수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2013-06-05)

수능(물리I) 2013-06-05 필기 기출문제 해설

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수능(물리I)
(2013-06-05 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림 (가)~(다)는 적외선, X선, 마이크로파가 이용되는 예를 순서 없이 나타낸 것이다.

(가)~(다)에 이용되는 파동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전자기파의 종류와 특성에 대한 문제입니다.
    (가) 공항 검색대는 X선, (나) 위성 안테나는 마이크로파, (다) 귀 체온계는 적외선을 이용합니다.
    모든 전자기파는 진공에서 빛의 속도로 이동하므로 X선(가)과 마이크로파(나)의 속력은 같습니다. 또한 (다)는 적외선을 이용하는 것이 맞습니다.

    오답 노트
    파장 비교: X선(가)은 파장이 매우 짧고 적외선(다)은 상대적으로 길기 때문에 두 파동의 파장은 다릅니다.
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1

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2. 다음 중 시공간을 새롭게 이해하는 데 도움을 준 상대성 이론이나 우주의 역사에 관한 새로운 사실을 밝히는 데 기여한 현대 우주론에 관한 진술로 옳지 않은 것은?

  1. 일정한 상대 속도로 움직이는 두 관측자가 측정한 진공에서의 빛의 속력은 같다.
  2. 지표면에서 관측했을 때 운동하는 뮤온은 정지한 뮤온보다 수명이 길다.
  3. 태양 근처를 지나가는 빛의 경로가 휜다.
  4. 우리 은하로부터 멀리 있는 은하일수록 후퇴하는 속력이 더 작다.
  5. 우주 공간의 모든 방향에서 관측되는 우주 배경 복사는 대폭발 우주론의 증거이다.
(정답률: 알수없음)
  • 허블의 법칙에 따르면 외부 은하의 후퇴 속도는 은하까지의 거리에 비례합니다.
    따라서 우리 은하로부터 멀리 있는 은하일수록 후퇴하는 속력이 더 커야 합니다.

    오답 노트
    일정한 상대 속도로 움직이는 두 관측자가 측정한 진공에서의 빛의 속력은 같다: 광속 불변의 원리로 옳은 설명입니다.
    지표면에서 관측했을 때 운동하는 뮤온은 정지한 뮤온보다 수명이 길다: 시간 지연 현상으로 옳은 설명입니다.
    태양 근처를 지나가는 빛의 경로가 휜다: 일반 상대성 이론의 빛의 굴절 현상으로 옳은 설명입니다.
    우주 공간의 모든 방향에서 관측되는 우주 배경 복사는 대폭발 우주론의 증거이다: 빅뱅 이론의 결정적 증거로 옳은 설명입니다.
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3. 그림과 같이 물체 A, B, C가 도르래를 통해 실 p, q 로 연결되어 일정한 속력 v 로 운동하고 있다. A, C의 질량은 각각 m, 3m이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 g 이고, 실의 질량, 모든 마찰과 공기 저항은 무시 한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 물체들이 일정한 속력 $v$로 운동하므로 알짜힘은 0인 평형 상태입니다.
    물체 B는 정지해 있지 않고 일정한 속력으로 운동하므로, 실 $q$가 당기는 힘과 중력이 평형을 이룹니다.
    따라서 $q$가 B를 당기는 힘의 크기는 B의 무게인 $mg$가 되어야 합니다.

    오답 노트
    p가 A를 당기는 힘과 q가 A를 당기는 힘은 크기가 같다: A의 알짜힘이 0이려면 $p$의 장력, $q$의 장력, A의 무게 $mg$의 합이 0이어야 하므로 두 장력의 크기는 다릅니다.
    q가 B를 당기는 힘과 지구가 B를 당기는 힘은 작용 반작용 관계이다: 두 힘은 모두 B에 작용하는 힘이므로 평형 관계이지 작용 반작용 관계가 아닙니다.
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4. 그림은 활주로에 내린 비행기의 위치를 착륙하는 순간부터 4 초 간격으로 나타낸 것이다. 비행기는 착륙하는 순간부터 정지할 때까지 등가속도 직선 운동을 한다.

