수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2014-10-07)

수능(물리I)
(2014-10-07 기출문제)

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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, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • ① 비접촉식 온도계는 빨간색 레이저 빛을 사용하여 온도를 측정한다.
    ② 온도계는 물체에서 방출된 전자기파 A를 분석하여 온도를 측정한다.
    ③ 온도계는 LCD 화면에 온도를 표시한다.
    따라서, "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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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, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 그림 (가)에서 묘사된 원자핵 붕괴를 나타내고, "ㄷ"는 그림 (나)에서 묘사된 세 개의 쿼크를 나타내기 때문에 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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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, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄷ" 인 이유는 다음과 같다.

    - ㄱ: 펜과 금속 조각 사이에 전기장이 형성되어 있다. 이는 펜과 금속 조각이 서로 다른 전하를 가지고 있기 때문이다.
    - ㄷ: 펜이 아래로 접근하면서 전기장이 강해지고, 결국 펜과 금속 조각 사이에 전기적인 방전이 일어난다. 이 때, 전기적인 에너지가 방전되면서 빛이 발생하게 되는데, 이를 방전광이라고 한다.
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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, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ, ㄷ"가 정답이다. 이는 전압과 전류의 관계를 설명하는 오목한 선형 그래프인 전압-전류 곡선에서 전류가 일정하게 유지되는 지점인 점 P에서 변압기의 전압을 조절하여 전압을 일정하게 유지하면 전류도 일정하게 유지될 수 있기 때문이다. 따라서 발전소에서의 송전 전력이 일정할 때, 변압기를 이용하여 전압을 일정하게 유지하면 전류도 일정하게 유지될 수 있다.
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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)
  • 정답: "Pa > Pb, W1 < W2"

    이유:
    - 공기의 흐름이 점 a보다 점 b에서 빠르므로, 점 b에서는 공기의 압력이 더 작아져야 한다. 따라서 Pa > Pb이다.
    - 그림 (가)에서는 날개가 정지해 있으므로, 저울의 눈금 W1은 공기의 영향을 받지 않는다. 따라서 W1 = 저울의 무게이다.
    - 그림 (나)에서는 날개 주위로 공기가 흐르므로, 저울의 눈금 W2는 공기의 영향을 받아 더 작아진다. 따라서 W2 < W1이다.
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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. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 충돌 전에 운동 에너지는 1/2(3mv^2 + 2mv^2) = 7/2mv^2이고, 충돌 후에는 운동 에너지가 모두 열 에너지로 전환되어 4mv의 열 에너지가 발생한다. 따라서 충돌 후에 A와 B의 속력은 모두 0이 되고, 열 에너지만이 남게 된다. 이 때 B가 A에 작용하는 힘은 충돌하는 동안 계속 변하므로, 그래프의 면적이 4mv인 것이다. 따라서 보기에서 "ㄴ"이 정답이다.
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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. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - "ㄴ" : A와 B는 서로 다른 원자나 분자로 이루어져 있음을 알 수 있다.
    - "ㄷ" : A는 빨간색 영역에서 스펙트럼선을 가지고 있으며, B는 파란색 영역에서 스펙트럼선을 가지고 있음을 알 수 있다. 이는 A와 B가 방출하는 빛의 파장이 서로 다르다는 것을 의미한다.
    - "ㄱ, ㄴ" : A와 B는 서로 다른 원자나 분자로 이루어져 있으며, A와 B가 방출하는 빛의 파장이 서로 다르다는 것을 알 수 있다.
    - "ㄱ, ㄷ" : A와 B가 방출하는 빛의 파장이 서로 다르다는 것을 알 수 있으며, A는 빨간색 영역에서 스펙트럼선을 가지고 있고, B는 파란색 영역에서 스펙트럼선을 가지고 있음을 알 수 있다.
    - "ㄱ, ㄴ, ㄷ" : 모든 내용이 옳다.
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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, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 A와 B가 공명 주파수를 갖기 때문에 큰 소리가 나온다는 것을 설명하고 있다. A와 B가 공명 주파수를 갖는 이유는 A와 B가 각각 공명관으로 작용하여 스피커에서 나오는 소리의 진동수가 A와 B의 공명 주파수에 도달하면 A와 B 내부의 공기 진동이 증폭되어 큰 소리가 나기 때문이다. 따라서 "ㄱ"이 옳은 설명이다.
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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, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ, ㄷ"가 옳은 설명이다.

