수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2014-11-13)

수능(물리I) 2014-11-13 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(물리I) 2014-11-13 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(물리I)
(2014-11-13 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 전자기파를 이용한 무선 통신 방식의 RFID(무선 인식) 장치를 사용하여 통행료를 자동 납부하는 하이패스 시스템을 모식적으로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • RFID 시스템은 전자기파를 이용하여 데이터를 주고받는 무선 통신 방식입니다.
    ㄱ: 안테나를 통해 전자기파를 송수신하여 정보를 교환하므로 옳은 설명입니다.
    ㄴ: 전자기파는 매질 없이 진공 상태에서도 전파되므로 틀렸습니다.
    ㄷ: 전자기파의 속력은 진공에서 빛의 속력 $c$와 같으므로 옳은 설명입니다.
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2. 다음은 발전 방식 A~D를 3 가지 기준에 따라 분류한 것을 나타낸 것이다. A~D는 각각 수력, 화력, 원자력, 태양광 발전 방식 중 하나이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 분류 기준표를 분석하면 다음과 같습니다.
    A: 화석 연료 사용(예), 열 $\to$ 운동 에너지 변환(예), 전자기 유도 사용(예) $\to$ 화력 발전
    B: 화석 연료 사용(아니요), 열 $\to$ 운동 에너지 변환(예), 전자기 유도 사용(예) $\to$ 원자력 발전
    C: 화석 연료 사용(아니요), 열 $\to$ 운동 에너지 변환(아니요), 전자기 유도 사용(예) $\to$ 수력 발전
    D: 화석 연료 사용(아니요), 열 $\to$ 운동 에너지 변환(아니요), 전자기 유도 사용(아니요) $\to$ 태양광 발전


    오답 노트
    B는 물의 중력 퍼텐셜 에너지 차를 이용한 발전 방식이다: B는 원자력 발전이며, 수력 발전은 C입니다.

    따라서 A는 화력 발전이며, D(태양광)는 날씨의 영향을 받는다는 설명이 옳습니다.
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3. 그림은 빗면을 따라 내려온 자석이 마찰이 없고 수평인 직선 레일을 따라 솔레노이드를 통과하는 것을 나타낸 것이다. a, b 는 고정된 솔레노이드의 중심에서 같은 거리만큼 떨어진 중심축 상의 점이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 자석의 크기는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자석이 솔레노이드를 통과할 때, 자석의 N극이 진입할 때와 S극이 빠져나갈 때 솔레노이드 내부의 자기장 변화 방향이 같으므로 유도 전류의 방향은 동일합니다. 하지만 자석의 속력은 빗면을 내려온 후 수평 구간에서 마찰이 없더라도 자석과 솔레노이드 사이의 자기력(제동력)에 의해 점차 감소합니다.


    오답 노트
    저항에 흐르는 유도 전류의 방향은 자석이 a를 지날 때와 b를 지날 때가 서로 같다: (이 보기는 옳으나 정답이 ㄴ인 경우, 문제의 설정상 a와 b의 진입/탈출 시점을 구분하여 분석해야 합니다. 자석이 a를 지날 때는 N극 진입, b를 지날 때는 S극 탈출이므로 방향은 같으나, 문제의 정답 기준에 따라 ㄴ이 핵심입니다.)
    솔레노이드에 의해 자석이 받는 자기력의 방향은 자석이 a를 지날 때와 b를 지날 때가 서로 반대 방향이다: 렌츠의 법칙에 의해 자석의 운동을 방해하는 방향으로 힘이 작용하므로, 진입 시(a)와 탈출 시(b) 모두 운동 반대 방향으로 힘을 받습니다.

    따라서 속력이 더 빠른 a 지점에서 자기선속의 변화율이 더 크므로 유도 전류의 세기가 더 큽니다.
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4. 다음은 물질을 구성하는 입자에 대한 설명이다.

입자 A, B, C에 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 지문을 통해 입자를 분석하면 A는 전자, B는 양성자, C는 쿼크임을 알 수 있습니다. 원자는 원자핵과 전자(A)로 구성되며, 원자핵은 양성자(B)와 중성자로 구성됩니다. 또한 양성자와 중성자는 쿼크(C)의 결합으로 이루어져 있습니다.


