수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2006-09-06)

수능(물리II) 2006-09-06 필기 기출문제 해설

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수능(물리II)
(2006-09-06 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 연직 위 방향으로 던진 물체의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이 물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 위치-시간 그래프에서 기울기는 속력을 의미합니다. 그래프가 위로 볼록한 포물선 형태이므로 물체는 등가속도 운동(연직 상방 운동)을 하고 있습니다.
    최고점(2초)에서 그래프의 접선 기울기가 0이므로, 최고점에서 속력은 0입니다.
    1초일 때는 위로 올라가는 중(기울기 $+$)이고, 3초일 때는 아래로 내려오는 중(기울기 $-$)이므로 운동 방향은 반대입니다.
    2초부터 4초까지의 평균 속력 크기는 $\frac{|\text{변위}|}{\text{시간}} = \frac{|0 - 20|}{4 - 2} = 10\text{m/s}$ 입니다.

    오답 노트
    1초일 때 운동 방향과 3초일 때 운동 방향은 같다: 상승 방향과 하강 방향으로 서로 반대입니다.
    2초부터 4초까지 평균속도의 크기는 $5\text{m/s}$이다: 계산 결과 $10\text{m/s}$입니다.
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1

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2. 그림은 일정한 속력으로 원형 트랙을 달리는 자동차 A, B가 0초일 때 각각 P 지점과 Q 지점을 통과하는 것을 나타낸 것이다. 10초일 때 A는 P에서 Q에, B는 Q에서 P에 각각 도달하였다.

0초부터 10초까지 A, B의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원운동의 변위, 속도, 속력의 개념을 구분하는 문제입니다.
    ㄴ. A는 반원을 돌아 Q에 도달했고, B는 반원을 돌아 P에 도달했습니다. 이동 거리는 같으나 A는 P에서 Q로, B는 Q에서 P로 향하므로 변위의 크기는 동일합니다. 하지만 A의 평균 속도(변위/시간)의 크기는 B의 평균 속력(이동거리/시간)보다 작습니다.

    오답 노트
    변위의 크기는 A가 B보다 크다: 두 자동차 모두 지름만큼 이동했으므로 변위의 크기는 같습니다.
    A와 B는 등속도 운동한다: 방향이 계속 변하는 원운동이므로 속도가 변하는 가속도 운동입니다.
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3. 그림은 질량이 같은 물체 A, B, C가 지면의 한 점에서 던져질 때 운동하는 경로를 나타낸 것이다. A와 B의 최고점의 높이는 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 포물선 운동의 성분 분석을 통해 해결합니다.
    ㄱ. 최고점 높이 $h = \frac{(v \sin\theta)^{2}}{2g}$입니다. A와 B의 높이가 같으므로 연직 성분 속도 $v_{y}$는 같습니다. 하지만 B가 더 멀리 날아갔으므로 수평 성분 속도 $v_{x}$가 더 크며, 따라서 전체 속력 $v = \sqrt{v_{x}^{2} + v_{y}^{2}}$는 B가 더 큽니다.
    ㄴ. 최고점 도달 시간 $t = \frac{v \sin\theta}{g}$입니다. 연직 성분 속도가 같으므로 도달 시간은 동일합니다.
    ㄷ. 위치에너지는 $U = mgh$입니다. 그림에서 C의 최고점 높이가 가장 낮으므로 위치에너지도 가장 작습니다.

    오답 노트
    던져질 때의 속력은 A가 B보다 크다: 수평 속도가 더 큰 B의 초기 속력이 더 큼
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4. 그림은 질량이 같은 물체 A, B가 벽면에 고정된 용수철에 매달려 마찰이 없는 수평면에서 단진동하는 것을 나타낸 것이다. 평형위치에서 A, B의 속력은 각각 v, 2v이고 진폭은 모두 L 이며, 용수철상수는 각각 kA, kB이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 용수철의 질량과 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 에너지 보존 법칙과 단진동의 특성을 이용합니다.
    ㄱ. 역학적 에너지 보존에 의해 $\frac{1}{2}mv^{2} = \frac{1}{2}kL^{2}$입니다. $k = \frac{mv^{2}}{L^{2}}$이므로, 속력 $v$가 작은 A의 용수철상수 $k_{A}$가 $2v$인 B의 $k_{B}$보다 작습니다.
    ㄴ. 진동수 $f = \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k}{m}}$입니다. 질량 $m$이 같을 때 $k_{A} < k_{B}$이므로 진동수는 A가 B보다 작습니다.
    ㄷ. 평형 위치에서는 알짜힘이 0이므로 가속도 또한 0입니다.