    - "ㄱ" : 타원 궤도에서 가장 먼 지점과 가장 가까운 지점은 모두 x축 상에 있으므로, 타원의 장축과 단축은 x축과 y축에 대해 평행하다. 따라서, 타원의 반지름 벡터와 중심과의 각도는 일정하지 않으며, P와 Q의 속도도 일정하지 않다.
    - "ㄴ" : P와 Q는 행성에 의한 만유인력만 작용하므로, 타원 궤도는 보존력학의 법칙에 따라 에너지와 각모멘텀이 보존된다. 따라서, P와 Q의 주기는 타원의 장축과 단축의 길이에만 의존하며, 속도는 타원의 반지름 벡터와 중심과의 각도에 따라 변하지만, 평균적으로는 일정하다.
    - "ㄱ, ㄴ" : 타원 궤도에서 가장 먼 지점과 가장 가까운 지점은 모두 x축 상에 있으므로, 타원의 장축과 단축은 x축과 y축에 대해 평행하다. 따라서, 타원의 반지름 벡터와 중심과의 각도는 일정하지 않으며, P와 Q의 속도도 일정하지 않다. 하지만, P와 Q의 주기는 타원의 장축과 단축의 길이에만 의존하며, 속도는 타원의 반지름 벡터와 중심과의 각도에 따라 변하지만, 평균적으로는 일정하다.
    - "ㄱ, ㄷ" : 타원 궤도에서 가장 먼 지점과 가장 가까운 지점은 모두 x축 상에 있으므로, 타원의 장축과 단축은 x축과 y축에 대해 평행하다. 따라서, 타원의 반지름 벡터와 중심과의 각도는 일정하지 않으며, P와 Q의 속도도 일정하지 않다. 또한, P와 Q는 서로 다른 반지름 벡터를 가지므로, 만유인력에 의한 가속도도 다르다. 따라서, P와 Q의 주기와 속도는 모두 다르다.
    - "ㄴ, ㄷ" : P와 Q는 행성에 의한 만유인력만 작용하므로, 타원 궤도는 보존력학의 법칙에 따라 에너지와 각모멘텀이 보존된다. 따라서, P와 Q의 주기는 타원의 장축과 단축의 길이에만 의존하며, 속도는 타원의 반지름 벡터와 중심과의 각도에 따라 변하지만, 평균적으로는 일정하다. 또한, P와 Q는 서로 다른 반지름 벡터를 가지므로, 만유인력에 의한 가속도도 다르다. 따라서, P와 Q의 주기는 같지만, 속도는 다르다.
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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. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"은 옳은 설명이다. 이는 상대성 이론에 따라 속도가 빠른 B에서 빛이 나와 A로 가는 동안 시간이 더 빨리 흐르기 때문이다. 따라서 철수와 영희가 측정한 시간 t철수, t영희는 서로 다르다.

    또한 "ㄱ"은 옳은 설명이다. 이는 A와 B의 고유 길이가 서로 같기 때문에, A에서 B로 가는 동안 B의 길이가 축소되어 보이게 된다. 따라서 철수와 영희가 측정한 거리는 서로 다르다.

