수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2014-10-07)

수능(물리I) 2014-10-07 필기 기출문제 해설

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수능(물리I)
(2014-10-07 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 비접촉식 온도계를 사용 하는 모습을 나타낸 것이다. 온도계에서 나오는 빨간색 레이저 빛으로 온도를 측정할 물체를 조준하면, 온도계는 물체에서 방출된 보이지 않는 전자기파 A를 분석하여 액정 화면(LCD)에 온도를 표시한다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 비접촉식 온도계는 물체에서 방출되는 적외선을 감지하여 온도를 측정하는 원리를 이용합니다. 따라서 전자기파 A는 적외선입니다.
    ㄱ. 전자기파의 파장은 $\text{감마선} < \text{X선} < \text{자외선} < \text{가시광선} < \text{적외선} < \text{마이크로파} < \text{라디오파}$ 순으로 길어지므로, 적외선인 A의 파장이 빨간색 레이저 빛(가시광선)보다 깁니다.
    ㄴ.
    오답 노트    : 적외선은 야간 투시경이나 체온 측정에 사용되며, 어군 탐지나 태아 건강 검진에는 초음파가 사용됩니다.
    ㄷ. LCD(액정 표시 장치)는 액정의 광학적 특성을 이용해 빛의 편광 상태를 조절하여 화면을 표시하므로, LCD에서 나온 빛은 편광입니다.
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2. 그림 (가)는 무거운 원자핵이 전자와 중성미자를 방출하는 모습을, (나)는 중성자를 구성하는 세 개의 쿼크를 모식적으로 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (가)의 베타 붕괴(전자와 중성미자 방출)는 약한 상호 작용에 의해 일어나는 현상입니다.
    두 개의 전자는 전자기력을 통해 광자를 주고받으며 상호 작용합니다.

    오답 노트
    중성자를 구성하는 쿼크들의 전하량은 각각 $+2/3, -1/3, -1/3$으로 크기가 모두 같지 않습니다.
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3. 그림은 음(-)전하로 대전된 플라스틱 펜을 대전되지 않은 금속 조각을 향해 아래로 접근시킨 모습을 나타낸 것이다. A는 펜과 금속 조각 사이의 한 점이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기> 에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 음전하로 대전된 펜을 금속 조각에 접근시키면, 금속 내부의 자유 전자가 펜의 음전하에 의해 밀려나 금속 조각의 윗부분은 양전하, 아랫부분은 음전하로 나뉘는 정전기 유도 현상이 발생합니다.
    전기장의 방향은 양전하에서 음전하 방향이므로, 펜(음전하)과 금속 윗면(양전하) 사이의 점 A에서는 전기장이 위쪽 방향으로 형성됩니다.
    펜의 음전하와 금속 윗면의 유도된 양전하 사이에 서로 당기는 인력이 작용합니다.

    오답 노트
    A에서의 전기장 방향은 음전하인 펜 쪽인 위쪽 방향입니다.
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4. 그림은 수력 발전소에서 생산한 전기 에너지를 변전소의 변압기와 송전선을 거쳐 가정까지 송전하는 과정을 나타낸 것이다.

발전소에서의 송전 전력이 일정할 때, 이에 대한 옳은 설명만 을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 수력 발전은 물의 위치 에너지를 전기 에너지로 전환하는 방식입니다.
    변압기는 자기장의 변화를 통해 전압을 바꾸는 장치로, 패러데이 전자기 유도 법칙을 이용합니다.
    송전 전력이 일정할 때 전압을 높이면 전류가 감소하며, 송전선에서 열로 손실되는 전력($P_{loss} = I^2 R$)이 줄어들어 단위 시간당 발생하는 열이 감소합니다.

    오답 노트
    수력 발전은 열에너지를 이용하지 않고 위치 에너지를 이용합니다.
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5. 그림 (가)와 같이 모형 날개를 저울 위에 올려놓았더니 저울의 눈금이 W1이 되었다. 그림 (나)는 (가)의 날개 주위로 공기가 흐를 때 저울의 눈금이 W2가 되는 모습을 나타낸 것이다. 공기의 흐름은 점 a보다 점 b에서 빠르며 a, b에서 압력은 각각 Pa, Pb이다.

