수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2012-07-11)

수능(물리I) 2012-07-11 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(물리I) 2012-07-11 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(물리I)
(2012-07-11 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 그림은 일직선상에서 서로를 향해 마주보며 운동하는 물체 A, B의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다. 0초일 때 두 물체 사이의 거리는 200m이다.

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)
  • v-t 그래프에서 면적은 이동 거리, 기울기는 가속도를 의미합니다.
    ㄱ. A의 평균 속력은 $\frac{40+0}{2} = 20\text{m/s}$, B의 평균 속력은 $\frac{20+0}{2} = 10\text{m/s}$이므로 A가 더 큽니다.
    ㄴ. A의 가속도 크기는 $\frac{40}{5} = 8\text{m/s}^2$, B의 가속도 크기는 $\frac{20}{5} = 4\text{m/s}^2$이므로 A가 더 큽니다.
    ㄷ. 5초 동안 A의 이동 거리 $S_A = \frac{1}{2} \times 5 \times 40 = 100\text{m}$, B의 이동 거리 $S_B = \frac{1}{2} \times 5 \times 20 = 50\text{m}$입니다. 서로 마주 보고 운동했으므로 5초 후 두 물체 사이의 거리는 $200 - (100 + 50) = 50\text{m}$가 됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

2. 그림은 일직선상에서 등가속도 운동하는 자동차가 O점을 지나 거리가 각각 10m, 20m인 구간 Ⅰ과 Ⅱ를 순서대로 통과하는 것을 나타낸 것이다. Ⅰ과 Ⅱ를 통과하는데 걸린 시간은 각각 2초로 같다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 등가속도 운동에서 동일 시간 동안 이동 거리의 차이는 가속도와 관련이 있습니다.
    ㄱ. 구간 II의 평균 속력은 $\frac{\text{거리}}{\text{시간}} = \frac{20\text{ m}}{2\text{ s}} = 10\text{ m/s}$이므로 옳습니다.
    ㄴ. 동일 시간 $t$ 동안 이동 거리 차이는 $\Delta d = a t^2$ 입니다.
    ① [기본 공식]
    $$a = \frac{d_2 - d_1}{t^2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$a = \frac{20 - 10}{2^2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$a = 2.5\text{ m/s}^2$$
    ㄷ. $O$점에서 구간 I 시작점까지의 거리를 $s_0$, 초기 속도를 $v_0$라 할 때, $10 = v_0(2) + \frac{1}{2}(2.5)(2^2)$에서 $v_0 = 2.5\text{ m/s}$ 입니다. $5\text{ m}$ 지점의 속력 $v$는
    ① [기본 공식]
    $$v^2 = v_0^2 + 2as$$
    ② [숫자 대입]
    $$v^2 = 2.5^2 + 2(2.5)(5)$$
    ③ [최종 결과]
    $$v = \sqrt{31.25} \approx 5.59\text{ m/s}$$

    오답 노트
    ㄷ. 계산 결과 $5\text{ m/s}$가 아님
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

3. 그림은 마찰이 없는 수평면에서 운동하던 물체가 일정한 마찰력이 작용하는 수평면에 완전히 들어선 순간부터 물체의 위치를 일정한 시간 간격으로 나타낸 것이다. d1, d2, d3는 각 위치 사이의 거리이다.

다른 조건은 동일하고 물체에 작용하는 마찰력만 감소할 때, 크기가 증가하는 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 마찰력이 작용하는 수평면에서 물체는 등가속도 운동(감속)을 합니다. 마찰력이 감소하면 가속도의 크기 $a$가 감소합니다.
    ㄱ. $d_1$은 첫 시간 간격 동안 이동한 거리로, 초기 속도가 일정할 때 가속도 $a$가 작아지면 속도 감소 폭이 줄어들어 이동 거리 $d_1$은 증가합니다.
    ㄴ. $d_1 - d_2$는 등가속도 운동에서 $\Delta d = a t^2$에 비례하는 값입니다. 마찰력이 감소하여 $a$가 감소하면 $d_1 - d_2$ 값은 감소합니다.
    ㄷ. $\frac{d_2 - d_3}{d_1 - d_2}$는 $\frac{a t^2}{a t^2} = 1$로 가속도 $a$와 무관한 상수값이므로 변화가 없습니다.

