9급 국가직 공무원 과학 필기 기출문제복원 (2014-04-19)

9급 국가직 공무원 과학
(2014-04-19 기출문제)

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1. 다음 그림은 자극에 대한 반응 경로를 나타낸 것이다. 어떤 사람이 압정을 밟았을 때 무의식적으로 발을 떼는 행동에 대한 경로로 옳은 것은?

  1. A → B → G
  2. A → B → F → E
  3. A → C → D → E
  4. A → C → D → E → F → G
(정답률: 알수없음)
  • 압정을 밟았을 때 발을 떼는 행동은 무의식적인 반응이므로, 경로는 주로 척추신경계를 따라 일어난다. 따라서, 정답은 "A → B → G"이다. A는 자극을 받은 신경세포, B는 중추신경계의 전달신호를 받아 신경근육절편을 일으키는 신경세포, G는 근육이 수축하여 발을 떼는 곳이다. F와 E는 중간에 있는 신경세포로, 이들을 거치는 것은 반응 속도를 늦추는 역할을 할 뿐 필수적이지는 않다. C와 D는 감각신경과 관련된 경로이므로, 이 반응과는 직접적인 연관이 없다.
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2. 다음 그림은 100개 이상의 아미노산으로 구성된 어떤 폴리펩타이드의 구조이다. 이 폴리펩타이드에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 펩타이드 결합으로 연결되어 있다.
  2. ㉠은 아미노기, ㉡은 카복시기이다.
  3. 아미노산의 배열에 따라 기능이 결정된다.
  4. 소화효소에 의해 아미노산으로 분해되면 물이 생성된다.
(정답률: 알수없음)
  • "소화효소에 의해 아미노산으로 분해되면 물이 생성된다."라는 설명은 옳은 설명입니다. 폴리펩타이드는 펩타이드 결합으로 연결된 아미노산의 연속체입니다. 아미노산은 ㉠ 아미노기와 ㉡ 카복시기로 이루어져 있으며, 이 두 기능성기가 펩타이드 결합으로 결합됩니다. 폴리펩타이드의 아미노산 배열에 따라서는 폴리펩타이드의 기능이 결정됩니다. 소화효소는 폴리펩타이드를 아미노산으로 분해하는 작용을 합니다. 이때, 펩타이드 결합이 끊어지면서 물 분자가 반응에 참여하여 아미노산과 수소이온(H+)이 생성됩니다. 따라서 "소화효소에 의해 아미노산으로 분해되면 물이 생성된다."는 설명이 옳습니다.
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3. 다음은 골격근에 있는 근육 원섬유 마디의 수축 전 모습을 나타낸 모식도이다. 근육이 수축할 때 일어나는 현상에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. ATP는 사용되지 않는다.
  2. H대와 I대의 길이는 변하지 않는다.
  3. 마이오신과 액틴의 길이가 줄어든다.
  4. 마이오신과 액틴의 겹치는 부위가 늘어난다.
(정답률: 알수없음)
  • 근육 수축 시, 근육 원섬유 안의 마이오신과 액틴이 서로 겹쳐져서 줄어들게 되는데, 이때 겹치는 부위가 늘어나면서 근육이 수축하게 된다. 따라서 "마이오신과 액틴의 겹치는 부위가 늘어난다."가 옳은 설명이다.
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4. 다음은 어떤 동물의 털색 유전에 대한 자료이다. 유전자형이 AaDd인 두 개체를 교배시켜 충분한 수의 자손을 얻는다면 그 자손들 중 표현형이 노란색인 개체의 비율은? (단, 소수점 이하는 반올림한다)

