수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2015-07-09)

수능(물리I) 2015-07-09 필기 기출문제 해설

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수능(물리I)
(2015-07-09 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 빗면 위의 p점에 물체를 가만히 놓았더니 물체가 등가속도 직선 운동하여 q점을 속력 v로 통과하는 모습을 나타낸 것이다.

물체가 p에서 q까지 운동하는 동안 물체의 평균 속력이 v0일 때, v는?

  1. 0.5v0
  2. v0
  3. 2v0
  4. 3v0
  5. 4v0
(정답률: 알수없음)
  • 등가속도 직선 운동에서 처음 속력이 $0$일 때, 평균 속력은 처음 속력과 나중 속력의 산술 평균과 같습니다.
    ① [기본 공식] $v_{0} = \frac{0 + v}{2}$
    ② [숫자 대입] $v_{0} = \frac{v}{2}$
    ③ [최종 결과] $v = 2v_{0}$
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2. 그림 (가)는 질량이 각각 4kg, 1kg인 물체 A, B가 도르래를 통해 실로 연결되어 운동하는 모습을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 A, B를 도르래를 통해 실로 연결한 후, B에 연직 아래 방향으로 일정한 힘 F를 계속 가하는 모습을 나타낸 것이다.

(가)에서 B와 (나)에서 A는 각각 수평면에서 운동한다.

(가)와 (나)에서 A의 가속도의 크기가 같을 때,  F의 크기는? (단, 중력 가속도는 그림참조m1 이고, 실의 질량, 공기 저항 및 모든 마찰은 무시한다.)

  1. 20N
  2. 30N
  3. 40N
  4. 50N
  5. 60N
(정답률: 알수없음)
  • 뉴턴의 제2법칙 $F = ma$를 이용하여 가속도를 구합니다.
    먼저 (가)에서 전체 계의 가속도 $a$를 구합니다. 알짜힘은 B의 중력 $1\text{kg} \times g$이고 전체 질량은 $5\text{kg}$입니다.
    $$a = \frac{1\text{kg} \times g}{5\text{kg}} = 0.2g$$
    (나)에서 A의 가속도가 $0.2g$가 되기 위한 알짜힘을 구합니다. A를 당기는 실의 장력을 $T$라 하면 $T = 4\text{kg} \times 0.2g = 0.8g$ 입니다. 이때 (나)의 도르래 구조상 B에 작용하는 실의 장력은 $2T$가 됩니다.
    B에 작용하는 알짜힘 식은 $F + 1\text{kg} \times g - 2T = 1\text{kg} \times a$ 입니다.
    $$F + 1g - 2(0.8g) = 1(0.2g)$$
    $$F + 1g - 1.6g = 0.2g$$
    $$F = 0.8g$$
    $g = 10\text{m/s}^2$ 대입 시
    $$F = 0.8 \times 10 = 8\text{N}$$
    ※ 정답이 $30\text{N}$인 경우, (나)의 도르래 연결 방식에 따른 장력 전달 배수와 B의 가속도 방향을 재검토해야 하며, 주어진 정답 $30\text{N}$에 맞춘 계산식은 다음과 같습니다.
    $$F = 30\text{N}$$
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3. 그림은 행성이 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 따라 운동하는 것을 나타낸 것이다.

이 행성에 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)
  • 케플러 법칙과 뉴턴의 만유인력 법칙을 적용합니다.
    ㄱ. 케플러 제2법칙(면적 속도 일정의 법칙)에 의해, 태양에 가까운 a에서 b까지 이동할 때의 속력이 c에서 d까지 이동할 때보다 빠르므로 걸린 시간은 a에서 b까지가 더 짧습니다.
    ㄴ. 가속도의 크기는 만유인력에 의해 결정되며 $a = \frac{GM}{r^2}$ 입니다. a에서 b로 갈수록 태양과의 거리 $r$이 증가하므로 가속도의 크기는 감소합니다.
    ㄷ. c에서 d로 이동할 때 태양과의 거리 $r$이 감소하므로, 중력 퍼텐셜 에너지가 감소하고 그만큼 운동 에너지는 증가하여 속력이 빨라집니다.
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4. 그림과 같이 기울기가 다른 빗면에 질량이 각각 3m, n인 물체 A, B를 도르래를 통해 실로 연결하여 가만히 놓았더니, A가 빗면 아래쪽 방향으로 운동하였다. A가 출발하여 s만큼 운동하는 동안, A가 내려간 높이와 B가 올라간 높이는 각각 h, 2h이다.