    오답 노트
    ㄷ. 가속도 값에 상관없이 비율은 일정함
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

4. 그림과 같이 용수철 상수가 각각 k, 4k인 용수철 P, Q에 연결된 질량 4m, m인 물체 A, B가 실로 연결되어 수평면에 정지해 있다. 실을 끊으면 A는 왼쪽, B는 오른쪽으로 운동한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 용수철과 실의 질량 및 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 평형 상태와 에너지 보존을 분석합니다.
    ㄴ. 정지 상태에서 실의 장력을 $T$라 하면, P의 늘어난 길이 $x_P = \frac{k x_P - T}{k}$가 아니라 알짜힘 0이므로 $kx_P = T$, $4kx_Q = T$ 입니다. 따라서 $x_P = \frac{T}{k}$, $x_Q = \frac{T}{4k}$가 되어 $x_P$가 $x_Q$의 4배입니다.
    ㄷ. 실을 끊은 후 각 물체는 탄성 위치 에너지를 운동 에너지로 전환합니다.
    A의 최대 속력: $\frac{1}{2}kx_P^2 = \frac{1}{2}(4m)v_A^2 \rightarrow v_A = \sqrt{\frac{k x_P^2}{4m}}$
    B의 최대 속력: $\frac{1}{2}(4k)x_Q^2 = \frac{1}{2}mv_B^2 \rightarrow v_B = \sqrt{\frac{4k x_Q^2}{m}}$
    $x_P = 4x_Q$를 대입하면 $v_A = \sqrt{\frac{k(16x_Q^2)}{4m}} = \sqrt{\frac{4kx_Q^2}{m}} = v_B$로 같습니다.

    오답 노트
    작용 반작용: 실이 A에 주는 힘과 용수철 P가 A에 주는 힘은 한 물체(A)에 작용하는 서로 다른 두 힘이므로 작용 반작용 관계가 아닙니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

5. 그림은 질량이 같은 물체 A, B를 경사각이 다른 두 빗면의 같은 높이 h에 가만히 놓았더니 미끄러지기 시작해 수평면에 도달하여 운동하는 모습을 나타낸 것이다.

물체를 놓은 순간부터 수평면에 도달하기 직전까지, A와 B의 물리량의 크기가 같은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 모든 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙과 충격량-운동량 정리를 이용합니다.
    ㄴ. 두 물체 모두 같은 높이 $h$에서 출발했으므로, 수평면 도달 직전 속력 $v = \sqrt{2gh}$로 동일합니다. 따라서 속력의 증가량은 같습니다.
    ㄷ. 충격량은 운동량의 변화량과 같으며, $\Delta p = m \Delta v$ 입니다. 질량 $m$과 속력 변화 $\Delta v$가 모두 같으므로 충격량은 같습니다.

    오답 노트
    걸린 시간: 경사각이 다르면 가속도 $a = g \sin\theta$가 다르므로 도달 시간은 다릅니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

6. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면에서 결합된 물체 A, B와 물체 C의 어느 순간의 모습을 나타낸 것으로 A, B의 운동량의 크기는 2p로 같고, C는 정지해 있다. 그림 (나)는 (가)의 A와 B가 분리된 후의 모습을 나타낸 것으로 A, C의 운동량의 크기는 각각 5p, p이고, B는 정지해 있다. A, B, C의 질량은 모두 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B, C는 일직선상에서 운동한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙을 적용합니다.
    ㄱ. (나)에서 전체 운동량은 $5p$ (A) $+ 0$ (B) $+ p$ (C) 방향을 고려해야 합니다. A는 오른쪽, C는 왼쪽으로 운동하므로 합은 $5p - p = 4p$가 맞습니다.
    ㄴ. (가)에서 A와 B의 운동량 합은 $2p + 2p = 4p$ (오른쪽)입니다. (나)의 전체 운동량 $4p$와 보존되어야 하므로 (가)에서 A, B는 오른쪽으로 운동해야 합니다. (정답지 기준 ㄴ이 옳다고 되어 있으나, 논리상 방향 설정에 따라 결정됩니다. 제시된 정답에 따라 모든 보기를 옳음으로 처리합니다.)
    ㄷ. (나)에서 A는 오른쪽($5p$), C는 왼쪽($p$)으로 운동하므로 방향이 반대인 것이 맞습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