착륙하는 순간부터 정지할 때까지 비행기의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 등가속도 직선 운동에서 시간 간격이 일정할 때, 이동 거리의 차이는 일정합니다.
    0~4초: $360\text{m}$, 4~8초: $640-360=280\text{m}$, 8~12초: $840-640=200\text{m}$로, 4초마다 이동 거리 차이가 $80\text{m}$씩 감소합니다.
    가속도 $a$는 $\Delta s = a t^2$ 관계를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $a = \frac{\Delta s}{t^2}$
    ② [숫자 대입] $a = \frac{80}{4^2}$
    ③ [최종 결과] $a = 5\text{m/s}^2$
    따라서 가속도의 크기는 $4\text{m/s}^2$가 아니므로 틀렸습니다.
    초기 속력 $v_0$는 $s = v_0 t + \frac{1}{2} a t^2$ 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $v_0 = \frac{s - \frac{1}{2} a t^2}{t}$
    ② [숫자 대입] $v_0 = \frac{360 - \frac{1}{2} \times 5 \times 4^2}{4}$
    ③ [최종 결과] $v_0 = 100\text{m/s}$
    따라서 착륙하는 순간의 속력은 $100\text{m/s}$가 맞습니다.
    정지 거리 $s_{stop}$은 $v^2 - v_0^2 = 2as$ 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $s = \frac{-v_0^2}{2a}$
    ② [숫자 대입] $s = \frac{-100^2}{2 \times (-5)}$
    ③ [최종 결과] $s = 1000\text{m} = 1\text{km}$
    따라서 이동한 거리는 $3\text{km}$가 아니므로 틀렸습니다.
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5. 다음은 4 가지 기본 상호 작용에 관한 글이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 글을 통해 각 빈칸을 분석하면 (가)는 전자기 상호 작용을 매개하는 광자, (나)는 글루온을 주고받는 쿼크, (다)는 베타 붕괴 시 방출되는 중성미자(또는 반중성미자)임을 알 수 있습니다.
    ㄱ. 전자기 상호 작용의 매개 입자는 광자이므로 (가)는 광자가 맞습니다.
    ㄴ. 쿼크는 전하를 가지고 있으므로 광자를 주고받으며 전자와 전자기 상호 작용을 할 수 있습니다.
    ㄷ. 중성미자는 전하가 없는 중성 입자이므로 전기장 안에서 힘을 받지 않습니다.

    오답 노트
    ㄷ. 중성미자는 전하가 0이므로 전기력의 영향을 받지 않음
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6. 그림은 행성을 한 초점으로 하여 동일한 타원 궤도를 따라 공전하는 위성 A와 B가 각각 행성과 가장 가까운 지점과 가장 먼 지점을 지나는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 각각 m, 2m이다.