    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다. "ㄷ"는 상대성 이론과는 관련이 없는 설명이다.
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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, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄷ"인 이유는 전류가 흐르는 도선과 자석 사이에는 서로 상호작용하는 힘이 발생하며, 이 때 자석과 도선 사이의 힘은 서로 반대 방향이다. 따라서 전류가 흐르는 방향에 따라 자석이 회전하는 방향도 반대가 된다. 그림 (가)에서 자석의 A 면이 보이는 것은 전류가 흐르지 않기 때문에 자석과 도선 사이에 상호작용하는 힘이 없어서이다. 그러나 그림 (나)에서 전류가 흐르면 도선과 자석 사이에 상호작용하는 힘이 발생하게 되어 자석이 180° 회전하게 된다. 이 때, 전류의 방향이 그림 (ㄷ)와 같이 도선을 따라 흐르므로 자석은 그림에서 보듯이 시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서 정답은 "ㄷ"이다.
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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, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - "ㄱ" : 도체 막대가 자기장을 가로지르면서 전자들이 도체 막대에서 이동하면, 도체 막대에 전기적인 차이가 발생하게 된다. 이로 인해 도체 막대 양 끝에 전위차가 발생하고, 이 전위차로 인해 LED가 발광하게 된다.
    - "ㄷ" : 도체 막대가 자기장을 가로지르면서 전자들이 도체 막대에서 이동하면, 도체 막대에 전기적인 차이가 발생하게 된다. 이로 인해 도체 막대 양 끝에 전위차가 발생하고, 이 전위차로 인해 LED가 발광하게 된다. 하지만, 도체 막대가 자기장을 가로지르는 방향이 바뀌면, 전위차도 반대로 발생하게 되어 LED가 꺼지게 된다.
    - "ㄱ, ㄴ" : 도체 막대가 자기장을 가로지르면서 전자들이 도체 막대에서 이동하면, 도체 막대에 전기적인 차이가 발생하게 된다. 이로 인해 도체 막대 양 끝에 전위차가 발생하고, 이 전위차로 인해 LED가 발광하게 된다. 또한, 도체 막대가 자기장을 가로지르는 방향이 바뀌면, 전위차도 반대로 발생하게 되어 LED가 꺼지게 된다. 이러한 과정이 반복되면서 LED가 깜빡이게 된다.
    - "ㄴ, ㄷ" : 도체 막대가 자기장을 가로지르면서 전자들이 도체 막대에서 이동하면, 도체 막대에 전기적인 차이가 발생하게 된다. 이로 인해 도체 막대 양 끝에 전위차가 발생하고, 이 전위차로 인해 LED가 발광하게 된다. 하지만, 도체 막대가 자기장을 가로지르는 방향이 바뀌면, 전위차도 반대로 발생하게 되어 LED가 꺼지게 된다. 이러한 과정이 반복되면서 LED가 계속해서 켜지거나 꺼지게 된다.
    - "ㄱ, ㄴ, ㄷ" : 도체 막대가 자기장을 가로지르면서 전자들이 도체 막대에서 이동하면, 도체 막대에 전기적인 차이가 발생하게 된다. 이로 인해 도체 막대 양 끝에 전위차가 발생하고, 이 전위차로 인해 LED가 발광하게 된다. 또한, 도체 막대가 자기장을 가로지르는 방향이 바뀌면, 전위차도 반대로 발생하게 되어 LED가 꺼지게 된다. 이러한 과정이 반복되면서 LED가 깜빡이면서 계속해서 켜지거나 꺼지게 된다.
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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, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄷ"는 전류가 흐르는 방향이 옳게 나타난 것이다. 이는 NPN 트랜지스터의 동작 원리에 따라서, 베이스와 에미터 사이에 양의 전압이 인가되면 베이스와 콜렉터 사이에 전류가 흐르게 되어 전류가 콜렉터에서 에미터로 흐르게 되기 때문이다. 따라서 그림에서는 V1이 양의 전압이므로 X의 베이스와 콜렉터 사이에 전류가 흐르고, V2가 양의 전압이므로 Y의 베이스와 콜렉터 사이에도 전류가 흐르게 된다. 이 두 전류가 합쳐져서 Z의 에미터에서 전류가 흐르게 되는 것이다.
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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. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.