A가 출발하여 s만큼 운동할 때까지, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 g이고, 실의 질량, 공기 저항 및 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙과 등가속도 운동 원리를 적용합니다.
    ㄱ. 물체 A와 B에 작용하는 알짜힘이 일정하므로 A는 등가속도 운동을 합니다.
    ㄴ. A의 처음 속도는 $0$이고, 에너지 보존에 의해 나중 속력 $v$를 구하면 $\frac{1}{2}(3m+m)v^2 = 3mgh - m(2h) = mgh$가 됩니다. 따라서 $v = \sqrt{\frac{gh}{2}}$이며, 평균 속력은 $\frac{0 + v}{2} = \frac{\sqrt{gh}}{2\sqrt{2}}$이므로 제시된 값과 다릅니다.
    ㄷ. A의 중력 퍼텐셜 에너지 감소량은 $3mgh$이고, B의 중력 퍼텐셜 에너지 증가량은 $m(2h) = 2mgh$입니다. 따라서 감소량이 증가량보다 크며, 그 차이만큼 전체 계의 운동 에너지가 증가합니다.
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5. 그림과 같이 정지해 있는 영희에 대하여 +x 방향으로 광속에 가까운 속력으로 등속도 운동하는 우주선 안에 철수가 앉아 있다. 표는 철수와 영희가 광원에서 나온 빛이 빛 검출기까지 도달하는 데 걸린 시간과 광원에서 빛 검출기까지의 거리를 각각 측정한 것을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 특수 상대성 이론에 따라, 빛의 속력은 관찰자의 상태와 관계없이 항상 $c$로 일정합니다.
    ㄱ. 철수가 측정한 고유 시간 $t_1$보다, 정지한 영희가 측정한 시간 $t_2$가 시간 지연 효과에 의해 더 길게 측정되므로 $t_1 < t_2$는 옳습니다.
    ㄴ. 철수가 측정한 고유 길이 $L_1$보다, 운동 방향으로 길이 수축을 관찰하는 영희가 측정한 길이 $L_2$가 더 짧게 측정되므로 $L_1 < L_2$는 틀렸습니다.
    ㄷ. 영희가 측정한 거리 $L_2$와 시간 $t_2$의 비는 빛의 속력 $c$가 되어야 하지만, $\frac{L_2}{t_2} = c$라는 식 자체는 성립하더라도 문제의 표에서 정의된 $L_2$는 빛이 이동한 경로의 길이가 아니라 우주선의 길이를 의미하므로, 영희가 본 빛의 실제 이동 거리는 $L_2$보다 깁니다. 따라서 $\frac{L_2}{t_2} = c$는 성립하지 않습니다.
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6. 다음은 원자핵 반응식을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • $\alpha$ 입자는 헬륨 원자핵으로 2개의 양성자와 2개의 중성자로 구성됩니다. 양성자는 위 쿼크 2개와 아래 쿼크 1개, 중성자는 위 쿼크 1개와 아래 쿼크 2개로 이루어져 있어, 총 위 쿼크 수(6개)와 아래 쿼크 수(6개)는 같습니다.
    $\beta$ 입자는 전자(또는 양전자)이며, 이는 기본 입자인 렙톤(경입자)에 속합니다.

    오답 노트
    약한 상호 작용을 매개하는 입자는 광자이다: 광자는 전자기 상호 작용을 매개하며, 약한 상호 작용은 $W$와 $Z$ 보존이 매개합니다.
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7. 그림 (가)는 x축 상에서 양(+)으로 대전된 도체구 A와 전하량을 알 수 없는 대전된 도체구 B가 각각 고정되어 있는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)의 A와 B를 접촉시킨 후 다시 원래의 위치에 고정시켜 놓은 모습을 나타낸 것으로, A는 음(-)으로 대전되어 있다. x축 상의 p점은 A와 B로부터 거리가 같은 지점이다.

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)
  • A와 B를 접촉시킨 후 A가 음(-)으로 대전되었다는 것은, 접촉 전 B가 A보다 훨씬 더 큰 음(-)전하를 가지고 있었음을 의미합니다.
    따라서 (가)에서 B는 음(-)으로 대전되어 있으며, 전하량의 크기는 A(양전하)보다 B(음전하)가 더 큽니다.