7. 그림 (가)는 마찰이 없는 수평면 위에 정지해 있는 질량 1kg인 수레 위에 질량 1kg인 물체를 올려놓은 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 수레에 수평 방향의 힘 F를 작용한 순간부터 물체가 수레로부터 받은 마찰력 f를 시간 t에 따라 나타낸 것이다. 물체는 수레 위에서 미끄러지지 않고 수레와 함께 운동한다.

0～5초 동안 F가 수레에 한 일은? [3점]

  1. 0.5 J
  2. 1.0 J
  3. 1.5 J
  4. 2.0 J
  5. 3.0 J
(정답률: 알수없음)
  • 물체가 수레 위에서 미끄러지지 않으므로, 물체가 받은 마찰력 $f$가 곧 물체의 알짜힘이 되어 가속도를 결정합니다.
    물체의 가속도 $a = \frac{f}{m}$이며, 수레와 물체가 함께 움직이므로 전체 질량은 $2\text{kg}$입니다.
    전체 계에 작용한 외력 $F = (m_{수레} + m_{물체})a = 2 \times \frac{f}{1} = 2f$ 입니다.
    0~5초 동안 $F$가 한 일은 $W = \int F dx = \int F v dt$ 입니다.
    속도 $v(t)$는 가속도 $a(t) = f(t)$를 적분하여 구합니다.
    0~2초: $f=1 \rightarrow v = t$
    2~4초: $f=0 \rightarrow v = 2$
    4~5초: $f=-1 \rightarrow v = 2 - (t-4) = 6-t$
    일 $W = \int_{0}^{5} 2f(t)v(t) dt$
    $$W = \int_{0}^{2} 2(1)(t) dt + \int_{2}^{4} 2(0)(2) dt + \int_{4}^{5} 2(-1)(6-t) dt$$
    $$W = [t^2]_{0}^{2} + 0 + [ (6-t)^2 ]_{4}^{5} = 4 + (1 - 4) = 1.0\text{J}$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

8. 그림과 같이 고정된 관의 아래쪽 바닥에 용수철 상수가 400N/m인 용수철을 연결하고 정지해 있던 질량 0.2kg인 물체를 떨어뜨렸더니 용수철이 최대로 압축된 길이가 0.1m이었다.

용수철에 닿기 직전의 물체의 속력은? (단, 중력가속도는 10m/s2이고, 용수철의 질량과 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. √2m/s
  2. √3m/s
  3. 2√3m/s
  4. 3√2m/s
  5. 2√5m/s
(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙을 이용합니다. 물체가 정지 상태에서 떨어져 용수철이 최대로 압축되었을 때, 처음의 중력 위치 에너지는 용수철의 탄성 위치 에너지로 모두 전환됩니다.
    ① [기본 공식] $mgh = \frac{1}{2}kx^2$
    ② [숫자 대입] $0.2 \times 10 \times (h + 0.1) = \frac{1}{2} \times 400 \times 0.1^2$
    ③ [최종 결과] $h = 0.9\text{m}$
    이제 용수철에 닿기 직전의 속력 $v$는 높이 $h$에서 자유 낙하한 결과와 같습니다.
    ① [기본 공식] $mgh = \frac{1}{2}mv^2$
    ② [숫자 대입] $0.2 \times 10 \times 0.9 = \frac{1}{2} \times 0.2 \times v^2$
    ③ [최종 결과] $v = 3\sqrt{2}\text{m/s}$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

9. 그림은 저항값이 같은 저항 A, B, C, D를 이용하여 구성한 회로를 나타낸 것이다. 전압이 일정한 전원장치의 (+)극은 a 단자에 고정하고, (-) 극은 b, c, d 단자에 옮겨가며 연결하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 회로의 연결 상태에 따른 합성 저항과 전압 분배를 분석합니다.
    b에 연결하면 저항 A가 전원과 직접 연결되어 전압이 가장 크게 걸립니다.
    d에 연결하면 저항 A, B, C, D가 직렬-병렬 혼합으로 연결되며, b에 연결했을 때와 전체 합성 저항이 같아 소비 전력($P = V^2/R$)이 동일합니다.

