• 과학탐구 영역 (물리I)•

정 답

1	④	2	③	3	⑤	4	⑤	5	①
6	③	7	④	8	③	9	①	10	④
11	②	12	③	13	②	14	⑤	15	⑤
16	①	17	⑤	18	②	19	②	20	④

해 설

1. [출제의도] 특수 상대성 이론의 기본 원리를 이해한다.

[해설] 철수: 광속 불변의 법칙에 따라 두 경우 광속은 같다.

민수: 특수 상대성 이론에 의한 시간 지연이다.

[오답풀이] 영희: 운동법칙은 관찰자의 운동상태와 관계없이 동일하게 적용되나 운동상태는 다르게 보인다.

2. [출제의도] 충격량과 운동량의 관계를 이해한다.

[해설] ㄱ. 운동량 보존의 법칙

[eqn: m_{ rm A } v_{ rmA } +m_{ rmB } v_{ rmB }=m _{rm A it} v _{rm A it} prime][eqn: +m _{rm B it} v _{rm B it} prime]에서

[eqn: (2 + 1 )TIMES 4 = 2 times2 + 1 times v]이다. 따라서, [eqn: v= 8(m/s)]이다.

ㄴ. 분리되는 과정에서 B가 받은 충격량의 크기는 B의 운동량의 변화량과 같으므로 [eqn: I_B = Delta p]이다. 따라서, B가 받은 충격량의 크기는 4 N·s이다.

(다른 풀이) A와 B가 받은 충격량의 크기는 같으므로 B의 충격량은 A의 운동량 변화량과 같다.

[오답풀이] ㄷ. 분리되는 과정에서 용수철의 탄성에너지가 운동에너지로 전환되므로 전체 운동에너지는 증가한다.

3. [출제의도] 만유인력을 이해한다.

[해설] ㄱ. 사과와 달에 작용하는 힘은 모두 만유인력이다.

ㄴ. 원운동의 경우 운동 방향과 구심력의 방향은 수직이다.

ㄷ. 사과와 달에 작용하는 합력의 방향은 지구 중심방향이다.

4. [출제의도] 역학적 에너지 보존을 물체의 운동에 적용한다.

[해설] ㄱ. 역학적 에너지 보존 법칙에 의해 같은 높이에서 떨어진 두 쇠구슬의 속력은 같다.

ㄴ. (가)가 (나)보다 평균속력이 더 크므로 (가)에서가 (나)에서보다 시간이 더 짧게 걸린다.

(다른 풀이) 시간-속력 그래프에서 내부면적이 같아지기 위해서는 (가)가 (나)보다 시간이 짧아야 한다.	[eqn: t] [eqn: v] [eqn: rm(가)] [eqn: rm(나)]

ㄷ. 마찰에 의한 에너지 손실이 없다면 역학적 에너지는 항상 보존된다.

5. [출제의도] 허블의 법칙을 이해하고 그래프를 분석한다.

[해설] 그래프에서 후퇴 속도는 거리에 비례하므로 거리가 멀수록 후퇴 속도는 빠름을 알 수 있다. 따라서 우주는 팽창하고 있다.

[오답풀이] ㄷ. 후퇴속도와 거리와의 관계는 [eqn: v=Hr]으로 나타낼 수 있고, 우주의 나이는 [eqn: 1 over H]이다. 따라서 그래프에서 직선의 기울기는 [eqn: {1} over {우주의`````나이}]이다.

6. [출제의도] 기본입자 표준모형을 이해한다.

[오답풀이] ㄷ. 글루온은 쿼크들 사이의 강한 상호 작용력을 매개하는 입자이며, 중력을 매개하는 입자인 중력자는 아직 발견되지 않았다.

7. [출제의도] 도체, 부도체, 반도체를 온도에 따른 비저항과 에너지띠로 구분한다.

[해설] 도체인 경우는 온도가 증가함에 따라 비저항이 증가하고 원자가띠와 전도띠가 가깝다. 반도체와 부도체는 온도가 증가할수록 비저항이 감소하며, 원자가띠와 전도띠 사이의 간격은 부도체가 가장 크다.

8. [출제의도] 수소 원자의 에너지 준위를 이해한다.

[해설] ㄴ. 전자의 에너지 준위는 불연속적이다.

ㄷ. 양자수가 커질수록 에너지 준위의 간격이 좁아진다.

[오답풀이] ㄱ. 전자가 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 전이하면 에너지가 방출된다.

9. [출제의도] 파동의 속도에 영향을 주는 요인을 이해한다.

[해설] ㄱ. 초음파의 속도는 [eqn: v= f lambda]이므로, 물에서의 초음파 속도 [eqn: v]는

[eqn: 50,000(rm Hz) times 0.03(rm m) = 1,500(rm m/s)]이다. 따라서, 물고기 떼까지의 거리 [eqn: s]는

[eqn: s= vt over 2 = {(1500 times 0.2)} over2 = 150(rm m)]이다.

