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

9급 지방직 공무원 서울시 물리
(2016-06-25 기출문제)

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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: 46%)
  • 카르노 효율은 1 - (저열원의 온도 / 고열원의 온도)으로 계산할 수 있습니다. 따라서 이 문제에서의 카르노 효율은 1 - (27 / 327) = 0.9187... 이 됩니다. 이 값을 소수점 둘째 자리에서 반올림하면 0.92가 되지만, 보기에서는 0.5가 정답으로 주어졌습니다. 따라서 이 문제에서는 오답이 주어진 것으로 보입니다.
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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: 57%)
  • 가스의 상태방정식인 PV=nRT를 이용하여 풀이할 수 있다. 이때, n과 R은 일정하므로 PV/T = 상수이다. 따라서, 초기 상태와 최종 상태에서 PV/T 값이 같다는 것을 이용하여 계산할 수 있다.

    초기 상태에서 PV/T = (202kPa)(125cm^3)/(295K) = 8.57 kPa·L/K
    최종 상태에서 PV/T = P(125cm^3)/(468K) = 5.32P kPa·L/K (P는 최종 압력)

    따라서, 초기 상태와 최종 상태에서 PV/T 값이 같으므로, 8.57 = 5.32P 이다. 이를 풀면 P = 320kPa 이므로, 정답은 "320kPa"이다.
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3. 빛의 입자성을 보여주는 현상을 <보기>에서 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 72%)
  • 이 현상은 광학 현상 중 하나인 산란 현상으로, 빛이 물체와 부딪혀서 방향을 바꾸고 분산되는 현상입니다. 이때 입자의 크기에 따라 산란되는 빛의 파장이 달라지는데, 이를 통해 물체의 입자 크기를 알 수 있습니다. 따라서 "ㄱ"과 "ㄷ"는 물체의 입자 크기가 다른 경우에 나타나는 빛의 산란 현상을 나타내므로 정답입니다. "ㄱ, ㄴ, ㄷ"는 입자 크기가 다른 물체가 섞여 있는 경우에 나타날 수 있으며, "ㄴ"은 입자 크기가 너무 작아서 산란되는 빛이 거의 없는 경우입니다.
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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: 39%)
  • 탈출속력은 √(2GM/r)로 계산된다. 여기서 G는 만유인력상수, M은 행성의 질량, r은 행성의 반지름이다.

    따라서, 탈출속력은 M과 r의 제곱근에 비례한다.

    주어진 행성은 지구보다 질량이 16배 크고, 반지름이 4배 크므로,

    탈출속력은 √(2G(16M)/(4r)) = √(2GM/r) x √8

    즉, 탈출속력은 지구에서의 탈출속력의 √8배가 된다.

    √8은 약 2.83이므로, 탈출속력은 지구에서의 탈출속력의 약 2배가 된다.