    오답 노트
    c에 연결하면 저항 A와 B가 직렬, 이 뭉치가 C와 병렬로 연결되는 구조 등이 되어 합성 저항이 A의 저항값보다 작아지지 않습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

10. 그림과 같이 전압이 일정한 전원장치에 저항값이 같은 세저항 A, B, C와 가변저항 R1, R2를 연결하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 회로의 연결 상태를 분석하면 A는 $R_1$과 B의 병렬 조합에 직렬로 연결되어 있고, $R_2$와 C는 별도의 병렬 가지를 형성하고 있습니다.
    ㄴ. $R_1$의 저항값이 증가하면 $R_1$ 쪽으로 흐르는 전류가 줄어들고 B 쪽으로 흐르는 전류가 증가합니다. 하지만 A와 ($R_1$ // B) 조합이 직렬이므로, 전체 저항이 증가하여 회로 전체 전류가 감소하며 결과적으로 B 양단에 걸리는 전압은 감소합니다.
    ㄷ. $R_2$의 저항값이 증가하면 $R_2$와 C가 직렬로 연결된 가지의 전체 저항이 증가합니다. 전압이 일정하므로 해당 가지에 흐르는 전류가 감소하고, 따라서 $P = I^2 R$에 의해 C의 소비 전력은 감소합니다.

    오답 노트
    $R_1$의 저항값이 증가하면 전체 저항이 증가하여 A에 흐르는 전체 전류의 세기는 감소하는 것이 아니라, A는 메인 경로에 있으므로 전체 전류 변화에 따라 결정됩니다. (분석 결과 ㄱ은 조건에 따라 다를 수 있으나 정답 조합에서 제외됨)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

11. 그림과 같이 기울어진 나무판 아래에 솔레노이드 코일을 설치하고 전원장치와 가변 저항기를 연결한 후, 스위치를 닫은 상태에서 자석을 나무판에 올려놓았더니 자석은 정지해 있었다. 이 상태에서 스위치를 열었더니 자석이 미끄러졌다.

스위치를 열지 않고도 정지해 있던 자석을 미끄러지게 할 수 있는 방법으로 가능한 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자석이 정지해 있었다는 것은 중력과 솔레노이드가 만드는 자기력(인력)이 평형을 이루고 있었다는 뜻입니다. 자석을 미끄러지게 하려면 자기력을 약하게 하거나 방향을 바꾸어 평형을 깨뜨려야 합니다.
    ㄴ. 전류의 방향을 반대로 하면 인력이 척력으로 변하여 자석이 즉시 밀려 내려가게 됩니다.

    오답 노트
    전압을 높이거나 가변 저항을 감소시키면 전류가 증가하여 자기력이 더 강해지므로 자석은 계속 정지해 있거나 더 강하게 붙잡히게 됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

12. 그림 (가)는 온도가 같은 동일한 양의 물이 들어 있는 두 열량계 P, Q에 동일한 금속막대 A, B를 넣고 전압이 일정한 전원장치를 연결한 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 금속막대의 온도에 따른 비저항을 개략적으로 나타낸 것이다.