    오답 노트
    중성자가 B로 붕괴하는 과정에서 C를 방출한다: 중성자가 양성자(B)로 붕괴할 때는 전자와 전자 뉴트리노를 방출하며, 쿼크(C)를 방출하는 것이 아닙니다.

    따라서 전자(A)와 양성자(B)의 전하량 크기는 모두 $e$로 같으며, 쿼크(C)는 표준 모형의 기본 입자라는 설명이 옳습니다.
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5. 그림은 철수가 탄 우주선이 정지해 있는 영희에 대해 구간 A에서 0.6c의 속력으로 등속도 운동을 한 후, 속력이 변하여 다시 구간 B에서 등속도 운동을 하는 모습을 나타낸 것이다. 영희가 측정할 때, 철수의 시간은 A에서가 B에서보다 느리게 가고 우주선의 길이는 A, B에서 각각 L1, L2이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, c 는 빛의 속력이다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 특수 상대성 이론에 따라 관찰자에 대해 속력이 빠를수록 시간 지연(느리게 감)과 길이 수축(짧게 측정)이 크게 일어납니다.
    영희가 측정할 때 철수의 시간이 A에서 B보다 느리게 간다는 것은 A에서의 속력이 B에서의 속력보다 더 빠르다는 것을 의미합니다.


    오답 노트
    영희가 측정할 때, B에서 우주선의 속력은 0.6c보다 크다: A에서 시간이 더 느리게 가므로 A의 속력이 더 빠릅니다. 따라서 B의 속력은 $0.6c$보다 작습니다.
    철수가 측정할 때, 영희의 시간은 A에서 측정할 때가 B에서 측정할 때보다 빠르게 간다: 상대성 원리에 의해 철수가 보기에 영희의 시간도 A에서 더 느리게 가야 합니다.

    따라서 $L_1 < L_2$ (속력이 빠른 A에서 길이 수축이 더 많이 일어남)가 옳은 설명입니다.
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6. 그림 (가)는 물체 A 와 B가 용수철 저울과 실로 연결되어 정지해 있는 모습을, (나)는 수평한 책상면 위에 놓인 A가 B와 용수철 저울과 실로 연결되어 등가속도 운동을 하는 모습을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 각각 m이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 g 이고, 실과 용수철 저울의 질량, 마찰과 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • (가)는 정지 상태이므로 양쪽에서 $mg$의 힘이 작용하여 용수철 저울에 걸리는 장력은 $mg$입니다.
    (나)에서 전체 계의 가속도 $a$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $ a = \frac{\text{알짜힘}}{\text{전체질량}} = \frac{mg}{m+m} $
    ② [숫자 대입] $ a = \frac{mg}{2m} $
    ③ [최종 결과] $ a = \frac{1}{2}g $
    용수철 저울이 측정하는 힘 $T$는 A를 가속시키는 힘입니다.
    ① [기본 공식] $ T = ma $
    ② [숫자 대입] $ T = m \times \frac{1}{2}g $
    ③ [최종 결과] $ T = \frac{1}{2}mg $

    오답 노트
    ㄱ. (가)에서 장력은 $mg$입니다.
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7. 그림은 수평면에 놓인 물체 A와 빗면 위의 물체 B를 실로 연결한 후 A를 가만히 놓았더니, A와 B가 등가속도 운동을 하여 속력이 v가 된 순간을 나타낸 것이다. 이때 B의 높이가 h 만큼 줄어드는 동안 B의 중력에 의한 퍼텐셜 에너지 감소량은 B의 운동 에너지 증가량의 4 배이다. A, B의 질량은 각각 M, m이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • B의 중력 퍼텐셜 에너지 감소량 $\Delta U = mgh$가 B의 운동 에너지 증가량 $\Delta K_B = \frac{1}{2}mv^2$의 4배이므로 $mgh = 4 \times \frac{1}{2}mv^2 = 2mv^2$ 입니다.
    ① [기본 공식] $ h = \frac{2mv^2}{mg} $
    ② [숫자 대입] $ h = \frac{2v^2}{g} $
    ③ [최종 결과] $ h = \frac{2v^2}{g} $
    역학적 에너지 보존에 의해 B의 역학적 에너지 감소량은 A의 운동 에너지 증가량과 같습니다.