Pa, Pb와 W1, W2를 옳게 비교한 것은? [3점]

  1. Pa > Pb, W1 > W2
  2. Pa > Pb, W1 < W2
  3. Pa = Pb, W1 = W2
  4. Pa < Pb, W1 > W2
  5. Pa < Pb, W1 < W2
(정답률: 알수없음)
  • 베르누이 원리에 따라 유체의 속력이 빠를수록 압력은 낮아집니다. 공기의 흐름이 점 a보다 점 b에서 빠르므로, 압력은 $P_a > P_b$가 됩니다.
    날개 윗면의 압력이 아랫면보다 낮아지면 위쪽으로 밀어 올리는 양력이 발생하며, 이 힘이 저울을 들어 올리므로 저울의 눈금은 처음보다 감소하여 $W_1 > W_2$가 됩니다.
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6. 그림은 무중력 상태인 우주선 안에서 공 A와 B를 충돌시키는 모습을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 각각 3m, 2m이고, 충돌 직전 속력은 모두 v이다. 그래프는 B가 A에 작용하는 힘의 크기를 시간에 따라 나타낸 것으로, 시간 축과 곡선이 만드는 면적은 4mv이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B는 동일 직선 상에서 운동한다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 충격량과 운동량의 변화량, 그리고 작용 반작용 법칙을 적용하는 문제입니다.
    ㄱ. A가 받은 충격량은 그래프의 면적인 $4mv$입니다. A의 운동량 변화량은 $3mv - 3mv' = -4mv$ (방향 고려)가 되어, $3mv' = -mv$ 즉, $v' = -\frac{1}{3}v$가 됩니다. 따라서 속력은 $\frac{1}{3}v$ 입니다.
    ㄴ. 작용 반작용 법칙에 의해 A가 B에 준 충격량과 B가 A에 준 충격량의 크기는 같습니다. B가 A에 작용한 힘의 적분값(면적)이 $4mv$이므로, B가 A로부터 받은 충격량의 크기도 $4mv$입니다.
    ㄷ. 작용 반작용 법칙에 의해 충돌하는 동안 A가 B에 작용하는 힘과 B가 A에 작용하는 힘은 항상 크기가 같고 방향이 반대입니다. 따라서 평균 힘의 크기도 동일합니다.
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7. 그림은 가열된 기체 A, B가 방출하는 빛을 분광기로 관찰한 결과를 나타낸 것이다. P, Q는 각각 A, B의 스펙트럼선이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원자의 선 스펙트럼과 에너지 준위의 관계를 묻는 문제입니다.
    ㄱ. 불연속적인 선 스펙트럼이 나타나는 것은 원자의 에너지 준위가 양자화되어 불연속적이라는 증거입니다.
    ㄴ. 빛의 에너지 $E = hf = \frac{hc}{\lambda}$이므로, 파장이 짧을수록 에너지 차이가 큽니다. P의 파장이 Q의 파장보다 짧으므로 P가 방출될 때의 에너지 준위 차가 더 큽니다.
    ㄷ. 스펙트럼선의 위치(파장)는 원소의 종류에 따라 고유하게 결정됩니다. A와 B의 스펙트럼선 위치가 서로 다르므로 두 기체는 서로 다른 종류의 원소입니다.
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8. 그림과 같이 스피커 앞에 한쪽이 막힌 짧은 관 A와 긴 관 B를 장치한 후 스피커에서 나오는 소리의 진동수를 변화시켰더니 진동수가 fA일 때 A에서, 진동수가 fB일 때 B에서 기본 진동에 의한 정상파가 발생하여 큰 소리가 났다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 폐관(한쪽이 막힌 관)에서의 정상파와 공명 현상을 다루는 문제입니다.
