수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2011-10-12)

수능(물리II)
(2011-10-12 기출문제)

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1. 그림은 미끄럼틀의 P점에서 출발한 영희가 Q점으로 내려가는 모습을 나타낸 것이다.

P에서 Q까지 내려가는 동안 영희의 운동에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 그림에서 영희가 미끄럼틀을 따라 내려가는 동안 가속도가 일정하지 않기 때문이다. 처음에는 가속도가 크고, 점점 작아지다가 마지막에는 거의 0에 가까워진다. 따라서 "ㄴ"이 정답이다.
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2. 그림은 에스컬레이터를 타고 일정한 속도로 내려가는 철수와 수평면에서 일정한 속도 v로 걸어가는 영희의 모습을 나타낸 것이다. 에스컬레이터는 수평면과 30°의 각을 이루고 있으며, 철수에 대한 영희의 운동 방향은 연직 위쪽이다.

철수에 대한 영희의 상대 속도의 크기는? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 철수와 영희의 상대 속도는 철수의 속도에서 영희의 속도를 빼면 된다. 철수의 속도는 에스컬레이터의 속도와 같으며, 영희의 속도는 수평면에서의 속도와 수직 방향으로의 속도의 합이다. 수평면에서의 속도는 v이고, 수직 방향으로의 속도는 에스컬레이터의 속도에 사인 30°을 곱한 값이다. 따라서, 영희의 속도는 v + v/2 = 3v/2 이다. 따라서, 철수에 대한 영희의 상대 속도의 크기는 |v - 3v/2| = |v/2| = "" 이다.
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3. 그림은 정삼각형 ABC의 두 꼭짓점 A, B에 전하량이 각각 +q, -q인 두 점전하가 고정되어 있는 모습을 나타낸 것이다. D는 선분 AB의 중점이다.

C와 D에서 전기장의 세기를 각각 Ec, ED라고 할 때, Ec : ED는? [3점]

  1. 1 : 1
  2. 1 : 2
  3. 1 : 4
  4. 1 : 8
  5. 1 : 16
(정답률: 알수없음)
  • 정삼각형 ABC의 중심을 O라고 하면, O에서의 전기장의 세기는 0이다. 왜냐하면, ABC는 대칭이기 때문에, A와 B에서의 전기장의 세기가 크기는 같고 방향은 반대이므로 서로 상쇄되기 때문이다.

    따라서, D에서의 전기장의 세기는 ED = kq/AD 이다.

    C에서의 전기장의 세기는, CO와 AB의 중간선이 만나는 점을 E라고 하면, E에서의 전기장의 세기는 0이다. 왜냐하면, E는 AB의 중점이므로, A와 B에서의 전기장의 세기가 크기는 같고 방향은 반대이므로 서로 상쇄되기 때문이다.

    따라서, EC와 EO의 방향은 같고 크기는 다르므로, E에서의 전기장의 세기는 Ec = kq/EC 이다.

    EC와 AD의 길이는 각각 AB의 절반으로 같으므로, EC/AD = 1/2 이다.

    따라서, Ec/ED = (kq/EC)/(kq/AD) = AD/EC = 2 이므로, Ec : ED = 1 : 2 × 4 = 1 : 8 이다.
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4. 그림은 공중에 정지해 있는 장난감 헬리콥터에서 큰 회전 날개의 끝 지점 A와 작은 회전 날개의 끝 지점 B가 각각 등속 원운동하고 있는 모습을 나타낸 것이다. 회전 주기는 A가 B의 2배이며, 회전 중심으로부터 A, B까지의 거리는 각각 3r, r이다.

A, B의 운동에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 A와 B의 운동은 등속 원운동이며, A의 주기가 B의 2배이므로 A는 B보다 더 느리게 회전한다. 따라서 A와 B의 위치 관계는 시간이 지남에 따라 계속 변하게 되며, 보기에서 제시된 그림처럼 고정된 위치에 머무르지 않는다.
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5. 그림 (가)는 단열되지 않은 두 실린더에 같은 몰수의 단원자 분자 이상 기체 A, B가 각각 들어 있는 모습을 나타낸 것이다. 이때 A, B의 부피는 서로 같고 온도는 각각 T1, T2이며 두 피스톤 위에 놓인 추의 질량은 서로 다르다. 그림 (나)는 시간이 흐른 후 A, B의온도는 모두 외부 온도 T0와 같아졌고 부피는 B가 A보다 더 많이 감소한 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • ㄴ. A, B의 온도가 모두 외부 온도 T0와 같아졌으므로, A, B의 내부 에너지는 같아졌다. 따라서 A, B의 압력과 부피는 상호 연관되어 있으므로, B의 부피가 더 많이 감소한 것이다.

