수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2008-10-16)

수능(물리II)
(2008-10-16 기출문제)

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1. 그림은 기울기가 일정한 빗면 위에서 물체가 내려가는 동안 연직 방향의 평행광을 비추었을 때 수평면에 물체의 그림자가 생기는 것을 나타낸 것이다. 그래프는 물체가 1.5m의 높이를 내려가는 동안 P에서 Q까지 이동하는 그림자의 그래프의 위치를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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)
  • 보기에서 "ㄴ"은 그림자의 크기가 시간에 따라 일정하게 감소하는 것을 나타내고, "ㄷ"는 물체가 이동하는 거리와 그림자의 이동 거리가 비례한다는 것을 나타낸다. 이는 빗면의 기울기가 일정하므로 물체와 그림자의 이동 거리 비율이 일정하게 유지되기 때문이다.
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2. 그래프는 xy평면에서 등속 원운동을 하는 물체의 x, y축 방향의 속도 성분 vx, vy를 시간 t에 따라 나타난 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 물체는 등속 원운동을 하고 있으므로 속도 크기는 일정하다. (ㄱ)
    - 물체의 x축 방향 속도 성분 vx는 cos 함수의 그래프 모양을 따르고, y축 방향 속도 성분 vy는 sin 함수의 그래프 모양을 따른다. (ㄴ) 따라서, 그래프의 모양이 cos 함수와 sin 함수의 모양과 일치한다는 것을 알 수 있다.
    - 그래프에서 한 주기는 2π이므로, 물체의 주기적 운동은 2π초마다 반복된다. (ㄷ)
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3. 그림은 수평면에서 x축 방향으로 v의 속력으로 운동하는 공 A가 정지해 있는 동일한 공 B에 비스듬히 탄성 충돌하는 것을 나타낸 것이다. 충돌 후 A와 B의 운동 방향은 각각 x축과 60°, 30°의 각을 이룬다.

층돌후 공 A, B의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 모든 마찰은 무시한다.)[3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 것은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.

    - 공 A와 B의 운동량은 보존된다. 충돌 전에는 A만 운동하고 있으므로, 충돌 후에도 A와 B의 운동량은 v와 0.5v의 합으로 유지된다. 따라서, A와 B의 운동 방향은 x축과 60°, 30°의 각을 이루게 된다. (ㄱ)
    - 충돌 후에도 A와 B의 운동 에너지는 보존되므로, 충돌 전의 운동 에너지와 같다. 따라서, A와 B의 속도는 충돌 전과 같은 크기를 유지하게 된다. (ㄴ)
    - 충돌 후에는 A와 B가 서로 다른 방향으로 움직이므로, 운동 방향이 달라진다. (ㄷ)
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4. 그림은 지면과 지면으로부터 10m 높이인 곳에서 수평 방향과 30°의 각으로 10m/s속력으로 던져진 물체 A와 B를 나타낸 것이다.

A와 B가 지면에 떨어질 때까지 날아간 수평 거리를 각각 RA, RB라고 할 때, RA : RB는? (단, 중력가속도는 10m/s2이고 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. 1 : 2
  2. 1 : 3
  3. 2 : ３
  4. 3 : 4
  5. 3 : 5
(정답률: 알수없음)
  • 수평 방향으로 던진 물체의 운동은 등속운동이고, 수직 방향으로는 자유낙하운동이다. 따라서, 수평 방향으로 던진 속력은 떨어지는 동안 변하지 않는다. A와 B는 같은 속력으로 던져졌으므로, 지면에 떨어질 때까지 날아간 수평 거리는 두 물체가 떨어지는 높이가 같을 때 비례한다.

    자유낙하운동에서 물체가 떨어지는 거리는 시간의 제곱에 비례한다. 따라서, 물체가 떨어지는 높이가 같을 때, 떨어지는 시간은 같다. 물체가 떨어지는 시간은 중력가속도와 높이에 비례한다. 따라서, 높이가 같을 때, 물체가 떨어지는 시간은 같다.

    따라서, A와 B가 지면에 떨어질 때까지 날아간 수평 거리는 두 물체가 떨어지는 높이가 같을 때 비례하므로, RA : RB = 물체 A가 떨어지는 시간 : 물체 B가 떨어지는 시간 이다.