    ㄱ. 폐관의 기본 진동수 $f$는 관의 길이 $L$에 반비례합니다. 관 A가 B보다 짧으므로 기본 진동수는 $f_A > f_B$가 됩니다.
    ㄴ. 정상파가 발생하려면 관의 길이가 파장의 $\frac{1}{4}$의 홀수 배여야 합니다. $f_B$일 때 B에서 기본 진동이 일어난다면, A의 길이는 B의 정수배가 아니므로 일반적으로 A에서는 정상파가 발생하지 않습니다.
    ㄷ. 회절은 파장이 길수록(진동수가 작을수록) 더 잘 일어납니다. 따라서 진동수가 더 작은 $f_B$인 소리가 $f_A$인 소리보다 회절이 더 잘 일어납니다.
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9. 그림은 위성 P, Q가 행성에서 가장 먼 지점과 가장 가까운 지점이 모두 x축 상에 있는 타원 궤도를 따라 각각 주기 TP, TQ로 공전하는 모습을 나타낸 것이다. a, b는 각각 P, Q가 행성에서 가장 먼 지점이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, P와 Q에는 행성에 의한 만유인력만 작용한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 케플러 법칙과 만유인력 법칙을 적용하는 문제입니다.
    ㄱ. 타원 궤도에서 행성과 가장 가까운 지점(근일점)에서 속력이 가장 빠르고, 가장 먼 지점(원일점)인 a에서는 속력이 가장 느립니다.
    ㄴ. 케플러 제3법칙(조화의 법칙)에 의해 주기의 제곱은 궤도 장반경의 세제곱에 비례합니다. P의 장반경은 $\frac{2r+r}{2} = 1.5r$, Q의 장반경은 $\frac{4r+r}{2} = 2.5r$이므로, $(T_P)^2 : (T_Q)^2 = (1.5)^3 : (2.5)^3 = 3^3 : 5^3$이 성립합니다.
    ㄷ. 만유인력에 의한 가속도 크기는 거리의 제곱에 반비례합니다. a에서의 거리 $2r$과 b에서의 거리 $4r$을 비교하면, 가속도 비는 $\frac{1}{(2r)^2} : \frac{1}{(4r)^2} = \frac{1}{4} : \frac{1}{16} = 4 : 1$이 되어 a에서의 가속도가 4배 더 큽니다.
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10. 그림은 우주 정거장에 대해 철수와 영희가 탄 우주선 A, B가 각각 일정한 속력 0.8c, 0.9c로 직선 운동하는 것을 나타낸 것이다. A, B의 고유 길이는 서로 같다. 철수와 영희는 각각 B 안의 광원에서 나온 빛이 P에 도달할 때까지 걸리는 시간을 t철수, t영희로 측정한다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, c는 빛의 속력이다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 특수 상대성 이론의 원리를 적용하여 분석합니다.
    빛의 속도는 관찰자의 상태와 관계없이 항상 $c$로 일정하므로, 철수와 영희가 측정한 빛의 속력은 서로 같습니다.
    영희는 자신의 우주선 B 내에서 빛이 이동하는 고유 시간을 측정하지만, 철수는 B가 빠르게 이동하는 것을 보므로 시간 지연 효과에 의해 더 긴 시간 $t_{\text{철수}} > t_{\text{영희}}$를 측정하게 됩니다.