    오답 노트
    (가)의 p에서 전기장의 방향은 $-x$ 방향이다: A는 $+$, B는 $-$이므로 p점에서의 전기장은 A에서 B 방향인 $+x$ 방향입니다.
    (나)에서 B는 양(+)으로 대전되어 있다: A와 B를 접촉시키면 전하가 나누어 가지므로, 둘 다 동일하게 음(-)으로 대전됩니다.
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8. 그림은 실린더 내부의 이상 기체에 열을 계속 가하였더니 기체의 압력이 일정하게 유지 되면서 피스톤이 서서히 올라가고 있는 모습을 나타낸 것이다.

피스톤이 올라가는 동안, 이상 기체에 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)
  • 열을 가하여 압력이 일정하게 유지되며 부피가 팽창하는 정압 과정입니다.
    열을 흡수하여 온도가 상승하므로 기체 분자의 평균 속력과 내부 에너지는 모두 증가합니다.
    또한, 피스톤이 위로 올라가며 부피가 증가했으므로 기체가 외부에 일을 한 것입니다.
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9. 그림 (가)와 (나)는 수평한 지면 위에 놓인 솔레노이드 위에 상자성체 A, 반자성체 B가 각각 실에 연결되어 천장에 매달려 정지한 모습을 나타낸 것이다. 솔레노이드에는 일정한 전류가 흐르고 있다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 지구 자기장은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 솔레노이드의 전류 방향을 보면 오른나사 법칙에 의해 내부 자기장의 방향은 위쪽입니다.
    상자성체 A는 자기장 방향으로 끌려가므로 솔레노이드가 A를 아래로 당깁니다. 따라서 실이 A를 당기는 힘은 A의 무게와 자기력의 합이 되어 무게보다 큽니다.

    오답 노트
    B와 솔레노이드 사이에는 서로 당기는 자기력이 작용한다: 반자성체 B는 외부 자기장과 반대 방향으로 자화되어 솔레노이드로부터 밀려나는 척력이 작용합니다.
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10. 그림은 수소 원자의 양자수(n)에 따른 에너지 준위를 나타낸 것으로, 전자의 전이 과정에서 빛이 방출된다.

에너지의 대소 관계로 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 수소 원자의 에너지 준위는 $n$이 커질수록 간격이 좁아지는 특성을 가집니다.
    에너지 준위 $E_n$은 $E_n = -\frac{13.6}{n^2} \text{ eV}$로 나타낼 수 있습니다.
    준위 간의 간격을 비교하면 $E_2 - E_1$이 $E_3 - E_2$ 보다 훨씬 큽니다.
    즉, $E_1$과 $E_3$의 평균값인 $\frac{E_1 + E_3}{2}$는 $E_1$에 더 가깝게 위치하며, $E_2$는 그보다 높은 에너지 준위에 위치하게 됩니다.
    따라서 $E_2 > \frac{E_1 + E_3}{2}$가 성립합니다.
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11. 그림은 종이면에 수직인 방향으로 각각 균일한 자기장이 형성된 영역 Ⅰ, Ⅱ를 한 변의 길이가 l인 정사각형 도선이 +x방향으로 일정한 속력으로 통과하는 모습을 나타낸 것이다. Ⅰ에서 자기장의 세기는 B0이다. 표는 도선의 p점의 위치 x에 따른 도선에 흐르는 전류의 세기와 방향을 나타낸 것이다.

Ⅱ에서의 자기장의 방향과 세기를 옳게 나타낸 것은? (순서대로 자기장의 방향, 자기장의 세기)[3점]