  1. 25%
  2. 33%
  3. 50%
  4. 75%
(정답률: 알수없음)
  • AaDd 유전자형은 각각 A와 D 유전자가 한 쌍씩 존재하는 것을 의미한다. 이 두 유전자는 각각 털색의 양 끝단에 위치하고 있으며, 중간에는 다른 유전자들이 위치하고 있다. 따라서 A와 D 유전자가 모두 존재해야 노란색 털이 나타난다. A와 D 유전자가 모두 존재할 확률은 각각 1/2이므로, 이 두 유전자가 모두 존재할 확률은 1/2 × 1/2 = 1/4이다. 따라서 표현형이 노란색인 개체의 비율은 25%이다.
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5. 다음 그림은 어떤 지역에서 생태계 평형이 일시적으로 파괴 되었다가 회복되는 것을 영양단계별 개체수의 변화과정으로 나타낸 것이다. 이 생태계에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 어류 개체수가 증가한 이유는 식물성 플랑크톤의 개체수가 증가하여 그것을 먹이로 하는 어류의 생존율이 높아졌기 때문이다. (O)
    - 식물성 플랑크톤 개체수가 증가한 이유는 먹이 원으로부터의 영양분 공급이 증가하여 생존율이 높아졌기 때문이다. (O)
    - 어류 개체수가 감소한 이유는 식물성 플랑크톤 개체수가 감소하여 그것을 먹이로 하는 어류의 생존율이 낮아졌기 때문이다. (O)
    - 식물성 플랑크톤 개체수가 감소한 이유는 먹이 원으로부터의 영양분 공급이 감소하여 생존율이 낮아졌기 때문이다. (X)

    정답: "ㄴ"
    식물성 플랑크톤 개체수가 감소한 이유는 먹이 원으로부터의 영양분 공급이 감소한 것이 아니라, 초식성 동물의 개체수가 증가하여 그것을 먹이로 하는 식물성 플랑크톤의 개체수가 감소한 것이다.
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6. 해수면으로부터 500m 높이에서 어떤 물체가 공기 저항을 받으며 낙하한다. 해수면에 도달하는 순간 이 물체의 속력이 20m/s였다. 이 물체의 초기 총 역학적 에너지에 대한 공기 저항에 의해 손실된 역학적 에너지의 비율은? (단, 위치에너지의 기준점은 해수면으로 하며 중력가속도는 10m/s2이다)

  1. 60%
  2. 64%
  3. 80%
  4. 96%
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 운동 에너지와 위치 에너지의 보존 법칙을 이용하여 풀 수 있다.

    초기 운동 에너지 = 1/2mv^2
    초기 위치 에너지 = mgh

    여기서 m은 물체의 질량, v는 물체의 속력, g는 중력 가속도, h는 물체의 높이를 나타낸다.

    물체가 해수면에 도달할 때, 운동 에너지와 위치 에너지의 합은 초기 값과 같아야 한다. 그러나 이 문제에서는 공기 저항에 의해 일부 에너지가 손실된다. 따라서, 초기 총 역학적 에너지에서 손실된 역학적 에너지의 비율을 구해야 한다.

    공기 저항에 의해 손실된 역학적 에너지는 다음과 같이 구할 수 있다.

    손실된 역학적 에너지 = 초기 총 역학적 에너지 - 최종 총 역학적 에너지

    최종 총 역학적 에너지는 물체가 해수면에 도달할 때의 운동 에너지와 위치 에너지의 합이다. 위치 에너지의 기준점은 해수면으로 정했으므로, 최종 위치 에너지는 0이 된다.

    따라서, 최종 총 역학적 에너지 = 1/2mv^2

    손실된 역학적 에너지 = 초기 총 역학적 에너지 - 최종 총 역학적 에너지
    = mgh - 1/2mv^2

    따라서, 손실된 역학적 에너지의 비율은 다음과 같다.

    손실된 역학적 에너지의 비율 = (손실된 역학적 에너지 / 초기 총 역학적 에너지) x 100%
    = ((mgh - 1/2mv^2) / (mgh)) x 100%

    m, g, h는 모두 상수이므로, 비율을 구할 때는 v의 값만 고려하면 된다. 따라서, 비율은 다음과 같다.

    손실된 역학적 에너지의 비율 = (h - 1/2v^2/g) / h x 100%

    물체가 해수면에 도달할 때의 속력은 20m/s이므로, 비율을 계산하면 다음과 같다.