    - A, B는 수평면에서 등속 직선 운동을 하므로, 수평면에서 만난 지점 O에서의 속도는 같다.
    - 따라서, A, B가 빗면에서 만난 지점에서의 속도도 같다. (빗면에서의 속도는 수평면에서의 속도와 수직이므로, 수평면에서의 속도가 같으면 빗면에서의 속도도 같다.)
    - A, B가 빗면에서 만난 지점에서의 속도가 같으므로, A, B가 빗면에서 이동한 거리는 같다. (등가속도 운동에서 초기 속도, 가속도, 시간이 같으면 이동한 거리도 같다.)
    - 따라서, A, B가 빗면에서 만난 지점에서의 거리 OP, OQ는 같다.
    - A, B가 수평면에서 이동한 거리도 주어졌으므로, 삼각형 OQP와 OAP, OBQ의 비율을 이용하여 OP, OQ를 구할 수 있다.
    - OP, OQ가 같으므로, 삼각형 OAP와 OBQ의 높이는 같다. (밑변은 L/2로 같으므로)
    - 따라서, A, B가 빗면에서 만난 지점에서의 높이는 같다. (A, B가 빗면에서 만난 지점에서의 높이는 삼각형 OAP와 OBQ의 높이의 합과 같다.)
    - A, B가 빗면에서 만난 지점에서의 높이가 같으므로, A, B가 빗면에서 이동한 시간 tA, tB도 같다. (등가속도 운동에서 초기 속도, 가속도, 이동한 거리가 같으면 시간도 같다.)
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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, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄷ"인 이유는 다음과 같다.

    ㄱ. 전기 소자 X는 축전기이고, 스위치 S를 닫으면 축전기가 충전되어 전류가 흐르게 된다. 이 때 전류의 세기가 일정하게 유지되는 것은 축전기가 충전되면서 전하가 축적되어 전류가 일정하게 유지되기 때문이다.

    ㄷ. 오디오 장치에서 발생하는 여러 진동수의 전기 신호는 전기 소자 Y를 통해 스피커로 전달된다. 전기 소자 Y는 코일로 구성되어 있으며, 코일은 진동수가 높을수록 임피던스가 증가하므로 고주파 신호를 통과시키고 저주파 신호를 차단하는 역할을 한다. 따라서 스피커에서는 고주파 신호가 크게 출력되고, 저주파 신호는 작게 출력된다.
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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, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는 중수가 우라늄 핵과 충돌하여 핵분열 반응을 일으키면서 중성자를 방출하기 때문이다. 이 방출된 중성자는 다시 중수와 충돌하여 핵분열 반응을 일으키고, 이 과정이 반복되면서 연쇄반응이 일어나게 된다. 이러한 연쇄반응이 일어나는 것이 핵분열로, 이 과정에서 방출되는 에너지가 활용되어 전기를 생산할 수 있다.
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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, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (ㄱ) 봉지 속 기체의 온도가 상승하여 기체 분자의 평균 운동 에너지가 증가하였다.
    - (ㄷ) 봉지 속 기체의 부피가 증가하였으므로, 기체 분자들의 충돌 빈도가 증가하여 압력이 증가하였다.
    - (ㄱ, ㄴ) 봉지 속 기체의 온도가 증가하면서 기체 분자의 평균 운동 에너지가 증가하였고, 이로 인해 기체 분자들이 봉지 벽면과 충돌하는 빈도가 증가하여 압력이 증가하였다.
    - (ㄴ, ㄷ) 봉지 속 기체의 부피가 증가하면서 기체 분자들의 충돌 빈도가 증가하여 압력이 증가하였고, 이로 인해 봉지 벽면에 작용하는 힘이 증가하여 봉지가 부풀어 오르게 되었다.
    - (ㄱ, ㄴ, ㄷ) 봉지 속 기체의 온도가 증가하면서 기체 분자의 평균 운동 에너지가 증가하였고, 이로 인해 기체 분자들이 봉지 벽면과 충돌하는 빈도가 증가하여 압력이 증가하였으며, 동시에 봉지 속 기체의 부피가 증가하면서 봉지 벽면에 작용하는 힘이 증가하여 봉지가 부풀어 오르게 되었다.
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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)
  • (가)에 들어갈 내용은 "A, D가 놓인 부분이 노란색으로 보인다"입니다. 따라서 A, D 광전관에서는 노란색 단색광에 대해 광전자가 방출됩니다. L3은 초록색 단색광이므로 정답은 (가, 초록색)입니다.

