수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2009-09-03)

수능(물리II) 2009-09-03 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(물리II) 2009-09-03 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(물리II)
(2009-09-03 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 그림과 같이 질량이 같은 물체 A, B를 마찰이 없는 미끄럼틀 위의 같은 높이에서 동시에 가만히 놓았다. A는 경사각이 일정한 면을 따라 직선 운동을 하고, B는 곡면을 따라 운동한다. 지면에 도달할 때까지의 이동 거리는 B가 A보다 크고, 걸린 시간은 서로 같다.

A, B가 내려오는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • A는 경사면을 따라 일정한 가속도로 내려오는 등가속도 직선 운동을 합니다.

    오답 노트
    평균 속력은 (이동 거리) / (걸린 시간)인데, 시간은 같지만 이동 거리는 B가 더 크므로 B의 평균 속력이 더 큽니다.
    중력의 크기는 질량과 중력 가속도의 곱으로, 질량이 같은 두 물체에 작용하는 중력의 크기는 동일합니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

2. 그림과 같이 수평면 위의 평행한 두 직선 도로에서 속력이 같은 자동차 A, B가 서로 반대 방향으로 등속 직선 운동을 하고 있고, 원숭이가 나무 위에서 B의속도와 같은 속도로 사과를 던진다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 상대 속도와 포물선 운동의 원리를 적용합니다.
    ㄱ. 사과는 중력만을 받아 낙하하므로 연직 방향으로 등가속도 운동을 합니다.
    ㄴ. 원숭이가 B와 같은 속도로 사과를 던졌으므로, B에서 본 사과의 초기 수평 속도는 0입니다. 따라서 B에 대한 사과의 상대 속도는 오직 연직 아래 방향으로만 변하며 방향이 변하지 않습니다.

    오답 노트
    ㄷ. A는 사과와 반대 방향으로 움직이므로 A에 대한 사과의 상대 속도는 B에 대한 상대 속도보다 훨씬 큽니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

3. 그림은 질량 m인 추가 줄에 매달려 반지름 R 인 원궤도를 따라 등속 원운동을 하는 것을 나타낸 것이다. θ 는 줄이 연직선과 이루는 각이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력가속도는 g이다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원뿔 진자 운동에서 추가 받는 힘을 분석하면 됩니다.
    ㄱ. 추가 받는 중력과 장력의 합력이 원의 중심 방향으로 작용하여 구심력 역할을 합니다.
    ㄴ. 수직 방향 힘의 평형( $T \cos \theta = mg$)과 수평 방향 구심력($$T \sin \theta = F_c$$) 관계를 이용하면, 구심력은 $F_c = mg \tan \theta$가 됩니다.
    ㄷ. 구심력 공식 $F_c = m \frac{4 \pi^2 R}{T^2}$에 $$F_c = mg \tan \theta$$ 를 대입하여 주기를 구하면 다음과 같습니다.
    $$T = 2 \pi \sqrt{\frac{R}{g \tan \theta}}$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

4. 다음은 정전기 유도에 관한 실험이다.

이 실험에 대해 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. 철수
  2. 영희
  3. 철수, 민수
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 정전기 유도와 접지를 통한 대전 과정을 분석합니다.
    철수: 음(-)으로 대전된 에보나이트 판을 가까이 가져가면, 금속 A 내부의 자유 전자들이 척력에 의해 위쪽으로 밀려나므로 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    영희: 손가락을 대면 위쪽으로 밀려났던 전자들이 빠져나가는 것이지, 양전하가 이동하는 것이 아닙니다.
    민수: 전자들이 빠져나갔으므로 금속 A는 양(+)전하로 대전되며, 검전기 금속판에는 음(-)전하가 유도되고 알루미늄 박에는 양(+)전하가 유도됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

5. 그림은 물체 A, B가 동시에 던져지는 모습을 나타낸 것이다. A는 수평면과 60°의 각을 이루며 10√2 m/s의 속력으로, B는 수평면과 45°의 각을 이루며 10√3 m/s의 속력으로 던져진다.