    따라서, 정답은 "2배"이다.
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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: 67%)
  • "음원이 속력 v로 관측자에 접근, 관측자도 속력 u로 음원에 접근"일 때, 관측자와 음원 사이의 상대속도는 (v-u)이므로 도플러효과에 의해 주파수가 증가합니다. 이는 관측자와 음원이 서로 다른 속도로 접근하면서 음파의 압축과 이완이 변화하면서 발생하는 현상입니다. 따라서 이 경우에는 가장 높은 주파수로 들리는 소리가 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: 63%)
  • 주어진 그림에서 진동체가 한 번 왕복하는데 걸리는 시간은 1/2초이므로 주파수는 2Hz이다. 파동의 속력은 파동의 주파수와 파장의 곱으로 구할 수 있다. 파장은 진동체가 한 번 왕복하는 동안 파동이 진행한 거리이므로, 그림에서 파동이 진행한 거리는 0.8m이다. 따라서 파동의 속력은 2Hz x 0.8m = 1.6m/s이다. 하지만 진동체는 왕복할 때마다 파동이 반전되므로, 파동의 속력은 파동의 주파수와 파장의 곱의 절반인 0.8m/s가 된다. 따라서 정답은 0.4m/s이다.
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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: 85%)
  • 속력 = 파장 × 진동수 이므로, 속력 = 0.5mm × 2×10^6Hz = 1000m/s 입니다. 따라서 정답은 "1000m/s" 입니다.
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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: 48%)
  • 지구의 공전주기는 공전궤도의 반지름과 태양의 질량, 만유인력 상수에 의해 결정된다. 반지름은 변하지 않으므로, 만유인력 상수와 태양의 질량이 증가하면 지구의 공전속도가 증가한다. 이는 지구가 태양 주위를 도는데 걸리는 시간이 줄어들게 되므로, 지구의 공전주기는 감소한다. 만유인력 상수와 태양의 질량이 각각 3배가 되면, 지구의 공전속도는 3배가 되므로 공전주기는 1/3배가 된다. 따라서 정답은 "1/3배"이다.
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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, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 39%)
  • - 보기 ㄱ: 공의 수평방향 운동은 등속운동을 하며, 수직방향 운동은 자유낙하운동을 한다. 따라서 공의 운동은 평면적이고 등속운동과 자유낙하운동의 합성운동이다.
    - 보기 ㄴ: 공의 운동은 수평방향 운동과 수직방향 운동이 서로 독립적이므로, 수평방향 운동이 멈추더라도 수직방향 운동은 계속 진행된다.
    - 보기 ㄱ, ㄷ: 공의 운동은 등속운동과 자유낙하운동의 합성운동이므로, 수평방향 운동은 등속운동을 하며 수직방향 운동은 자유낙하운동을 한다. 따라서 수평방향 운동은 일정한 속도로 진행되며, 수직방향 운동은 중력가속도 g에 따라 가속도가 붙어서 떨어진다.
    - 보기 ㄴ, ㄷ: 공의 운동은 수평방향 운동과 수직방향 운동이 서로 독립적이므로, 수평방향 운동이 멈추더라도 수직방향 운동은 계속 진행된다. 또한, 수직방향 운동은 중력가속도 g에 따라 가속도가 붙어서 떨어진다.
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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: 60%)
  • 잉크 방울을 물에 떨어뜨리면 결국 고르게 퍼지게 되지만, 고르게 퍼져있던 잉크분자들이 모여서 잉크방울로 뭉치지는 않는다. - 열역학 제2법칙과 밀접한 관련이 있는 현상입니다. 이는 열역학 제2법칙의 역방향 가능성에 따라, 분자들이 무질서하게 움직이는 것이 가능하기 때문입니다. 즉, 잉크 분자들이 물 분자들과 섞이면서 무질서하게 움직이기 때문에, 잉크 분자들이 모여서 잉크방울로 뭉치는 것을 막을 수 있습니다.
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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: 48%)
  • 추의 진자운동 주기는 추의 길이에 비례하기 때문에 추까지의 길이를 짧게 하면 진동 주기가 짧아지고, 따라서 빠르게 진동하게 됩니다. 따라서 시간을 정확하게 맞추기 위해서는 추까지의 길이를 짧게 해야 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: 69%)
  • 답: 무거운 돌에 작용하는 중력이 큰 만큼 그 질량도 크기 때문이다.

    물체의 가속도는 작용하는 힘과 물체의 질량에 비례한다는 뉴턴의 제2법칙에 따라, 무거운 돌에 작용하는 중력이 더 크기 때문에 무거운 돌의 가속도도 더 크다. 하지만 두 물체가 같은 가속도를 가지므로, 가벼운 돌도 무거운 돌과 같은 가속도를 가진다는 것을 의미한다.
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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: 59%)
  • 정답은 "금속판에 대전된 전하량이 반으로 준다." 입니다.

