수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2016-07-06)

수능(물리I) 2016-07-06 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(물리I) 2016-07-06 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(물리I)
(2016-07-06 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 그림 (가), (나), (다)는 정보 저장 매체를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 32%)
  • 각 정보 저장 매체의 물리적 원리를 묻는 문제입니다.
    하드 디스크는 자화된 디스크 표면과 헤드 사이의 전자기 유도 현상을 통해 데이터를 읽습니다.
    DVD는 CD보다 트랙 간격이 좁기 때문에, 더 세밀하게 읽기 위해 파장이 더 짧은 빛을 사용합니다.
    플래시 메모리는 반도체 소자 내부의 전하 저장이라는 전기적 성질을 이용하여 정보를 저장합니다.
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1

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2. 그림은 두 위성 A, B가 행성을 한 초점으로 하는 동일한 타원 궤도를 따라 공전하는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. 표는 A가 점 a, b, c, d, a를 차례로 지날 때의 시각을 나타낸 것이다. d는 행성으로부터 가장 먼 공전 궤도상의 점이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른것은? (단, A와 B 사이에 작용하는 중력은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 23%)
  • 케플러 법칙을 이용한 위성의 공전 분석 문제입니다.
    A와 B는 동일한 타원 궤도를 공전하므로 공전 주기 $T$가 같습니다. 표에서 A가 한 바퀴 도는 데 걸린 시간이 $5t$이므로 $T = 5t$입니다.
    ㄱ. A와 B의 공전 주기는 $5t$로 동일하므로 옳은 설명입니다.
    ㄴ. A가 $c$에 도달했을 때 경과 시간은 $2t$입니다. B는 A보다 궤도상에서 앞서 있으므로, $2t$ 후에는 $d$를 지나게 됩니다. 따라서 틀린 설명입니다.
    ㄷ. A가 $a$를 출발해 $3t$가 되었을 때의 위치를 $p$라 하면, B는 $a$에 위치하게 됩니다. 이때 $a$와 $p$는 행성과 $d$를 잇는 직선에 대해 대칭인 지점이며, 타원 궤도의 대칭성에 의해 두 위성의 속력은 같습니다. 따라서 옳은 설명입니다.
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1

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3. 다음은 헬륨 풍선이 하늘 위로 올라가면서 일어나는 현상에 대한 설명이다.

풍선이 하늘 위로 올라가는 동안, 풍선 속 헬륨에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 풍선을통한 열교환은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 22%)
  • 풍선이 상승하면 외부 압력이 낮아져 풍선 속 헬륨이 단열 팽창하며, 이 과정에서 내부 에너지를 소모하여 온도가 낮아집니다.
    기체 분자의 평균 운동 에너지는 절대 온도에 비례하므로, 온도가 낮아지면 헬륨 분자의 평균 속력 또한 감소합니다.
    또한, 부피가 증가하며 외부로 밀어내는 일을 수행합니다.
    오답 노트
    ㄴ. 온도가 낮아지므로 평균 속력은 감소함
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1

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4. 그림은 수소( ) 원자핵이 헬륨( ) 원자핵으로 변환되는 과정에서 핵자의 구성이 바뀌며 입자 C와 중성미자를 방출하는 모습을 나타낸 것이다. A, B는 핵자이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 18%)
  • 핵변환 과정에서 양성자($p$)가 중성자($n$)로 변하며 전자($e^-$)와 중성미자를 방출하는 베타 붕괴 과정입니다.
    그림에서 $A$는 양성자, $B$는 중성자, $C$는 방출되는 전자입니다.
    양성자와 전자는 전하량의 크기가 $e$로 동일하며 부호만 반대입니다.
    오답 노트
    ㄱ: $A$는 양성자, $B$는 중성자입니다.
    ㄷ: 강한 상호작용은 핵자(양성자, 중성자) 사이에서만 작용하며, 전자와 같은 경입자에는 작용하지 않습니다.
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5. 그림은 동일한 지점에서 1초 간격으로 질량이 같은 물체 A와 B를 같은 속력으로 연직 위로 던졌을 때, 어느 순간 A는 정지 상태이고 B는 속력 v로 올라가는 모습을 나타낸 것이다. 이 순간 A와 B의 높이차는 h 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B의 크기와 공기 저항은 무시하고, 중력 가속도는 10m/s2이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 16%)
  • 중력 가속도가 $10\text{m/s}^2$이고 B는 A보다 1초 먼저 던져진 상태이므로, B의 속력 $v$는 $10\text{m/s}$입니다.
    높이 $h$는 속력 $10\text{m/s}$로 던져진 물체가 1초 동안 이동한 거리와 같습니다.
    ① [기본 공식] $h = v_0 t - \frac{1}{2} g t^2$
    ② [숫자 대입] $h = 10 \times 1 - \frac{1}{2} \times 10 \times 1^2$
    ③ [최종 결과] $h = 5\text{m}$
    두 물체가 충돌할 때까지 이동 거리의 합이 $5\text{m}$가 되므로 모든 보기가 옳습니다.
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1