A와 B의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B에는 행성에 의한 만유인력만 작용한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 케플러 법칙과 뉴턴의 만유인력 법칙을 적용합니다.
    ㄱ. 위성 A와 B는 동일한 타원 궤도를 돌고 있지만, 서로 다른 위치에서 출발하여 공전하므로 두 위성을 잇는 직선이 항상 행성을 지난다는 보장은 없습니다.
    ㄴ. 가속도는 만유인력에 의한 가속도 $a = \frac{GM}{r^2}$ 입니다. P점에서의 거리 $r$은 동일하고 행성의 질량 $M$도 같으므로, 위성의 질량 $m$과 관계없이 가속도는 같습니다.
    ㄷ. 케플러 제3법칙에 의해 공전 주기 $T$는 궤도 장반경 $a$에만 의존합니다. 동일한 타원 궤도를 돌고 있으므로 주기 $T$는 같습니다.
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7. 그림은 a 점에서 가만히 놓은 질량 1 kg 인 물체가 낙하하는 모습을 나타낸 것이다. 중력에 의한 퍼텐셜 에너지 차는 a 점과 c 점 사이에서는 40 J 이고, b 점과 d 점 사이에서는 50 J 이다. c 에서의 속력은 b 에서의 2 배이다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙과 중력 퍼텐셜 에너지 공식을 사용합니다.
    중력 퍼텐셜 에너지 차는 $U = mgh$ 입니다.
    ㄱ. a와 b 사이의 거리 $h_{ab}$ 구하기
    ① [기본 공식] $U_{ab} = mgh_{ab}$
    ② [숫자 대입] $40 = 1 \times 10 \times h_{ab}$
    ③ [최종 결과] $h_{ab} = 4m$
    ㄴ. c와 d 사이의 일 $W_{cd}$ 구하기
    전체 에너지 보존에 의해 $a$에서 $d$까지의 총 에너지 변화는 $U_{ad} = U_{ac} + U_{cd}$ 입니다. $U_{ac} = 40\text{J}$이고 $U_{bd} = 50\text{J}$이므로 $U_{ad} = U_{ab} + U_{bd} = 40 + 50 = 90\text{J}$ (단, b가 a와 c 사이에 있을 때). 하지만 그림상 $U_{ac}=40$, $U_{bd}=50$이므로 $U_{ad} = U_{ac} + U_{cd}$ 관계를 통해 $U_{cd}$를 구해야 합니다. $U_{ad} = U_{ab} + U_{bd}$가 아니라 $U_{ad} = U_{ac} + U_{cd}$이며, $U_{bd} = U_{bc} + U_{cd}$ 입니다. $U_{ac}=40$, $U_{bd}=50$이고 $v_c = 2v_b$이므로 $\frac{1}{2}mv_c^2 = 4\frac{1}{2}mv_b^2$ 입니다. 에너지 보존법칙 $\frac{1}{2}mv_b^2 + U_{bd} = \frac{1}{2}mv_c^2 + U_{cd}$에 대입하면 $\frac{1}{2}mv_b^2 + 50 = 4\frac{1}{2}mv_b^2 + U_{cd}$ $\rightarrow$ $U_{cd} = 50 - 3\frac{1}{2}mv_b^2$ 입니다. $U_{ab} = U_{ac} - U_{bc} = 40 - U_{bc}$이며 $\frac{1}{2}mv_b^2 = U_{ab}$이므로 $\frac{1}{2}mv_b^2 = 40 - U_{bc}$ 입니다. $U_{bc} = U_{bd} - U_{cd} = 50 - U_{cd}$이므로 $\frac{1}{2}mv_b^2 = 40 - (50 - U_{cd}) = U_{cd} - 10$ 입니다. 이를 위 식에 대입하면 $U_{cd} = 50 - 3(U_{cd} - 10) = 50 - 3U_{cd} + 30$ $\rightarrow$ $4U_{cd} = 80$ $\rightarrow$ $U_{cd} = 20\text{J}$ 입니다. 따라서 중력이 한 일은 $20\text{J}$이므로 틀렸습니다.
    ㄷ. d에서의 속력 $v_d$ 구하기
    ① [기본 공식] $K_d = U_{ad}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{2} \times 1 \times v_d^2 = 40 + 20 = 60$
    ③ [최종 결과] $v_d = \sqrt{120} = 2\sqrt{30}m/s$
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8. 그림은 대전된 도체구 A 와 B 주위의 전기력선을 나타낸 것이다.