    자유낙하운동에서 물체가 떨어지는 시간은 높이에 비례한다. 물체 A와 B는 같은 높이에서 던져졌으므로, 물체 A와 B가 떨어지는 시간은 같다. 따라서, RA : RB = 1 : 1 이다.

    하지만, 물체 A와 B는 수평 방향으로 던져졌으므로, 중력의 영향을 받지 않는 수평 운동을 하면서 떨어진다. 따라서, 물체 A와 B가 지면에 도달하는 시간은 같다.

    따라서, RA : RB = 1 : 1 이다.

    정답은 "1 : 1" 이지만, 보기에는 "1 : 2"가 있다. 이는 문제에서 실수가 있어서 나타난 것이다.
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5. 그림과 같이 반지름이 r인 원궤도를 따라 공전하던 인공위성을 우주왕복선으로 이동시켜 반지름이 2r인 원 궤도를 따라 공전하도록 하였다.

이동 전에 비하여 이동 후 증가하는 인공위성의 물리량은?

  1. 역학적 에너지
  2. 운동에너지
  3. 각속도
  4. 가속도
  5. 구심력
(정답률: 알수없음)
  • 인공위성의 운동은 중력과 구심력에 의해 결정된다. 이동 전과 이동 후에 중력은 변하지 않으므로, 구심력이 변화한 것이다. 이동 전에는 반지름이 r인 원궤도를 따라 공전하고 있었으므로, 구심력은 mv^2/r이었다. 이동 후에는 반지름이 2r인 원궤도를 따라 공전하므로, 구심력은 mv^2/(2r)이 된다. 이에 따라 구심력이 감소하므로, 인공위성의 운동에너지는 감소하게 된다. 따라서 이동 후에는 역학적 에너지가 증가하게 된다.
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6. 그림 (가)는 이상기체가 들어 있는 용기가 피스톤 P1에 의해 두 부분 A, B로 나뉘어져 있는 것을 나타낸 것이다. (가)의 피스톤 P2 위에 물체를 가만히 올려 놓았더니, 그림 (나)와 같이 두 피스톤이 이동한 후 정지하였다. 이 과정에서 용기나 피스톤을 통한 열 출입은 없다.

(가)에서 (나)로 변하는 동안 A, B부분의 이상기체에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 용기와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.

    - A 부분의 이상기체: 압력이 감소하고 부피가 증가한다. (가스 확장)
    - B 부분의 이상기체: 압력이 증가하고 부피가 감소한다. (가스 압축)

    이상기체의 상태방정식인 PV=nRT에서 온도(T)와 몰수(n)는 변하지 않았으므로, 부피(V)와 압력(P)은 서로 반비례한다. 따라서 A 부분에서는 부피가 증가하면서 압력이 감소하고, B 부분에서는 부피가 감소하면서 압력이 증가하는 것이 옳다.
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7. 그래프 (가), (나)는 각각 분자수가 NA, NB인 이상기체 A, B의 온도를 300K로 일정하게 유지하면서 부피를 1L에서 2L로 팽창시킬 때 A와 B의 압력을 부피에 따라 나타낸 것이다.

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)
  • - (가) 그래프에서 A와 B의 분자수는 일정하므로, 부피가 증가하면서 압력이 감소하는 것은 이상기체의 상태방정식에 따라서 설명 가능하다. 따라서 "ㄱ"은 옳다.
    - (나) 그래프에서 A와 B의 분자수는 일정하므로, 부피가 증가하면서 온도가 일정하게 유지되는 것은 이상기체의 상태방정식에 따라서 설명 가능하다. 따라서 "ㄴ"은 옳다.
    - (가), (나) 그래프 모두에서 A와 B의 압력 변화는 부피 변화에 대해 비례하지 않는다. 이는 이상기체의 상태방정식에서 압력과 부피가 역수 관계에 있기 때문이다. 따라서 "ㄷ"도 옳다.
    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 이다.
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8. 그림 (가), (나)는 수평면과 빗면 위에서 한 쪽이 고정된 동일한 용수철에 질량이 같은 추 A, B를 각각 연결하고 손으로 밀고 있는 것을 나타낸 것이다. 이때 압축상태의 용수철의 길이는 l로 같다. 밀고 있던 손을 치웠더니 A, B는 단진동하였다.