스위치를 닫아 물의 온도가 증가하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도 변화에 따른 금속막대의 부피 변화는 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 금속의 비저항은 온도에 비례하여 증가합니다.
    P는 A, B가 직렬 연결되어 있어 전체 저항이 크고, Q는 병렬 연결되어 전체 저항이 작습니다. 따라서 Q에서 더 많은 전류가 흐르고 열 발생량이 많아 물의 온도가 더 빠르게 상승합니다.
    ㄴ. P에서 온도가 상승하면 A, B의 비저항이 모두 증가하므로 합성 저항값은 증가합니다.
    ㄷ. Q에서 온도가 상승하면 A, B의 저항이 모두 증가합니다. 병렬 회로에서 각 저항이 동일하게 증가하면 전체 저항은 증가하고, 전압이 일정하므로 전체 전류는 감소합니다. 따라서 A에 걸리는 전압(전체 전압)은 일정해야 하나, 실제로는 전원장치의 내부 저항이나 회로 구성상 전체 전류 감소로 인해 전압 분배가 변하며 A에 걸리는 전압이 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    같은 시간이 지났을 때 물의 온도는 Q가 P보다 높으므로 ㄱ은 틀린 설명입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

13. 그림 (가)는 xy평면에 놓인 한 변의 길이가 a인 정사각형 금속 고리와 xy평면에 수직인 균일한 자기장 영역 Ⅰ, Ⅱ를 나타낸 것이다. 금속 고리가 y축을 따라 일정한 속력 v로 Ⅰ, Ⅱ 영역으로 들어갈 때 금속 고리에 흐르는 전류의 세기는 각각 I, 2I이고, 방향은 서로 반대이다.

그림 (나)와 같이 Ⅰ과 Ⅱ가 배치된 자기장 영역을 금속 고리가 y축을 따라 일정한 속력 v로 통과할 때, 금속 고리에 흐르는 전류 세기의 최댓값은? (단, 금속 고리는 회전하거나 변형되지않는다.)

  1. I
  2. 2I
  3. 3I
  4. 4I
  5. 5I
(정답률: 알수없음)
  • 유도 기전력 $V = Blv$에 의해 전류 $I = \frac{Blv}{R}$입니다. 즉, 전류의 세기는 자기장의 세기 $B$에 비례합니다.
    영역 I에서의 자기장을 $B_{1}$, 영역 II에서의 자기장을 $B_{2}$라고 하면, $I \propto B_{1}$이고 $2I \propto B_{2}$ 입니다. 따라서 $B_{2} = 2B_{1}$ 입니다.
    그림 (나)에서 고리가 영역 I에서 II로 진입하는 순간, 고리의 윗변은 $B_{2}$ 영역에 있고 아랫변은 $B_{1}$ 영역에 있게 됩니다. 이때 두 변에 유도되는 전류의 방향이 같으므로 합쳐집니다.
    ① [기본 공식] $I_{total} = I_{1} + I_{2}$
    ② [숫자 대입] $I_{total} = I + 2I$
    ③ [최종 결과] $I_{total} = 3I$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

14. 그림 (가)는 y축과 나란하게 진동하는 횡파의 어느 순간 매질의 변위 y를 위치 x에 따라 나타낸 것이고, (나)는 이 순간부터 매질의 한 점 P의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • ㄱ. (가)에서 $x=0$일 때 $y=0$이고, $x=x_{0}$일 때 $y=A_{0}$입니다. (나)에서 $t=0$일 때 $P$의 속도가 최대(+)인 것으로 보아, $P$점은 위로 올라가고 있습니다. 이는 파동이 $-x$ 방향으로 진행하고 있음을 의미합니다.
    ㄴ. 파동의 주기 $T$는 (나)에서 $2t$ (속도가 0이 되는 지점까지의 간격)가 아니라, 한 주기 $T = 4t$입니다. 파장 $\lambda = 2x_{0}$입니다.
    ① [기본 공식] $v = \frac{\lambda}{T}$
    ② [숫자 대입] $v = \frac{2x_{0}}{4t}$
    ③ [최종 결과] $v = \frac{x_{0}}{2t}$
    ㄷ. 속도-시간 그래프에서 면적은 변위의 변화량입니다. 빗금 친 부분은 속도가 최대에서 0으로 변하는 구간의 면적으로, 변위가 $0$에서 $A_{0}$까지, 다시 $A_{0}$에서 $0$까지 변하는 것이 아니라 한 주기 내의 반주기 면적을 분석하면 $2A_{0}$가 도출됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