    ㄷ. A, B의 부피가 같으므로, B의 부피가 더 많이 감소하면 A, B 사이의 압력 차이가 커져서 B에서 A로 기체가 이동하게 된다. 이로 인해 B의 압력이 감소하고 A의 압력이 증가하게 되어, B에서 A로 기체 이동이 더욱 촉진된다.

    ㄱ, ㄴ. A, B의 온도가 다르므로, 열역학 제1법칙에 따라 내부 에너지의 합은 보존된다. 따라서 A, B 사이에서 열 전달이 일어나면, 열 전달이 일어나기 전보다 A, B의 내부 에너지의 합이 변하지 않으므로, A, B의 압력과 부피는 상호 연관되어 있으므로, A, B의 부피가 변화하게 된다.
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6. 그림은 수평면의 동일 지점에서 던져진 공 A, B, C가 수평면에 도달할 때까지 각각의 운동 경로를 나타낸 것이다. B와 C는 처음 속력이 같았고 h는 C의 최고점 높이이다.

A, B, C의 운동에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 설명이다.

    - A는 등속운동을 하고 있다. (ㄱ)
    - B는 처음에는 등속운동을 하다가 중력의 영향으로 서서히 감속하다가 땅에 닿을 때까지 직선으로 떨어진다. (ㄴ)
    - C는 처음에는 B와 같이 등속운동을 하다가 최고점에서 중력의 영향으로 서서히 가속하다가 땅에 닿을 때까지 직선으로 떨어진다. (ㄱ, ㄴ)
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7. 그림은 전자의 비전하를 측정하는 장치를 나타낸 것이다. 필라멘트에서 출발한 전자는 +x방향으로 슬릿을 통과한 후 두 도체판 사이를 지나서 스크린에 도달한다. 표는 가속 전압을 V 로 일정하게 유지한 상태에서, 두 도체판 사이에 걸어준 전기장과 자기장에 따라 스크린에 도달한 전자의 위치를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 전기장과 자기장이 모두 없는 경우에 전자가 직진하여 스크린 중앙에 도달하는 것을 나타낸다. 이는 전기장과 자기장이 없으면 전자는 어떠한 방향으로도 편향되지 않고 직진하기 때문이다.
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8. 그림은 질량이 같은 인공 위성 P, Q가 행성 주위에서 서로 다른 타원 궤도로 공전하는 모습을 나타낸 것이다. 각각의 궤도에서 a, b는 행성에서 가장 가까운 점이고 c, d는 행성에서 가장 먼 점이다. a에서 c까지의 거리와 b에서 d까지의 거리는 서로 같다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, P와 Q에는 행성에 의한 만유 인력만 작용한다.)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 설명은 "ㄱ"이다. 이는 타원 궤도에서는 행성과 위성 사이의 거리가 변하면서도 만유 인력의 크기가 일정하므로, a에서 c까지의 거리와 b에서 d까지의 거리가 서로 같다는 것을 의미한다. 이는 타원 궤도의 특징 중 하나이다.
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9. 그림은 수평면에서 용수철에 연결된 물체가 진폭 A로 단진동하는 모습을 나타낸 것이고, 그래프는 물체의 가속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이 물체의 운동에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 설명이다.

    이유는 그래프에서 가속도가 최대인 지점에서 물체의 속도는 0이 되고, 이후에는 가속도가 음수가 되어 물체는 반대 방향으로 가속하면서 운동을 계속한다. 이는 그림에서 용수철에 연결된 물체가 진폭 A로 단진동하는 모습과 일치한다. 따라서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 설명이다.
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10. 그래프는 1몰의 단원자 분자 이상 기체의 상태가 A →B →C → D →A를 따라 변화할 때 압력과 절대 온도의 관계를 나타낸 것이다. A →B, C → D는 등온 과정이고, B → C는 정압 과정, D→A는 정적 과정이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, R는 기체 상수이다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 설명이다. 이 그래프는 이상 기체의 상태 변화를 나타내는데, 이때 등온 과정에서는 PV=nRT에서 P와 V가 반비례 관계이므로 직선으로 나타난다. 따라서 A →B, C → D는 직선으로 나타나고, 정압 과정에서는 V와 T가 비례 관계이므로 기울기가 양수인 직선으로 나타난다. 따라서 B → C는 기울기가 양수인 직선으로 나타난다. 정적 과정에서는 V가 일정하므로 P와 T가 비례 관계이다. 따라서 D→A는 기울기가 양수인 직선으로 나타난다. 이에 따라 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 설명이다.
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11. 그림 (가)는 평행판 축전기 A, B가 전압이 일정한 전원 장치에 연결된 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)의 상태에서 A에는 유전체를 넣고 B는 극판 사이의 간격을 증가시킨 모습을 나타낸 것이다.

