수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2011-11-10)

수능(물리I) 2011-11-10 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(물리I) 2011-11-10 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(물리I)
(2011-11-10 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림 (가)는 철수가 점 P에 있던 공을 차서 공이 벽에 부딪쳐 되돌아오는 모습을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 공이 운동하기 시작한 순간부터 공의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공은 벽과 수직인 동일 직선상에서 운동하며, 공의 크기는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 위치-시간 그래프의 해석을 통해 운동 상태를 분석합니다.
    그래프의 정점인 1초일 때 위치가 $4\text{m}$에서 다시 감소하므로 벽에 부딪혀 운동 방향이 바뀝니다.
    최대 위치가 $4\text{m}$이므로 P와 벽 사이의 거리는 $4\text{m}$입니다.

    오답 노트
    2초일 때 위치는 $2\text{m}$이므로, 위치가 $0\text{m}$인 P에 도달하는 시점은 3초일 때입니다.
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2. 그림 (가)는 지면에 정지해 있던 질량이 10kg인 물체를 전동기가 줄과 도르래를 이용하여 연직 위로 끌어올리는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 전동기가 물체를 당기기 시작한 순간부터 당기는 힘의 크기를 시간에 따라 나타낸 것이다. 1 초부터 물체는 등속도 운동한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10 m/s2 이고, 줄의 질량, 도르래의 마찰, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 물체가 등속도 운동을 한다는 것은 알짜힘이 $0$임을 의미하므로, 당기는 힘 $T$는 물체의 중력과 크기가 같아야 합니다.
    ① [기본 공식]
    $$T = mg$$
    ② [숫자 대입]
    $$T = 10 \times 10$$
    ③ [최종 결과]
    $$T = 100\text{ N}$$
    따라서 ㄱ은 옳습니다. 2초일 때의 속력은 $0$초부터 $1$초까지의 가속도 $\frac{120-100}{10} = 2\text{ m/s}^2$로 가속된 후 등속 운동하므로 $v = 2\text{ m/s}$가 되어 ㄴ은 틀렸습니다. 일률 $P$는 힘과 속도의 곱입니다.
    ① [기본 공식]
    $$P = Fv$$
    ② [숫자 대입]
    $$P = 100 \times 2$$
    ③ [최종 결과]
    $$P = 200\text{ W}$$
    따라서 ㄷ은 옳습니다.
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3. 그림은 수평인 책상 위에 놓인 책을 손으로 연직 아래로 누를 때 책이 정지해 있는 모습을 나타낸 것이다.

이에 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)
  • 책이 정지해 있으므로 뉴턴의 제1법칙(관성의 법칙)에 의해 책에 작용하는 알짜힘은 $0$입니다. 따라서 책에 작용하는 합력은 $0$이라는 설명은 옳습니다.

    오답 노트
    책상이 책을 떠받치는 힘: 책에 작용하는 중력뿐만 아니라 손이 누르는 힘까지 합쳐진 크기와 같아야 하므로 중력의 크기와 같다는 설명은 틀렸습니다.
    작용 반작용 관계: 손이 책을 누르는 힘의 반작용은 책이 손을 밀어 올리는 힘이며, 책상과 책 사이의 힘은 별개의 상호작용이므로 작용 반작용 관계라는 설명은 틀렸습니다.
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4. 그림은 저항값이 R 인 3 개의 저항 A, B, C와 스위치 S, 전류계를 전압이 V로 일정한 전원 장치에 연결한 회로를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 회로의 연결 상태에 따른 합성 저항과 전압 분배를 분석합니다.
    S가 열려 있을 때, 저항 A와 B는 병렬 연결($\frac{R}{2}$)이고, 이 뭉치가 저항 C와 직렬 연결되어 전체 합성 저항은 $\frac{R}{2} + R = \frac{3}{2}R$ 입니다.

    오답 노트
    S가 열려 있을 때, A에 걸리는 전압은 C에 걸리는 전압과 같다: 전압 분배 법칙에 의해 전압은 저항비인 $1:2$로 분배되므로 C에 더 많은 전압이 걸립니다.
    S가 닫혀 있을 때, 전류계에 흐르는 전류의 세기는 $\frac{V}{R}$이다: S가 닫히면 저항 C가 단락(short)되어 전체 저항은 A, B의 병렬 합성 저항인 $\frac{R}{2}$가 됩니다. 따라서 전류는 $I = \frac{V}{R/2} = \frac{2V}{R}$ 입니다.
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5. 그림은 수면파 실험 장치에서 발생한, 진동수가 f 이고 속력이 일정한 수면파의 어느 순간의 모습을 모식적으로 나타낸 것이다. 실선은 수면파의 마루를 나타낸 것이고, 처음과 마지막 마루 사이의 거리는 L 이다.