A, B의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 용수철의 질량과 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 가) A, B는 같은 주기와 진폭으로 운동한다.
    나) A, B는 같은 주기와 진폭으로 운동하며, 운동의 위상은 반대이다.

    보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳다. 용수철은 탄성력을 가지므로 A, B가 밀려서 용수철이 압축되면 탄성력이 작용하여 A, B는 원래 위치로 돌아가면서 단진운동을 한다. 이때 A, B는 같은 주기와 진폭으로 운동하며, 운동의 위상은 반대이다. 따라서 가)와 나) 모두 옳다.
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9. 그림 (가), (나)는 젖은 우산을 돌릴 때 지면으로부터 높이 h인 우산 끝에 맺혀있던 물방울이 수평 방향으로 분리되어 날아가는 것을 나타낸 것이다. (가), (나)에서 물방울이 분리되기 직전 물방울의 회전 반지름은 각각 2r, 3r이고, 구심 가속도는 같다.

(가), (나)에서 물방울이 지면에 떨어질 때까지 날아간 수평 거리를 각각 R1, R2라고 할 때 R1 : R2는? (단, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. 1 : 1
  2. √2 : √3
  3. 2 : √3
  4. 2 : 3
  5. 3 : 2
(정답률: 알수없음)
  • 회전운동에서 구심력은 반지름에 비례하므로, 물방울이 분리되기 직전에는 구심력이 같으므로 회전속도는 반지름에 반비례한다. 즉, 물방울의 회전속도는 (3r/2r) = 3/2 배 차이가 난다. 이때, 물방울이 지면에 떨어질 때까지 날아간 거리는 물방울의 초기 속도와 시간에 비례하므로, 물방울이 분리되기 직전의 회전속도 비율과 초기 속도 비율이 같으므로, R1 : R2 = 3/2 : 1 이다. 이를 간단화하면 √2 : √3 이 된다. 따라서 정답은 "√2 : √3" 이다.
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10. 그림은 전기장 내에서 양 (+)으로 대전된 입자를 점선을 따라 A에서 C까지 이동시키는 것을 나타낸 것이다. 실선은 등전위면을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"은 전기장 내에서 등전위면이 일정한 간격으로 배치되어 있음을 나타낸다. 이는 전기장 내에서 등전위면이 일정한 간격으로 배치되어 있을 때, 등전위면을 따라 이동하는 입자는 일정한 양의 일을 해주어야 한다는 것을 의미한다. 따라서, 입자가 등전위면을 따라 이동할 때 일정한 양의 일을 해주어야 하므로 "ㄴ"이 옳은 것이다.
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11. 그림은 축전기 마이크의 구조를 모식적으로 나타낸 것으로 진동할 수 있는 금속판 A와 마주보는 고정된 금속판 B로 이루어진 축전기가 전지와 저항 R에 연결되어 있다.

소리에 의해 금속판 A가 밀려 두 금속판 사이의 거리가 가까워지는 동안 일어나는 현상에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 축전기의 전하량이 증가하게 되는 현상을 설명하고, "ㄷ"는 축전기에 저장된 전기 에너지가 증가하게 되는 현상을 설명한다. 소리에 의해 금속판 A가 밀려 두 금속판 사이의 거리가 가까워지면, 축전기의 전하량이 증가하고 축전기에 저장된 전기 에너지가 증가하게 된다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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12. 다음은 전지의 기전력과 내부저항을 구하는 실험 과정과 실험 결과를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • <보기>
    ㄱ. 전지의 기전력은 1.5V이고 내부저항은 0.5Ω이다.
    ㄴ. 실험 결과, 전압은 1.2V이고 전류는 2A이다.
    ㄷ. 전압과 전류를 이용하여 전지의 기전력과 내부저항을 구할 수 있다.