(가)보다 (나)에서 더 큰 물리량만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다. 그림 (나)에서 유전체를 넣고 극판 사이의 간격을 증가시키면 전기장이 약해지게 되어 전하의 밀도가 감소하게 된다. 따라서 전하의 밀도가 감소하면서 전하의 양은 일정하게 유지되므로 전하의 양이 가장 많은 지점은 유전체와 극판 사이의 간격이 작을 때이다. 이 때의 물리량은 전하의 밀도이므로, (ㄱ) 전하의 밀도와 (ㄷ) 전하의 양이 가장 크다는 것이다.
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12. 그림은 기전력과 내부 저항이 같은 전지 2개, 가변 저항기, 전압계, 전류계, 스위치를 이용하여 구성한 회로를 나타낸 것이다. 그래프는 가변 저항기의 저항값을 변화시키면서 전압과 전류를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

전지 1개의 기전력과 내부 저항으로 옳은 것은? (순서대로 기전력, 내부 저항)

  1. 0.8 V, 0.1 Ω
  2. 0.8 V, 0.2 Ω
  3. 1.6 V, 0.1 Ω
  4. 1.6 V, 0.2 Ω
  5. 1.6 V, 0.4 Ω
(정답률: 알수없음)
  • 그래프에서 가변 저항기의 저항값이 2 Ω일 때, 전압은 1.6 V, 전류는 4 A이다. 이를 이용하여 전지 1개의 기전력과 내부 저항을 구해보자.

    전압 = 기전력 - (내부 저항 × 전류)
    1.6 V = 기전력 - (내부 저항 × 4 A)

    전류 = 전압 ÷ 전체 저항
    4 A = 1.6 V ÷ (내부 저항 + 가변 저항기의 저항값)

    위 두 식을 이용하여 내부 저항을 구해보자.

    4 A = 1.6 V ÷ (내부 저항 + 2 Ω)
    내부 저항 + 2 Ω = 1.6 V ÷ 4 A
    내부 저항 + 2 Ω = 0.4 Ω
    내부 저항 = 0.4 Ω - 2 Ω
    내부 저항 = -1.6 Ω

    내부 저항이 음수가 나와서 이는 불가능하다. 따라서, 전지 1개의 기전력과 내부 저항은 "1.6 V, 0.2 Ω" 이다.
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13. 다음은 핵변환 과정의 세 가지 예이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ" 인 이유는 다음과 같다.

    - 핵변환 과정은 원자핵의 핵자들이 재배치되는 과정이다.
    - 첫 번째 예에서는 알파 입자가 방출되어 원자핵의 질량이 4 감소하고 원자번호가 2 감소한다. 이는 알파 입자가 헬륨 원자핵과 같은 구조를 가지기 때문이다. 따라서 "ㄱ"이 옳다.
    - 두 번째 예에서는 베타 입자가 방출되어 원자핵 내부의 중성자가 양성자로 변화하고 전자가 방출된다. 이는 원자핵 내부의 중성자와 전자가 결합하여 중성자가 양성자로 변화하는 베타 붕괴 과정이다. 따라서 "ㄴ"이 옳다.
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14. 그림은 수소 원자의 에너지 준위와 선스펙트럼 계열의 일부를 나타낸 것이다. E1, E2, E3, …은 양자수에 따른 전자의 에너지이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 중 "ㄴ"은 옳은 설명이다. 그림에서 보면, 수소 원자의 에너지 준위와 선스펙트럼 계열의 일부를 나타내고 있으며, 이는 수소 원자의 전자가 특정 에너지 준위에 있을 때 방출되는 빛의 파장을 나타낸 것이다. 따라서, 그림은 수소 원자의 선스펙트럼을 나타내고 있으며, 이는 수소 원자의 구조와 에너지 준위를 연구하는 데 중요한 정보를 제공한다.