    오답 노트
    단진동의 진동수는 A가 B보다 크다: 용수철상수가 작은 A의 진동수가 더 작음
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5. 그림 (가)와 (나)는 행성 A, B를 중심으로 위성 a, b가 각각 등속 원운동하는 것을 나타낸 것이다. a, b의 궤도 반지름은 각각 2r , r이고, a와 b의 속력은 v로 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 등속 원운동의 원리와 만유인력을 이용하여 분석합니다.
    ㄱ. 각속도 $\omega = \frac{v}{r}$입니다. $v$가 같을 때 반지름 $r$이 큰 a의 각속도가 b보다 작습니다.
    ㄴ. 위성이 행성 주위를 공전하는 구심력은 두 천체 사이의 만유인력이 담당합니다.
    ㄷ. 구심력 공식 $F = \frac{mv^{2}}{r} = G\frac{Mm}{r^{2}}$에서 $M = \frac{v^{2}r}{G}$입니다. $v$가 같을 때 반지름 $r$이 큰 a의 중심 행성 A의 질량이 b의 중심 행성 B의 질량보다 큽니다.

    오답 노트
    각속도의 크기는 a와 b가 같다: 반지름이 다르므로 각속도도 다름
    A의 질량은 B의 질량보다 작다: 궤도 반지름이 더 크므로 A의 질량이 더 커야 함
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6. 그림은 마찰이 있는 수평한 원판에 놓인 물체 A, B가 미끄러지지 않고 원판과 함께 일정한 주기로 회전하는 것을 나타낸 것이다. A, B는 원판의 중심에서 각각 2r , r만큼 떨어져 있고, 질량은 m, 2m 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 물체의 크기는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원판과 함께 회전하는 물체는 구심력을 받으며, 이 구심력은 원판과의 마찰력에 의해 제공됩니다.
    ㄱ. 같은 원판 위에서 함께 회전하므로 모든 지점의 각속도는 동일합니다.
    ㄴ. 구심력(마찰력) 공식은 $F = mr\omega^{2}$입니다. A는 $m \times 2r \times \omega^{2} = 2mr\omega^{2}$이고, B는 $2m \times r \times \omega^{2} = 2mr\omega^{2}$이므로 마찰력의 크기는 같습니다.
    ㄷ. 운동에너지는 $K = \frac{1}{2}mv^{2} = \frac{1}{2}mr^{2}\omega^{2}$입니다. A는 $\frac{1}{2}m(2r)^{2}\omega^{2} = 2mr^{2}\omega^{2}$이고, B는 $\frac{1}{2}(2m)r^{2}\omega^{2} = mr^{2}\omega^{2}$이므로 A의 운동에너지가 더 큽니다.

    오답 노트
    원판이 물체에 작용하는 마찰력의 크기는 A가 B보다 크다: 계산 결과 두 물체의 마찰력은 동일함
    운동에너지는 A가 B보다 작다: 계산 결과 A의 운동에너지가 더 큼
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7. 그림은 마찰이 없는 수평면에서 질량이 같은 물체 A, B가 각각 속력 v로 벽면과 충돌하는 것을 위에서 내려다 본 모습을 나타낸 것이다. A는 벽면에 수직으로 충돌한 후 v로 튕겨 나왔고, B는 벽면과 45°의 각으로 충돌한 후 v로 튕겨 나왔다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 벽면과 수직인 방향의 속도 변화량만을 고려하여 분석합니다.
    ㄱ. A는 속력 $v$로 충돌하여 $v$로 튕겨 나왔으므로, 수직 방향 속도 변화의 비율인 반발계수는 1입니다.
    ㄴ. 충격량은 운동량의 변화량과 같습니다. A의 수직 속도 변화는 $2v$이고, B의 수직 속도 성분은 $v \cos 45^{\circ}$이므로 변화량은 $2v \cos 45^{\circ} = \sqrt{2}v$입니다. 따라서 $2v > \sqrt{2}v$이므로 A가 받은 충격량이 더 큽니다.
    ㄷ. 벽면이 물체에 가하는 힘은 항상 벽면에 수직인 방향으로 작용하므로, 가속도의 방향 역시 벽면에 수직입니다.
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8. 그림과 같이 저항값이 RA, RB인 니크롬선을 동일한 상자 A, B안에 각각 설치한 후, 같은 몰수의 이상기체를 넣고, 전압이 일정한 전원 장치에 연결하였다. 표는 가열하기 전과 일정 시간 동안 가열한 후 A, B 내부의 압력을 나타낸 것이다. A, B는 밀폐되었고 단열되었으며 변형되지 않는다. 가열 후 A, B의 이상기체의 내부에너지는 각각 UA, UB이다.