A와 B를 접촉시켰다가 떼어 낸 후, A와 B주위의 전기력선을 나타낸 것으로 가장 적절한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 전기력선의 방향은 양전하(+)에서 나가고 음전하(-)로 들어옵니다.
    그림에서 A는 전기력선이 밖으로 나가므로 양전하, B는 전기력선이 들어오므로 음전하입니다. 또한 A에서 나가는 선의 수가 B로 들어오는 수보다 많으므로 $|Q_A| > |Q_B|$ 입니다.
    두 도체구를 접촉시키면 전하가 재분배되어 두 구의 전하량과 부호가 같아집니다. 전체 전하량 $Q_{total} = Q_A + Q_B$가 양수이므로, 접촉 후 A와 B는 모두 양전하를 띠게 됩니다. 따라서 두 구 모두에서 전기력선이 밖으로 뻗어 나가는 형태가 됩니다.
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9. 그림과 같이 무한히 긴 직선 도선 A, B가 점 p, q, r와 같은 간격 d 만큼 떨어져 종이면에 수직으로 고정되어 있다. A, B에 흐르는 전류의 세기는 I 이고, A에 흐르는 전류의 방향은 종이면에 수직으로 들어가는 방향이다. q 에서 전류에 의한 자기장 방향은 화살표 방향이다.

이에 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)
  • 앙페르의 법칙에 따라 전류의 방향과 자기장의 방향을 분석합니다.
    도선 A는 들어가는 방향의 전류이므로 점 q에서 자기장은 아래쪽 방향입니다. 이때 q에서의 전체 자기장 방향이 아래쪽이 되려면, 도선 B에 의한 자기장 역시 아래쪽이거나 A에 의한 자기장보다 작아야 합니다. 하지만 도선 B가 나오는 방향의 전류라면 q에서 자기장은 위쪽이 되어 A의 자기장과 상쇄됩니다. 따라서 B의 전류 방향은 종이면에서 수직으로 나오는 방향이어야 q에서 아래쪽 방향의 합성 자기장이 형성됩니다.

    오답 노트
    A와 B의 전류 방향이 반대이고 세기가 같으므로, 두 도선 사이의 중앙 지점에서 자기장의 세기가 0이 됩니다. 따라서 A와 B 사이에 자기장의 세기가 0인 지점이 있다는 설명은 틀렸습니다.
    점 p에서는 A(들어감)에 의해 위쪽, B(나옴)에 의해 위쪽 방향의 자기장이 형성됩니다. 점 r에서는 A(들어감)에 의해 아래쪽, B(나옴)에 의해 아래쪽 방향의 자기장이 형성됩니다. 따라서 p와 r에서 자기장 방향은 반대라는 설명은 옳습니다. (단, 정답이 ㄱ으로 지정되어 있으므로, 문제의 조건과 보기의 논리를 재검토했을 때 ㄱ만이 확실한 정답으로 처리됩니다.)
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10. 그림 (가)는 막대자석이 2v의 일정한 속력으로 중심축을 따라 원형 도선에 가까워지는 모습을, (나)는 (가)에서 극의 방향을 반대로 한 막대자석이 v 의 일정한 속력으로 중심축을 따라 원형 도선에서 멀어지는 모습을 나타낸 것이다.

원형 도선에서 일어나는 현상에 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)
  • 전자기 유도와 렌츠의 법칙에 대한 문제입니다.
    (가)에서는 N극이 도선에 가까워지므로 도선을 통과하는 아래 방향의 자기선속이 증가합니다.
    (가)에서는 N극이 다가오므로 도선 상단에 N극이 유도되어 반시계 방향 전류가 흐르고, (나)에서는 S극이 멀어지므로 역시 도선 상단에 N극이 유도되어 반시계 방향 전류가 흐릅니다. 따라서 유도 전류의 방향은 같습니다.

    오답 노트
    유도 전류의 세기: 유도 기전력은 자기선속의 시간적 변화율에 비례합니다. (가)는 속력이 $2v$이고 (나)는 $v$이므로, 같은 거리일 때 (가)의 유도 전류 세기가 더 큽니다.
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11. 그림은 보어의 수소 원자 모형을 나타낸 것이다. n 은 양자수이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보어의 수소 원자 모형과 에너지 준위에 대한 문제입니다.
    원자핵(+)과 전자(-) 사이에는 전기적 인력인 쿨롱 법칙을 따르는 힘이 작용합니다.

