9급 지방직 공무원 서울시 물리 필기 기출문제복원 (2016-06-25)

9급 지방직 공무원 서울시 물리 2016-06-25 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 지방직 공무원 서울시 물리 2016-06-25 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 지방직 공무원 서울시 물리
(2016-06-25 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 고열원의 온도가 327℃, 저열원의 온도가 27℃인 증기기관의 카르노(carnot)효율(이상적인 열효율)은? (단, 소수점 둘째 자리에서 반올림한다.)

  1. 0.1
  2. 0.5
  3. 0.9
  4. 1.1
(정답률: 72%)
  • 카르노 효율은 고열원과 저열원의 절대온도($K$)를 이용하여 계산합니다. 섭씨온도를 절대온도로 변환하여 대입합니다.
    ① [기본 공식] $e = 1 - \frac{T_{low}}{T_{high}}$
    ② [숫자 대입] $e = 1 - \frac{27 + 273}{327 + 273}$
    ③ [최종 결과] $e = 0.5$
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2. 스프레이 캔에 이상기체가 들어 있다. 캔 내부의 압력은 대기압의 2배(202kPa)이고, 부피는 125cm3이며 온도는 22.0℃이다. 이 캔을 매우 뜨거운 액체 속에 담근 후 캔 내부기체의 온도가 195℃에 도달할 때, 캔 내부의 압력은? (단, 부피의 변화는 무시한다.)

  1. 180kPa
  2. 260kPa
  3. 320kPa
  4. 480kPa
(정답률: 63%)
  • 부피가 일정할 때 기체의 압력은 절대 온도에 비례한다는 샤를-게이뤼삭의 법칙을 적용합니다. 온도는 반드시 절대 온도($K$)로 변환하여 계산해야 합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}$ 압력-온도 관계
    ② [숫자 대입] $P_2 = 202 \times \frac{195 + 273.15}{22 + 273.15}$
    ③ [최종 결과] $P_2 = 320\text{kPa}$
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3. 빛의 입자성을 보여주는 현상을 ＜보기＞에서 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 83%)
  • 빛의 입자성은 빛이 에너지 덩어리인 광자로 구성되어 있음을 보여주는 현상입니다. 광전효과와 콤프턴 효과는 빛의 입자성을 증명하는 대표적인 사례입니다.

    오답 노트
    이중슬릿실험: 빛의 간섭 현상을 통해 파동성을 증명함
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4. 지구보다 질량이 16배 크고, 반지름이 4배 큰 행성에서의 탈출속력은 지구에서의 탈출속력의 몇 배인가?

  1. 1/2배
  2. 2배
  3. 4배
  4. 8배
(정답률: 56%)
  • 탈출 속력은 행성의 질량에 비례하고 반지름의 제곱근에 반비례하는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $v = \sqrt{\frac{2GM}{R}}$ 탈출 속력
    ② [숫자 대입] $v' = \sqrt{\frac{2G(16M)}{(4R)}} = \sqrt{4 \times \frac{2GM}{R}}$
    ③ [최종 결과] $v' = 2v$
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5. 도플러효과를 고려할 때, 다음 중 가장 높은 주파수로 들리는 소리는? (단, 음원의 주파수는 동일하다.)

  1. 음원이 속력 v로 관측자에 접근, 관측자도 속력 u로 음원에 접근
  2. 음원이 속력 v로 관측자에 접근, 관측자는 정지
  3. 음원은 정지, 관측자가 속력 u로 음원에 접근
  4. 음원과 관측자가 서로 멀어짐
(정답률: 68%)
  • 도플러 효과에 의해 음원과 관측자가 서로 가까워질수록 관측되는 주파수는 높아집니다. 음원이 관측자에게 접근하고 동시에 관측자도 음원에게 접근하는 상황이 상대 속도가 가장 커지므로 가장 높은 주파수로 들리게 됩니다.
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6. 그림과 같이 한쪽 끝을 벽에 고정시킨 줄을 진동체로 진동시켜 2Hz의 정상파를 만들었다. 줄을 따라 진행하는 파동의 속력은?