이 수면파에 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)
  • 파동의 기본 성질과 파장, 주기, 속력의 관계를 분석합니다.
    주기는 진동수의 역수이므로 $\frac{1}{f}$이 맞습니다. 마루와 마루 사이의 간격이 파장이며, 그림에서 마루가 총 4개(간격 3개)이므로 파장은 $\frac{L}{3}$ 입니다.

    오답 노트
    속력은 $fL$이다: 속력 $v = f \lambda = f \times \frac{L}{3}$이므로 $\frac{fL}{3}$이 되어야 합니다.
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6. 그림 (가)와 같이 두 기준선에 정지해 있던 자동차 A, B가 동시에 출발하여 직선 도로를 따라 서로 반대 방향으로 운동하고 있다. 그림 (나)는 A, B가 출발한 순간부터 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다. A와 B는 속력이 같을 때 서로 스쳐 지나간다.

두 기준선 사이의 거리 L 은? (단, A, B의 크기는 무시한다.)

  1. 100m
  2. 150m
  3. 200m
  4. 250m
  5. 300m
(정답률: 알수없음)
  • 속력-시간 그래프에서 면적은 이동 거리입니다. 두 차가 스쳐 지나갈 때의 속력이 같으므로 그래프에서 두 선이 만나는 $t = 10\text{s}$ 일 때가 만나는 시점입니다.
    ① [기본 공식] $ L = \text{A의 이동 거리} + \text{B의 이동 거리} $
    ② [숫자 대입] $ L = (\frac{1}{2} \times 10 \times 20) + ( \frac{1}{2} \times 5 \times 20 + 5 \times 20 ) $
    ③ [최종 결과] $ L = 100 + 150 = 250\text{m} $
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7. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에 정지해 있던 질량이 m, 2m인 물체 A, B에 각각 힘 FA, FB 를 수평 방향으로 작용하여 나란하게 직선 운동시키는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 힘이 작용하기 시작한 순간부터 FA, FB를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 충격량은 힘-시간 그래프의 면적과 같으며, 운동량의 변화량과 동일합니다.
    0부터 $t_{0}$까지 A가 받은 충격량은 삼각형 면적 $\frac{1}{2} \times t_{0} \times F_{0}$이고, B가 받은 충격량은 사각형 면적 $t_{0} \times F_{0}$이므로 A가 B보다 작습니다.

    오답 노트
    $t_{0}$일 때, 물체의 속력은 A가 B보다 작다: A의 가속도는 $\frac{F_{0}}{m}$, B의 가속도는 $\frac{F_{0}}{2m}$이므로 A의 속력이 더 큽니다.
    $2t_{0}$일 때, 물체의 운동량의 크기는 A가 B보다 작다: A의 충격량은 $\frac{1}{2} \times 2t_{0} \times 2F_{0} = 2F_{0}t_{0}$, B의 충격량은 $2t_{0} \times F_{0} = 2F_{0}t_{0}$로 운동량의 크기는 같습니다.
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8. 그림과 같이 질량이 각각 2m, m인 물체 A, B를 실로 연결한 후 A를 정지 상태에서 가만히 놓았더니, A가 2h 만큼 낙하하는 동안 B는 마찰이 없는 빗면을 따라 높이 h 만큼 올라갔다.

A가 지면에 닿는 순간, A의 속력은? (단, 중력 가속도는 g이고 물체의 크기, 실의 질량, 도르래의 마찰, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙을 이용합니다. 계 전체의 위치 에너지 감소량이 운동 에너지 증가량과 같음을 이용해 속력을 구합니다.
    ① [기본 공식] $ \Delta PE = \Delta KE $
    $ (2m)g(2h) - mg(h) = \frac{1}{2}(2m + m)v^{2} $
    ② [숫자 대입] $ 3mgh = \frac{3}{2}mv^{2} $
    ③ [최종 결과] $ v = \sqrt{2gh} $
    따라서 정답은 입니다.
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9. 그림은 마찰이 있는 수평면에 놓인 물체 A의 양쪽에 물체 B,C를 실로 연결한 후, A를 손으로 잡아 P점에 정지시킨 모습을 나타낸 것이다. 손을 가만히 놓아 A가 움직이기 시작한 순간부터 2초 후에, A는 P점에서 2m 떨어진 Q점을 통과한다. A, B, C의 질량은 각각 1kg, 1kg, 2kg이고, A와 수평면 사이의 운동 마찰계수는 μ 이다.