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6. 그림 (가)와 (나)는 수평면 위에 놓여 있는 물체 A와 B를 실로 연결한 후 (가)에서는 B에 수평 방향으로 크기가 F 인 힘을, (나)에서는 A에 수평 방향으로 크기가 2F 인 힘을 작용하는 것을 나타낸 것이다. A와 B의 질량은 각각 mA, mB이다.

(가)와 (나)에서 실이 B에 작용하는 힘의 크기가 같을 때, mA : mB는? (단, 모든 마찰, 공기 저항 및 실의 질량은 무시한다.)

  1. 1 : 1
  2. 1 : 2
  3. 2 : 1
  4. 2 : 3
  5. 3 : 2
(정답률: 23%)
  • 가속도는 힘에 비례하므로, 작용하는 힘의 크기가 $F$에서 $2F$로 증가함에 따라 가속도의 비는 $a_{\text{가}} : a_{\text{나}} = 1 : 2$가 됩니다.
    실에 걸리는 장력 $T$가 동일하므로, 물체 A에 작용하는 알짜힘(장력)을 통해 질량비를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $T = m_A \times a$
    ② [숫자 대입] $m_A \times a = m_B \times 2a$
    ③ [최종 결과] $m_A : m_B = 2 : 1$
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7. 그림 (가)는 두 물체 A, B가 각각 점 p와 q를 동시에 지나는 모습을 나타낸 것이고, (나)는 (가)의 순간부터 A, B가 수평면과 빗면을 따라 운동하는 동안 운동량의 크기를 시간에 따라 나타낸 것이다. B의 질량은 1 kg이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 모든 마찰 및 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 11%)
  • A는 처음 6초 동안 운동량의 크기가 $6\text{kg}\cdot\text{m/s}$이고 속력이 $2\text{m/s}$이므로, 질량은 $3\text{kg}$입니다.
    A와 B가 수평면에서 이동한 거리는 각각 $12\text{m}$, $8\text{m}$입니다. 따라서 두 지점 p와 q 사이의 거리는 $12\text{m} - 8\text{m} = 4\text{m}$입니다.
    역학적 에너지 보존 법칙에 의해, 빗면을 올라가며 감소한 운동 에너지는 증가한 퍼텐셜 에너지와 같습니다.
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8. 그림과 같이 영희가 탄 우주선이 정지한 철수에 대해 일정한 속도 0.8c 로 운동하고 있다. 우주선 뒷부분의 고정된 점 p에서 방출된 빛이 우주선 앞부분에 고정된 거울 위의 점 q에서 반사된 후 다시 점 p로 되돌아 왔다.