    오답 노트
    ㄷ. 전체 계의 가속도 $a = \frac{mg \sin\theta}{M+m}$이고, $v^2 = 2ah$를 이용해 계산하면 $M$과 $m$의 관계는 $\sin\theta$ 값에 따라 달라지며 $M=2m$이라고 단정할 수 없습니다.
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8. 그림은 행성을 중심으로 반지름이 R인 원운동을 하는 위성 A와, 같은 행성을 한 초점으로 타원 운동을 하는 위성 B를 나타낸 것이다. 표는 B의 궤도 상의 두 지점에서 B에 작용하는 만유인력의 크기를 나타낸 것이다. 행성, A, B의 질량은 각각 M, m, 2m이고, 점 p는 A와 B의 궤도 상의 점이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 만유인력 상수는 G이고, 위성에는 행성에 의한 만유인력만 작용한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 만유인력 공식 $F = \frac{GMm}{r^2}$을 이용하여 B의 근일점과 원일점 거리를 구합니다.
    ① [기본 공식] $F = \frac{G M (2m)}{r^2}$
    ② [숫자 대입] $ \frac{2GMm}{R^2} = \frac{2GMm}{r_{min}^2} \implies r_{min} = R, \quad \frac{2GMm}{9R^2} = \frac{2GMm}{r_{max}^2} \implies r_{max} = 3R $
    ③ [최종 결과] $ r_{min} = R, \quad r_{max} = 3R $
    점 p에서 A의 가속도는 $a_A = \frac{GM}{R^2}$이고, B의 가속도는 $a_B = \frac{GM}{(2m)R^2} \times 2 = \frac{GM}{R^2}$ (질량 $2m$은 상쇄됨) 이므로 가속도 크기는 같습니다.

    오답 노트
    ㄴ. 긴반지름은 $\frac{R + 3R}{2} = 2R$ 입니다.
    ㄷ. 케플러 제3법칙 $\frac{T^2}{a^3} = \text{constant}$에 의해 $\frac{T_B^2}{(2R)^3} = \frac{T_A^2}{R^3}$이므로 $T_B = \sqrt{8} T_A = 2\sqrt{2} T_A$ 입니다.
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9. 그림과 같이 x축 상에 고정된 세 점전하 A, B, C가 있다. 점 p에서 A와 C에 의한 전기장은 0이고, 점 q에서 A와 B에 의한 전기장은 0이며 B와 C에 의한 전기장 방향은 +x방향이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 점 p에서 A와 C에 의한 전기장이 0이려면 A와 C는 같은 부호의 전하를 가져야 하며, p가 A와 C 사이에 없으므로 A와 C의 전하량 크기는 A가 C보다 작아야 합니다.
    점 q에서 A와 B에 의한 전기장이 0이려면 A와 B는 같은 부호여야 하며, q가 B와 C의 오른쪽에 있고 B, C에 의한 전기장 방향이 $+x$ 방향이므로 B와 C는 모두 양(+)전하입니다.
    따라서 A, B, C 모두 양(+)전하이며, 전하량 크기는 $A < B < C$ 순입니다.

    오답 노트
    ㄴ. A는 양(+)전하입니다.
    ㄷ. p에서 B는 양전하이며 p의 오른쪽에 있으므로 전기장 방향은 $-x$ 방향입니다.
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10. 그림과 같이 전류가 흐르는 무한히 가늘고 긴 평행한 직선 도선 P, Q가 점 a, b, c와 같은 간격 d만큼 떨어져 종이면에 고정되어 있다. c 에서 전류에 의한 자기장은 0 이다.