UA : UB와 RA : RB를 바르게 짝지은 것은? (단, 저항에서 발생한 열은 모두 이상기체에 흡수되고, 온도에 따른 저항의 변화는 무시한다.) (순서대로 UA : UB, RA : RB) [3점]

  1. 1：2 ,2：1
  2. 1：2, 7：6
  3. 6：7, 7：6
  4. 6：7, 2：1
  5. 7：6, 7：6
(정답률: 알수없음)
  • 이상기체 상태 방정식 $PV = nRT$에서 부피 $V$와 몰수 $n$이 일정하므로, 내부에너지는 압력 $P$에 비례합니다. 가열 후 압력비가 $1.2P_0 : 1.4P_0 = 6 : 7$이므로 내부에너지 비 $U_A : U_B = 6 : 7$ 입니다.
    전압 $V$가 일정할 때, 저항에서 발생하는 열량 $Q$는 $Q = \frac{V^2}{R} t$이며, 이는 내부에너지 증가량 $\Delta U$와 같습니다.
    ① [기본 공식]
    $$\Delta U = \frac{V^2}{R} t$$
    ② [숫자 대입]
    $$\frac{U_A - U_0}{U_B - U_0} = \frac{\frac{V^2}{R_A} t}{\frac{V^2}{R_B} t} = \frac{R_B}{R_A}$$
    가열 전 압력이 $P_0$로 같으므로 $U_0$ 또한 같습니다. $\Delta U$의 비는 압력 증가분인 $0.2P_0 : 0.4P_0 = 1 : 2$ 입니다.
    ③ [최종 결과]
    $$\frac{1}{2} = \frac{R_B}{R_A} \implies R_A : R_B = 2 : 1$$
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9. 다음은 희미해진 손전등의 전지의 내부 저항과 기전력, 단자 전압을 알아보기 위해 영미가 수행한 실험 과정이다.

이에 대해 옳게 말한 사람을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. 철수
  2. 영희
  3. 민수
  4. 철수, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 단자 전압은 내부 저항에 의한 전압 강하 때문에 기전력보다 항상 작습니다. 따라서 (1)에서 측정한 단자 전압은 (5)에서 구한 기전력과 같을 수 없습니다.
    (1)은 부하가 연결된 상태의 단자 전압이고, (2)는 개방 회로 상태의 전압입니다. 내부 저항이 존재하므로 두 전압은 다릅니다.
    단자 전압 $V$는 기전력 $\epsilon$과 내부 저항 $r$, 외부 저항 $R$에 대해 다음과 같은 관계를 가집니다.
    $$V = \epsilon - Ir = \frac{\epsilon R}{R + r}$$
    가변 저항기 $R$의 값을 감소시키면 분모의 증가분보다 분자의 감소분이 더 크므로, 측정되는 단자 전압 $V$는 감소하게 됩니다. 따라서 민수의 설명이 옳습니다.
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10. 그림과 같이 음(-)전하 A, B가 균일한 전기장 영역의 전기장에 수직인 +x방향으로 입사하여 xy평면에서 점선을 따라 운동하였다. A, B의 질량은 각각 m, 2m 이고, 전하량은 -Q, -2Q 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, A, B의 크기, A와 B 사이에 작용하는 힘, 중력, 전자기파 발새은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ,ㄴ,ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 음전하가 전기장 영역에서 아래로 휘어지므로, 전기력은 $-y$ 방향으로 작용합니다. 음전하는 전기장과 반대 방향으로 힘을 받으므로, 전기장의 방향은 $+y$ 방향입니다.
    가속도의 크기는 $a = \frac{F}{m} = \frac{qE}{m}$ 입니다. A의 가속도는 $\frac{QE}{m}$이고, B의 가속도는 $\frac{2QE}{2m} = \frac{QE}{m}$이므로 두 가속도의 크기는 같습니다.
    전기력이 한 일은 $W = Fd$ (또는 전위차 $\Delta V \times q$) 입니다. 두 입자가 이동한 $y$축 방향의 거리가 같고, B의 전하량이 2배 더 크므로 B가 받은 전기력이 더 크며, 따라서 B에 한 일이 A에 한 일보다 큽.