  1. 0.6m/s
  2. 0.4m/s
  3. 0.2m/s
  4. 0.1m/s
(정답률: 66%)
  • 정상파에서 줄의 길이 $L$이 $1.5\lambda$ (배와 마디의 구성)인 상태이며, 파동의 속력은 진동수와 파장의 곱입니다.
    ① [기본 공식] $v = f \lambda = f \frac{L}{1.5}$
    ② [숫자 대입] $v = 2 \times \frac{0.3}{1.5}$
    ③ [최종 결과] $v = 0.4$
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7. 몸 속에서 진동수가 2×106Hz인 초음파의 파장이 0.5mm이었다. 몸 속에서 이 초음파의 속력은?

  1. 100m/s
  2. 1000m/s
  3. 400m/s
  4. 4000m/s
(정답률: 82%)
  • 파동의 속력은 진동수와 파장의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $v = f \lambda$
    ② [숫자 대입] $v = (2 \times 10^6) \times (0.5 \times 10^{-3})$
    ③ [최종 결과] $v = 1000$
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8. 지구의 공전주기는 약 365일이다. 만약 만유인력 상수가 3배, 태양의 질량이 3배가 된다면 지구의 공전주기는 몇 배인가? (단, 공전궤도의 반지름은 변하지 않는다.)

  1. 1/3배
  2. 1/6배
  3. 1/9배
  4. 1/12배
(정답률: 61%)
  • 케플러 제3법칙과 만유인력 법칙에 의해 공전 주기 $T$는 $T^2 \propto \frac{1}{GM}$의 관계를 가집니다.
    ① [기본 공식] $T = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{GM}}$
    ② [숫자 대입] $ T' = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{(3G)(3M)}} = 2\pi \sqrt{\frac{r^3}{9GM}} = \frac{1}{3} T $
    ③ [최종 결과] $ T' = \frac{1}{3} $
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9. 그림과 같이 공을 수평면과 30°를 이루는 방향으로 초기속도 2v0로 던졌다. 중력가속도를 g라 할 때 이 공의 운동에 대한 설명으로 옳은 것을 ＜보기＞에서 모두 고르면? (단, 공기저항은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 62%)
  • 포물선 운동의 성분 분해를 통해 각 물리량을 분석합니다.
    초기 속도의 수직 성분은 $2v_0 \sin 30^\circ = v_0$, 수평 성분은 $2v_0 \cos 30^\circ = \sqrt{3}v_0$ 입니다.
    ㄱ. 체공 시간 $T = \frac{2v_{0y}}{g} = \frac{2v_0}{g}$이므로 옳습니다.
    ㄴ. 최고점 높이 $H = \frac{v_{0y}^2}{2g} = \frac{v_0^2}{2g}$이므로 $\frac{v_0^2}{g}$ 라는 설명은 틀렸습니다.
    ㄷ. 수평 도달 거리 $R = v_{0x} T = \sqrt{3}v_0 \times \frac{2v_0}{g} = 2\sqrt{3}\frac{v_0^2}{g}$이므로 옳습니다.
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10. 다음 현상 중, 열역학 제2법칙과 밀접한 관련이 있는 현상은?

  1. 잉크 방울을 물에 떨어뜨리면 결국 고르게 퍼지게 되지만, 고르게 퍼져있던 잉크분자들이 모여서 잉크방울로 뭉치지는 않는다.
  2. 자전거 바퀴에 공기를 팽팽하게 주입하고 나면 바퀴가 따뜻해진다.
  3. 주전자 속의 물을 가열하면 물의 온도가 올라간다.
  4. 압축 공기가 들어 있는 스프레이를 사용하고 나면 스프레이 통이 차가워진다.
(정답률: 69%)
  • 열역학 제2법칙은 고립계의 엔트로피가 항상 증가하는 방향, 즉 무질서도가 증가하는 방향으로 자연 현상이 일어난다는 법칙입니다. 잉크 방울이 퍼지는 현상은 무질서도가 증가하는 가역 불가능한 과정이므로 열역학 제2법칙의 대표적인 예시입니다.
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11. 추의 진자운동으로 빠르기를 조절하는 추시계가 매일 조금씩 늦게 간다고 한다. 시간을 정확하게 맞추려면 어떻게 해야 하는가?