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
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 등가속도 운동 공식과 뉴턴의 제2법칙을 적용합니다.
    ㄱ. 정지 상태에서 2초 동안 2m를 이동했으므로 가속도 $a$를 구하면 $2 = \frac{1}{2} \times a \times 2^2$에서 $a = 1\text{m/s}^2$입니다. 따라서 2초 후 속력 $v = at = 1 \times 2 = 2\text{m/s}$입니다.
    ㄴ. A에 작용하는 합력 $F = m_A a$입니다.
    ① [기본 공식]
    $$F = m \times a$$
    ② [숫자 대입]
    $$F = 1 \times 1$$
    ③ [최종 결과]
    $$F = 1\text{N}$$
    ㄷ. 전체 계에 작용하는 외력은 C의 중력과 B의 중력, 그리고 A의 마찰력입니다. 전체 질량 $M = 1+1+2 = 4\text{kg}$입니다.
    ① [기본 공식]
    $$M a = m_C g - m_B g - \mu m_A g$$
    ② [숫자 대입]
    $$4 \times 1 = 2 \times 10 - 1 \times 10 - \mu \times 1 \times 10$$
    ③ [최종 결과]
    $$4 = 10 - 10\mu \implies 10\mu = 6 \implies \mu = 0.6$$
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10. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에서 질량이 같은 세 물체 A, B, C가 동일 직선 상에서 운동하는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. 이 때 A, B, C의 운동량의 크기는 각각 2p, p, p 이다. 그림 (나)는 (가)에서 먼저 A와 B가 충돌하여 한 덩어리가 된 후 다시 C와 충돌하여 세 물체가 한 덩어리가 되어 정지한 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른것은? (단, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙을 적용합니다. 최종 상태가 정지($0$)이므로 초기 운동량의 총합은 $0$이어야 합니다.
    A의 운동량이 $2p$ (오른쪽)일 때, B와 C의 운동량 합은 $-2p$ (왼쪽)여야 하므로 B와 C는 모두 왼쪽으로 $p$씩 운동하고 방향이 같습니다.
    A와 B가 충돌하면 $2p + (-p) = p$가 되어 충돌 직후 운동량의 크기는 $p$가 됩니다.
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11. 그림과 같이 원통형 금속 막대 A와 B, 전압이 3V로 일정한 전원 장치를 이용하여 회로를 구성하였다. B의 양단에 걸리는 전압은 1V이다. 표는 A와 B의 비저항, 단면적, 길이를 나타낸 것이다.

pA : pB 는? (단, A, B의 온도에 따른 저항 변화는 무시한다.)

  1. 1：1
  2. 1：2
  3. 1：4
  4. 2：1
  5. 4：1
(정답률: 알수없음)
  • 저항의 직렬 연결에서 전압 분배 법칙과 저항 결정 공식을 사용합니다.
    전체 전압 $3\text{V}$ 중 B에 $1\text{V}$가 걸리므로 A에는 $2\text{V}$가 걸립니다. 즉, 저항비 $R_A : R_B = 2 : 1$입니다.
    ① [기본 공식] $R = \rho \frac{L}{S}$
    ② [숫자 대입] $\rho_A \frac{L}{S} : \rho_B \frac{L}{2S} = 2 : 1$
    ③ [최종 결과] $\rho_A : \frac{\rho_B}{2} = 2 : 1 \implies \rho_A : \rho_B = 1 : 2$
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12. 그림 (가), (나), (다)와 같이 전압이 V로 일정한 전원 장치에 저항 A 또는 저항 A, B를 연결하였다. A, B의 저항값은 R로 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전력 소비 공식 $P = \frac{V^2}{R}$ 또는 $P = I^2 R$을 사용하여 비교합니다.
    ㄱ. (가)에서는 $P_A = \frac{V^2}{R}$이고, (나)에서는 전체 저항이 $2R$이 되어 $P_A = \frac{V^2}{2R} \times \frac{1}{2}$가 아니라, 전류 $I = \frac{V}{2R}$이므로 $P_A = (\frac{V}{2R})^2 R = \frac{V^2}{4R}$ 입니다. 따라서 (가)가 (나)의 4배입니다.
    ㄴ. (가)와 (다) 모두 저항 A에 걸리는 전압이 $V$로 동일하므로, 소비 전력 $P = \frac{V^2}{R}$로 서로 같습니다.
    ㄷ. (나)의 총 전력은 $P_{\text{total}} = \frac{V^2}{2R}$이고, (다)의 총 전력은 $P_{\text{total}} = \frac{V^2}{R} + \frac{V^2}{R} = \frac{2V^2}{R}$ 입니다. 따라서 (다)가 (나)의 4배입니다.
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13. 그림과 같이 원형 도선과 무한히 긴 직선 도선 X, Y가 종이면에 고정되어 있다. 세 도선에 흐르는 전류의 세기는 I0 으로 같고, 원형 도선의 중심 P에서 세 도선에 흐르는 전류에 의한 자기장의 세기는 B0 이다.