[오답풀이] ㄴ, ㄷ. 파동의 속도는 매질에 의해 결정되므로 진동수에 관계없이 속력은 같다. 따라서 파동이 반사되어 되돌아오는 시간은 일정하다.

10. [출제의도] 전자기유도 현상을 이해한다.

[해설] ㄴ. [eqn: V=B`l`v]로 같은 두 저항에 걸리는 전압이 같고 저항값이 같으므로 같은 전류가 흐른다.

ㄷ. 자기력의 방향은 항상 운동을 방해하는 방향으로 작용한다.

[오답풀이] ㄱ. 렌츠의 법칙에 의해 지면에서 나오는 방향으로 유도자기장이 형성되므로 유도전류는 반시계 방향으로 흐른다.

11. [출제의도] 정전기유도 현상을 이해한다.

[해설] ㄱ, ㄴ. 정전기 유도에 의해 (-)전하로 대전된 대전체를 금속에 가까이 하면 금속 내부의 (-)전하는 대전체에서 가장 멀리 떨어진 쪽으로 이동한다.

[오답풀이] ㄷ. 금속박 검전기가 (+)전하로 대전되어 있으므로, 같은 종류의 전하로 대전된 대전체를 금속판에 가까이 하면 금속박은 더 벌어지게 된다.

12. [출제의도] 안테나의 원리를 이해한다.

[해설] ㄱ. 전기장의 방향은 (+) → (-)이므로 전자는 전기장의 반대 방향으로 운동한다.

[오답풀이] ㄴ. 전자기파를 이루는 전기장이 시간에 따라 방향이 바뀌므로 안테나 속의 전자의 운동 방향도 시간에 따라 바뀌게 된다.

13. [출제의도] LCD의 기본 원리를 이해한다.

[해설] ㄷ. (나)는 전압이 걸린 상태로 액정이 전기장에 따라 배열되면서 뒤틀리지 않아 수직으로 편광된 빛이 차단되는 경우이다.

14. [출제의도] 광량자설을 통하여 광전효과를 이해한다.

[해설] ㄱ. 한계 진동수란 빛이 금속판에 입사되어 광전자가 방출되기 위한 빛의 최소 진동수로, c가 가장 크다.

ㄷ. 진동수 [eqn: 3 TIMES 10 ^{15} rm Hz]는 세 가지 금속의 한계 진동수보다 큰 진동수이므로 모든 금속에서 광전자가 방출된다.

15. [출제의도] 교류회로에서 공진 주파수를 이해한다.

[해설] 회로의 주파수를 변화시킬 때, 특정한 주파수(공진 주파수, [eqn: f_0])에서 전류가 최댓값을 가진다.

16. [출제의도] 하드 디스크의 정보 저장 원리를 이해한다.

[해설] 하드 디스크 표면에는 강자성체가 입혀져 있고, 헤드에 감겨 있는 코일에 전류가 흐르면 헤드 주위에는 앙페르 법칙에 의해 발생된 자기장에 의해 강자성체를 자화(재배열)시켜 정보를 저장한다.

17. [출제의도] 변압기의 원리를 이해한다.

[해설] ㄷ. 교류의 경우 전압을 n배 높이면 송전선에서의 손실전력은 [eqn: {1} over {n ^{2}}]로 줄어든다.

[오답풀이] ㄴ. 에너지 손실이 없다면, 에너지 보존 법칙에 의해 1차 코일에 공급되는 전력은 2차 코일에 유도되는 전력과 같다.

18. [출제의도] 태양 전지의 원리를 이해한다.

[해설] ㄱ. 빛을 받을 때 태양전지 내부에서 이동하는 (A)는 전자이고, (B)는 양공이다.

[오답풀이] ㄴ. 외부회로에서 n형 반도체는 (-)극이고 p형 반도체는 (+)극이다.

ㄹ. 양공은 외부 회로를 통해 p형 반도체로부터 n형 반도체로 이동한다.

19. [출제의도] 핵융합과 핵분열반응에서 핵에너지 생성 원리를 이해한다.

[해설] ② 핵반응 후 질량 결손만큼 에너지를 발생한다.(질량-에너지 동등성, [eqn: E = Deltam c^2])

⑤ [eqn: {핵반응```생성```에너지} over {반응 ```물질의```질량수}]를 비교해야 하므로, (가)에서는 핵자당 약 3～4MeV, (나)에서는 핵자당 약0.8～0.9MeV 정도의 에너지가 발생된다.

20. [출제의도] RFID의 원리를 이해한다.

[오답풀이] ㄷ. 리더에서 송신한 전자기파를 에너지원으로 하여 신호를 전송할 수 있는 태그도 있으므로 반드시 태그 자체의 전원이 필요한 것은 아니다.