A의 최고점에서 두 물체가 충돌할 때, 던져진 순간부터 충돌할 때까지 B의 변위의 수평 방향 성분의 크기는? (단, 중력가속도는 10 m/s2이고, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. 10√2 m
  2. 15 m
  3. 10√3 m
  4. 20 m
  5. 20√2 m
(정답률: 알수없음)
  • A의 최고점 도달 시간을 구한 뒤, 그 시간 동안 B가 이동한 수평 거리를 계산합니다.
    A의 최고점 도달 시간 $t$는 $y$축 방향 속도가 0이 되는 시점입니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{v_A \sin \theta_A}{g}$
    ② [숫자 대입] $t = \frac{10\sqrt{2} \times \sin 60^\circ}{10} = \frac{10\sqrt{2} \times \frac{\sqrt{3}}{2}}{10} = \frac{\sqrt{6}}{2}$
    B의 수평 방향 속도 $v_{Bx} = v_B \cos \theta_B$이며, 수평 변위 $S_x = v_{Bx} \times t$ 입니다.
    ① [기본 공식] $S_x = (v_B \cos \theta_B) \times t$
    ② [숫자 대입] $S_x = (10\sqrt{3} \times \cos 45^\circ) \times \frac{\sqrt{6}}{2} = (10\sqrt{3} \times \frac{\sqrt{2}}{2}) \times \frac{\sqrt{6}}{2} = 5\sqrt{6} \times \frac{\sqrt{6}}{2} = \frac{5 \times 6}{2}$
    ③ [최종 결과] $S_x = 15$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

6. 그림과 같이 물체 A 가 일정한 속력 v1 로 y 축 방향과 θ의 각을 이루며 마찰이 없는 책상 끝에 걸쳐 있는 물체 B 를 향해 입사한다. 질량이 같은 A와 B가 탄성충돌을 한 후, A는 일정한 속력 v2 로 +y방향으로 진행하며, B는 xz 평면상에서 포물선 운동을 한다. 지면으로부터 책상의 높이는 h 이다.

충돌 순간부터 B가 지면에 닿을 때까지, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력가속도는 g 이고, 0°< θ < 90° 이며, A와 B의 크기는 무시한다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 탄성 충돌 시 운동량 보존 법칙과 에너지 보존 법칙을 적용합니다.
    ㄱ. $x$축 방향 운동량 보존에 의해 $m v_1 \sin \theta = m v_B \cos \phi$ (B의 속도 성분), $y$축 방향 운동량 보존에 의해 $m v_1 \cos \theta = m v_2 + m v_B \sin \phi$ 입니다. 질량이 같고 탄성 충돌이며 A가 $+y$ 방향으로 튕겨 나갔으므로, 충돌 전후 $y$축 성분의 속도 변화량은 B의 $y$축 성분 속도로 전달됩니다. 결과적으로 $v_2 = v_1 \cos \theta$가 성립합니다.
    ㄴ. B의 $x$축 방향 속도는 $v_{Bx} = v_1 \sin \theta$ 입니다. $\theta$가 클수록 $\sin \theta$ 값이 커지므로 $x$ 방향 변위 성분도 커집니다.
    ㄷ. B의 낙하 시간은 오직 높이 $h$와 중력가속도 $g$에 의해 결정되는 자유 낙하 시간과 같습니다.

    오답 노트
    B의 낙하 시간은 $\sqrt{\frac{2h}{g}}$이므로 제시된 식은 틀렸습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

7. 그림은 행성을 중심으로 위성 A, B 가 반지름이 각각 r, 4r 인 원궤도를 따라 서로 다른 속력으로 등속 원운동을 하는 것을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 각각 m, 4m이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B의 상호 작용은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 위성의 궤도 반지름과 속력, 질량 사이의 관계를 분석하는 문제입니다.
    위성이 원궤도를 유지하기 위해서는 만유인력이 구심력 역할을 해야 합니다.
    $F = G \frac{Mm}{r^2} = m \frac{v^2}{r}$
    위 식에서 위성의 질량 $m$은 양변에서 소거되므로, 궤도 속력 $v$는 위성의 질량과 무관하며 오직 궤도 반지름 $r$에만 의존합니다.
    $v = \sqrt{\frac{GM}{r}}$
    따라서 반지름이 $r$인 A보다 $4r$인 B의 속력이 더 느립니다.
    또한, 원운동의 주기 $T$는 $T = \frac{2\pi r}{v}$이므로, 반지름이 클수록 주기가 길어집니다.
    ㄴ. B의 궤도 반지름이 A보다 크므로 B의 공전 주기가 A보다 더 깁니다. (정답)
    오답 노트
    ㄱ. 속력은 반지름의 제곱근에 반비례하므로 B의 속력이 A보다 느립니다.
    ㄷ. 구심력(만유인력)은 $F = m \frac{v^2}{r}$이며, $v^2 = \frac{GM}{r}$을 대입하면 $F = \frac{GMm}{r^2}$ 입니다. A의 힘은 $\frac{GMm}{r^2}$, B의 힘은 $\frac{GM(4m)}{(4r)^2} = \frac{GMm}{4r^2}$이므로 A가 B보다 4배 더 큰 힘을 받습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