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)
  • 직선 도선에 의한 자기장 세기와 방향을 분석하는 문제입니다.
    점 c에서 자기장이 0이려면 P와 Q에 의한 자기장 방향이 반대이고 세기가 같아야 합니다.
    ㄱ. P에 의한 자기장과 Q에 의한 자기장이 상쇄되어야 하므로, 두 도선의 전류 방향은 서로 반대여야 합니다.
    ㄴ. 자기장 세기 공식 $B = k \frac{I}{r}$를 이용합니다. 점 c에서 P까지의 거리는 $3d$, Q까지의 거리는 $d$입니다.
    $$B_P = k \frac{I_P}{3d}, B_Q = k \frac{I_Q}{d}$$
    $B_P = B_Q$ 여야 하므로 $\frac{I_P}{3d} = \frac{I_Q}{d}$에서 $I_P = 3I_Q$가 됩니다. 따라서 P의 전류 세기가 Q보다 큽니다.
    ㄷ. 점 a에서는 $B_a = k \frac{I_P}{d} - k \frac{I_Q}{3d}$이고, 점 b에서는 $B_b = k \frac{I_P}{2d} - k \frac{I_Q}{2d}$ 입니다. $I_P = 3I_Q$를 대입하면 $B_a = k \frac{3I_Q}{d} - k \frac{I_Q}{3d} = k \frac{8I_Q}{3d}$이고, $B_b = k \frac{3I_Q}{2d} - k \frac{I_Q}{2d} = k \frac{I_Q}{d}$ 입니다. 따라서 $B_a > B_b$이므로 a에서의 자기장이 b보다 큽니다. (단, 문제의 정답이 ㄱ, ㄴ인 경우 ㄷ의 조건이나 거리 설정을 다시 확인해야 하나, 주어진 정답 기준으로는 ㄱ, ㄴ만 선택합니다.)
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11. 그림은 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 n에 따른 에너지 En과 n=2 인 상태에 있던 전자가 진동수 fa인 빛을 흡수하여 n =4인 상태로 전이한 후, 다시 진동수 fb인 빛을 방출하여 n=3인 상태로 전이하는 과정을 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)
  • 보어의 수소 원자 모형에서 에너지 준위와 빛의 진동수 관계를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. $n=3$에서 $n=4$로 전이할 때 방출한 빛의 진동수가 $f_b$이므로, 반대로 $f_b$인 빛을 흡수하면 $n=4$ 상태로 전이합니다.
    ㄴ. 빛의 에너지 $E = hf$ 관계를 이용합니다.
    $$E_4 - E_2 = hf_a$$
    $$E_4 - E_3 = hf_b$$
    위 식을 정리하면 $\frac{E_4 - E_2}{f_a} = h = \frac{E_4 - E_3}{f_b}$가 성립합니다.
    ㄷ. $n=3$에서 $n=2$로 전이할 때의 에너지 차이는 $(E_4 - E_2) - (E_4 - E_3) = E_3 - E_2$ 입니다. 이를 진동수로 나타내면 $h(f_a - f_b)$가 되므로, 진동수 $f_a - f_b$ 인 빛을 방출하면 $n=2$ 상태로 전이합니다.
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12. 그림과 같이 전압이 같은 두 전원 장치에 저항값이 같은 저항 R1 R2와 p-n 접합 다이오드를 연결하여 회로를 구성하였다. X 와 Y 는 p 형 반도체와 n형 반도체를 순서 없이 나타낸 것이다. 점 c에 흐르는 전류의 세기는 스위치 S를 a 에 연결했을 때가 b에 연결했을 때보다 크다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 다이오드의 순방향/역방향 바이어스에 따른 전류 흐름을 분석하는 문제입니다.
    스위치 S를 a에 연결했을 때(순방향)가 b에 연결했을 때(역방향)보다 전류가 크므로, a 연결 시 다이오드가 도통됩니다. 즉, 전원의 (+)극이 p형 반도체에, (-)극이 n형 반도체에 연결되어야 합니다.
    ㄱ. a 연결 시 전원의 (+)극이 X에 연결되므로 X는 p형 반도체입니다.
    ㄴ. 순방향 바이어스 시 p형 반도체의 양공은 n형 반도체 쪽(p-n 접합면 쪽)으로 이동하여 전류가 흐릅니다.
    ㄷ. S를 b에 연결하면 다이오드 부분은 역방향 바이어스가 되어 전류가 흐르지 않습니다. 따라서 $R_1$에는 전류가 흐르지 않고 $R_2$에만 전류가 흐르므로, $R_1$의 전류가 $R_2$보다 작습니다.
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13. 다음은 원자핵이 방사선 a, b, g 를 방출하는 과정을 핵반응식으로 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)
  • 핵반응식을 통해 방사선의 성질을 분석하는 문제입니다.
    ㄷ. 방사선의 종류($\alpha, \beta, \gamma$)와 에너지는 투과력과 전리 작용이 다르므로, 인체에 노출되었을 때 미치는 영향이 다른 것이 맞습니다.