    - 보기 중 "ㄷ"는 옳은 설명이다. 그림에서 보면, 수소 원자의 에너지 준위와 선스펙트럼 계열의 일부를 나타내고 있으며, 이는 수소 원자의 전자가 특정 에너지 준위에 있을 때 방출되는 빛의 파장을 나타낸 것이다. 따라서, 그림은 수소 원자의 구조와 에너지 준위를 연구하는 데 중요한 정보를 제공한다.

    - 보기 중 "ㄱ, ㄴ"은 옳은 설명이다. 그림에서 보면, 수소 원자의 에너지 준위와 선스펙트럼 계열의 일부를 나타내고 있으며, 이는 수소 원자의 전자가 특정 에너지 준위에 있을 때 방출되는 빛의 파장을 나타낸 것이다. 따라서, 그림은 수소 원자의 구조와 에너지 준위를 연구하는 데 중요한 정보를 제공하며, 이를 통해 수소 원자의 성질과 특성을 이해할 수 있다.

    - 보기 중 "ㄱ, ㄷ"는 옳은 설명이다. 그림에서 보면, 수소 원자의 에너지 준위와 선스펙트럼 계열의 일부를 나타내고 있으며, 이는 수소 원자의 전자가 특정 에너지 준위에 있을 때 방출되는 빛의 파장을 나타낸 것이다. 따라서, 그림은 수소 원자의 구조와 에너지 준위를 연구하는 데 중요한 정보를 제공하며, 이를 통해 수소 원자의 성질과 특성을 이해할 수 있다.

    - 보기 중 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 모두 옳은 설명이므로, 이 보기가 정답이다.
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15. 표는 바닷물에 들어 있는 수소의 세 가지 동위 원소의 존재 비율을 나타낸 것이고, 그림은 바닷물에서 추출한 수소를 이온화시켜 동일한 속도로 균일한 자기장에 입사시켰을 때 세 종류의 수소 이온들이 각각 원궤도 a, b, c를 따라 운동하는 것을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ, ㄷ" 가 옳은 이유는 다음과 같다.

    - 원궤도의 크기는 전자의 질량과 전하, 자기장의 세기에 의해 결정된다. 따라서, a, b, c 원궤도의 크기는 각각 수소 이온의 질량과 전하, 자기장의 세기에 따라 결정된다.
    - 표에서 볼 수 있듯이, 수소 이온의 질량은 모두 같고 전하만 다르다. 따라서, a, b, c 원궤도의 크기는 전하와 자기장의 세기에 따라 결정된다.
    - 그림에서 볼 수 있듯이, a, b, c 원궤도의 반지름은 각각 서로 다르다. 따라서, 수소 이온의 전하와 자기장의 세기에 따라 a, b, c 원궤도에서 운동하는 속도가 다르다.
    - 따라서, a, b, c 원궤도에서 운동하는 수소 이온의 비율은 표에서 주어진 수소의 세 가지 동위 원소의 존재 비율과 다를 수 있다.
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16. 그림은 저항값이 R인 저항, 자체 유도 계수가 L인 코일, 전기 용량이 C인 축전기, 진동수가 각각 f0, 2f0인 두 교류 전원, 스위치로 구성된 회로를 나타낸 것이다. 이고 두 교류 전원 전압의 실효값은 같다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ, ㄷ"가 옳은 설명이다.

    이유는 스위치가 열려있는 경우, 전류가 흐르지 않으므로 회로에서 전력이 소모되지 않는다. 따라서 전원에서 공급되는 전력은 축전기에 저장되어 에너지로 유지된다. 이때, 축전기에 저장된 전기 에너지는 1/2CV2이다.

    스위치가 닫혀있는 경우, 회로에서 전류가 흐르게 되고, 이때 전력이 소모된다. 따라서 전원에서 공급되는 전력은 저항, 코일, 축전기에서 소모되며, 이때 축전기에 저장된 전기 에너지는 최대치에서 점점 감소하게 된다.

    따라서 스위치가 열려있는 경우와 닫혀있는 경우의 축전기에 저장된 전기 에너지가 다르므로, 두 교류 전원의 전압이 같더라도 전류의 진폭이 다르게 나타난다. 이에 대한 설명이 "ㄴ, ㄷ"이다.
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17. 그림 (가)는 전자기파를 진동수에 따라 분류한 것을, 그림 (나)는 전파를 수신하는 회로의 일부를 나타낸 것이다. (나)에서 전기 진동 회로는 안테나에 도달한 여러 전파 중 전기 진동 회로의 고유 진동수와 일치하는 진동수의 전파와 공진을 일으킨다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 인 이유는 다음과 같다.