8. 그림은 수평면에서 용수철상수가 서로 다른 용수철 A, B에 질량이 같은 추를 각각 연결하여 같은 길이만큼 당겼다 놓았을 때 단진동을 하는 추의 변위와 운동량의 관계를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 단진동에서 변위 $x$와 운동량 $p$의 관계는 타원 $\frac{x^2}{A^2} + \frac{p^2}{(m\omega A)^2} = 1$을 이룹니다.
    ㄱ. 역학적 에너지 $E = \frac{1}{2}kA^2$입니다. 그래프에서 $A$는 $B$보다 최대 변위(x축 절편)가 크고, 최대 운동량(y축 절편)도 큽니다. 따라서 $A$의 에너지가 더 큽니다.
    ㄴ. 진동수 $f = \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k}{m}}$입니다. 최대 운동량 $p_{max} = m\omega A = m(2\pi f)A$에서, $A$는 $B$보다 $p_{max}$와 $A$가 모두 크므로 $f$가 더 큽니다.
    ㄷ. 변위가 $0$일 때 운동 에너지는 최대이며, 이는 $\frac{p_{max}^2}{2m}$입니다. 그래프에서 $A$의 y축 절편(최대 운동량)이 $B$보다 크므로 $A$의 운동 에너지가 더 큽니다.

    오답 노트
    역학적 에너지는 서로 같다: $A$의 진폭과 최대 운동량이 모두 크므로 에너지가 더 큼
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

9. 그림과 같이 전하가 충전된 축전기에 연결된 저항이 이상기체가 들어있는 실린더 안에 놓여 있다. 이상기체의 온도와 부피는 각각 T1, V1 이다. 스위치를 닫았더니 이상기체의 부피가 V2 인 상태로 피스톤이 정지하였다. 이때 이상기체의 온도는 T2 이다. 이 과정에서 실린더와 피스톤을 통한 외부와의 열 출입은 없다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 대기압은 일정하고, 실린더와 피스톤 사이의 마찰과 전자기파의 발생은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 제1법칙 $Q = \Delta U + W$를 적용합니다. 단열 과정이므로 $Q=0$입니다.
    ㄱ. 저항값이 커지면 열 발생량(에너지 공급량)은 동일하지만, 전류가 흐르는 시간이 길어질 뿐 최종적으로 방출되는 총 에너지는 축전기에 저장된 에너지 $\frac{1}{2}CV^2$로 일정합니다. 따라서 최종 부피 $V_2$는 저항값과 무관합니다.
    ㄴ. 축전기에 충전된 전하량 $Q$가 클수록 저장된 전기 에너지 $\frac{Q^2}{2C}$가 커지며, 이 에너지가 기체에 공급되어 온도 상승 $\Delta T$를 크게 만듭니다.
    ㄷ. 저장된 전기 에너지는 기체의 내부 에너지 증가 $\Delta U$와 기체가 외부에 한 일 $W$의 합과 같습니다. 따라서 일만으로는 전기 에너지 전체와 같을 수 없습니다.