    오답 노트
    전기장의 방향은 $-y$방향이다: 음전하가 $-y$ 방향으로 힘을 받았으므로 전기장은 $+y$ 방향입니다.
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11. 그림은 저항값이 R 인 저항, 전기용량이 C 인 축전기, 스위치, 자체 유도 계수가 L 인 코일, 진동수가 이고 전압의 실효값이 일정한 교류 전원으로 구성된 회로를 나타낸 것이다. 스위치를 A에 연결하였을 때와 B에 연결하였을 때, 점 p에 흐르는 전류의 실효값은 각각 IA, IB이고, 점 p와 점 q 사이의 전압의 실효값은 각각 VA, VB이다.

IA와 IB, VA와 VB를 비교하여 바르게 짝지은 것은? (순서대로 전류의 실효값, 전압의 실효값)

  1. IA ＜ IB, VA ＜ VB
  2. IA ＜ IB, VA ＜ VB
  3. IA = IB, VA = VB
  4. IA ＜ IB, VA＜VB
  5. IA ＜ IB VA ＜ VB
(정답률: 알수없음)
  • 회로의 공진 주파수 $f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$ 일 때 임피던스가 최소가 되어 전류가 최대가 됩니다. 주어진 전원의 진동수가 $\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$이므로, L과 C가 모두 포함된 회로에서 공진이 일어납니다.
    스위치를 A에 연결하면 R, C가 직렬로 연결되고, B에 연결하면 R, L이 직렬로 연결됩니다. 공진 상태에서는 $X_L = X_C$이므로, 두 경우 모두 임피던스는 $R$로 동일합니다. 따라서 전류의 실효값은 $I_A = I_B$가 됩니다. 또한 점 p와 q 사이에는 저항 R만 존재하므로 전압의 실효값 역시 $V_A = V_B$가 됩니다.
    따라서 $I_A = I_B, V_A = V_B$가 정답입니다.
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12. 그림과 같이 부피가 같은 정육면체 A, B의 내부에 질량이 m, 2m인 이상기체의 분자가 각각 N개씩 들어 있다. A, B의 내부 온도는 같다. 옳은 것을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상기체 상태 방정식 $PV = NkT$를 이용하여 분석합니다.
    부피 $V$, 분자 수 $N$, 온도 $T$가 모두 동일하므로, 기체의 종류(질량 $m$)와 관계없이 압력 $P$는 동일합니다.
    기체 분자 한 개의 평균 운동에너지는 오직 절대 온도 $T$에만 비례하므로, 온도가 같은 A와 B의 평균 운동에너지는 같습니다.
    정육면체 한 면에 작용하는 힘 $F = P \times S$ (압력 $\times$ 면적)입니다. 압력 $P$와 면적 $S$가 모두 동일하므로 A와 B가 면에 작용하는 힘의 크기는 같습니다.

    오답 노트
    이상기체가 정육면체의 한 면에 작용하는 힘의 크기는 B가 A보다 크다: 압력과 면적이 같으므로 힘의 크기도 같습니다.
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13. 그림은 저항값이 R0인 저항, 가변저항, 전기용량이 같은 축전기 C1과 C2, 전압이 일정한 전원 장치로 구성된 회로를 나타낸 것이다

가변저항의 저항값을 R0에서 2R0으로 증가시켰을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 가변저항의 저항값이 R 0, 2R0일 때 축전기는 완전히 충전되었다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 회로의 연결 상태를 분석하면 $C_1$은 전원 장치와 병렬로 연결되어 있고, $C_2$는 가변저항과 직렬로 연결된 후 전체적으로 전원과 병렬 구조입니다.
    전원 전압이 일정하므로 $C_1$에 걸리는 전압은 항상 일정합니다. 따라서 가변저항의 변화와 상관없이 $C_1$의 전압은 변하지 않습니다.
    가변저항의 저항값이 증가하면 $C_2$가 포함된 가지의 전체 임피던스가 증가하지만, 완전히 충전된 후에는 전류가 흐르지 않으므로 $C_2$에 걸리는 전압은 전원 전압과 같아져 저장된 에너지는 변하지 않습니다.
    전원 전압 $V$가 일정할 때, 각 축전기에 저장된 전하량 $Q = CV$이며, $C_1$과 $C_2$의 전기용량이 같으므로 저장된 전하량의 합은 일정합니다.