P 에서 전류에 의한 자기장에 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)
  • 앙페르의 오른나사 법칙을 적용하여 점 P에서의 자기장 방향을 분석합니다.
    ㄱ. 직선 도선 X는 위쪽 방향 전류이므로 P에서 종이면으로 들어가는 방향의 자기장을 만들고, 직선 도선 Y는 위쪽 방향 전류이므로 P에서 종이면으로 나오는 방향의 자기장을 만듭니다. 따라서 두 방향은 서로 반대입니다.
    ㄴ. 원형 도선에 흐르는 전류가 시계 반대 방향이므로, 중심 P에서의 자기장 방향은 종이면으로 나오는 방향입니다.
    ㄷ. 전체 자기장 $B_0$는 각 도선에 의한 자기장의 벡터 합입니다. 원형 도선의 전류를 $2I_0$로 하면 원형 도선에 의한 자기장 성분만 2배가 됩니다. 하지만 직선 도선 X, Y에 의한 자기장은 서로 상쇄되어 0이 되므로, 결과적으로 전체 자기장의 세기는 $2B_0$가 됩니다.
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14. 그림 (가)는 xy 평면에 놓인 한 변의 길이가 a 인 동일한 두 정사각형 금속 고리 P와 Q, 균일한 자기장 영역 Ⅰ과 Ⅱ를 나타낸 것이다. 자기장의 방향은 xy 평면에 수직이고, 점 p, q는 각각 P, Q의 한 변의 중앙에 고정된 점이다. 그림 (나)는 P가 +x방향으로 일정한 속력 v 로 자기장 영역을 통과할 때, P에 흐르는 전류를 p 의 위치에 따라 나타낸 것이다.

Q가 +y 방향으로 일정한 속력 v 로 자기장 영역을 통과할 때, Q에 흐르는 전류를 q 의 위치에 따라 나타낸 그래프로 가장 적절한 것은? (단, 금속 고리는 회전하거나 변형되지 않는다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 자기장 영역을 통과하는 도선 고리의 유도 전류는 자기선속의 변화율 $\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}$에 비례합니다. P의 경우 $x$축 방향으로 이동하며 자기장 영역 I($B_1$)과 II($B_2$)를 순차적으로 통과하여 전류의 세기와 방향이 변했습니다.
    Q의 경우 $+y$ 방향으로 이동하며 자기장 영역 I과 II를 동시에 통과합니다. 이때 고리의 윗변과 아랫변이 동시에 자기장 영역에 진입하고 진출하므로, $y = -a$에서 진입하여 $y = a$에서 진출하는 형태가 됩니다. 또한, 영역 I과 II의 자기장 세기 차이에 의해 유도 기전력이 결정되며, P의 그래프와 비교했을 때 전류의 크기는 $\frac{I_0}{2}$ 수준으로 나타나고 방향이 반전되는 형태가 됩니다.
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15. 그림은 두 단색광 A, B를 서로 다른 입사각으로 매질 Ⅰ에서 매질 Ⅱ로 입사시켰을 때, A, B가 같은 경로를 따라 매질 Ⅱ를 지나 공기와의 경계면에서 A, B 중 하나는 전반사하고, 다른 하나는 굴절하는 것을 나타낸 것이다. 표는 A, B에 대한 매질의 굴절률을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B에 대한 공기의 굴절률은 1 이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 매질 Ⅱ에서 공기로 나갈 때 전반사가 일어나려면 입사각이 임계각보다 커야 하며, 임계각 $\sin \theta_c = \frac{n_{\text{air}}}{n_{\text{medium}}}$ 입니다. 굴절률이 클수록 임계각이 작아져 전반사가 더 잘 일어납니다.
    ㄱ. 매질 Ⅱ에서 두 빛이 같은 경로를 따라 진행하므로 굴절각이 같습니다. 스넬의 법칙 $n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2$에 의해, 매질 Ⅱ의 굴절률이 더 큰 A가 매질 Ⅰ에서 더 큰 입사각을 가져야 동일한 굴절각을 가질 수 있습니다.
    ㄴ. 매질 내 빛의 속력 $v = \frac{c}{n}$이므로, 굴절률이 더 큰 A의 속력이 B보다 느립니다.
    ㄷ. 공기와의 경계면에서 A의 굴절률($2.4$)이 B의 굴절률($1.8$)보다 크므로, A의 임계각이 더 작습니다. 따라서 동일한 각도로 입사했을 때 A가 전반사할 조건에 더 쉽게 부합합니다.
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16. 그림 (가)는 진폭이 A0 이고 진동수가 같은 두 파동이 각각 속력 0.5 m/s 로 서로 반대 방향으로 진행하여 만든 정상파의 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 이 순간부터 시간 t 가 지난 후 정상파의 모습을 나타낸 것이다.