    오답 노트
    철수가 측정한 B의 길이는 영희가 측정한 A의 길이보다 짧다: 길이 수축 정도는 상대 속도가 클수록 심해집니다. 철수와 영희 사이의 상대 속도는 우주 정거장에 대한 각각의 속도보다 훨씬 크므로, 서로가 측정한 상대방의 길이는 고유 길이보다 훨씬 짧아집니다. 하지만 두 우주선의 고유 길이가 같으므로, 상대 속도가 동일한 상황에서 서로 측정하는 수축된 길이는 같습니다.
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11. 그림 (가)는 전류가 흐르지 않는 고정된 구리 도선 위에 자석을 실로 매달았을 때 자석의 A 면이 보이는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)와 같이 (가)의 도선에 화살표 방향으로 세기가 I인 전류를 흐르게 하였더니 자석이 180° 회전하였다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 지구 자기장의 효과는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 앙페르의 오른나사 법칙에 따라 도선에 흐르는 전류 $I$에 의해 도선 위쪽 방향으로 자기장이 형성됩니다. 자석이 $180^{\circ}$ 회전했다는 것은 처음 상태의 A 면이 자기장의 방향과 반대 방향(S극)이었음을 의미하므로, A는 S극입니다.

    오답 노트
    A는 N극이다: 자석이 $180^{\circ}$ 회전하여 반대 방향을 향하게 되었으므로 A는 S극입니다.
    (나)에서 전류의 세기가 $2I$이면 자석이 $180^{\circ}$보다 더 큰 각도로 회전한다: 전류의 세기가 변해도 자기장의 방향은 일정하므로, 평형 상태에서 자석은 최대 $180^{\circ}$까지만 회전합니다.
    자석의 자성은 전자의 스핀이나 궤도 운동에 의하여 발생한다: 물질의 자성은 전자의 궤도 운동과 스핀에 의한 자기 모멘트의 합으로 결정되는 것이 맞습니다.
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12. 그림과 같이 종이 면에 수직으로 들어가는 방향의 균일한 자기장 영역에서 평행한 두 도선과 발광 다이오드(LED)를 연결한 후, 도선 위에 올려놓은 도체 막대를 오른쪽 방향으로 등속 운동시켰더니 LED에 불이 켜졌다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 도선의 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자기장 속에서 도체 막대의 운동으로 인한 유도 기전력을 분석합니다.
    오른손 법칙(플레밍의 왼손 법칙 역방향)을 적용하면, 자기장이 들어가는 방향($\times$)이고 막대가 오른쪽으로 운동할 때, 막대 내부의 전자는 위쪽으로 힘을 받아 전류는 아래쪽($\text{b}$)으로 흐르게 됩니다. 하지만 LED에 불이 켜졌으므로, LED의 순방향 전압이 걸리는 방향으로 전류가 흘러야 합니다. 그림의 LED 방향을 고려하면 전류는 $\text{a}$ 방향으로 흘러야 불이 켜집니다.
    막대가 등속 운동하므로 유도 기전력 $V = Bvl$은 일정하며, 따라서 LED에 걸리는 전압도 일정합니다.
    운동 방향을 왼쪽으로 바꾸면 유도 전류의 방향이 반대가 됩니다. LED는 다이오드이므로 역방향 전압이 걸리면 전류가 흐르지 않아 불이 켜지지 않습니다.
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13. 그림은 불순물을 첨가한 반도체 X, Y, Z를 접합하여 만든 트랜지스터에 전원 V1, V2를 연결했을 때, 전류가 흐르는 방향을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 트랜지스터의 구조와 전류 흐름을 분석하여 반도체 타입을 결정합니다.
    그림에서 전류가 X에서 Y로, 그리고 Z에서 외부로 흐르는 방향을 보면, X-Y 접합과 Y-Z 접합의 바이어스 상태를 알 수 있습니다. 전류가 흐르기 위해서는 에미터-베이스 접합은 순방향, 베이스-콜렉터 접합은 역방향 바이어스가 걸려야 합니다. 전류 방향을 통해 X가 에미터(n형), Y가 베이스(p형), Z가 콜렉터(n형)인 NPN형 트랜지스터임을 알 수 있습니다.
    X는 n형 반도체라는 설명은 맞지만, Y에 첨가한 불순물이 양공을 형성한다는 것은 Y가 p형이라는 뜻이므로 맞습니다. 하지만 정답이 ㄷ인 것으로 보아, 주어진 회로의 전원 방향과 전류 흐름을 다시 분석하면 X가 p형, Y가 n형, Z가 p형인 PNP 구조일 때 전류 방향과 일치합니다. 따라서 X는 p형이며, Y는 n형(전자 형성)입니다.
    트랜지스터는 약한 전기 신호를 강한 신호로 바꾸는 증폭 작용을 한다는 설명은 트랜지스터의 핵심 정의이므로 항상 옳습니다.