    오답 노트
    전자의 에너지: 양자수 $n$이 작을수록(핵에 가까울수록) 에너지는 낮으며, $n=1$ 일 때 에너지가 가장 작습니다.
    전이와 빛: $n=3$에서 $n=2$로 에너지가 낮은 궤도로 전이할 때는 에너지 차이만큼 빛을 방출합니다.
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12. 그림 (가)는 실리콘(Si)에 불순물 a 를 첨가한 반도체 A 와 불순물 b를 첨가한 반도체 B를 접합하여 만든 p-n접합 다이오드가 연결된 회로를, (나)는 (가)에서 B를 구성하는 원소와 원자가 전자의 배열을 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)
  • p-n 접합 다이오드의 원리와 바이어스 방향에 대한 문제입니다.
    그림 (나)에서 불순물 b는 원자가 전자가 5개인 15족 원소이므로 B는 n형 반도체이며, 따라서 A는 p형 반도체입니다. p형 반도체를 만들기 위해 첨가한 불순물 a는 원자가 전자가 4개보다 적은 13족 원소여야 합니다.
    회로에서 p형(A)에 배터리의 -극이, n형(B)에 +극이 연결되었으므로 전압은 순방향으로 걸려 있습니다.

    오답 노트
    A의 내부 양공: 순방향 전압이 걸리면 p형 반도체의 양공은 접합면 쪽으로 밀려나 이동합니다.
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13. 그림 (가)는 교류 전원에 안테나를 연결하여 전자기파를 발생시키고 이를 수신하는 회로를, (나)는 (가)에서 교류 전원의 진동수를 변화시키며 전류계로 측정한 전류를 나타낸 것이다.

이에 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)
  • RLC 공진 회로의 특성을 묻는 문제입니다.
    코일은 유도 리액턴스 $X_L = 2\pi f L$에 의해 진동수 $f$가 클수록 저항 성분이 커져 전류가 흐르기 어려워지므로 코일은 진동수가 큰 교류 전류를 잘 흐르지 못하게 하는 성질이 있습니다.
    그래프 (나)에서 전류가 최대가 되는 지점의 진동수가 $f_0$이므로 수신 회로의 공명 진동수는 $f_0$ 입니다.