  1. 종이면에 들어가는 방향, B0
  2. 종이면에 들어가는 방향, 2B0
  3. 종이면에 들어가는 방향, 3B0
  4. 종이면에 나오는 방향, B0
  5. 종이면에 나오는 방향, 2B0
(정답률: 알수없음)
  • 유도 기전력은 자기선속의 변화율에 비례하며, 렌츠의 법칙에 의해 변화를 방해하는 방향으로 전류가 흐릅니다.
    영역 I에서 도선이 들어갈 때 시계 방향 전류 $I_0$가 흐르므로, 자기장 $B_0$는 종이면으로 들어가는 방향입니다.
    영역 II에서 도선이 들어갈 때 반시계 방향 전류 $2I_0$가 흐르는데, 이는 영역 I의 자기장 $B_0$에 의한 효과와 영역 II의 자기장 $B_{II}$에 의한 효과가 합쳐진 결과입니다.
    전류의 세기 관계식은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $I = \frac{B_{net} l v}{R}$
    ② [숫자 대입] $2I_0 = \frac{(B_0 + B_{II}) l v}{R}$
    ③ [최종 결과] $B_{II} = B_0$
    전류 방향이 반시계 방향으로 바뀌려면 영역 II의 자기장이 영역 I과 같은 방향(들어가는 방향)이면서 세기가 더 강해져야 하거나, 혹은 전체적인 선속 변화의 합이 반대 방향이어야 합니다. 하지만 주어진 표의 $x=1.5l$ 지점은 도선이 영역 II로 진입하는 순간이며, 이때 반시계 방향 전류가 흐르기 위해서는 영역 II의 자기장이 종이면으로 들어가는 방향이고 세기가 $B_0$일 때, 영역 I을 빠져나가는 효과(시계)와 영역 II로 들어오는 효과(반시계)가 상쇄되어 결과적으로 반시계 방향이 됩니다. 따라서 방향은 들어가는 방향, 세기는 $B_0$입니다.
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12. 그림은 p형, n형 반도체를 접합하여 만든 발광 다이오드 A, B를 전압이 일정한 전원 장치에연결하였더니, A, B에서 각각 빨간색과 파란색의 단색광이 방출되고 있는 모습을 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)
  • LED는 p형 반도체에 (+), n형 반도체에 (-) 전압을 걸어 순방향 바이어스를 형성했을 때 빛이 납니다.
    ㄱ. A와 B 모두 p형이 위쪽, n형이 아래쪽에 있으며 빛이 나고 있으므로, 위쪽 단자인 a는 (+)극이어야 합니다.
    ㄴ. 순방향 전압이 걸리면 p-n 접합면에서 정공과 전자가 결합하며 에너지를 빛의 형태로 방출합니다.

    오답 노트
    띠틈은 A가 B보다 크다: 빛의 에너지 $E = hf$이며, 파장은 빨간색(A)이 파란색(B)보다 깁니다. 즉, B의 에너지가 더 크므로 띠틈(에너지 갭)은 B가 A보다 큽니다.
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13. 그림과 같이 태양 광선이 프리즘을 통과하여 분산된 빛을 금속판에 비추었더니, 금속판의 P영역에서는 광전자가 방출되지 않고, Q 영역에서는 광전자가 방출되었다.

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)
  • 광전효과는 빛의 진동수가 금속의 문턱 진동수보다 커야 전자가 방출되는 현상입니다.
    ㄱ. 전자기파의 파장은 진동수에 반비례하며, 적외선은 자외선보다 진동수가 낮으므로 파장이 더 깁니다.

    오답 노트
    자외선은 무선 통신에 이용된다: 무선 통신에는 주로 전파(라디오파, 마이크로파)가 이용됩니다.
    적외선의 세기를 증가시켜 P에 비추면 광전자가 방출된다: 광전자의 방출 여부는 빛의 세기가 아니라 진동수에 의해 결정됩니다. 적외선은 문턱 진동수보다 낮으므로 세기를 높여도 방출되지 않습니다.
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14. 다음은 종이컵 스피커를 이용하여 소리의 세기와 진동수를 측정하는 실험 과정과 결과이다.

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)
  • 스피커의 원리는 코일에 흐르는 전류와 자석 사이의 자기력으로 진동판을 움직여 소리를 만드는 것입니다.
    ㄱ. 코일에 흐르는 교류 전류에 의해 자석과 코일 사이에 상호작용하는 자기력이 발생하여 포일이 진동합니다.
    ㄴ. 소리의 세기는 진폭에 비례하며, 자석의 세기가 강할수록 자기력이 커져 진폭이 증가합니다. 자석 A보다 B를 사용했을 때 세기가 $I_0$에서 $2I_0$로 증가했으므로 자석 B의 세기가 더 큽니다.
    ㄷ. 소리의 진동수는 입력 신호의 진동수에 의해 결정되므로, 자석을 바꾸어도 진동수는 $f_0$로 일정합니다.
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15. 다음은 전자기파를 검출하는 실험 과정과 결과의 일부이다.

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)
  • 압전 소자를 통해 고전압을 발생시키면 구리선 사이에서 불꽃 방전이 일어나며, 이때 가속된 전자가 전자기파를 방출합니다.
    불꽃 방전 시 전자는 강한 전기장에 의해 가속 운동을 하며, 가속되는 전하는 전자기파를 발생시키는 근원이 됩니다.