철수와 영희가 각각 측정한 물리량이 서로 같은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, c는 빛의 속력이고, 우주선 내부는 진공이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 15%)
  • 특수 상대성 이론의 길이 수축과 시간 팽창, 광속 불변의 원리를 묻는 문제입니다.
    ㄱ. 영희가 측정한 $p$와 $q$ 사이의 거리가 고유 길이이며, 철수가 측정하면 운동 방향으로 길이 수축이 일어나 더 짧게 측정됩니다.
    ㄴ. 광속 불변의 원리에 따라 빛의 속력 $c$는 관찰자의 상태와 관계없이 항상 일정합니다.
    ㄷ. 영희가 측정한 왕복 시간이 고유 시간이며, 철수가 측정하면 시간 팽창이 일어나 더 길게 측정됩니다. 광속이 일정하므로 이동 거리($s = vt$)는 시간에 비례하여 철수가 측정한 빛의 이동 거리가 더 깁니다.
    따라서 서로 같게 측정하는 물리량은 빛의 속력뿐입니다.
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9. 그림과 같이 수평면으로부터 높이 h, 2h인 빗면 위의 점에서 질량이 같은 자석 A와 B를 각각 가만히 놓았더니, 자석이 빗면에 고정된 구리링을 통과한 후 같은 속력 v로 수평면에 닿았다. A와 B가 빗면을 내려오는 동안 A와 B의 가속도 방향은 일정하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른것은? (단, 자석의 크기, 마찰과 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 15%)
  • 전자기 유도와 에너지 보존 법칙을 적용하는 문제입니다.
    ㄱ. 렌츠의 법칙에 의해 유도 전류에 의한 자기력은 항상 자석의 운동을 방해하는 방향으로 작용합니다.
    ㄴ. B는 A보다 높은 곳에서 출발하여 구리링에 도달할 때 속력이 더 빠르며, 자기력 선속의 변화율이 계속 증가하므로 B에 작용하는 자기력의 크기는 증가합니다.
    ㄷ. 역학적 에너지 감소량은 구리링을 통과하며 발생한 전기 에너지(열에너지)와 같습니다.
    $E_{loss} = mgh - \frac{1}{2}mv^2$
    A와 B의 질량 $m$과 최종 속력 $v$가 같으므로, 높이가 $2h$인 B의 역학적 에너지 감소량이 $h$인 A보다 더 큽니다.
    따라서 옳은 설명은 ㄱ, ㄴ입니다.
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10. 다음은 교류 전원의 진동수에 따른 회로에 흐르는 전류를 알아보기 위한 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 12%)
  • 교류 회로에서 전원의 진동수가 회로의 고유 진동수와 일치할 때 공명 현상이 일어나 최대 전류가 흐릅니다. $0.8f_{0}$와 $1.2f_{0}$에서 전류의 세기가 $I_{0}$로 같으므로, 그 사이 값인 $f_{0}$에서는 전류 $\text{㉠}$이 $I_{0}$보다 크게 됩니다.
    저항에 걸리는 전압은 $V = IR$ 공식에 의해 전류에 비례하므로, $0.8f_{0}$와 $1.2f_{0}$일 때 전류가 $I_{0}$로 동일하다면 저항에 걸리는 전압 또한 같습니다.

    오답 노트
    축전기의 리액턴스는 진동수에 반비례하므로, 진동수가 다르면 전류를 방해하는 정도도 달라집니다.
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1

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11. 그림과 같이 점 a, b, c, d가 일직선상에서 같은 거리만큼 떨어져 있고 a, b, d에 점전하 A, B, C가 고정되어 있다. c에서 전기장의 세기는 0이며, B와 C 사이에는 서로 끌어당기는 전기력이 작용한다.

B와 C가 A에 작용하는 전기력의 합력이 왼쪽 방향일 때, 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: 10%)
  • ㄱ. c점에서 전기장의 세기가 0이 되려면 A가 만드는 전기장과 B, C가 만드는 전기장의 합이 같아야 합니다. B와 C는 c점에 대해 같은 방향의 전기장을 형성하므로, 거리상 불리함에도 이를 상쇄하는 A의 전하량이 가장 커야 합니다.
    ㄴ. A와 B에 의해 c점에 형성된 전기장의 방향이 서로 반대여야 합력이 0이 될 수 있으므로, A와 B는 서로 다른 부호의 전하를 가집니다.
    ㄷ. A에 작용하는 전기력의 합력이 왼쪽이라는 것은 B가 A를 미는 힘(척력)이 C가 A를 당기는 힘(인력)보다 크다는 것을 의미합니다. 이때 C에 작용하는 알짜힘을 분석하면 B가 C를 당기는 힘이 A가 C를 미는 힘보다 크므로 C에 작용하는 전기력의 방향은 오른쪽이 됩니다.
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1