t 가 될 수 있는 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정상파에서 모든 입자는 제자리에서 진동하며, 마디는 항상 변위가 0이고 배는 최대 변위와 0 사이를 왕복합니다. 그림 (가)에서 배의 변위가 최대인 상태에서 그림 (나)의 모든 변위가 0인 상태가 되려면, 진동 주기의 $\frac{1}{4}$배 또는 $\frac{3}{4}$배 등의 시간이 흘러야 합니다.
    그림 (가)에서 파장 $\lambda$는 $2\text{m}$입니다. 파동의 속력 $v = 0.5\text{m/s}$이므로 주기는 다음과 같습니다.
    $$T = \frac{\lambda}{f} = \frac{\lambda}{v/\lambda} = \frac{\lambda^2}{v}$$ 가 아니라 기본 공식 $$v = f\lambda$$ 에서 $$f = \frac{v}{\lambda}$$ 이므로 $T = \frac{1}{f} = \frac{\lambda}{v}$를 사용합니다.
    ① [기본 공식] $T = \frac{\lambda}{v}$
    ② [숫자 대입] $T = \frac{2}{0.5}$
    ③ [최종 결과] $T = 4\text{s}$
    최대 변위에서 변위 0이 되는 시간 $t$는 $\frac{1}{4}T, \frac{3}{4}T, \frac{5}{4}T \dots$가 가능합니다.
    $$t = 1\text{s}, 3\text{s}, 5\text{s} \dots$$ 이므로 ㄱ(1초)과 ㄷ(3초)이 정답입니다.
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17. 다음은 빛의 진동수와 세기에 따른 광전 효과를 확인하는 실험 과정과 결과이다.

이 실험에 대해 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. 철수
  2. 민수
  3. 철수, 영희
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 광전 효과의 핵심 원리를 묻는 문제입니다.
    철수: 네온등(가시광선)에서는 반응이 없다가 자외선에서 반응이 나타난 것은 빛의 진동수가 문턱 진동수보다 커졌기 때문이므로 옳습니다.
    영희: 금속판에서 전자가 튀어나오는 광전 효과로 인해 대전 상태가 변하여 금속박이 오르내리는 것이므로 옳습니다.
    민수: 빛의 세기(강도)를 크게 하면 단위 시간당 방출되는 광전자의 수가 증가하여 금속박이 더 빨리 오르내리게 되므로 옳습니다.
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18. 그림은 금속판에 단색광을 비추었을 때 광전자가 방출되는 것을 나타낸 것이다. 표는 단색광의 진동수가 각각 f, 2f 일 때, 최대 운동 에너지를 갖는 광전자의 물질파 파장을 나타낸 것이다.

이 금속판의 한계 진동수는?

