 영희, 민수"는 민수까지 포함되어 있으므로 불필요한 정보가 포함되어 있어 오답이다.
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14. 그림 (가)는 질량이 m이고 굵기가 일정하며 한 변의 길이가 L인 정사각형 모양의 금속 고리를 나타낸 것이다. 고리 위의 두점 a와 b 사이의 저항값을 측정하였더니 R이었다. 그림 (나)는 이 금속 고리가 연직 방향으로 낙하하여 균일한 자기장 영역으로 들어가는 모습을 나타낸 것이다. 자기장은 세기가 B이고 금속 고리가 이루는 면에 수직으로 들어가는 방향이다. 금속 고리가 자기장 영역의 경계면을 통과하는 동안 금속 고리의 속력은 v로 일정하였다.

B는? (단, 중력 가속도는 g이고, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 자기장에 의해 금속 고리에 작용하는 로렌츠 힘은 F = qvB이다. 여기서 q는 전하량이고, v는 속력, B는 자기장 세기이다. 금속 고리는 전하가 없으므로 q=0이다. 따라서 F=0이 되어 자기장에 의한 힘이 없다. 따라서 B는 0이다. 정답은 ""이다.
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15. 그림은 수심이 얕은 영역 Ⅰ에서 진행하던 파장 4m인 수면파가 수심이 깊은 영역 Ⅱ로 들어가는 순간을 나타낸 것이다. 영역Ⅰ과 Ⅱ에서 수면파의 전파 속력은 각각 1m/s와 1.5m/s이다. 점 P는 영역 Ⅰ과 Ⅱ의 경계면에서 3m 떨어진 수면 위의 점이다.

이 순간부터 P의 변위를 시간에 따라 나타낸 것으로 가장 적절한 것은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 수면파가 영역 Ⅱ로 들어가면서 전파 속력이 증가하므로 파장이 짧아지고 진동수가 증가한다. 이에 따라 파장의 주기는 감소하고, 주기당 변위는 일정하므로 P의 변위는 시간이 지남에 따라 증가한다. 따라서 정답은 ""이다.

    - "": 파장의 짧아짐으로 인해 주기당 변위가 감소하는 것은 맞지만, 전파 속력이 증가하므로 변위의 증가율이 더 높아진다.
    - "": 파장의 짧아짐으로 인해 주기당 변위가 감소하는 것은 맞지만, 전파 속력이 증가하므로 변위의 증가율이 더 높아진다.
    - "": 파장의 짧아짐으로 인해 주기당 변위가 감소하는 것은 맞지만, 전파 속력이 증가하므로 변위의 증가율이 더 높아진다.
    - "": 파장의 짧아짐으로 인해 주기당 변위가 감소하는 것은 맞지만, 전파 속력이 증가하므로 변위의 증가율이 더 높아진다. 또한, 파장의 짧아짐으로 인해 진폭이 감소할 수 있지만, 문제에서는 진폭에 대한 정보가 주어지지 않았으므로 가정할 수 없다.
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16. 그림은 원기둥 모양의 금속 막대 A, B, C와 스위치, 전류계를 전압이 일정한 전원 장치에 연결한 모습을 나타낸 것이다. 전류계에 흐르는 전류는 스위치를 a에 연결했을 때가 b에 연결했을 때의 2배이다. 표는 A, B, C의 비저항, 길이, 단면적을 나타낸 것이다.

p1 : p2는? [3점]

  1. 1 : 3
  2. 2 : 1
  3. 2 : 3
  4. 3 : 1
  5. 3 : 4
(정답률: 알수없음)
  • 전류계에 흐르는 전류는 스위치를 a에 연결했을 때가 b에 연결했을 때의 2배이므로, A, B, C를 연결하는 회로는 병렬회로이다. 병렬회로에서는 전압이 일정하므로, 각 막대의 전압은 동일하다. 따라서, 전압은 길이와 비례하고, 비저항과 반비례한다. 따라서, A, B, C의 길이와 비저항을 고려하여 계산하면, p1 : p2 = 2 : 1 이다.
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17. 그림은 광전관 내의 금속판에 파장 400nm인 빛을 비추는 모습을 나타낸 것이다. 이때 전류계에 전류가 흘렀다.