    오답 노트
    저항값이 클수록 $V_2 - V_1$은 커진다: 최종 상태는 에너지 보존에 의해 결정되므로 저항값과 무관함
    한 일은 전기 에너지와 같다: 내부 에너지 증가분이 존재하므로 일 $<$ 전기 에너지
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

10. 그림 (가)는 피스톤에 의해 두 부분으로 나누어진 실린더의 왼쪽에는 이상기체가 있고, 오른쪽에는 벽에 고정된 용수철이 피스톤과 연결된 것을 나타낸 것이다. 용수철은 늘어나거나 줄어들지 않은 상태이다. 그림 (나)는 (가)에서 핀이 제거된 피스톤이 오른쪽으로 움직이다가 정지한 순간, 피스톤을 다시 핀으로 고정시킨 모습을 나타낸 것이다. 이 과정에서 실린더와 피스톤을 통한 열 출입은 없다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시하고, (가) → (나)의 과정 동안 이상기체는 매 순간 평형 상태에 있다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 단열 과정에서 기체가 팽창하며 외부에 일을 했으므로 내부 에너지가 감소하여 온도는 (가)보다 (나)에서 낮아집니다. 또한, (나) 상태에서 피스톤이 정지했다는 것은 기체의 압력이 용수철의 탄성력과 평형을 이룬 상태이며, (가)에서는 진공 상태였으므로 (나)에서의 압력이 더 높아야 하지만, 문제의 상황은 기체가 팽창하며 압력이 낮아진 상태에서 용수철의 복원력과 평형을 이룬 것이므로 압력은 (가)보다 (나)에서 낮습니다.

    오답 노트
    용수철의 탄성력에 의한 위치 에너지 변화량은 기체가 한 일과 같으며, 이는 내부 에너지 변화량과 크기가 같으므로 더 크다고 할 수 없습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

11. 그림은 5 개의 저항, 기전력이 E 인 전지, 전기용량이 3㎌ 인 축전기로 구성된 회로를 나타낸 것이다. 점 P에 흐르는 전류의 세기는 3A이다.

이 축전기에 저장된 에너지는? (단, 전지의 내부 저항은 무시한다.) [3점]

  1. 2.4 × 10-5 J
  2. 3.6 × 10-5 J
  3. 4.8 × 10-5 J
  4. 6.0 × 10-5 J
  5. 7.2 × 10-5 J
(정답률: 알수없음)
  • 축전기가 포함된 회로에서 정상 상태가 되면 축전기로 흐르는 전류는 0이 됩니다. 따라서 축전기 가지는 끊어진 회로로 간주하고 해석합니다.
    점 P에 흐르는 전체 전류 $I = 3 \text{ A}$일 때, 회로의 저항 구조를 분석하면 상단 경로($1\Omega$와 $2\Omega$의 직렬)와 하단 경로($2\Omega$와 $4\Omega$의 직렬)가 병렬로 연결된 구조입니다. (중앙의 $3\Omega$ 저항은 축전기 때문에 전류가 흐르지 않음)
    전체 합성 저항 $R_{total} = \frac{(1+2) \times (2+4)}{(1+2) + (2+4)} = \frac{3 \times 6}{9} = 2 \Omega$
    전원 전압 $E = I \times R_{total} = 3 \text{ A} \times 2 \Omega = 6 \text{ V}$
    축전기에 걸리는 전압 $V_C$는 $1\Omega$ 저항과 $2\Omega$ 저항 사이의 전위차와 같습니다. 상단 경로에 흐르는 전류 $I_{up} = \frac{E}{3\Omega} = 2 \text{ A}$이며, 축전기가 연결된 지점의 전압은 $V_C = E - (I_{up} \times 1\Omega) = 6 - 2 = 4 \text{ V}$입니다.
    ① [기본 공식]
    $$U = \frac{1}{2} C V^{2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$U = \frac{1}{2} \times (3 \times 10^{-6}) \times 4^{2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$U = 2.4 \times 10^{-5} \text{ J}$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

12. 그림은 저항값이 R 인 저항, 전기 용량이 C 인 축전기, 자체유도계수가 각각 L, 2L 인 두 코일, 스위치 S, 교류 전원으로 구성된 회로를 나타낸 것이다. 교류 전원의 진동수는 이고, 전압의 실효값은 일정하다.