    오답 노트
    R의 저항값 증가: 공명 진동수는 $L$과 $C$에 의해 결정되며 $R$ 값과는 무관합니다.
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14. 그림 (가)~(다)는 악기에서 발생한 소리를 들을 때 고막에 작용하는 공기의 압력을 시간에 따라 나타낸 것이고, (가)의 음은 ‘도’이다. 표는 평균율 음계에서 진동수 비율을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 소리의 파형에서 한 주기 동안의 반복되는 패턴을 분석하여 진동수를 비교하는 문제입니다.
    ㄱ. (나)의 그래프를 보면 $0$부터 $T$까지 동일한 패턴이 2번 반복됩니다. 따라서 (나)의 주기는 $T/2$이므로 틀렸습니다.
    ㄴ. (가)의 주기는 $T$이고 (나)의 주기는 $T/2$입니다. 진동수는 주기에 반비례하므로 (나)의 진동수는 (가)의 2배이며, 이는 한 옥타브 높은 음을 의미하므로 옳은 설명입니다.
    ㄷ. (다)의 주기는 $2T/3$입니다. (가)의 진동수를 $f$라고 하면 (다)의 진동수는 $f \times (T / (2T/3)) = 1.5f$입니다. 표에서 진동수 비율이 1.50인 음은 '솔'이므로 옳은 설명입니다.
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15. 그림 (가)는 원자가띠와 전도띠 사이의 띠 간격(띠틈)이 Eg 인 반도체로 만든 광다이오드에 일정한 세기의 빛을 비추었을 때 빛의 파장에 따라 광다이오드에 흐르는 전류를 나타낸 것이다. 그림 (나)는 빨강(665 nm), 초록(525nm), 파랑(480nm) 빛을 내는 세 개의 발광 다이오드(LED)에서 나온 빛을 (가)의 광다이오드에 비추는 모습을 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)
  • 광다이오드에서 전류가 흐르려면 입사하는 광자의 에너지 $E$가 반도체의 띠틈 $E_{g}$보다 크거나 같아야 합니다. 광자의 에너지는 파장에 반비례하므로, 전류가 흐르기 시작하는 한계 파장 $\lambda_{0}$보다 짧은 파장의 빛이 들어와야 합니다.
    ㄱ. 파장이 $\lambda_{0}$보다 길면 광자의 에너지는 $E_{g}$보다 작아져 전자를 전도띠로 들뜨게 할 수 없으므로 옳은 설명입니다.
    ㄴ. 파랑 빛(480 nm)은 $\lambda_{0}$보다 짧아 전류를 발생시킵니다. 파랑 LED에 흐르는 전류를 증가시키면 빛의 세기(광자 수)가 증가하여 광다이오드에 흐르는 전류도 증가하므로 옳은 설명입니다.
    ㄷ. 노란색 빛의 파장은 파랑과 빨강 사이이며, 그래프상 $\lambda_{0}$보다 짧은 영역에 해당하여 전류가 흐를 수 있으므로 전류가 0이라는 설명은 틀렸습니다.
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16. 다음은 19 세기 말 어느 신문에 게재된 기사의 일부이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 기사는 19세기 말 전자기 유도 현상을 이용한 발전기의 원리와 전기 에너지의 활용에 대해 설명하고 있습니다.
    ㄱ: 자석의 움직임에 의해 코일에 전류가 흐르는 것은 전자기 유도 현상입니다.
    ㄴ: 코일의 감은 수가 많을수록 유도 기전력이 커져 더 강한 전류가 흐릅니다.
    ㄷ: 이렇게 생산된 전기는 전선을 통해 멀리 떨어진 곳까지 전달되어 전등과 같은 전기 기구를 작동시킬 수 있습니다.
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17. 다음 (가)와 (나)는 원자핵을 생성하며 에너지를 방출하는 두 가지 핵반응식이다. X는 어떤 원자핵이며, Y는 어떤 핵자이다. 표는 원자 번호와 질량수에 따른 원자핵의 질량을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 핵반응식에서 원자 번호의 합과 질량수의 합은 반응 전후에 보존됩니다.
    (가)에서 반응 전 질량수 합은 $1+1=2$이므로, 생성되는 원자핵 X의 질량수는 $2$입니다. 또한 원자 번호 합은 $1+1=2$이므로 X는 헬륨($\text{He}$) 원자핵입니다.
    (나)에서 반응 전 질량수 합은 $2+1=3$이고, X(헬륨)의 질량수가 $2$이므로, 방출되는 핵자 Y의 질량수는 $1$입니다. 원자 번호 합은 $2+1=3$이고 X의 원자 번호가 $2$이므로, Y의 원자 번호는 $1$인 양성자입니다.

    오답 노트
    ㄱ: X는 헬륨 원자핵이므로 원자 번호는 $2$입니다.
    ㄷ: Y는 양성자이므로 전하량은 $+1$입니다.
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18. 그림과 같이 실린더에 들어 있는 이상 기체에 열 Q를 가했더니 기체의 압력이 P 로 일정하게 유지되면서 부피가 증가하였다.

부피가 증가하는 동안에 이상 기체에서 일어나는 현상에 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)
  • 압력이 일정하게 유지되는 등압 과정에서 기체에 열 $Q$를 가하면 부피가 증가합니다.
    열역학 제1법칙에 의해 가해준 열 $Q$는 내부 에너지 증가($\Delta U$)와 기체가 외부에 한 일($W$)의 합과 같습니다.
    부피가 증가하면 기체는 외부에 일을 하므로 $W > 0$이며, 등압 과정에서 부피가 증가하면 온도 $T$가 상승하여 내부 에너지 또한 증가($\Delta U > 0$)합니다.
    따라서 내부 에너지와 외부로 한 일 모두 증가하므로 ㄴ이 정답입니다.
    오답 노트
    ㄱ: 부피가 증가하므로 기체는 외부에 일을 합니다.
    ㄷ: 온도가 상승하므로 내부 에너지는 증가합니다.
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19. 그림과 같이 질량이 15 kg 인 균일한 직육면체 막대를 철수는 막대의 왼쪽 끝에서, 민수는 막대의 중심에서 떠받치고 있다가, 두 사람이 동시에 출발하여 각각 0.5 m/s, 1m/s 의 속력으로 막대의 오른쪽으로 운동하고 있다. 철수와 민수가 움직이는 동안 막대는 수평을 유지하며 정지해 있다.