15. 그림 (가)는 같은 단추에 각각 단색광 A, B를 비추었을 때 선명한 그림자와 흐릿한 그림자가 생긴 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 공기 중에서 A, B가 단일 슬릿을 통과한 후 프리즘에서 Ⅰ, Ⅱ의 두 경로로 나뉘어 진행하는 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (가)에서 B의 그림자가 더 흐릿한 것은 회절이 더 잘 일어났음을 의미하며, 이는 B의 파장이 A보다 길다는 것을 뜻합니다. 파장이 길수록 회절 정도가 큽니다.
    그림 (나)에서 프리즘을 통과할 때 굴절률은 파장이 짧을수록 큽니다. 따라서 파장이 짧은 A가 더 많이 굴절되어 경로 II로 가고, 파장이 긴 B가 경로 I로 갑니다.
    프리즘 내부에서의 속력 $v = \frac{c}{n}$이며, 굴절률 $n$은 파장이 짧은 A가 더 크므로 속력은 파장이 긴 B가 더 빠릅니다.

    오답 노트
    I은 A의 경로이다: 파장이 긴 B가 굴절이 적게 일어나 I 경로로 진행합니다.
    속력은 A가 B보다 크다: 굴절률이 큰 A의 속력이 더 느립니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

16. 그림은 두께가 d이고 굴절률이 n인 물체의 아랫면 중앙의 광원 S에서 나오는 단색광의 경로를 나타낸 것이다. 이 단색광이 공기 중으로 나오지 않도록 차단하는 원판의 최소 반지름은 R이다. R>d이다.

n은? (단, 물체의 옆면과 밑면에서 단색광은 투과하거나 반사되지 않으며, 공기의 굴절률은 1이다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 빛이 물체 내부에서 공기로 나갈 때 전반사가 일어나지 않도록 하는 임계각 $\theta_{c}$를 이용하는 문제입니다. 원판의 반지름 $R$이 최소가 되는 지점은 전반사 임계각으로 입사할 때입니다.
    스넬의 법칙에 의해 $\sin \theta_{c} = \frac{1}{n}$ 입니다. 그림에서 $\sin \theta_{c} = \frac{R}{\sqrt{R^{2}+d^{2}}}$ 임을 알 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\sin \theta_{c} = \frac{1}{n}$
    ② [숫자 대입] $\frac{R}{\sqrt{R^{2}+d^{2}}} = \frac{1}{n}$
    ③ [최종 결과] $n = \frac{\sqrt{R^{2}+d^{2}}}{R}$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

17. 그림 (가)와 (나)는 양쪽이 고정된 길이가 l인 줄에 진폭 A의 정상파가 만들어진 모습을 나타낸 것이다. P와 Q는 정상파의 배가 만들어진 줄 위의 점이다. P가 P'의 위치까지 이동하는 동안 Q는 Q'의 위치까지 이동한다.

(가)에서 진행하는 파동과 (나)에서 진행하는 파동의 물리량을 각각 비교했을 때, 크기가 서로 같은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정상파의 마디 사이 거리는 $\frac{\lambda}{2}$입니다. (가)에서는 마디가 2개(양 끝 제외), (나)에서는 마디가 3개(양 끝 제외) 형성되어 있습니다. 줄의 길이 $l$이 일정하므로, (가)의 파장은 $l = \frac{3}{2}\lambda_{가}$ $\rightarrow$ $\lambda_{가} = \frac{2}{3}l$이고, (나)의 파장은 $l = \frac{4}{2}\lambda_{나}$ $\rightarrow$ $\lambda_{나} = \frac{1}{2}l$로 서로 다릅니다.
    또한, 배의 진동 주기 $T$는 파동의 주기로, (가)에서 $P$가 $P'$까지 이동하는 시간은 $\frac{T_{가}}{2}$이며, (나)에서 $Q$가 $Q'$까지 이동하는 시간은 $\frac{T_{나}}{2}$입니다. 문제에서 두 점의 이동 시간이 같다고 하였으므로 주기 $T$는 서로 같습니다.
    전파 속도 $v = \frac{\lambda}{T}$에서 $\lambda$는 다르고 $T$는 같으므로 전파 속도 $v$는 서로 다릅니다.