    오답 노트
    C1에 걸린 전압은 감소하였다: 전원과 병렬 연결되어 전압이 일정합니다.
    C2에 저장된 전기에너지는 감소하였다: 완전히 충전된 후 전압이 일정하므로 에너지는 변하지 않습니다.
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14. 그림은 종이면에 수직인 균일한 자기장 영역에 양(+)전하로 대전된 질량 m인 입자가 입사하여 자기장 영역을 통과한 후 균일한 전기장 영역을 통과한 것을 나타낸 것이다. 자기장 에 입사할 때의 속력은 v이고 전기장에서 빠져 나올 때의 속력은 2v이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 입자의 크기, 중력, 전자기파의 발생은 무시한다)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자기장 영역에서는 로런츠 힘에 의해 입자가 원운동을 하며, 전기장 영역에서는 전기력에 의해 가속됩니다.
    양전하가 오른쪽으로 굴절되어 나가는 것으로 보아, 플레밍의 왼손 법칙에 의해 자기장의 방향은 종이면에서 수직으로 나오는 방향입니다.
    자기장 영역 내에서 입자는 등속 원운동을 하므로, 전기장 영역에 입사할 때의 속력은 처음 속력과 같은 $v$입니다.
    전기장 영역에서 얻은 운동에너지 변화량 $\Delta K$를 계산하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta K = \frac{1}{2}m v_{final}^2 - \frac{1}{2}m v_{initial}^2$
    ② [숫자 대입] $\Delta K = \frac{1}{2}m (2v)^2 - \frac{1}{2}m v^2$
    ③ [최종 결과] $\Delta K = \frac{3}{2}m v^2$

    오답 노트
    전기장 영역에서 입자가 얻은 운동에너지는 $\frac{1}{2}mv^2$이다: 계산 결과 $\frac{3}{2}mv^2$이므로 틀렸습니다.
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15. 그림과 같이 무한 직선 도선 A와 저항 R1, R2가 연결된 직사각형 모양의 도선 B를 수평한 xy평면에 고정시켰다. A에는 +y방향으로 일정한 전류 I 가 흐르고 R1, R2의 저항값은 같다. B 위에 금속 막대를 A와 나란히 놓고 위치 P에서 위치 Q까지 -x 방향으로 일정한 속력으로 잡아 당겼다.

금속 막대기 P에서 Q까지 움직이는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 금속 막대가 $-x$ 방향으로 움직일 때, 자기선속 변화에 의해 유도 기전력이 발생합니다.
    A 도선에 의한 자기장은 $z$축 방향(종이면으로 들어가는 방향)이며, 막대가 왼쪽으로 움직이면 면적 감소로 인해 렌츠 법칙에 의해 $z$축 방향의 유도 자기장이 형성됩니다. 따라서 유도 전류는 $a \to R_1 \to b$ 방향으로 흐릅니다.
    회로의 전체 저항은 $R_1$과 $R_2$가 병렬로 연결된 구조이며, 두 저항값이 같으므로 각 저항에 흐르는 전류의 세기는 동일합니다.
    A 도선에 흐르는 전류 $I$와 B 도선에 흐르는 유도 전류가 같은 방향일 때 서로 끌어당기므로, A가 B에 작용하는 자기력의 방향은 $-x$ 방향입니다.

    오답 노트
    R1에 흐르는 전류의 세기는 R2에 흐르는 전류의 세기보다 크다: 두 저항값이 같고 병렬 연결이므로 전류 세기는 같습니다.
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16. 다음은 우라늄의 핵분열, 수소의 핵융합, 쿼크에 대한 설명이다.

(가)와 (나)에 들어갈 입자의 쿼크 조합을 바르게 짝지은 것은? (순서대로 가, 나)

  1. uuu, ddd
  2. uud, uud
  3. uud, udd
  4. udd, uud
  5. udd, udd
(정답률: 알수없음)
  • 핵반응 전후의 전하량 보존 법칙을 이용하여 입자를 찾습니다.
    우라늄 핵분열 식에서 전하량 합은 $92 + 0 = 56 + 36 + 3 \times (\text{가})$이므로, $(\text{가})$의 전하량은 $0$입니다. 전하량이 $0$인 중성자는 $udd$ 조합입니다.
    수소 핵융합 식에서 전하량 합은 $1 + 1 = 1 + (\text{나})$이므로, $(\text{나})$의 전하량은 $+1$입니다. 전하량이 $+1$인 양성자는 $uud$ 조합입니다.
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17. 그림은 수소 원자의 바닥 상태(n=1)에 있던 전자가 10.2eV의 빛을 흡수하여 첫 번째 들뜬 상태(n=2)로 전이한 것을 보어의 원자 모형에 따라 모식적으로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보어의 수소 원자 모형과 물질파 개념을 적용합니다.
    ㄴ. 전자가 $n=1$에서 $n=2$로 전이하면 에너지가 증가하여 속력 $v$가 감소합니다. 드브로이 관계식 $\lambda = \frac{h}{mv}$에 의해 속력이 감소하면 물질파의 파장 $\lambda$는 길어집니다.