    손실된 역학적 에너지의 비율 = (500 - 1/2 x 20^2 / 10) / 500 x 100%
    = 96%

    따라서, 정답은 "96%"이다.
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7. 다음 그림은 빛이 공기 중에서 물로 진행하는 모습을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, i와 r은 각각 입사각과 굴절각을 나타내며 i ＞ r 이다)

  1. 굴절된 후 빛의 파장은 더 짧아진다.
  2. 입사각이 커지면 굴절각은 작아진다.
  3. 굴절된 후에도 빛의 속력은 일정하다.
  4. 물의 굴절률이 공기의 굴절률보다 작다.
(정답률: 알수없음)
  • 빛의 속력은 공기와 물에서 모두 다르기 때문에, 빛이 물로 굴절될 때는 속력이 바뀌게 된다. 이때 빛의 파장은 속력과 반비례하기 때문에, 빛이 물로 굴절될 때 파장이 더 짧아지게 된다. 이는 빛의 색깔이 바뀌는 현상으로 관찰될 수 있다.
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8. 부피 V인 용기에 담겨있는 N개의 단원자 분자로 이루어진 이상기체가 온도 T일 때 압력이 P였다. 같은 온도에서 2N개의 동일한 이상기체가 부피 V/2 인 용기에 담겨있을 때 압력은?

  1. P/2
  2. P
  3. 2P
  4. 4P
(정답률: 알수없음)
  • 같은 온도에서 이상기체의 압력은 부피와 분자수에 비례한다는 보일의 법칙에 따라, 부피가 반으로 줄어들었으므로 압력은 2배가 된다. 또한 이상기체의 압력은 분자의 운동에 의해 결정되는데, 분자수가 2배가 되었으므로 압력은 다시 2배가 된다. 따라서 압력은 원래의 2배인 2P가 되고, 이에 2배를 한 4P가 정답이 된다.
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9. 서로 다른 저항 R1과 R2에 대해 각각 전류－전압 특성을 측정하였을 때 다음과 같은 결과를 얻었다. 동일한 전압일 때 각 저항에서 소모되는 전력의 비 P1 : P2는?

  1. 2 : 1
  2. 3 : 1
  3. 4 : 1
  4. 9 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 전력은 전압과 전류의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 따라서 동일한 전압에서 P1과 P2의 비는 전류의 제곱에 비례합니다. 그래프에서 R1과 R2의 기울기는 각각 전류와 전압의 비이므로, 전류의 제곱은 각각 (전압/ R1)2와 (전압/ R2)2입니다. 따라서 P1 : P2는 (전압/ R1)2 : (전압/ R2)2로 나타낼 수 있습니다. 이를 정리하면 P1 : P2 = R22 : R12입니다. 따라서 R1과 R2의 값에 따라 P1 : P2의 비가 결정됩니다. 그래프에서 R1 = 2, R2 = 1일 때, P1 : P2 = 12 : 22 = 1 : 4이므로 정답은 "4 : 1"입니다.
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10. 우주비행사가 0.8c의 일정한 속력으로 지구로부터 12광년 떨어져 있는 어떤 별까지 여행을 떠났다. 지구를 출발하여 이 별에 도착할 때까지 우주비행사가 측정한 여행 시간은? (단, c는 진공 중에서 빛의 속력이다)

  1. 6년
  2. 9년
  3. 12년
  4. 15년
(정답률: 알수없음)
  • 우주비행사가 0.8c의 속력으로 이동하므로 상대적으로 시간이 느리게 흐른다는 상대성 이론에 따라 지구에서 측정하는 시간보다 더 짧은 시간이 흐른다. 이를 시간 비율이라고 하면, 시간 비율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    시간 비율 = 1 / √(1 - v^2/c^2)

    여기서 v는 비행사의 속력, c는 빛의 속력이다. 따라서 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    시간 비율 = 1 / √(1 - 0.8^2)

    시간 비율 = 1 / √(0.36)

    시간 비율 = 1 / 0.6

    시간 비율 = 1.67

    즉, 비행사가 측정한 여행 시간은 지구에서 측정하는 시간의 1.67배이다. 따라서 12광년을 이동하는데 걸리는 시간은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    12광년 / 0.8c = 15년

    하지만 비행사가 측정한 시간은 이보다 1.67배 짧으므로, 실제로는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    15년 / 1.67 = 9년

    따라서 비행사가 측정한 여행 시간은 9년이다.
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11. 가스 하이드레이트(A)와 망가니즈 단괴(B)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. A는 화석 연료를 대체할 친환경 에너지 자원이다.
  2. B는 구리, 니켈, 코발트 등을 함유하고 있는 광물 자원이다.
  3. A는 개발과 이용 과정에서 메테인(CH4)을 대량으로 방출할 수 있다.
  4. A는 저온 고압 환경에서 생성되고, B는 심해저에서 매우 느리게 성장한다.
(정답률: 알수없음)
  • "A는 개발과 이용 과정에서 메테인(CH4)을 대량으로 방출할 수 있다."가 옳지 않은 설명입니다.