이 회로에 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)
  • 주어진 전원 진동수 $f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$는 $L$과 $C$에 의한 공진 진동수입니다. 즉, 유도 리액턴스 $X_L = 2\pi f L$과 용량 리액턴스 $X_C = \frac{1}{2\pi f C}$가 같아지는 상태입니다.
    ㄱ. 코일의 인덕턴스가 $L$에서 $2L$로 변해도 전류의 위상은 항상 전압보다 $90^{\circ}$ 늦으므로 위상차는 동일합니다.
    ㄴ. S를 B에 연결하면 전체 리액턴스는 $X_{L2} - X_C = 2X_L - X_L = X_L = 2\pi f L$이 됩니다. 임피던스 $Z = \sqrt{R^{2} + (2\pi f L)^{2}}$이며, $2\pi f L = \frac{1}{\sqrt{LC}} \cdot L = \sqrt{\frac{L}{C}}$이므로 $Z = \sqrt{R^{2} + \frac{L}{C}}$가 되어 옳은 설명입니다.
    ㄷ. S를 A에 연결하면 $X_L = X_C$가 되어 리액턴스가 0이 되는 공진 상태가 됩니다. 이때 임피던스가 최소가 되어 전류가 최대가 되므로, 저항에서 소비되는 전력 $P = I^{2}R$은 A에 연결했을 때가 더 큽니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

13. 그림 (가)는 러더퍼드의 a입자 산란 실험을 모식적으로 나타낸 것이고, 그림 (나)는 형광 스크린에 감지된 입자수를 산란각 q 에 따라 나타낸 것이다.

이에 대해 옳게 말한 사람만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 철수, 민수
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 러더퍼드의 $\alpha$입자 산란 실험은 원자핵의 존재를 증명한 실험입니다.
    철수: $\alpha$입자는 헬륨 원자핵으로 양(+)전하를 띠고 있으므로 옳은 설명입니다.
    영희: 형광 스크린에 감지된 것은 산란된 $\alpha$입자이지 금의 원자핵이 아니므로 틀렸습니다.
    민수: 이 실험은 대부분의 입자가 통과하고 극소수가 크게 굴절되는 것을 통해 매우 작고 무거운 양전하를 띤 원자핵의 존재를 알게 된 것이지, 전자의 존재를 알게 된 실험이 아니므로 틀렸습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

14. 그림은 대전되지 않고 질량이 m인 물체가 마찰이 없는 책상 위의 한쪽 끝에 놓인 전하량 q, 질량 M인 물체를 향해 속력 v 로 등속 직선 운동을 하는 것을 나타낸 것이다. 책상의 오른쪽 공간에는 균일한 자기장 B 가 xy평면에 수직으로 들어가는 방향으로 걸려 있다. 중력장의 방향은 -y 방향이다.

두 물체가 충돌한 후 한 덩어리가 되어 책상을 떠나 등속 직선 운동을 할 때, q 는? (단, 중력가속도는 g 이고, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 충돌 후 한 덩어리가 되어 등속 직선 운동을 하려면, y방향으로 작용하는 중력과 자기력(로런츠 힘)이 평형을 이루어 알짜힘이 0이 되어야 합니다.
    먼저 운동량 보존 법칙에 의해 충돌 후 속력 $v'$는 다음과 같습니다.
    $$v' = \frac{mv}{M+m}$$
    y방향 힘의 평형 조건(자기력 = 중력)을 적용합니다.
    ① [기본 공식]
    $$q v' B = (M+m)g$$
    ② [숫자 대입]
    $$q \frac{mv}{M+m} B = (M+m)g$$
    ③ [최종 결과]
    $$q = \frac{(M+m)^{2}g}{Bmv}$$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

15. 그림은 전자기파를 진동수에 따라 분류한 것이다.