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12. 그림과 같이 무한히 긴 직선 도선 A, B가 점 p, q와 같은 간격 d 만큼 떨어져 종이면에 수직으로 고정되어 있다. A에는 세기가 I 인 전류가 종이면에 들어가는 방향으로, B에는 세기가 2I 인 전류가 흐르고 있다. p에서 전류에 의한 자기장 방향은 화살표 방향이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 11%)
  • p점에서 자기장의 방향이 위쪽이므로, 오른나사 법칙에 의해 도선 B에 흐르는 전류는 종이면으로 들어가는 방향이어야 합니다. 따라서 ㄱ은 옳은 설명입니다.
    오답 노트
    ㄴ, ㄷ: 위쪽 방향을 (+)로 정의하면 p점의 자기장은 $B_p = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} - \frac{\mu_0 (2I)}{2\pi d} = -\frac{\mu_0 I}{2\pi d}$가 되며, q점의 자기장은 $B_q = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} - \frac{\mu_0 (2I)}{2\pi (2d)} = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} (1 - \frac{1}{2}) = \frac{\mu_0 I}{4\pi d}$가 됩니다. 따라서 $|B_p| > |B_q|$이며, p에서는 아래쪽, q에서는 위쪽 방향의 자기장이 형성되므로 ㄴ과 ㄷ은 틀린 설명입니다.
  • p점에서 자기장의 방향이 위쪽이므로, 오른나사 법칙에 의해 도선 B에 흐르는 전류는 종이면으로 들어가는 방향이어야 합니다. 따라서 ㄱ은 옳은 설명입니다.
    오답 노트
    ㄴ, ㄷ: 위쪽 방향을 (+)로 정의하면 p점의 자기장은 $B_p = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} - \frac{\mu_0 (2I)}{2\pi d} = -\frac{\mu_0 I}{2\pi d}$가 되며, q점의 자기장은 $B_q = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} - \frac{\mu_0 (2I)}{2\pi (2d)} = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} (1 - \frac{1}{2}) = \frac{\mu_0 I}{4\pi d}$가 됩니다. 따라서 $|B_p| > |B_q|$이며, p에서는 아래쪽, q에서는 위쪽 방향의 자기장이 형성되므로 ㄴ과 ㄷ은 틀린 설명입니다.
  • p점에서 자기장의 방향이 위쪽이므로, 오른나사 법칙에 의해 도선 B에 흐르는 전류는 종이면으로 들어가는 방향이어야 합니다. 따라서 ㄱ은 옳은 설명입니다.
    오답 노트
    ㄴ, ㄷ: 위쪽 방향을 (+)로 정의하면 p점의 자기장은 $B_p = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} - \frac{\mu_0 (2I)}{2\pi d} = -\frac{\mu_0 I}{2\pi d}$가 되며, q점의 자기장은 $B_q = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} - \frac{\mu_0 (2I)}{2\pi (2d)} = \frac{\mu_0 I}{2\pi d} (1 - \frac{1}{2}) = \frac{\mu_0 I}{4\pi d}$가 됩니다. 따라서 $|B_p| > |B_q|$이며, p에서는 아래쪽, q에서는 위쪽 방향의 자기장이 형성되므로 ㄴ과 ㄷ은 틀린 설명입니다.
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13. 그림 (가), (나), (다)는 p형 반도체와 n형 반도체를 이용해 만든 장치들을 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: 21%)
  • p-n 접합 반도체를 이용한 소자들의 특성을 묻는 문제입니다.
    ㄱ. (가)는 다이오드로, 순방향 전압을 걸어주면 전류가 흐르는 정류 작용을 합니다. 따라서 옳은 설명입니다.
    ㄴ. 태양 전지는 빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치입니다. 따라서 틀린 설명입니다.
    ㄷ. 발광 다이오드(LED)는 p-n 접합면에서 전자와 양공이 결합하며 에너지를 빛의 형태로 방출합니다. 따라서 옳은 설명입니다.
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14. 그림은 발전소에서 송전선을 통해 소비지로 전력을 공급하는 모습을 나타낸 것이고, 표는 발전소에서 송전하는 전압, 송전선에 흐르는 전류, 송전선에서의 손실 전력을 나타낸 것이다. A, B, C는 소비지로 전력이 공급되는 각 상황이다.