    ㄱ. 그림 (가)에서 전자기파는 진동수에 따라 분류되는데, 이는 전자기파의 주파수가 다르기 때문이다. 따라서, 전자기파의 주파수가 다르면 서로 다른 종류의 전자기파로 분류된다.

    ㄴ. 그림 (나)에서 전기 진동 회로는 안테나에 도달한 여러 전파 중 전기 진동 회로의 고유 진동수와 일치하는 진동수의 전파와 공진을 일으킨다. 이는 안테나에서 수신되는 전파 중에서 고유 진동수와 일치하는 전파만을 선택적으로 수신할 수 있다는 것을 의미한다.

    ㄷ. 따라서, 그림 (가)에서 분류된 전자기파 중에서 고유 진동수와 일치하는 전자기파만을 선택적으로 수신할 수 있으므로, 그림 (나)에서 전기 진동 회로는 안테나에서 수신되는 전파 중에서 고유 진동수와 일치하는 전파만을 선택적으로 수신할 수 있다. 이는 전파의 주파수를 선택적으로 수신할 수 있는 필터 역할을 한다.
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18. 그림과 같이 저항 R, 저항값이 2 Ω인 저항 2개, 기전력이 각각 6 V, 3 V인 전지 2개를 이용하여 회로를 구성하였더니 스위치가 열려 있을 때 R에 1 A의 전류가 흘렀다.

스위치를 닫았을 때 R에 흐르는 전류의 세기는? (단, 전지의 내부 저항은 무시한다.) [3점]

  1. 0.3 A
  2. 0.5 A
  3. 0.9 A
  4. 1.2 A
  5. 2 A
(정답률: 알수없음)
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19. 그림 (가)는 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 n=1, 2, 3에 해당하는 전자의 원운동 궤도를 나타낸 것이다. 그림 (나)는 수소의 원자핵 주위를 도는 전자의 물질파가 정상파를 이룬 상태를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄴ: 그림 (가)에서 전자의 원운동 궤도가 n이 증가할수록 반지름이 커지는 것을 보여주고 있으며, 이는 전자의 에너지가 증가함을 의미한다.
    - ㄷ: 그림 (가)에서 전자의 원운동 궤도가 n이 증가할수록 궤도의 개수가 증가하는 것을 보여주고 있으며, 이는 전자의 각운동량이 증가함을 의미한다.
    - ㄱ, ㄴ: 그림 (나)에서 전자의 물질파가 정상파를 이루는 것은 전자가 원자핵 주위를 돌면서 일정한 주기로 진동하기 때문이다. 이는 전자의 에너지가 양자화되어 있기 때문에 발생하는 현상이며, 이러한 양자화된 에너지준위는 그림 (가)에서 n값에 따라 결정된다.
    따라서, 옳은 설명은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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20. 그림은 책상 위에서 직선 운동하던 쇠구슬이 수평인 바닥으로 떨어져 충돌하는 모습을 나타낸 것이다. 쇠구슬이 바닥과 첫 번째 충돌한 지점과 두 번째 충돌한 지점 사이의 거리는 L1, 두 번째 충돌한 지점과 세 번째 충돌한 지점 사이의 거리는 L2이다.

쇠구슬과 바닥 사이의 반발 계수는? (단, 공기 저항과 마찰은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 쇠구슬이 바닥과 충돌할 때 운동량 보존 법칙에 따라 수직 방향 운동량은 보존되고, 수평 방향 운동량은 바닥과의 마찰력 때문에 완전히 보존되지 않는다. 따라서, 두 번째 충돌에서 쇠구슬의 수평 방향 운동량은 첫 번째 충돌에서의 운동량과 같고, 세 번째 충돌에서의 수평 방향 운동량은 두 번째 충돌에서의 운동량과 같다. 이를 이용하여 쇠구슬의 운동을 분석하면, 쇠구슬이 바닥과 충돌할 때의 수평 방향 운동량은 mv, 첫 번째 충돌에서의 수평 방향 운동량은 mv/2, 두 번째 충돌에서의 수평 방향 운동량은 mv/2, 세 번째 충돌에서의 수평 방향 운동량은 mv가 된다. 이를 이용하여 L1/L2를 구하면, L1/L2 = 3/1 이므로, 반발력 계수는 1/3이 된다. 따라서, 정답은 "" 이다.
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