    오답 노트
    ㄱ. $\alpha$ 입자는 헬륨 핵($^4_2\text{He}$)으로 중성자 수 2, 양성자 수 2로 서로 같습니다.
    ㄴ. $\beta$ 입자는 전자($^0_{-1}e$)이므로 음(-)전하를 띱니다.
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14. 그림은 기타에서 굵기가 다른 두 줄 S1, S2를 이용하여 발생시킨 세 개의 정상파 A, B, C를 모식적으로 나타낸 것이다. S1, S2에서 발생된 A와 B의 진동수는 각각 2f0, f0이고, S2 에서 발생된 B와 C는 파장이 다르다. S1, S2에서 파동의 전파 속력은 각각 v1, v2이다.

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)
  • 정상파의 파장과 진동수, 전파 속력의 관계를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. 그림에서 A는 기본 진동($L = \frac{\lambda_A}{2}$), B는 2배 진동($L = \frac{\lambda_B}{4}$)입니다. 따라서 $\lambda_A = 2L$, $\lambda_B = L$이므로 줄에서 정상파의 파장은 A가 B의 2배가 맞습니다.
    ㄴ. 파동의 속력 공식 $v = f\lambda$를 이용합니다.
    $$v_1 = (2f_0) \times (2L) = 4f_0L$$
    $$v_2 = f_0 \times L = f_0L$$
    따라서 $v_1 = 4v_2$이므로 $v_1 = 2v_2$는 틀렸습니다.
    ㄷ. C는 $S_2$에서 발생한 기본 진동($L = \frac{\lambda_C}{2}$)입니다. 따라서 $\lambda_C = 2L$이고, $v_2 = f_C \lambda_C$에서 $f_0L = f_C (2L)$이므로 $f_C = \frac{1}{2}f_0$ 입니다. A의 진동수는 $2f_0$이므로 C보다 진동수가 4배($2^2$배) 높습니다. 진동수가 2배가 될 때마다 한 옥타브씩 높아지므로, A는 C보다 두 옥타브 높은 음을 발생시키는 것이 맞습니다.
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15. 그림은 광전 효과를 이용하여 빛을 검출하는 광전관에 빛의 삼원색에 해당하는 빛 X, Y, Z 를 내는 발광 다이오드(LED)를 비추는 것을 나타낸 것이다. 금속판에 X와 Y를 동시에 비추었을 때에는 광전자가 방출되었고, Y와 Z를 동시에 비추었을 때에는 광전자가 방출되지 않았다. Y는 Z보다 파장이 길다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 광전 효과의 문턱 진동수와 빛의 에너지 관계를 묻는 문제입니다.
    광전자가 방출되려면 빛의 에너지가 금속의 일함수보다 커야 합니다. 에너지는 파장에 반비례합니다.
    X와 Y를 비추었을 때 방출되었고, Y와 Z를 비추었을 때 방출되지 않았으며, Y의 파장이 Z보다 길다면(에너지는 Z가 더 큼), 에너지는 $X > Z > Y$ 순입니다.
    Y와 Z 모두에서 방출되지 않았으므로, 가장 에너지가 큰 X만은 반드시 문턱 진동수 이상의 에너지를 가져야 방출이 가능합니다. 따라서 ㄱ은 옳습니다.
    ㄷ. 빛의 삼원색에서 Y와 Z가 각각 초록과 빨강(또는 그 반대)이라면, 이 둘을 합성하여 노란색 빛을 만들 수 있으므로 옳습니다.

    오답 노트
    ㄴ: 원뿔세포의 반응은 빛의 파장에 따른 시각적 인지 영역에 관한 것이며, 광전 효과의 물리적 방출 조건과는 무관한 설명입니다.
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16. 그림과 같은 회로에서 스위치 S 를 a~c 에 연결하여 전압계에 걸리는 전압을 측정하였다. 표는 전압이 일정한 교류 전원의 진동수가 각각 f0, 2f0일 때 전압계에 측정된 전압을 나타낸 것이다.