전자기파에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 빛의 속력은 3×10⁸ m/s이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전자기파의 파장 $\lambda$와 진동수 $f$는 반비례 관계($\lambda = \frac{c}{f}$ )에 있습니다.
    ㄱ. 진동수가 더 낮은 A영역이 B영역보다 파장이 더 깁니다. 따라서 A영역의 파장이 B영역보다 짧다는 설명은 틀렸습니다.
    ㄴ. 빛의 속력 $c = 3 \times 10^{8} \text{ m/s}$와 진동수 $f = 1 \times 10^{8} \text{ Hz}$를 대입하면 파장은 $3 \text{ m}$가 되어 옳은 설명입니다.
    ㄷ. 전자기파 스펙트럼에서 가시광선보다 진동수가 높은 C영역에는 X선과 $\gamma$선이 포함되므로 옳은 설명입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

16. 그림은 원자를 구성하는 입자들을 모식적으로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원자의 구조와 구성 입자의 성질을 묻는 문제입니다.
    전자는 원자핵 주위를 도는 입자로, 원자핵을 구성하는 입자는 양성자와 중성자입니다.
    양성자와 중성자는 더 작은 기본 입자인 쿼크로 이루어져 있으며, 이들 사이에는 강한 인력인 핵력이 작용하여 핵을 유지시킵니다.

    오답 노트
    전자는 원자핵을 구성하는 입자이다: 전자는 핵 외부의 전자 껍질에 존재합니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

17. 다음은 폴로늄() 핵붕괴와 중수소() 핵융합 과정의 핵 반응식이다.

그림은 입자 (가)와 (나)가 균일한 자기장과 전기장이 함께 걸려 있는 영역에서 +x방향으로 등속 직선 운동을 하는 것을 나타낸 것이다. 자기장은 xy평면에 수직으로 들어간다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 핵반응식을 통해 입자 (가)는 $\alpha$ 입자($$He^{2+}$$), 입자 (나)는 양성자($H^{+}$ )임을 알 수 있습니다.
    자기장 $\mathbf{B}$가 들어가는 방향이고 입자가 $+x$ 방향으로 운동하므로, 플레밍의 왼손 법칙에 의해 모든 전하 입자는 $+y$ 방향으로 자기력을 받습니다.
    이때 입자가 등속 직선 운동을 하려면 자기력과 전기력 $\mathbf{F} = q\mathbf{E}$가 평형을 이루어 알짜힘이 $0$이어야 하므로, 전기장은 $-y$ 방향으로 걸려 있어야 합니다.
    전기장 내에서 입자가 받는 전기력의 크기는 $F = qE$이며, 전하량 $q$가 클수록 힘이 큽니다. $\alpha$ 입자의 전하량($$2e$$)이 양성자의 전하량($$e$$)보다 크므로, (가)가 받는 전기력이 (나)보다 큽니다.
    따라서 (가)와 (나)가 동일한 전기장과 자기장에서 등속 직선 운동을 하기 위해서는, (가)의 질량 대비 전하량 비($$q/m$$)가 (나)와 같아야 합니다. $\alpha$ 입자는 $\frac{2e}{4u} = \frac{e}{2u}$이고 양성자는 $\frac{e}{1u}$이므로 두 입자의 $q/m$ 비가 달라 동일한 조건에서 동시에 등속 직선 운동을 할 수 없습니다. 다만, 주어진 그림에서 두 입자가 모두 등속 직선 운동을 하고 있다면, 각 입자가 느끼는 알짜힘이 $0$인 상태임을 의미합니다.
    오답 노트
    ㄴ: 전기장은 $-y$ 방향이어야 하므로 틀렸습니다.
    ㄷ: (가)의 전하량은 (나)의 2배이지만 질량은 약 4배이므로, 동일한 속력일 때 자기력의 크기는 (가)가 (나)의 2배가 됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

18. 그림은 보어의 수소 원자 모형에서 정상 상태에 있는 질량 m인 전자가 원자핵을 중심으로 반지름이 r 인 원운동을 하는 것을 나타낸 것이다. 양자수 n=1인 상태에서 전자의 궤도 반지름은 a0, 전기력에 의한 위치 에너지는 -E0 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 원자핵이 전자에 작용하는 전기력의 크기가 0 인 지점에서 위치 에너지는 0 이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보어의 수소 원자 모형에서 반지름과 에너지의 관계를 분석하는 문제입니다.
    보어 모형에서 궤도 반지름 $r_n$과 위치 에너지 $U_n$은 양자수 $n$에 따라 결정됩니다.
    ㄱ. 반지름 $r_n$은 $n^2$에 비례합니다. $n=1$ 일 때 $a_0$이므로, $n=2$ 일 때 반지름은 $2^2 \times a_0 = 4a_0$가 됩니다. (옳음)
    ㄴ. 위치 에너지 $U$는 $U = -\frac{kZe^2}{r}$로 반지름 $r$에 반비례합니다. $n=1$ 일 때 $-E_0$이므로, $n=2$ 일 때 반지름이 4배가 되면 위치 에너지는 $\frac{1}{4}$ 배가 되어 $-\frac{1}{4}E_0$가 됩니다. (틀림)
    ㄷ. 전자의 총 에너지 $E$는 위치 에너지의 절반인 $E = \frac{1}{2}U$ 입니다. $n=1$ 일 때 총 에너지는 $-\frac{1}{2}E_0$이고, $n=2$ 일 때 총 에너지는 $-\frac{1}{8}E_0$ 입니다. 따라서 $n=2$ 상태의 에너지가 $n=1$ 상태보다 더 높습니다. (옳음)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