    가스 하이드레이트는 저온 고압 환경에서 생성되는 친환경적인 에너지 자원으로, 수많은 메테인 분자가 얼음 구조 안에 포집되어 있습니다. 따라서 가스 하이드레이트를 추출하면 메테인을 얻을 수 있습니다. 그러나 이 과정에서 메테인이 대량으로 방출될 가능성이 있기 때문에 환경 문제가 우려됩니다.

    망가니즈 단괴는 구리, 니켈, 코발트 등을 함유하고 있는 광물 자원으로, 심해저에서 매우 느리게 성장합니다.
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12. 다음 그림은 엘니뇨가 발생했을 때 (가)와 (나) 지역 사이의 대기 순환과 표층해수의 이동방향을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • - (ㄴ) 지역에서는 엘니뇨로 인해 대기가 상승하고, 이에 따라 바람이 북쪽으로 흐르게 되어 표층해수가 서쪽으로 이동한다.
    - (ㄷ) 지역에서는 엘니뇨로 인해 대기가 하강하고, 이에 따라 바람이 남쪽으로 흐르게 되어 표층해수가 동쪽으로 이동한다.
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13. 다음 그림은 해저면의 변위에 의해 발생한 지진해일(쓰나미)을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄷ, ㄹ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • - 해저면의 변위가 발생하면 지진파가 발생한다. (ㄱ)
    - 지진파가 바다 위를 통과하면서 파동이 발생하고, 이로 인해 쓰나미가 발생할 수 있다. (ㄴ)
    - 쓰나미는 일반적인 파와는 달리 파장이 길고 파고가 크며, 속도가 매우 빠르다. (ㄹ)
    - 따라서, 해저면의 변위가 발생하면 지진파와 쓰나미 발생 가능성이 있다. (ㄱ, ㄴ, ㄹ)
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14. 다음 그림은 남극 빙하를 시추하여 알아낸 과거 45만년 동안의 대기 중 이산화탄소(CO2) 농도 변화와 지구 평균 기온의 변화를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (기온 편차＝과거 평균 기온－현재 평균 기온)

  1. 대기 중 이산화탄소 농도가 높아지면 온실 효과가 증가한다.
  2. 기온 변화는 빙하 속의 탄소 동위원소 비를 이용하여 알아낼 수 있다.
  3. 기온 편차 변화와 이산화탄소 농도 변화는 대체로 비슷한 경향을 보인다.
  4. 이산화탄소 농도 변화는 빙하 속에 들어 있는 기포를 이용하여 알아낼 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • "기온 변화는 빙하 속의 탄소 동위원소 비를 이용하여 알아낼 수 있다."는 옳은 설명이다. 이는 빙하 안쪽에 존재하는 공기 중에는 대기 중 이산화탄소 농도와 기온 변화에 영향을 받지 않는 고정된 탄소 동위원소 비가 존재하기 때문이다. 이를 분석하여 과거의 기온 변화를 추적할 수 있다.
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15. 다음 그림은 별의 질량을 기준으로 이론적으로 계산한 생명가능지대를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 별과 행성들의 크기는 실제 비례와 맞지 않다)