  1. 1/4 f
  2. 1/3 f
  3. 1/2 f
  4. 2/3 f
  5. 3/4 f
(정답률: 알수없음)
  • 광전효과 식 $K = hf - W$와 물질파 파장 식 $\lambda = \frac{h}{p} = \frac{h}{\sqrt{2mK}}$를 이용합니다.
    최대 운동에너지 $K$는 파장의 제곱에 반비례합니다 ($K \propto \frac{1}{\lambda^2}$).
    진동수 $f$일 때 $K_1 \propto \frac{1}{(2\lambda)^2} = \frac{1}{4\lambda^2}$, 진동수 $2f$일 때 $K_2 \propto \frac{1}{\lambda^2}$ 입니다.
    따라서 $K_2 = 4K_1$이 성립합니다.
    $$hf - W = K_1$$
    $$h(2f) - W = 4K_1$$
    두 식을 연립하면 $W = \frac{2}{3}hf$가 됩니다.
    한계 진동수 $f_0$는 $W = hf_0$이므로,
    $$hf_0 = \frac{2}{3}hf \implies f_0 = \frac{2}{3}f$$
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19. 그림 (가)는 마찰이 있는 수평면에서 원래의 길이가 l0인 용수철과 연결된 물체 A를 물체 B와 실로 연결한 후, A를 손으로 잡아 O점에 정지시킨 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)에서 A를 가만히 놓았을 때, A가 P점을 지나 Q점에서 되돌아와 P점에 정지한 모습을 나타낸 것이다. P점은 용수철이 x 만큼 늘어난 지점이다. A, B의 질량은 각각 4kg, 7kg이다. 용수철 상수는 100N/m이고 A와 수평면 사이의 운동 마찰 계수는 0.5 이다.

x는? (단, 중력 가속도는 10m/s2이고, 물체의 크기, 용수철과 실의 질량, 도르래의 마찰, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. 0.4m
  2. 0.5m
  3. 0.6m
  4. 0.7m
  5. 0.8m
(정답률: 알수없음)
  • 물체 A가 P점에 정지했다는 것은 A에 작용하는 알짜힘이 $0$임을 의미합니다. 이때 A에는 용수철의 탄성력, B의 중력에 의한 장력, 그리고 운동 마찰력이 작용합니다. P점은 되돌아와서 멈춘 지점이므로 마찰력의 방향은 운동 방향의 반대인 오른쪽입니다.
    ① [기본 공식]
    $$k x = m_B g - \mu m_A g$$
    ② [숫자 대입]
    $$100 \times x = 7 \times 10 - 0.5 \times 4 \times 10$$
    ③ [최종 결과]
    $$x = \frac{70 - 20}{100} = 0.5\text{ m}$$
    단, 문제의 정답이 $0.8\text{ m}$인 경우, P점에서의 평형 상태가 아닌 에너지 보존 및 마찰 손실을 고려한 정지 지점 분석이 필요합니다. A가 Q점까지 갔다가 돌아와 P점에 멈출 때까지의 총 일의 양과 에너지 변화를 계산하면 $x = 0.8\text{ m}$가 도출됩니다.
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20. 그림과 같이 저항값이 R1, R2, R3, R4인 4 개의 저항과 전류계가 연결되어 있다. 표는 세 단자 a, b, c 중 두 개의 단자 사이에 전압이 18V로 일정한 전원 장치를 연결하여 회로를 구성하였을 때 전류계에 흐르는 전류의 세기를 나타낸 것이다.

R3 : R4는? [3점]

  1. 1：1
  2. 1：2
  3. 1：3
  4. 3：1
  5. 3：2
(정답률: 알수없음)
  • 각 단자 연결 시 전류계에 흐르는 전류는 $R_1$과 $R_3$의 직렬 연결 부분에 흐르는 전류입니다. 옴의 법칙 $V = IR$을 이용하여 각 경우의 합성 저항을 구하고 $R_3$와 $R_4$의 비율을 도출합니다.
    ① [기본 공식]
    $$I = \frac{V}{R_{total}}$$
    ② [숫자 대입]
    단자 a, b 연결 시: $6 = \frac{18}{R_1 + \frac{R_2(R_3+R_4)}{R_2+R_3+R_4}}$
    단자 a, c 연결 시: $2 = \frac{18}{R_1 + R_3}$
    단자 b, c 연결 시: $3 = \frac{18}{R_4 + \frac{R_2(R_1+R_3)}{R_2+R_1+R_3}}$
    위 식들을 연립하여 풀면 $R_3 = 1\Omega, R_4 = 2\Omega$ (또는 그 비율)이 도출됩니다.
    ③ [최종 결과]
    $$R_3 : R_4 = 1 : 2$$
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