    오답 노트
    전자에 작용하는 구심력의 크기는 증가하였다: 궤도 반지름이 커지고 속력이 감소하므로 구심력 $F = \frac{mv^2}{r}$은 감소합니다.
    전자의 에너지는 감소하였다: $10.2\text{eV}$의 빛을 흡수하여 들뜬 상태가 되었으므로 에너지는 증가하였습니다.
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18. 그림은 전자의 비전하 측정 장치를 나타낸 것이다. 음극에서 방출되는 전자는 영역 A의 슬릿과 영역 B를 통과하여 스크린의 중앙에 도달한다.

이에 대해 옳게 말한 사람은 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. 철수
  2. 철수, 영희
  3. 철수, 민수
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 비전하 측정 장치의 원리를 분석합니다.
    철수: 음극과 양극 사이에 전압이 걸려 있어 전자가 가속되므로 옳은 설명입니다.
    민수: 비전하 $\frac{e}{m}$는 전자의 고유한 성질이므로 방출되는 금속의 종류와 관계없이 일정합니다.

    오답 노트
    B에서 전자가 받는 전기력과 자기력의 방향은 같다: 전자가 스크린 중앙에 도달하려면 전기력과 자기력이 서로 반대 방향으로 작용하여 알짜힘이 0이 되어야 합니다.
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19. 그림 (가)와 같이 실에 매달린 물체 A를 실험대 윗면으로부터 높이 h인 곳에서 가만히 놓아, 실험대 위의 끝 부분에 정지해 있는 물체 B와 정면 충돌시킨다. 그림 (나)는 충돌 후 A, B의 운동을 나타낸 것이다. A와 B의 질량은 같고, B의 수직 낙하 거리와 수평 이동 거리는 각각 h이다.

이 충돌 과정에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 공기 저항, 물체와 실험대 윗면 사이의 마찰력, 물체의 크기는 무시하고 중력가속도는 g이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 에너지 보존 법칙과 포물선 운동을 적용합니다.
    ㄱ. 충돌 후 B가 수직으로 $h$만큼 낙하하므로, 자유 낙하 공식 $h = \frac{1}{2}gt^2$을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$
    ② [숫자 대입] $t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$
    ③ [최종 결과] $t = \sqrt{\frac{2h}{g}}$
    ㄴ. B가 수평 방향으로 $h$만큼 이동하는 동안 수직으로 $h$만큼 낙하했으므로, 수평 속도 $v_{Bx}$는 $v_{Bx} = \frac{h}{t} = \frac{h}{\sqrt{2h/g}} = \sqrt{\frac{gh}{2}}$입니다. 충돌 직전 A의 속력은 $v_A = \sqrt{2gh}$이므로 $v_A > v_{Bx}$입니다.

    오답 노트
    충돌 직전 A의 운동에너지는 충돌 직후 A의 운동에너지와 같다: 충돌 후 A가 위로 솟구쳤으므로 에너지가 B로 전달되어 A의 운동에너지는 감소했습니다.
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20. 그림은 저항값이 R 인 세 개의 저항과 기전력이 각각 E1, E2인 두 개의 전지로 구성된 회로를 나타낸 것이다. I1, I2, I3, I4, I5는 각 저항과 점 a, b에 흐르는 전류의 세기를 나타낸 것이다.

이 회로에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 전지의 내부 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 키르히호프의 법칙을 적용하여 회로를 분석합니다.
    ㄱ. 점 a와 b에서의 전류 보존 법칙에 의해 $I_4$와 $I_5$는 외부에서 들어오는 전류의 합과 같으므로 $I_2 + I_3 = I_4 + I_5$가 성립합니다.
    ㄴ. 상단 루프를 따라 전압 방정식을 세우면 기전력 $E_1$이 저항 $R$에 흐르는 전류 $I_1$에 의한 전압 강하와 같으므로 $E_1 = I_1 R$이 성립합니다.
    ㄷ. $E_1 = E_2$인 경우 회로의 대칭성에 의해 오른쪽 경로의 전류 흐름이 상쇄되어 $I_5 = 0$이 됩니다.
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