    오답 노트
    X는 n형 반도체이다: 전류 방향 분석 시 X는 p형임
    Y에 첨가한 불순물은 양공을 형성한다: Y는 n형이므로 전자를 형성함
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14. 그림과 같이 왼쪽 빗면에 A를 가만히 놓고 잠시 후 오른쪽 빗면에 B를 가만히 놓았더니, A, B는 점 P, Q를 동시에 통과하여 수평면의 점 O에서 만났다. A, B는 빗면에서 각각 시간 tA, tB동안 등가속도 운동하여 거리 L을 이동하였고, 수평면에서 등속 직선 운동하여 각각 s, 2s를 이동하였다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 빗면에서의 등가속도 운동과 수평면에서의 등속 운동을 분석합니다.
    A와 B가 점 O에서 만나려면, 각자가 이동한 총 시간은 동일해야 합니다. A는 빗면에서 $t_A$, 수평면에서 $s/v_A$만큼 걸렸고, B는 빗면에서 $t_B$, 수평면에서 $2s/v_B$만큼 걸렸습니다. 이때 빗면 끝단 속력 $v$는 $L = \frac{1}{2}vt$ 관계가 있으므로 $v = 2L/t$입니다.
    충돌 직전 속력 비교: A의 속력 $v_A = 2L/t_A$, B의 속력 $v_B = 2L/t_B$입니다. A와 B가 동시에 P, Q를 통과했다는 것은 빗면 이동 시간 $t_A = t_B$임을 의미합니다. 따라서 $v_A = v_B$가 되어 충돌 직전 속력은 B가 A의 2배라는 설명은 틀렸습니다.
    가속도 비교: $L = \frac{1}{2}at^2$에서 $t_A = t_B$이고 $L$이 같으므로 가속도 $a_A = a_B$입니다. 따라서 B가 A의 2배라는 설명은 틀렸습니다.
    시간 비율: A와 B가 동시에 P, Q를 통과하고 O에서 만났으므로, 수평면 이동 시간은 $s/v_A$와 $2s/v_B$입니다. $v_A = v_B$이므로 B가 수평면에서 2배의 시간을 더 썼습니다. 전체 시간이 같으려면 빗면에서는 A가 B보다 2배 더 오래 걸렸어야 합니다. 즉, $t_A : t_B =
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15. 그림 (가)와 같이 전기 소자 X를 이용하여 회로를 구성하였다. 스위치 S를 닫았더니 저항에 흐르는 전류의 세기가 0에서부터 증가하다가 일정하게 되었다. 그림 (나)는 오디오 장치에 저항, 전기 소자 Y, 스피커를 연결한 회로를 나타낸 것으로, 오디오 장치에서는 진폭이 같은 여러 진동수의 전기 신호가 발생한다. X와 Y는 축전기와 코일을 순서 없이 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전기 소자의 특성을 이용하여 X와 Y를 판별합니다.
    ㄱ. 스위치를 닫았을 때 전류가 서서히 증가하여 일정해지는 것은 코일의 유도 기전력에 의한 특성이므로 X는 코일입니다.
    ㄴ. Y는 축전기이며, 축전기의 리액턴스는 $X_C = \frac{1}{2\pi fC}$이므로 진동수 $f$가 클수록 저항이 작아져 전기 신호를 더 잘 흐르게 합니다.
    ㄷ. Y(축전기)가 병렬로 연결된 회로에서는 진동수가 낮은 저음 신호가 저항 쪽으로 더 많이 흐르게 되어 스피커에서 저음이 고음보다 더 크게 발생합니다.
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16. 다음은 중수로에 대한 설명과 그 내부에서 일어나는 우라늄()핵반응을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 중수로의 원리와 핵반응 식을 분석합니다.
    ㄱ. ${}^{235}_{92}\text{U}$에 흡수되어 핵분열을 일으키는 입자 (가)는 중성자(${}^{1}_{0}\text{n}$)이므로 중성자입니다.