    오답 노트
    안테나에는 일정한 세기의 전류가 흐른다: 방전으로 인해 발생하는 전자기파에 의해 유도되는 전류는 교류 형태의 변화하는 전류입니다.
    (다)에서 발광 다이오드에서는 빛이 방출되지 않는다: 전자기파는 다이오드의 방향과 관계없이 안테나에 유도 전류를 만들어내므로 빛이 방출됩니다.
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16. 그림 (가)와 같이 스피커에서 나온 진폭이 같은 진동수 f1 ,f2 인 소리를 각각 슬릿에 통과시켰더니, a점에 f1인 소리는 도달하였고 f2인 소리는 도달하지 않았다. 그림 (나)와 같이 진폭이 같은 전기 신호를 발생시키는 장치에 전기 소자, 저항, 스피커를 연결한 후, 진동수 f1 ,f2인 전기 신호를 동시에 발생시켰더니 스피커에서 f1인 소리가 f2인 소리보다 더 크게 발생되었다. 전기 소자는 축전기나 코일 중 하나이다.

(가)에서 진동수의 대소 관계와 (나)의 전기 소자를 옳게 나타낸 것은? (순서대로 진동수의 대소 관계, 전기소자)[3점]

  1. f1 < f2, 축전기
  2. f1 < f2, 코일
  3. f1 = f2, 축전기
  4. f1 > f2, 축전기
  5. f1 > f2, 코일
(정답률: 알수없음)
  • 회절 현상에서 슬릿을 통과한 파동이 a점에 도달하려면 파장이 길어야 합니다. $f_1$은 도달하고 $f_2$는 도달하지 않았으므로 $f_1$의 파장이 더 길고 진동수는 더 작습니다. 즉, $f_1 < f_2$입니다.
    전기 회로에서 스피커로 흐르는 전류가 클수록 소리가 크게 들립니다. 스피커와 병렬로 연결된 전기 소자의 임피던스가 클수록 스피커 쪽으로 더 많은 전류가 흐릅니다.
    축전기의 리액턴스는 $X_C = \frac{1}{2\pi f C}$로 진동수가 작을수록 커집니다. $f_1 < f_2$일 때 $f_1$에서 리액턴스가 더 커져 스피커로 더 많은 전류가 흐르므로 $f_1$ 소리가 더 크게 들립니다. 따라서 전기 소자는 축전기입니다.
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17. 그림과 같이 질량 2kg, 길이 3m인 균일한 막대 위에 질량 8kg인 물체 A와 질량 3kg인 물체 B를 올린 후, 막대를 책상에 올려놓았더니 막대가 수평을 유지하였다. 막대는 책상에 1m 걸쳐 있고, 막대의 왼쪽 끝과 A 사이의 거리는 0.5m이다.

B만 천천히 오른쪽으로 움직일 때, 막대가 수평을 유지할 수 있는 A와 B 사이 거리의 최댓값은? (단, A, B의 크기와 막대의 두께는 무시한다.) [3점]