  1. 화성은 물이 고체 상태로 존재하기 때문에 생명가능지대이다.
  2. 중심별의 질량이 클수록 생명가능지대는 중심별에서 더 멀어진다.
  3. 지구는 태양계에서 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 유일한 행성이다.
  4. 금성은 태양과의 거리가 너무 가깝기 때문에 물이 액체 상태로 존재하지 못한다.
(정답률: 알수없음)
  • "화성은 물이 고체 상태로 존재하기 때문에 생명가능지대이다."라는 설명은 옳지 않습니다. 생명이 존재하기 위해서는 물이 액체 상태로 존재해야 하기 때문입니다. 따라서, 화성은 생명가능성이 있는 행성이지만, 물이 액체 상태로 존재하지 않기 때문에 생명가능지대에 포함되지 않습니다.
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16. 그림 (가)는 용광로에서 철광석으로부터 철을 얻는 과정이고, (나)는 용광로에서 일어나는 몇 가지 화학반응을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 반응 ㉠은 코크스(C)의 불완전 연소 반응이다.
  2. 반응 ㉡에서 CO는 산화제로 작용한다.
  3. 슬래그(CaSiO3)의 밀도가 용융된 철의 밀도보다 크다.
  4. 반응 ㉠∼㉣은 모두 산화－환원 반응이다.
(정답률: 알수없음)
  • 반응 ㉠에서 코크스(C)는 산소가 충분하지 않아 불완전 연소를 일으키며, 이로 인해 생성된 CO와 함께 열을 발생시켜 철광석을 화학적으로 환원시키는 역할을 한다. 따라서 "반응 ㉠은 코크스(C)의 불완전 연소 반응이다."라는 설명이 옳다.
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17. 다음은 프로페인(C3H3) 기체의 연소 반응에 대한 화학 반응식이다. 이에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고르면? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이고 a와 b는 화학 반응식의 계수이다)

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ. 이 반응식은 프로페인과 산소가 반응하여 이산화탄소와 물이 생성되는 연소 반응식이다. 이 반응식에서 산소(O2)의 계수는 5이다. 이는 반응식에서 산소가 필요한 양만큼 충분히 공급되어야 한다는 것을 의미한다.
    - ㄷ. 이 반응식에서 생성되는 이산화탄소와 물의 분자 수는 각각 4개와 4개이다. 이는 반응식에서 소비되는 프로페인과 산소의 분자 수와 같다. 따라서 이 반응식은 질량 보존의 법칙을 따른다.
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18. 다음은 산화－환원 반응과 관련된 실험이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. (가) 실험에서 A는 환원된다.
  2. (가) 실험에서 수소 기체 1몰이 생성될 때 이동한 전자는 1몰이다.
  3. (나) 실험에서 전자는 A 이온에서 B로 이동한다.
  4. B는 수소보다 산화되기 쉽다.
(정답률: 알수없음)
  • 이 실험에서 A는 B보다 산화되기 쉽습니다. 이는 (가) 실험에서 A가 환원되는 것으로 확인할 수 있습니다. 산화-환원 반응에서 산화되는 물질은 전자를 받아들이고, 환원되는 물질은 전자를 내보냅니다. 따라서 A가 환원되면, B는 산화되어 전자를 받아들인 것입니다. 이는 B가 수소보다 산화되기 쉽다는 것을 의미합니다.
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19. 다음 그림은 원자 모형의 변천 과정을 순서대로(A→B→C→D→E) 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. A에서 B는 전자의 발견 때문이다.
  2. B에서 C는 원자핵의 발견 때문이다.
  3. D 원자 모형은 수소원자의 선 스펙트럼을 잘 설명할 수 있다.
  4. D에서 E는 양성자의 발견 때문이다.
(정답률: 알수없음)
  • D에서 E는 양성자의 발견 때문이 아니라, 전자의 위치를 정확히 알 수 없다는 불확정성 원리에 대한 이해로 인해 원자 모형이 수정되었다는 것이 옳은 설명이다. D 원자 모형은 수소원자의 선 스펙트럼을 잘 설명할 수 있지만, 전자의 위치를 정확히 알 수 없다는 불확정성 원리에 대한 이해가 없었기 때문에 수정되었다. A에서 B는 전자의 발견, B에서 C는 원자핵의 발견으로 원자 모형이 발전해왔다.
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20. 다음은 어떤 분자의 특성을 나타낸 것이다. 이 특성을 모두 만족하는 분자는?

  1. NH3
  2. HCHO
  3. OF2
  4. HCN
(정답률: 알수없음)
  • 이 분자의 전자쌍 기하학적 형태는 "삼각평면"이며 분자의 국소전하는 "0"이다. 이러한 특성을 가진 분자는 분자간의 극성이 없으며, 국소전하가 0이므로 분자간의 인력도 약하다. 따라서 극성이 없고 인력이 약한 OF2가 이 특성을 모두 만족하는 분자이다.
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