  1. 추까지의 길이를 길게 한다.
  2. 추까지의 길이를 짧게 한다.
  3. 추의 질량을 무겁게 한다.
  4. 추의 질량을 가볍게 한다.
(정답률: 64%)
  • 단진자의 주기 $T$는 실의 길이 $L$의 제곱근에 비례합니다. 시계가 늦게 간다는 것은 주기가 너무 길다는 의미이므로, 주기를 줄여서 빠르게 만들어야 합니다. 따라서 실의 길이를 짧게 조절해야 합니다.
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12. 무거운 돌과 가벼운 돌을 지상 높은 곳에서 떨어뜨릴 때, 두 물체의 가속도는 같다. 그 이유로 가장 적절한 것은? (단, 공기저항은 무시한다.)

  1. 두 물체에 작용하는 힘의 크기가 같기 때문이다.
  2. 두 물체에 작용하는 힘의 방향이 같기 때문이다.
  3. 두 물체가 같은 재질로 이루어졌기 때문이다.
  4. 무거운 돌에 작용하는 중력이 큰 만큼 그 질량도 크기 때문이다.
(정답률: 73%)
  • 뉴턴의 제2법칙 $F = ma$에 의해 가속도 $a = \frac{F}{m}$ 입니다. 자유 낙하 하는 물체에 작용하는 중력은 $F = mg$이므로, 이를 대입하면 $a = \frac{mg}{m} = g$가 되어 질량과 관계없이 가속도는 중력 가속도로 일정합니다. 즉, 무거운 돌은 중력이 큰 만큼 질량도 크기 때문에 가속도는 동일합니다.
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13. 두 개의 평행한 금속판이 거리 d만큼 떨어져 있고, 기전력이 ε인 건전지가 연결되어 있다. 금속판 사이의 거리를 2d로 증가시킬 때 다음 중 옳은 것은?

  1. 금속판에 대전된 전하량이 반으로 준다.
  2. 전기용량은 변화없다.
  3. 두 금속판 사이의 전위차가 반으로 준다.
  4. 금속판 사이의 전기장의 세기는 변화없다.
(정답률: 66%)
  • 건전지가 연결되어 있어 전위차 $V$는 일정합니다. 평행판 축전기의 전기용량 $C$는 판 사이의 거리 $d$에 반비례하므로, 거리가 $2d$로 증가하면 전기용량은 $\frac{1}{2}$로 감소합니다. 이때 전하량 $Q = CV$ 관계에 의해 전하량 또한 반으로 줄어듭니다.

    오답 노트
    전기용량은 변화없다: 거리에 반비례하여 감소함
    두 금속판 사이의 전위차가 반으로 준다: 건전지가 연결되어 전위차는 일정함
    금속판 사이의 전기장의 세기는 변화없다: $E = \frac{V}{d}$이므로 거리가 늘어나면 세기는 감소함
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14. 마찰을 무시할 수 있는 수평한 얼음판 위에 질량이 M인 썰매가 정지해 있다. 질량이 m인 사람이 속력 v로 뛰어가다가 썰매 위에 올라타서 썰매와 하나가 되어 움직인다고 하자. 사람이 올라탄 후 썰매의 속력은?

(정답률: 67%)
  • 외부 힘이 작용하지 않는 수평면 위에서 사람이 썰매에 올라타는 상황이므로, 운동량 보존 법칙을 적용하여 풀이합니다.
    ① [기본 공식] $mv = (m + M)V$
    ② [숫자 대입] $V = \frac{mv}{m + M}$
    ③ [최종 결과] $V = \frac{m}{m + M}v$
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15. 그림과 같이 큰 수조와 작은 수조 사이에 물을 채웠다. 이때 작은 수조의 바닥에 작은 구멍이 생겼다면 구멍을 통해 들어오는 물줄기의 속력은? (단, 중력가속도 g=10m/s2이다.)

  1. 10√5 m/s
  2. 5√10 m/s
  3. √10 / 2 m/s
  4. √10 / 4 m/s
(정답률: 49%)
  • 토리첼리의 정리에 의해 구멍을 통해 나오는 물줄기의 속력은 수면으로부터 구멍까지의 높이 차이에 의해 결정됩니다. 에서 수면과 구멍 사이의 높이 차 $h$는 $12.5 \text{ cm} - 10 \text{ cm} = 2.5 \text{ cm} = 0.025 \text{ m}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $v = \sqrt{2gh}$ 속력 = $\sqrt{2 \times \text{중력가속도} \times \text{높이차}}$
    ② [숫자 대입] $v = \sqrt{2 \times 10 \times 0.025}$
    ③ [최종 결과] $v = \sqrt{0.5} = \frac{\sqrt{10}}{2} \text{ m/s}$
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16. 어떤 물체가 일정한 속력으로 운동하고 있을 때, 다음 중에서 옳은 것은?