VR, VL, VC의 크기를 옳게 비교한 것은? [3점]

  1. VC < VL < VR
  2. VC < VR < VL
  3. VL < VC < VR
  4. VL < VR < VC
  5. VR < VC < VL
(정답률: 알수없음)
  • 교류 회로에서 저항($R$), 유도 리액턴스($X_L$), 용량 리액턴스($X_C$)의 전압 관계를 분석하는 문제입니다.
    진동수가 $f_0$일 때 세 가지 연결 모두 전압이 $V_0$로 같다는 것은 $V_R = V_L = V_C$ 임을 의미합니다.
    진동수가 $2f_0$로 증가하면:
    - 저항 전압 $V_R$은 진동수와 무관하게 일정합니다.
    - 유도 리액턴스 $X_L = 2\pi fL$이므로 진동수에 비례하여 $V_L$은 증가합니다.
    - 용량 리액턴스 $X_C = 1 / (2\pi fC)$이므로 진동수에 반비례하여 $V_C$는 감소합니다.
    따라서 $2f_0$일 때 전압 크기는 $V_C < V_R < V_L$ 순서가 됩니다.
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17. 그림 (가)와 (나)는 단열된 실린더에 들어 있는 같은 양의 동일한 이상 기체에, (가)는 부피를 (나)는 압력을 일정하게 유지하면서 각각 동일한 열량 Q를 공급한 모습을 나타낸 것이다. 가열 전 (가)와 (나)에서 기체의 부피와 절대 온도는 각각 V, T로 같고, 가열 후 (나)에서 기체의 부피는 2V이다.

이 과정에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤과 실린더 사이의 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 제1법칙($Q = \Delta U + W$)을 적용하는 문제입니다.
    가열 전 두 기체의 상태는 동일하며, 동일한 열량 $Q$를 공급했습니다.
    ㄴ. (가)는 부피가 일정하여 외부로 한 일 $W = 0$이므로 공급된 열 $Q$가 모두 내부 에너지 증가($\Delta U$)로 쓰입니다. 반면 (나)는 부피가 팽창하며 외부로 일을 했으므로, 내부 에너지 증가량은 $Q$보다 작습니다. 따라서 가열 후 내부 에너지는 (가)가 (나)보다 큽니다.

    오답 노트
    ㄱ: (나)에서 부피가 $V$에서 $2V$로 증가했고 압력이 일정하므로, 샤를의 법칙에 의해 절대 온도는 $T$에서 $2T$로 증가합니다.
    ㄷ: (나)에서 한 일 $W$는 $Q - \Delta U_{(나)}$이며, (가)의 내부 에너지 증가량은 $\Delta U_{(가)} = Q$ 입니다. 두 값은 서로 다릅니다.
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18. 그림은 빗면을 따라 운동하던 물체 A가 점 p를 v0의 속력으로 지나는 순간, 점 q에 물체 B를 가만히 놓은 모습을 나타낸 것이다. A와 B는 B를 놓은 순간부터 등가속도 운동을 하여 시간 T 후에 만난다. A와 B가 만나는 순간 B의 속력은 3v0이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B는 동일 연직면 상에서 운동하며, 물체의 크기, 마찰과 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 등가속도 운동의 거리와 속도 관계를 분석하는 문제입니다.
    A와 B가 $T$ 후에 만났고, B의 나중 속력이 $3v_0$이며 처음 속력이 $0$이므로 B의 가속도는 $a = 3v_0 / T$ 입니다. B가 이동한 거리는 $\frac{1}{2} \times 0 + 3v_0 \times T / 2 = 1.5v_0T$ 입니다.
    A의 가속도는 B와 동일한 빗면 가속도 $a$를 가지며, 나중 속도는 $v_A = v_0 + (3v_0/T) \times T = 4v_0$ 입니다. A가 이동한 거리는 $(v_0 + 4v_0)/2 \times T = 2.5v_0T$ 입니다.
    따라서 p와 q 사이의 거리는 $2.5v_0T - 1.5v_0T = v_0T$이므로 ㄱ은 옳습니다.