다음은 금속판에서 튀어나오는 전자에 대해 철수, 영희, 민수가 대화한 내용이다.

옳게 말한 사람만을 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. 철수
  2. 민수
  3. 철수, 영희
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "민수"이다.

    철수의 말은 틀렸다. 광전효과는 빛의 강도가 아니라 빛의 주파수(파장)에 따라 전자를 방출시키는 현상이다.

    영희의 말도 틀렸다. 광전효과에서 전자의 운동에너지는 빛의 강도가 아니라 빛의 주파수에 비례한다.

    민수의 말이 옳다. 광전효과에서는 빛의 주파수가 일정 이상이어야 전자가 방출된다. 이 최소 주파수를 임계 주파수라고 하며, 이를 넘어서는 주파수의 빛을 사용하면 전자가 방출된다. 따라서 파장이 짧은 빛일수록 높은 주파수를 가지므로, 파장이 400nm인 빛은 높은 주파수를 가지고 있어서 전자를 방출시킬 수 있다.
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18. 그림은 질량이 서로 다른 입자 A, B, C를 바꾸어 가며 금속박에 입사시켰을 때 얻은 회절 무늬 중 하나를 나타낸 것이고, 표는 A, B, C의 운동 에너지와 속력을 나타낸 것이다.

회절 무늬의 폭이 크게 얻어지는 입자부터 바르게 나열한 것은?

  1. A - B - C
  2. A - C - B
  3. B - A - C
  4. B - C - A
  5. C - A - B
(정답률: 알수없음)
  • 회절 무늬의 폭이 크게 얻어지는 입자는 브래그의 법칙에 따라서 결정된다. 브래그의 법칙은 d sin θ = nλ로 표현되며, 여기서 d는 결정격자 상에서 입자가 흡수되는 거리, θ는 회절각, n은 회절계수, λ는 빛의 파장이다. 따라서, 회절 무늬의 폭이 크게 나타나기 위해서는 d sin θ 값이 큰 입자가 먼저 나열되어야 한다.

    표를 보면, 입자 B의 운동 에너지와 속력이 가장 크다. 따라서, B 입자가 가장 먼저 나열되어야 한다. 그 다음으로는 C 입자가 나와야 하며, 마지막으로 A 입자가 나와야 한다. 따라서, 정답은 "B - C - A"이다.
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19. 그림은 균일한 자기장 영역에서 직선 도선이 종이면에 고정되어 있는 모습을 나타낸 것이다. 자기장의 세기는 B이고 방향은 종이면에 수직으로 들어가는 방향이며, 점 a, b는 도선으로부터 같은 거리에 있는 종이면 위의 점이다. 도선에 흐르는 전류의 세기가 I일 때 a에서 자기장의 세기는 0이다.

도선에 흐르는 전류의 방향은 그대로 유지하면서 세기를 2I로 바꾸었을 때의 자기장에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"은 옳은 설명이다. 전류가 2배가 되면 자기장의 세기도 2배가 되므로, 도선에서의 자기장 세기는 2B가 된다. 그러므로 a에서의 자기장 세기는 B와 2B가 만나는 중간인 1.5B가 된다. 따라서 "ㄴ"이 옳은 설명이다.
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20. 그림은 속력 5m/s인 2개의 수면파가 수면 위의 점 P를 향하여 접근하는 순간의 모습을 나타낸 것이다. 왼쪽 수면파의 진폭은 1m이고, 오른쪽 수면파의 진폭은 2m이다.

수면 위의 두 점 P, Q의 변위에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

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

    - 점 P: 두 수면파가 동시에 만나서 상승하는 순간이므로, 두 수면파의 변위가 합쳐져서 최대값인 3m가 된다. 따라서 "ㄱ"이 옳다.
    - 점 Q: 두 수면파의 진폭이 다르므로, 서로 상쇄되어서 변위가 0이 되는 순간이 있다. 이때의 변위는 두 진폭의 차이인 1m이다. 따라서 "ㄴ"과 "ㄷ"가 모두 옳다.
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