  1. 평균속력과 순간속력이 항상 같다.
  2. 순간속력은 항상 0이다.
  3. 평균속력은 항상 0이다.
  4. 순간속력이 평균속력보다 크다.
(정답률: 86%)
  • 일정한 속력으로 운동하는 등속 직선 운동의 경우, 어느 순간의 속력(순간속력)이 전체 구간의 평균 속력(평균속력)과 항상 동일합니다.

    오답 노트
    순간속력은 항상 0이다: 정지 상태가 아니므로 틀림
    평균속력은 항상 0이다: 이동 거리가 있으므로 틀림
    순간속력이 평균속력보다 크다: 속력이 일정하므로 두 값은 같음
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17. 등속 원운동하는 물체의 속력을 2배로 증가시키면 구심력의 크기는?

  1. 2배로 증가한다.
  2. 4배로 증가한다.
  3. 8배로 증가한다.
  4. 16배로 증가한다.
(정답률: 79%)
  • 구심력은 물체의 속력의 제곱에 비례합니다. 따라서 속력이 2배가 되면 구심력은 $2^2$배인 4배로 증가하게 됩니다.
    ① [기본 공식] $F = \frac{mv^2}{r}$ 구심력 = (질량 × 속력의 제곱) / 반지름
    ② [숫자 대입] $F' = \frac{m(2v)^2}{r}$
    ③ [최종 결과] $F' = 4 \times \frac{mv^2}{r} = 4F$
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18. 질량이 일정한 어떤 물체의 속력이 1/2배로 감소했을 때 운동량은?

  1. 1/8배로 감소한다.
  2. 1/4배로 감소한다.
  3. 1/2배로 감소한다.
  4. 변함이 없다.
(정답률: 66%)
  • 운동량은 물체의 질량과 속력의 곱에 비례합니다. 질량이 일정할 때 속력이 $1/2$배로 감소하면 운동량 또한 속력에 비례하여 $1/2$배로 감소합니다.
    ① [기본 공식] $P = mv$ 운동량 = 질량 × 속력
    ② [숫자 대입] $P' = m \times \frac{1}{2}v$
    ③ [최종 결과] $P' = \frac{1}{2}P$
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19. 무게 30kN의 승강기가 올라가고 있다. 승강기가 일정한 가속도 2.0m/s2으로 올라갈 때 승강기 줄의 장력은? (단, 중력가속도 g=10m/s2이다.)

  1. 24kN
  2. 28kN
  3. 32kN
  4. 36kN
(정답률: 69%)
  • 가속 운동하는 승강기 내부의 물체에 작용하는 겉보기 무게(장력)는 중력과 가속도에 의한 관성력이 합쳐진 결과입니다. 위쪽으로 가속될 때는 중력가속도에 가속도를 더해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $T = m(g + a)$ 장력 = 질량 × (중력가속도 + 가속도)
    ② [숫자 대입] $T = 30 \times (10 + 2.0)$
    ③ [최종 결과] $T = 36 \text{ kN}$
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20. 저항 6.0Ω의 도선을 잡아당겨서 길이를 4배로 늘였다. 도선 물질의 비저항이나 밀도가 변하지 않는다고 가정할 때 늘어난 도선의 저항은?

  1. 24Ω
  2. 40Ω
  3. 54Ω
  4. 96Ω
(정답률: 66%)
  • 도선의 길이를 늘리면 길이는 증가하고 단면적은 감소하여 저항이 급격히 증가합니다. 부피가 일정할 때 길이가 $n$배 되면 단면적은 $1/n$배가 되어 저항은 $n^2$배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $R = \rho \frac{L}{A}$ 저항
    ② [숫자 대입] $R' = 6.0 \times 4^2$
    ③ [최종 결과] $R' = 96\Omega$
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