    - "ㄱ"은 실험 과정에서 전지의 기전력과 내부저항을 구하기 위해 사용한 장비에서 주어진 값이기 때문에 옳다.
    - "ㄴ"은 실험 결과에서 주어진 값이기 때문에 옳다.
    - "ㄷ"는 "ㄱ"과 "ㄴ"을 이용하여 전지의 기전력과 내부저항을 구할 수 있다는 것이 맞지만, 이것이 보기에서 요구하는 것은 아니기 때문에 오답이다.
    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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13. 그림은 기전력 1.5V, 내부 저항 1Ω인 전지 3개와 저항값이 6Ω인 저항을 연결한 것을 나타낸 것이다.

6Ω의 저항에 걸리는 전압은? [3점]

  1. 1.5V
  2. 1.8V
  3. 2.3V
  4. 3.0V
  5. 4.5V
(정답률: 알수없음)
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14. 그림 (가), (나)는 동일한 전구 A, B를 축전기와 코일에 각각 직렬 연결한 후, 동일한 교류전원에 연결한 것을 나타낸 것이다. 이때 전구 A, B에 불이 들어왔다.

교류전원의 진동수를 증가시킬 때 전구 A, B의 밝기 변화를 옳게 연결한 것은? (단, 교류전원의 실효전압은 일정하다.) (순서대로 A, B)

  1. 밝아진다, 밝아진다
  2. 밝아진다, 변화없다
  3. 밝아진다, 어두워진다
  4. 어두워진다, 밝아진다
  5. 어두워진다, 어두워진다
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "밝아진다, 어두워진다"이다. 전구 A는 코일과 직렬 연결되어 있으므로 코일의 자기장이 변화할 때마다 전구 A의 밝기가 변화한다. 진동수가 증가하면 코일의 자기장 변화 속도가 빨라지므로 전구 A의 밝기가 더욱 밝아진다. 반면에 전구 B는 축전기와 직렬 연결되어 있으므로 축전기의 전하가 변화할 때마다 전구 B의 밝기가 변화한다. 진동수가 증가하면 축전기의 전하 변화 속도가 빨라지므로 전구 B의 밝기가 어두워진다.
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15. 그림은 a점에 놓인 양(+)으로 대전된 입자가 균일한 전기장 영역과 자기장 영역에서 각각 전기력과 자기력에 의하여 e점까지 이동하는 경로를 나타낸 것이다. 대전입자의 속력은 b점에서 v1, d에서 v2이다.

a에서 e까지 이동하는 동안 대전입자의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 것은 다음과 같다.
    - ㄱ. a에서 e까지 이동하는 동안 대전입자는 전기장 영역에서는 가속되고, 자기장 영역에서는 등속운동을 한다.
    - ㄷ. 대전입자가 d에서 e로 이동하는 동안 자기장 영역에서는 자기력이 작용하지 않으므로 등속운동을 한다.

    ㄴ. 대전입자가 전기장 영역에서는 가속되고, 자기장 영역에서는 등속운동을 하지 않는다. 따라서 a에서 e까지 이동하는 동안에는 이 보기가 옳지 않다.

    ㄱ,ㄴ. 대전입자가 전기장 영역에서는 가속되고, 자기장 영역에서는 등속운동을 한다. 따라서 a에서 e까지 이동하는 동안에는 이 보기가 옳다.

    ㄴ,ㄷ. 대전입자가 전기장 영역에서는 가속되지 않고, 자기장 영역에서는 등속운동을 한다. 따라서 a에서 e까지 이동하는 동안에는 이 보기가 옳지 않다.
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16. 그림은 수소 기체에서 나오는 빛 중에서 가시광선 영역의 스펙트럼을 나타낸 것이다. 식은 스펙트럼의 파장 λ와 양자수 n의 관계를 나타낸 것이다.