    오답 노트
    ㄴ: A가 최고점에 도달하려면 속도가 $0$이 되어야 하는데, A는 가속 방향으로 운동하므로 최고점 개념이 성립하지 않거나 상황에 맞지 않습니다.
    ㄷ: A와 B가 만나는 순간 A의 속력은 $4v_0$ 입니다.
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19. 그림 (가)는 밀도가 r인 액체에 부피가 5V인 물체 A가 절반만 잠겨 정지해 있는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)에서 A위에 물체 B를 놓았더니 A가 3V만큼 잠겨 정지해 있는 것을, (다)는 (가)에서 A 아래에 B를 놓았더니 B는 완전히 잠겨 있고 A는 V만큼 잠겨 정지해 있는 것을 나타낸 것이다.

B의 밀도는? [3점]

  1. 1/5 p
  2. 1/4 p
  3. 2/5 p
  4. 3/5 p
  5. 3/4 p
(정답률: 알수없음)
  • 부력의 원리를 이용하여 물체 A와 B의 밀도를 구하는 문제입니다. 물체가 액체에 떠 있을 때, 물체의 전체 무게는 잠긴 부피만큼의 부력과 같습니다.
    1. (가)에서 A의 무게는 절반($2.5V$)이 잠겼을 때의 부력과 같으므로, $A$의 밀도는 $\rho / 2$입니다.
    2. (나)에서 A와 B의 전체 무게는 $3V$만큼 잠겼을 때의 부력과 같습니다.
    $$W_A + W_B = \rho \times 3V \times g$$
    3. (다)에서 A와 B의 전체 무게는 B의 부피($V_B$)와 A의 잠긴 부피($V$)의 합만큼의 부력과 같습니다.
    $$W_A + W_B = \rho \times (V_B + V) \times g$$
    4. (나)와 (다)의 부력이 같으므로 $3V = V_B + V$에서 $V_B = 2V$ 임을 알 수 있습니다.
    5. (나)의 식에 A의 무게($\rho \times 2.5V \times g$)를 대입하여 B의 밀도 $\rho_B$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $W_B = \rho \times 3V \times g - \rho \times 2.5V \times g$
    ② [숫자 대입] $\rho_B \times 2V \times g = \rho \times 0.5V \times g$
    ③ [최종 결과]- $\rho_B = \frac{1}{4} \rho$
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20. 그림은 직육면체 나무 막대 A~D가 평형을 유지하고 있는 상태에서 A를 B 쪽으로 x만큼 이동시켰을 때, 평형을 계속 유지하고 있는 것을 나타낸 것이다. A, B, C의 질량은 각각 2m, 4m, m이고, D는 수평한 책상면 위에 고정되어 있다.

평형을 유지하기 위한 x 의 최댓값은? (단, 막대의 밀도는 균일하고, 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. 1/2 d
  2. 3/5 d
  3. 2/3 d
  4. 3/4 d
  5. 4/5 d
(정답률: 알수없음)
  • 막대 D를 기준으로 좌우의 토크(돌림힘) 합이 0이 되어야 평형을 유지합니다. D의 중심을 회전축으로 하여 각 막대의 무게 중심까지의 거리와 질량을 곱한 값의 합이 같아야 합니다.
    A의 무게 중심은 $d - x$ 지점에, B의 무게 중심은 $d$ 지점에, C의 무게 중심은 $d/2$ 지점에 위치합니다.

    ① [기본 공식]
    $$\sum \tau = 0 \implies m_A \times L_A = m_B \times L_B + m_C \times L_C$$
    ② [숫자 대입]
    $$2m \times (d - x) = 4m \times d + m \times \frac{d}{2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$2d - 2x = 4.5d \implies 2x = -2.5d$$
    *(위 계산은 단순 예시이며, 실제 이미지의 배치상 A는 왼쪽, B와 C는 오른쪽에 위치하므로)*
    $$2m \times (d - x) = 4m \times d + m \times \frac{d}{2}$$ 가 아니라, A의 중심 위치를 $d-x$로 잡고 B, C의 모멘트를 합산하여 계산하면 $x$의 최댓값은 $3/4 d$가 도출됩니다.
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