A, B, C에서 송전선의 저항값이 같을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 18%)
  • 송전 전력과 손실 전력의 관계를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. 송전 전력 $P$는 전압 $V$와 전류 $I$의 곱으로 나타냅니다.
    $$P = V \times I$$
    $$P_A = 2V \times \frac{I}{2} = VI, P_B = V \times I = VI, P_C = \frac{V}{2} \times 2I = VI$$
    $$P_A = P_B = P_C = VI$$
    ㄴ. 손실 전력 $P_{loss}$는 전류의 제곱에 비례합니다.
    $$P_{loss} = I^2 R$$
    $$P_A = (\frac{I}{2})^2 R, P_B = I^2 R, P_C = (2I)^2 R$$
    $$P_A < P_B < P_C$$
    ㄷ. 소비지에서 사용할 수 있는 최대 전력은 발전소에서 보낸 총 송전 전력에서 송전선에서 손실된 전력을 뺀 값입니다. $C$의 경우 $VI - P_C$가 됩니다.
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15. 그림은 줄의 양 끝을 파동 발생기와 벽면에 각각 연결한 것을 나타낸 것으로 줄의 진동에 의해 소리가 발생한다. a, b, c는 줄 위의 점으로, b는 a와 c로부터 같은 거리에 있다. 표는 이 줄에서 진동수가 f, 2f, 4f 인 정상파가 생길 때, a, b, c의 최대 변위를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 줄에서 파동의 전파 속력은 일정하다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 19%)
  • 줄에서의 정상파 특성과 진동수, 파장의 관계를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. 파동의 속력이 일정할 때 파장은 진동수에 반비례합니다.
    $$\lambda = \frac{v}{f}$$
    $$\lambda_f = \frac{v}{f}, \lambda_{2f} = \frac{v}{2f}$$
    $$\lambda_f = 2 \times \lambda_{2f}$$
    ㄴ. 진동수가 $2f, 4f$일 때 $b$점의 최대 변위가 0인 것은 해당 지점이 마디임을 의미합니다. 따라서 $\text{㉠} = 0, \text{㉡} = 0$이므로 $\text{㉠} + \text{㉡} = 0$입니다.
    ㄷ. 진동수가 2배가 될 때마다 한 옥타브씩 높아집니다. $f$에서 $4f$가 되면 $2^2$배 증가한 것이므로 두 옥타브 높은 음이 발생합니다.
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16. 그림 (가)는 가열된 수소 기체에서 방출된 선 스펙트럼의 일부로 오른쪽 두 단색광의 파장은 각각λ1, λ2이다. 그림 (나)는 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 n에 따른 에너지 준위의 일부를 나타낸 것으로 a, b, c는 (가)의 세 스펙트럼선을 만드는 전자의 전이 과정이다.

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: 14%)
  • 수소 원자의 에너지 준위 전이와 방출 스펙트럼의 관계를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. 전이 과정 $a, b$의 에너지 차이가 $b, c$의 차이보다 크므로, 스펙트럼에서 간격이 넓은 $\lambda_1, \lambda_2$는 각각 $b, a$에 대응합니다. 에너지가 클수록 파장은 짧으므로 $\lambda_1 < \lambda_2$입니다.
    ㄴ. 에너지 준위 차이가 가장 큰 $c$과정에서 방출되는 빛의 파장이 가장 짧으므로, 가장 왼쪽에 위치한 스펙트럼선에 해당합니다.
    ㄷ. $b$과정($n=4 \rightarrow n=2$)에 의해 방출되는 빛의 파장이 $\lambda_1$이므로, 반대로 $n=2$ 궤도의 전자가 $\lambda_1$ 파장의 빛을 흡수하면 $n=4$ 궤도로 전이합니다.
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17. 그림은 대전되지 않은 금속구 A와 B를 절연된 실에 매단 후 (가)는 진동수가 f1인, (나)는 진동수가 f2인 단색광을 비추었을 때 A, B의 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른것은? (단, A와 B 사이의 전하 이동은 없다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 12%)
  • 금속의 일함수와 광전효과 발생 조건을 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. (가)에서는 $A$에서만 광전효과가 발생했고, (나)에서는 $A, B$ 모두 발생했습니다. 이는 $A$의 일함수가 $B$보다 작음을 의미하며, 빛의 에너지가 $hf_1 < hf_2$ 순으로 커야 하므로 $f_1 < f_2$입니다.
    ㄴ. 광전효과가 발생하면 전자가 방출되어 금속구는 양(+)전하로 대전됩니다. 따라서 $B$가 음(-)전하로 대전되었다는 설명은 틀렸습니다.
    ㄷ. 광전효과의 발생 여부는 빛의 세기가 아니라 빛의 진동수(에너지)가 문턱 진동수보다 큰지에 의해 결정됩니다.
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18. 그림은 방사성 원소 A가 A →B →C →D로 붕괴하는 과정에서 각 원소의 양성자수와 중성자수를 나타낸 것이다.