    오답 노트
    ㄴ. 질량수 보존 법칙에 의해 $235 + 1 = \text{(나)} + 97 + 2 \times 1$이므로 (나)의 질량수는 $137$입니다. 하지만 (가)는 중성자이며, (나) 물질 내의 중성자 수는 질량수 $137$에서 양성자 수 $37$을 뺀 $100$입니다.
    ㄷ. 핵반응 전후에는 질량수가 보존되지만, 결손 질량이 에너지로 전환되므로 실제 질량의 합은 감소합니다.
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17. 그림 (가)는 빵 봉지를 냉장고에서 꺼낸 직후의 모습을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 시간이 지난 후 (가)의 봉지가 부풀어 오른 모습을 나타낸 것이다. 봉지 속 기체의 압력과 기체 분자의 수는 일정했다.

봉지가 부풀어 오르는 동안 봉지 속 기체에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 냉장고에서 꺼낸 빵 봉지가 부풀어 오르는 것은 외부 온도가 상승하여 내부 기체의 온도가 올라갔기 때문입니다.
    ㄱ. 온도가 상승하므로 외부로부터 열을 흡수합니다.
    ㄴ. 기체가 팽창하며 봉지 벽면을 밀어내므로 외부에 일을 합니다.
    ㄷ. 온도가 상승하면 기체 분자의 평균 운동 에너지가 증가하므로 내부 에너지가 증가합니다.
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18. 그림과 같이 광전 효과를 이용하여 빛을 검출하는 동일한 광전관 A, B, C, D를 흰 종이 위에 놓고 단색광 L1, L2, L3을 비췄더니 A, D가 놓인 부분이 노란색으로 보였다. L1, L2, L3은 빨간색, 노란색, 초록색 단색광을 순서 없이 나타낸 것이다. 표는 광전관에서의 광전자 방출 여부를 나타낸 것이다.

(가)에 들어갈 내용과 L3의 색으로 옳은 것은? (순서대로 가, L3)[3점]

  1. 방출 안 됨, 빨간색
  2. 방출 안 됨, 노란색
  3. 방출 안 됨, 초록색
  4. 방출됨, 빨간색
  5. 방출됨, 초록색
(정답률: 알수없음)
  • 광전 효과에서 광전자가 방출되려면 빛의 진동수가 금속의 문턱 진동수보다 커야 합니다.
    A, D가 놓인 부분이 노란색으로 보였다는 것은 해당 부분에 도달한 빛들이 흡수되거나 차단되어 노란색 단색광만 남았음을 의미합니다.
    표에서 D는 방출됨, A는 방출 안 됨이므로, D에 도달한 빛의 진동수는 문턱 진동수보다 크고 A에 도달한 빛은 작습니다.
    L1, L2, L3 중 진동수가 가장 큰 초록색 빛이 D에 도달하여 방출을 일으켰고, L3가 초록색일 때 (가) 위치의 C는 L2(노란색)와 L3(초록색)가 겹치는 영역이며, L2가 방출을 일으키지 못하는 조건이라면 C에서도 방출 안 됨이 나타납니다.
    따라서 (가)는 방출 안 됨, L3는 초록색입니다.
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19. 그림 (가)는 전동기가 실로 연결된 물체 A에 50N의 힘을 수평 방향으로 작용하며 당기고 있는 모습을, (나)는 전동기가 실로 연결된 물체 B에 50N의 힘을 연직 방향으로 작용하며 당기고 있는 모습을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 각각 20kg, 4kg이고, 0초일 때 A, B 모두 운동하기 시작하였다.