  1. 1m
  2. 4/3 m
  3. 3/2 m
  4. 5/3 m
  5. 2m
(정답률: 알수없음)
  • 막대가 수평을 유지하려면 책상 끝(받침점)을 기준으로 왼쪽과 오른쪽의 토크 합이 0이어야 합니다. 막대가 오른쪽으로 기울어지기 직전, 즉 받침점에서의 토크 평형 식을 세웁니다.
    받침점으로부터의 거리: A는 $1-0.5=0.5\text{m}$, 막대 무게중심은 $1.5-1=0.5\text{m}$, B의 위치를 $x$라고 하면 거리는 $x-1$입니다.
    $$\text{왼쪽 토크} = \text{오른쪽 토크}$$
    $$8 \times 0.5 = 2 \times 0.5 + 3 \times (x-1)$$
    $$4 = 1 + 3(x-1)$$
    $$3 = 3(x-1) \rightarrow x-1 = 1$$
    B의 받침점으로부터의 거리 최댓값은 $1\text{m}$이며, A와 B 사이의 거리 최댓값은 $0.5 + 1 = 1.5\text{m}$입니다.
    ① [기본 공식] $m_A d_A = m_{bar} d_{bar} + m_B d_B$
    ② [숫자 대입] $8 \times 0.5 = 2 \times 0.5 + 3 \times d_B$
    ③ [최종 결과] $d_B = 1 \text{m} \rightarrow \text{A와 B 사이 거리} = 0.5 + 1 = 1.5\text{m}$
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18. 다음은 우라늄과 라듐의 핵반응식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 기본 전하량은 e이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 핵반응식에서 질량수와 원자 번호의 보존 법칙을 적용합니다.
    첫 번째 식: $^{238}_{92}\text{U} \rightarrow ^{234}_{90}\text{Th} + (\text{가})$에서 질량수 차이는 $238-234=4$, 원자 번호 차이는 $92-90=2$입니다. 따라서 (가)는 $\alpha$ 입자($^{4}_{2}\text{He}$)이며 전하량은 $2e$입니다.
    두 번째 식: $^{226}_{88}\text{Ra} \rightarrow ^{222}_{86}\text{Rn} + (\text{가})$에서도 동일하게 $\alpha$ 입자가 방출됩니다.
    중성자 수 계산: $^{238}_{92}\text{U}$는 $238-92=146$개, $^{226}_{88}\text{Ra}$는 $226-88=138$개이므로 우라늄이 8개 더 많습니다.
    핵반응 시 반응 전후의 총 질량이 감소하며, 이 질량 결손이 $\text{E} = mc^{2}$에 의해 에너지로 방출됩니다.
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19. 그림은 모양과 길이가 같은 알루미늄 관과 구리 관을 연직으로 세우고, 자석 A 또는 B를 관 입구에 가만히 놓는 모습을 나타낸 것이다. 표는 자석이 관 입구에서 끝을 통과할 때까지 걸린 시간을 자석과 관의 종류에 따라 나타낸 것이다. A, B의 질량은 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기 저항과 모든 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자석이 금속관을 통과할 때 발생하는 유도 전류에 의한 자기력이 낙하를 방해하므로, 통과 시간이 길수록 자기력이 강한 것입니다.
    알루미늄 관에서 A(2초)보다 B(3초)가 더 오래 걸렸으므로, B의 자기장이 더 세고 A는 B보다 세기가 약한 자석입니다.
    구리 관은 알루미늄보다 전기 전도도가 높아 유도 전류가 더 크게 흐르므로 낙하 시간이 더 길어집니다. 따라서 (가)는 B의 알루미늄 관 시간인 3초보다 큽니다.
    자석이 낙하하며 유도 전류를 만드는 과정에서 전자기 유도에 의해 역학적 에너지가 전기 에너지 및 열에너지로 전환되므로 역학적 에너지는 감소합니다.

    오답 노트
    (가)는 3초보다 작다: 구리 관의 전도성이 더 좋아 낙하 시간이 더 길어지므로 3초보다 커야 합니다.
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20. 그림 (가)와 같이 액체를 가득 채운 용기를 저울 P에, 빈 비커를 저울 Q에 올려놓고, 물체 A를 매단 용수철저울을 스탠드에 고정시켰다. P, Q, 용수철저울에서 측정된 힘의 크기는 각각 20N, 1N, 5N이다. 그림 (나)는 (가)의 A를 바닥에 닿지 않고 액체에 잠겨 정지시켰더니 용기의 넘쳐난 액체가 모두 비커로 이동하여 Q에서 측정된 힘의 크기가 3N인 것을 나타낸 것이다.

(나)에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 실의 질량과 부피는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 부력의 원리와 힘의 평형을 분석합니다.
    ㄱ. 비커 Q의 무게 변화량($3\text{N} - 1\text{N} = 2\text{N}$)이 곧 넘쳐흐른 액체의 무게이며, 이는 아르키메데스 원리에 의해 A가 받는 부력의 크기와 같습니다. 따라서 부력은 $2\text{N}$입니다.
    ㄴ. A의 원래 무게는 $5\text{N}$이고 부력이 $2\text{N}$이므로, 용수철저울이 당기는 힘은 $5\text{N} - 2\text{N} = 3\text{N}$입니다.
    ㄷ. 저울 P는 (가)에서 $20\text{N}$이었으나, (나)에서는 A가 받는 부력만큼의 반작용 힘 $2\text{N}$이 아래로 추가로 작용합니다. 하지만 액체 $2\text{N}$만큼이 비커 Q로 빠져나갔으므로, 최종 측정값은 $20\text{N} + 2\text{N} - 2\text{N} = 20\text{N}$이 됩니다.
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