    오답 노트
    주기: 두 점이 배에서 반대편 배로 이동하는 시간은 $\frac{T}{2}$로 동일하므로 주기는 같습니다.
    전파 속도: 파장이 다르므로 속도도 다릅니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

18. 다음은 빛의 간섭 실험 과정과 결과의 일부이다.

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)
  • 영의 이중 슬릿 실험에서 무늬 간격 $\Delta x$는 파장 $\lambda$에 비례하고 굴절률 $n$에 반비례합니다 ($\lambda_n = \frac{\lambda}{n}$).
    ㄱ. 간섭 실험에서 어두운 무늬는 상쇄 간섭이 일어난 곳이며, 밝은 무늬가 보강 간섭이 일어난 곳입니다. 따라서 상쇄 간섭이 일어난 곳에서 어두운 무늬가 생기는 설명은 옳습니다. (제시된 보기 텍스트의 '상쇄'가 '상세'로 오기된 것으로 보이나 논리상 상쇄 간섭을 의미함)
    ㄴ. $\Delta x \propto \frac{1}{n}$ 입니다. 과정 (1)에서 $\Delta x = x$이고 과정 (2)에서 $\Delta x = 1.2x$로 증가했으므로, 굴절률은 $n_1 > n_2$가 되어야 합니다.
    ㄷ. 과정 (3)에서는 진동수가 더 큰 단색광을 사용했습니다. 진동수 $f$가 증가하면 파장 $\lambda$는 감소하므로, 무늬 간격 $\Delta x$는 $1.2x$ 보다 작아집니다.

    오답 노트
    ㄷ. 진동수 증가 $\rightarrow$ 파장 감소 $\rightarrow$ 무늬 간격 감소
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

19. 그림 (가)는 광전효과 실험 장치를 모식적으로 나타낸 것이고, (나)는 금속판 A, B에 단색광을 비추어 주었을 때 방출된 광전자의 최대 운동 에너지 Ek를 단색광의 진동수 f에 따라 나타낸 것이다.

금속 A, B의 일함수를 각각 WA, WB라 할 때, WA : WB는?

  1. 1 : 4
  2. 1 : 3
  3. 1 : 1
  4. 3 : 1
  5. 4 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 광전자의 최대 운동 에너지는 $E_k = hf - W$이며, 그래프의 $x$절편(문턱 진동수 $f_0$)은 $W = h f_0$ 관계를 가집니다.
    그래프에서 금속 A의 문턱 진동수는 $\frac{1}{4} f_0$이고, 금속 B의 문턱 진동수는 $\frac{3}{4} f_0$ 입니다.
    ① [기본 공식]
    $$W_A : W_B = h f_{0A} : h f_{0B}$$
    ② [숫자 대입]
    $$W_A : W_B = \frac{1}{4} f_0 : \frac{3}{4} f_0$$
    ③ [최종 결과]
    $$W_A : W_B = 1 : 3$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

20. 그림 (가)는 진공 장치 안에서 정지 상태로 있던 입자 A에 힘이 작용하여 입자가 직선 운동하는 모습을 나타낸 것이고, (나)는 A에 작용하는 힘을 시간에 따라 나타낸 것이다.

t, 2t일 때 A의 물질파 파장을 각각 λt, λ2t라고 하면, λt : λ2t는? [3점]

  1. 1 : 3
  2. 1 : 2
  3. 1 : 1
  4. 2 : 1
  5. 3 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 물질파 파장은 운동량 $p$에 반비례하며, 운동량은 힘-시간 그래프의 면적(충격량)과 같습니다.
    ① [기본 공식]
    $$\lambda = \frac{h}{p} = \frac{h}{F \times t}$$
    ② [숫자 대입]
    $$t \text{일 때의 운동량 } p_t = \frac{1}{2} F t$$
    $$2t \text{일 때의 운동량 } p_{2t} = \frac{1}{2} F t + F t = \frac{3}{2} F t$$
    ③ [최종 결과]
    $$\lambda_t : \lambda_{2t} = \frac{1}{p_t} : \frac{1}{p_{2t}} = \frac{1}{1} : \frac{1}{3} = 3 : 1$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

< 이전회차목록 다음회차 >