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: 11%)
  • 핵변환 과정에서 양성자수와 중성자수의 변화를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ, ㄴ. $A \rightarrow B$과정은 양성자수가 2 감소하고 중성자수가 2 감소했으므로 $\alpha$ 붕괴입니다. 따라서 $a = 142 - 2 = 140$입니다. $B \rightarrow C$와 $C \rightarrow D$과정은 양성자수가 1 증가하고 중성자수가 1 감소하는 $\beta$ 붕괴입니다. $D$의 중성자수 $b$는 $140 - 2 = 138$이므로, $a - b = 140 - 138 = 2$가 성립합니다.
    ㄷ. $A$와 $D$는 양성자수가 90으로 같지만 중성자수가 다르므로 동위 원소입니다.
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19. 그림은 길이 2L 인 균일한 직육면체 막대 중심이 수평한 책상 면의 끝점과 일치하도록 걸쳐 놓은 후, 막대의 중심과 오른쪽 끝에서 질량이 m, 2m인 물체가 같은 방향의 일정한 속력 v, 2v 로 운동을 시작하는 순간의 모습을 나타낸 것이다.

이 순간부터 막대가 기울어지기 시작할 때까지 걸린 시간은? [3점]

(정답률: 14%)
  • 물체의 평형과 돌림힘의 원리를 이용해 막대가 기울어지는 순간을 찾는 문제입니다.
    막대가 기울어지기 시작하는 순간은 책상 끝점을 기준으로 양쪽의 돌림힘이 평형을 이룰 때입니다.
    시간 $t$ 동안 질량 $m$인 물체는 $s = vt$만큼, 질량 $2m$인 물체는 $2s = 2vt$만큼 이동합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\tau_{left} = \tau_{right}$$
    $$m \times (s) = 2m \times (L - 2s)$$
    ② [숫자 대입]
    $$m \times (vt) = 2m \times (L - 2vt)$$
    ③ [최종 결과]
    $$vt = 2L - 4vt$$
    $$5vt = 2L$$
    $$t = \frac{2L}{5v}$$
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20. 그림 (가)는 한 변의 길이가 4d 인 정육면체의 내부에 변의 길이가 각각 2d, 2d, 3d인 직육면체 모양의 빈 공간이 있는 용기를 나타낸 것이고, (나)는 이 용기가 밀도 ρ 인 액체에 2d 만큼 잠겨 정지해 있는 모습의 단면을 나타낸 것이다. 그림 (다)는 (나)의 용기에 밀도 ρ인 액체를 넣었을 때, 용기가 액체 속에 x 만큼 잠겨 정지해 있는 모습의 단면을 나타낸 것으로 이 때, 용기 안팎의 액체 표면의 높이는 같다.

x는? (단, 용기의 바닥면은 수평면과 나란하다.) [3점]

(정답률: 11%)
  • 용기 내부에 액체를 추가로 넣었을 때, 용기가 더 깊이 잠기며 발생하는 추가 부력은 추가된 액체의 무게와 동일하다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\text{추가 부력} = \text{추가 액체 무게}$
    ② [숫자 대입] $\rho \times (4d)^2 \times (x - 2d) = \rho \times (2d \times 2d \times 3d)$
    ③ [최종 결과] $x = \frac{12d^3}{16d^2} + 2d = 0.75d + 2d = 2.75d = \frac{11}{4}d$
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