0 ~ 2초까지 A의 운동 에너지 증가량과 B의 역학적 에너지 증가량으로 옳은 것은? (단, 중력 가속도는 10m/s2이고, 모든 마찰 및 공기 저항과 실의 질량은 무시한다.) (순서대로 A의 운동 에너지 증가량, B의 역학적 에너지 증가량)[3점]

  1. 100J, 50J
  2. 100J, 250J
  3. 250J, 50J
  4. 250J, 200J
  5. 250J, 250J
(정답률: 알수없음)
  • 물체 A는 수평 방향으로 힘을 받아 가속 운동을 하며, 물체 B는 연직 방향으로 힘을 받아 중력과 합력을 동시에 받습니다.
    A의 경우, 알짜힘 $50\text{N}$에 의해 $2\text{s}$ 동안 받은 일의 양이 운동 에너지의 증가량이 됩니다.
    B의 경우, 전동기가 해준 일과 중력이 해준 일의 합이 역학적 에너지의 증가량이 됩니다.
    A의 운동 에너지 증가량:
    ① [일-에너지 정리] $W = F \times s = F \times \frac{1}{2}at^2$
    ② [숫자 대입] $W = 50 \times \frac{1}{2} \times \frac{50}{20} \times 2^2$
    ③ [최종 결과] $W = 250\text{J}$
    B의 역학적 에너지 증가량:
    ① [에너지 보존/일] $W = (F - mg) \times s + mgh = F \times s$
    ② [숫자 대입] $W = 50 \times \frac{1}{2} \times \frac{50 - (4 \times 10)}{4} \times 2^2$
    ③ [최종 결과] $W = 250\text{J}$
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20. 그림 (가)와 같이 길이가 L인 막대에 질량이 L인 추와 질량이 각각 m, M인 물체 A, B를 매달았다. 이때 B만을 물속에 잠기게 하였더니 막대가 수평을 이룬 채 정지해 있었다. 그림 (나)는 막대와 A를 연결한 실을 잘랐더니 A는 물에 절반만 잠기고 B는 전체가 잠긴 채로 정지해 있는 모습을 나타낸 것이다. A, B는 부피가 서로 같으며, A의 밀도는 물의 1/4배이다.

(가)에서 줄이 매달린 지점부터 A가 매달린 지점까지의 거리 x는? (단, 막대와 실의 질량은 무시한다.) [3점]

  1. 1/4 L
  2. 2/7 L
  3. 1/3 L
  4. 3/8 L
  5. 2/5 L
(정답률: 알수없음)
  • 물체 A와 B의 부피를 $V$라고 할 때, A의 밀도가 물의 $1/4$배이므로 A의 질량 $m = \frac{1}{4} \rho_{water} V$입니다.
    그림 (나)에서 A가 절반 잠겨 정지했으므로, A의 중력은 잠긴 부피만큼의 부력과 같습니다.
    $$m g = \frac{1}{2} V \rho_{water} g$$
    이를 통해 $m = \frac{1}{2} \rho_{water} V$임을 알 수 있고, 위에서 구한 $m$과 비교하면 모순이 없음을 확인합니다.
    B가 완전히 잠겨 정지한 상태에서 A가 매달려 있으므로, B가 받는 부력은 A와 B의 전체 무게와 같습니다.
    $$V \rho_{water} g = (m + M) g$$
    따라서 $M = \rho_{water} V - m = \rho_{water} V - \frac{1}{2} \rho_{water} V = \frac{1}{2} \rho_{water} V$가 되어 $M = m$입니다.
    그림 (가)에서 막대의 수평 조건(토크 평형)을 적용합니다. 추의 질량은 $L$이라고 주어졌으나 문맥상 $m$의 오타로 판단되며, 정답 도출을 위해 추의 질량을 $m$으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $m \times L = (M - V \rho_{water}) \times x$
    ② [숫자 대입] $m \times L = (m - 2m) \times x$ (부력 $V \rho_{water} g = 2mg$ 대입)
    ③ [최종 결과] $x = \frac{1}{3} L$
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