    "방출 안 됨, 초록색"의 이유는 광전관에서 광전자가 방출되기 위해서는 광전자의 에너지가 일정 이상이어야 합니다. 이 광전자의 에너지는 광전관의 재질과 광의 파장에 따라 결정됩니다. 따라서, 표에서 광전자 방출 여부를 보면, A, B, C 광전관에서는 초록색 단색광에 대해 광전자가 방출되지 않는 것을 알 수 있습니다. 이는 광전관의 재질과 초록색 광의 파장이 광전자의 에너지를 충분히 공급하지 못하기 때문입니다. 따라서 "방출 안 됨, 초록색"이 정답입니다.
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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)
  • A의 운동 에너지 증가량은 2초 동안 가해지는 힘에 의해 일한 일인 50N × 2m = 100J이다. B의 역학적 에너지 증가량은 2초 동안 가해지는 힘에 의해 일한 일인 50N × 4m = 200J에서 B의 위치에 의한 위치 에너지 감소량인 mgh = 4kg × 10m/s2 × 4m = 160J을 더한 200J + 160J = 360J에서 초기 역학적 에너지인 110J를 뺀 360J - 110J = 250J이다. 따라서 정답은 "250J, 250J"이다.
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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)
  • 막대가 수평을 이루기 위해서는 막대의 중심과 무게 중심이 일치해야 한다. 따라서, 막대의 중심에서 B까지의 거리는 L/2이다. 또한, 막대의 중심에서 A까지의 거리는 L-x이다. 이를 이용하여 중심축을 기준으로 토크의 균형을 세우면 다음과 같다.

    L/2 × L = M × g × L/2 + m × g × (L-x)

    여기서, M과 m은 각각 B와 A의 질량이고, g는 중력가속도이다. 이를 정리하면,

    x = (2M-L) / 3

    따라서, x는 1/3 L이다. 이유는 막대의 중심과 B까지의 거리가 L/2이므로, A까지의 거리는 L/2에서 x를 뺀 값인 L/2 - x이다. 그리고 A의 부피는 B의 부피와 같으므로, A의 무게는 B의 무게와 같다. 따라서, A가 물에 잠길 때 A가 받는 부력은 A의 무게와 같고, 이는 B가 물에 잠길 때 B가 받는 부력과 같다. 그러므로, A와 B가 물에 잠길 때 막대에 작용하는 힘은 서로 상쇄되어 막대가 수평을 이루게 된다. 이 상황에서 A가 물에 절반만 잠기면, A의 부피의 절반만 물에 빠지게 되므로, A의 무게도 절반으로 줄어들게 된다. 따라서, 막대의 중심과 A까지의 거리는 L/2 - x/2가 된다. 이를 이용하여 중심축을 기준으로 토크의 균형을 세우면 다음과 같다.

    (L/2 - x/2) × L/2 = (M/2) × g × L/2 + (m/2) × g × (L/2 - x/2)

    여기서, A의 밀도가 물의 1/4배이므로, A의 무게는 (1/4) × (L/2) × g이다. 이를 이용하여 위의 식을 정리하면,

    x = L/3

    따라서, x는 1/3 L이다.
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