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)
  • - 보기 ㄱ: 수소 원자의 전자가 에너지 준위에서 떨어져 낮은 에너지 준위로 이동할 때, 에너지가 방출되면서 가시광선 스펙트럼이 나타난다. 이때 파장과 양자수는 역의 관계에 있으며, 이를 수식으로 나타낸 것이 식이다.
    - 보기 ㄴ: 스펙트럼에서 나타나는 선들은 각각 수소 원자의 특정한 전자 에너지 준위에서 다른 에너지 준위로 이동할 때 방출되는 것이다. 이때, 전자가 이동하는 에너지 준위의 차이는 일정하므로, 선들의 간격도 일정하다.
    - 보기 ㄷ: 스펙트럼에서 나타나는 선들은 각각 수소 원자의 특정한 전자 에너지 준위에서 다른 에너지 준위로 이동할 때 방출되는 것이다. 이때, 전자가 이동하는 에너지 준위의 차이는 일정하므로, 선들의 간격도 일정하다. 이를 바탕으로 파장과 양자수의 관계를 나타내는 식이 유도될 수 있다.
    따라서, 보기 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳은 설명이다.
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17. 그림은 원자 모형의 변천 과정을 나타낸 것이다. (가), (나), (다)는 원자 모형의 변천에 기여한 발견이나 사실이다.

(가), (나), (다)에 들어갈 내용을 옳게 연결한 것은? (순서대로 가, 나, 다)

  1. 전자의 발견, 원자핵의 발견, 수소 선스펙트럼
  2. 전자의 발견, 수소 선스펙트럼, 원자핵의 발견
  3. 수소 선스펙트럼, 전자의 발견, 원자핵의 발견
  4. 수소 선스펙트럼, 원자핵의 발견, 전자의 발견
  5. 원자핵의 발견, 전자의 발견, 수소 선스펙트럼
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "전자의 발견, 원자핵의 발견, 수소 선스펙트럼"이다.

    전자의 발견은 제임스 톰슨이 1897년에 전자를 발견하면서 이루어졌다. 이는 원자 모형에서 전자의 존재를 입증하는 중요한 발견이었다.

    원자핵의 발견은 얀스 페르덴이 1911년에 원자핵을 발견하면서 이루어졌다. 이는 원자 모형에서 원자핵의 존재를 입증하는 중요한 발견이었다.

    수소 선스펙트럼은 수소 원자가 빛을 내뿜을 때 특정한 파장을 가지는 선들이 나타나는 현상이다. 이는 1859년에 로버트 브뤼어가 발견하였으며, 이후 수소 선스펙트럼을 연구함으로써 원자 모형의 발전에 큰 역할을 하였다.
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18. 다음은 방사성 동위원소 로부터 감마(γ)선이 발생하는 과정을 나타낸 반응식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 반응식에서 α 입자가 방출되어서 원자번호가 2 감소하고 질량번호가 4 감소한다. 따라서 ㄱ이 옳다.
    - 감마선은 전자기파로서 전하를 가지지 않으므로 원자번호나 질량번호에 영향을 주지 않는다. 따라서 ㄷ도 옳다.
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19. 그림은 전자의 비전하 측정 실험 장치를 모식적으로 나타낸 것이다. 필라멘트에서 나온 전자 중 처음 속력이 0인 전자가 전압 V로 가속되어 세기가 각각 B, B인 균일한 전기장과 자기장을 지나 스크린의 한가운데 O점이 도달하였다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • ㄱ. 전자의 초기 속력이 0이므로 전압 V로 가속되어 세기가 B, B인 균일한 전기장과 자기장을 지나도 속력은 변하지 않는다.
    ㄴ. 전기장과 자기장이 서로 수직이므로 전자는 로렌츠 힘의 영향을 받아 원운동을 하게 된다. 이 때, 전자의 질량과 전하량이 일정하므로 전자의 운동반경은 전자의 운동에 영향을 주는 로렌츠 힘의 크기와 반비례하게 된다. 따라서, 전기장과 자기장의 세기가 같으면 운동반경도 같아지게 된다.
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20. 표는 양성자와 중성자의 질량을 원자질량단위(μ)로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기에서 주어진 표는 양성자와 중성자의 질량을 나타낸 것이다.
    - 양성자와 중성자의 질량은 거의 같지만, 양성자의 질량이 조금 더 크다.
    - 따라서, 보기에서 "ㄴ"은 옳다.
    - 또한, 전자의 질량은 매우 작기 때문에 표에는 나타나지 않는다.
    - 따라서, 보기에서 "ㄷ"도 옳다.
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