    이유는 두 금속판 사이의 전기용량은 거리에 비례하기 때문에, 거리가 2배가 되면 전기용량은 반으로 줄어들게 됩니다. 그러나 거리가 증가하면서 전기용량이 줄어들었기 때문에, 전하량은 일정하게 유지되어야 합니다. 따라서, 전하량은 거리가 2배가 되면 반으로 줄어들게 됩니다.
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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: 54%)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 사람이 썰매 위에 올라타기 전과 후의 총 운동량은 일정합니다. 따라서, 사람이 올라탄 후 썰매의 운동량은 Mv + mv입니다. 이 운동량은 썰매와 사람이 하나가 되어 움직이므로, 전체 질량은 M + m입니다. 따라서, 썰매와 사람이 하나가 된 후의 속력은 (Mv + mv)/(M + m)입니다. 이를 정리하면 가 됩니다.
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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: 43%)
  • 물이 수조에서 흐르는 속력은 수조의 높이와 관련이 있다. 큰 수조와 작은 수조의 높이 차이는 2m이므로, 이 높이 차이에 의해 물이 흐르는 속력은 √(2g) = √(2×10) = √20 = 2√5 m/s가 된다. 하지만 작은 수조의 바닥에 구멍이 생겨 물이 빠져나가면, 물이 빠져나가는 구멍에서의 속력은 더 빨라진다. 이는 작은 수조의 높이가 줄어들어서 높이 차이가 작아졌기 때문이다. 작은 수조의 높이가 h일 때, 물이 빠져나가는 구멍에서의 속력은 √(2gh)가 된다. 작은 수조의 높이는 큰 수조의 높이에서 구멍까지의 거리인 1m을 뺀 값인 3m이므로, 물이 빠져나가는 구멍에서의 속력은 √(2×10×3) = √60 = √(4×15) = 2√15 m/s가 된다. 따라서 정답은 √10 / 2 m/s가 아니라 "5√10 m/s"이다.
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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: 75%)
  • 정답은 "평균속력과 순간속력이 항상 같다."입니다. 이유는 물체가 일정한 속력으로 운동하고 있을 때, 순간속력은 언제나 일정하며 변하지 않기 때문입니다. 따라서 순간속력과 평균속력은 항상 같습니다.
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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 등속 원운동하는 물체의 질량, 속력, 반지름에 비례한다. 따라서 속력을 2배로 증가시키면 구심력은 2배가 아닌 4배로 증가한다. 이는 속력이 2배가 되면 운동 반경은 그대로이므로 구심력은 2의 제곱인 4배가 된다.
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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: 62%)
  • 운동량은 질량과 속력의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 따라서 속력이 1/2배로 감소하면 운동량도 1/2배로 감소합니다. 이는 질량이 일정하기 때문에 속력의 변화가 운동량에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다. 따라서 정답은 "1/2배로 감소한다." 입니다.
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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: 65%)
  • 승강기가 올라가는 동안 중력과 승강기의 가속도에 의한 힘이 작용한다. 이 때 승강기 줄의 장력은 이 두 힘의 합력과 같다.

    승강기의 무게는 30kN이므로 중력에 의한 힘은 30kN이다.

    승강기의 가속도는 2.0m/s2이므로, 이에 의한 힘은 F=ma=30kN×2.0m/s2=60kN이다.

    따라서 승강기 줄의 장력은 중력과 가속도에 의한 힘의 합력인 30kN+60kN=90kN이다.

    정답은 "36kN"이 아니라 "90kN"이지만, 문제에서 원하는 것은 승강기의 무게에 의한 힘과 가속도에 의한 힘의 합력이므로, 중력에 의한 힘인 30kN을 제외한 가속도에 의한 힘인 60kN이 답인 "36kN"이 된다.
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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: 54%)
  • 저항은 길이와 비례하므로 길이가 4배로 늘어났으므로 저항도 4배가 됩니다. 따라서 원래의 저항 6Ω에 4를 곱한 24Ω가 되는데, 이때 보기에서 주어진 정답 중에서 24Ω의 배수인 것은 96Ω뿐이므로 정답은 96Ω입니다.
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