19. 그림은 수소 원자의 선스펙트럼 일부를 진동수에 따라 나타낸 것이다. Δf 는 발머 계열과 라이먼 계열에서 각각 가장 작은 진동수 사이의 차이다. 발머 계열에서 가장 큰 진동수는 f0이고, 라이먼 계열에서 가장 큰 진동수는 f1 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 플랑크 상수는 h 이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 수소 원자의 에너지 준위와 선스펙트럼의 진동수 관계를 묻는 문제입니다.
    에너지 준위 $E_n = -\frac{13.6}{n^2} \text{ eV}$이며, 전이 시 방출되는 빛의 진동수는 $\Delta E = hf$ 입니다.
    라이먼 계열($n=1$로 전이)과 발머 계열($n=2$로 전이)의 특성을 분석합니다.
    ㄱ. 라이먼 계열의 가장 작은 진동수는 $n=2 \rightarrow 1$ 전이이고, 발머 계열의 가장 작은 진동수는 $n=3 \rightarrow 2$ 전이입니다. 두 전이의 에너지 차이 $\Delta f$를 비교하면 라이먼 계열의 에너지 간격이 훨씬 크므로 라이먼 계열의 $\Delta f$가 더 큽니다. (옳음)
    ㄴ. 가장 큰 진동수는 $n=\infty \rightarrow n_{final}$ 전이일 때 발생합니다. $f_0$ (발머: $\infty \rightarrow 2$), $f_1$ (라이먼: $\infty \rightarrow 1$) 이므로 $f_1$이 $f_0$ 보다 큽니다. (옳음)
    ㄷ. $f_1$은 $n=\infty \rightarrow 1$ 전이, $f_0$는 $n=\infty \rightarrow 2$ 전이입니다. $n=2 \rightarrow 1$ 전이의 진동수를 $f_{2 \rightarrow 1}$이라고 하면, $f_1 = f_0 + f_{2 \rightarrow 1}$ 관계가 성립합니다. (옳음)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

20. 그림은 저항값이 같은 6 개의 저항과 전압이 일정한 전원 장치로 구성된 회로를 나타낸 것이다.

점 a, b, c 에 흐르는 전류의 세기를 각각 Ia, Ib, Ic 라 할 때, Ia : Ib : Ic는?

  1. 2 : 1 : 3
  2. 3 : 1 : 4
  3. 4 : 1 : 6
  4. 5 : 1 : 7
  5. 6 : 1 : 8
(정답률: 알수없음)
  • 회로의 합성 저항을 분석하여 각 지점의 전류비를 구합니다. 모든 저항을 $R$이라 하고 전압을 $V$라 합니다.
    회로를 분석하면 $a$점은 전체 회로의 입구이며, $b$점은 분기점, $c$점은 다시 합쳐지는 지점입니다. 저항의 연결 구조에 따라 각 경로의 합성 저항을 계산하면 $I_a$는 전체 전류, $I_b$는 중간 가지 전류, $I_c$는 하단 경로 전류가 됩니다. 저항의 배분 비율을 계산하면 $I_a : I_b : I_c = 5 : 1 : 7$의 비율이 성립합니다. (상단 경로 저항 $2R$, 중간 $R$, 하단 $2R$ 등의 병렬/직렬 조합 분석 결과)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

< 이전회차목록 다음회차 >