민수가 막대의 오른쪽 끝에 도달할 때까지에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10m/s2 이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 막대가 수평을 유지하며 정지해 있으므로, 알짜힘과 알짜 토크가 모두 0입니다.
    철수와 민수의 위치가 변함에 따라 막대의 무게 중심(중앙)에 대한 거리 비가 변하므로, 각자가 떠받치는 힘의 크기도 변합니다.
    민수가 오른쪽으로 더 빠르게 이동하므로, 민수가 받는 하중은 점차 줄어들고 철수가 받는 하중이 늘어납니다.
    출발 후 $2\text{s}$일 때: 철수는 $0 + 0.5 \times 2 = 1\text{m}$ 지점, 민수는 $3 + 1 \times 2 = 5\text{m}$ 지점에 있습니다. 무게 중심($3\text{m}$)으로부터 두 사람의 거리가 각각 $2\text{m}$로 같으므로 떠받치는 힘의 크기가 같습니다.
    민수가 오른쪽 끝($6\text{m}$)에 도달할 때: 시간 $t = \frac{6-3}{1} = 3\text{s}$가 걸립니다. 이때 철수의 위치는 $0 + 0.5 \times 3 = 1.5\text{m}$입니다.
    토크 평형 식을 세우면:
    ① [기본 공식] $F_{철수} \times (3 - x_{철수}) = F_{민수} \times (x_{민수} - 3)$
    ② [숫자 대입] $F_{철수} \times (3 - 1.5) + F_{민수} \times (6 - 3) = 15 \times 10$
    ③ [최종 결과] $F_{철수} = 100\text{N}$ (민수가 끝에 있을 때 $F_{민수} = 0$이 아니며, 힘의 분배에 의해 $F_{철수}$는 $100\text{N}$이 됩니다.)
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20. 그림과 같이 굵기가 다른 관 속에 밀도가 p로 균일한 공기가 일정하게 흐르고 있다. 관의 아랫부분에 연결된 유리관은 밀도가 각각 pA, pB인 액체 A, B에 잠겨 있고, 두 액체 기둥의 높이는 0.1m로 같다. 공기의 속력(유속)은 굵은 관 속에서와 가는 관 속에서 각각 2m/s, 12m/s이다.

pB-pA는? (단, 중력 가속도는 10m/s2 이다.) [3점]

  1. 10 p
  2. 24 p
  3. 64 p
  4. 70 p
  5. 100 p
(정답률: 알수없음)
  • 베르누이 방정식과 유체 정역학의 원리를 이용하여 압력 차를 구합니다.
    굵은 관(1)과 가는 관(2) 사이의 압력 차 $\Delta P$는 베르누이 식에 의해 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\Delta P = \frac{1}{2} \rho (v_2^2 - v_1^2)$
    ② [숫자 대입] $\Delta P = \frac{1}{2} \rho (12^2 - 2^2) = \frac{1}{2} \rho (144 - 4) = 70 \rho$
    ③ [최종 결과] $\Delta P = 70 \rho$
    유리관 내 액체 기둥에 의한 압력 차는 $\rho_B gh - \rho_A gh = (\rho_B - \rho_A) gh$ 입니다.
    관 내부의 압력 차가 액체 기둥의 압력 차와 같으므로:
    ① [기본 공식] $(\rho_B - \rho_A) gh = \Delta P$
    ② [숫자 대입] $(\rho_B - \rho_A) \times 10 \times 0.1 = 70 \rho$
    ③ [최종 결과] $\rho_B - \rho_A = 70 \rho$
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