[9급 지방직 고졸경채 물리] 19년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

A는 X선과 가시광선 사이 영역인 자외선이므로 옳은 것은 ㄱ뿐이다.
그림에서 A는 가시광선보다 파장이 짧은 쪽에 있으므로 진동수와 에너지가 가시광선보다 크며, 살균·소독에 쓰인다.
ㄴ: 자외선은 파장이 가시광선보다 짧으므로 빨강 빛보다 진동수가 크다.
ㄷ: 열을 내는 물체에서 주로 방출되는 것은 가시광선보다 파장이 긴 쪽의 적외선이다.

점전하가 전기력선 방향으로 밀려가므로 P에서 Q로 가는 동안 전기력이 양(+)의 일을 하여 속력이 증가한다.
전기력선이 A에서 바깥으로 뻗어 나가므로 A는 양(+)전하이고, 가만히 놓은 점전하가 전기력선 방향(A에서 멀어지는 방향)으로 움직였으므로 점전하도 양(+)전하이다.
A가 음(－)전하라는 설명: 전기력선이 A에서 나가므로 A는 양(+)전하이다.
점전하가 음(－)전하라는 설명: 전기장 방향으로 힘을 받았으므로 양(+)전하이다.
P의 전기장이 Q보다 약하다는 설명: P가 A에 더 가까워 전기력선이 빽빽하므로 전기장은 P에서 더 세다.

송전선에서 열로 손실되는 전력은 1,600 W이다.
저항에서의 손실 전력은 전류의 제곱에 비례한다.
$P = I^2 R$
$P = (20\,\mathrm{A})^2 \times 4\,\mathrm{\Omega} = 400 \times 4$
$P = 1600\,\mathrm{W}$
800 W와 3,200 W는 각각 손실 전력의 절반과 두 배로, 전류의 제곱 관계를 잘못 적용한 값이다.
1,000 W는 $P = I^2 R$에 주어진 전류와 저항을 대입한 값과 맞지 않는다.

빛이 코어에만 갇혀 진행하려면 경계면에서 전반사가 일어나야 하므로 입사각은 임계각보다 커야 한다. 따라서 입사각이 임계각보다 작다는 설명이 옳지 않다.
전반사는 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 진행하고, 입사각이 임계각보다 클 때 일어난다.
코어의 굴절률이 클래딩보다 크다: 전반사 조건이므로 옳다.
경계면에서 전반사가 일어난다: 빛이 코어 밖으로 나가지 않으므로 옳다.
코어 속 빛의 속력이 진공보다 느리다: 굴절률이 1보다 큰 매질이므로 속력이 느려져 옳다.

철수가 볼 때 O에서 C까지 빛의 이동 시간은 시간 팽창으로 영희가 잰 값보다 길므로 ㄷ만 옳다.
영희에게 O→C 진행은 같은 장소에서 시작·끝나는 고유시간이고, 철수에게는 우주선이 움직이므로 빛이 비스듬히 더 먼 경로를 가서 시간이 더 걸린다.
ㄱ: 철수에게는 A가 빛 쪽으로 다가가고 B는 멀어지므로 빛이 A에 먼저 도달한다(동시성의 상대성).
ㄴ: 운동하는 우주선의 길이는 철수가 잴 때 길이 수축으로 더 짧다.

직사각형 도선을 지나는 자기 선속이 감소하는 ㄴ, ㄷ의 경우에 A → Ⓖ → B 방향 전류가 흐른다.
위쪽으로 흐르는 직선 전류의 오른쪽에 놓인 직사각형 도선에는 종이면에 들어가는 방향의 자기장이 지나간다. 이 선속이 줄면 유도 전류는 들어가는 방향 자기장을 만들려고 시계 방향으로 흐르고, 오른쪽 변에서는 위(A)에서 아래(B)로 흐른다.
ㄱ: 전류가 일정하면 선속 변화가 없어 유도 전류가 흐르지 않는다.
ㄴ: 전류가 감소하면 선속이 줄어 시계 방향, 즉 A → Ⓖ → B로 흐른다.
ㄷ: 도선에서 멀어지면 자기장이 약해져 선속이 줄므로 같은 방향으로 흐른다.

파셴 계열은 에너지가 작은 적외선 영역이므로 골격 사진(X선 촬영)에 쓰인다는 설명이 옳지 않다.
방출되는 광자 에너지는 두 준위의 차이와 같고, 라이먼(바닥상태로 전이) → 발머 → 파셴 순으로 에너지 차가 작아진다.
에너지 준위가 불연속적이다: 선스펙트럼이 나타나는 근거이므로 옳다.
라이먼 계열의 진동수가 발머 계열보다 크다: 에너지 차가 더 크므로 진동수도 크다.
광자 1개의 에너지는 라이먼 계열이 파셴 계열보다 크다: 전이 에너지 차가 가장 커서 옳다.

추를 제거하면 기체가 단열 팽창하므로 ㄱ과 ㄷ이 옳다.
단열 과정에서는 $Q = 0$이므로 $Q = \Delta U + W$에서 $W = -\Delta U$이다. 기체가 외부에 일을 한 만큼 내부에너지가 줄어 온도가 내려가 $T_2$가 되었으므로 $T_1 > T_2$이다.
ㄱ: 단열 팽창으로 온도가 내려갔으므로 처음 온도가 더 높다.
ㄴ: 추가 없어지며 피스톤을 누르는 압력이 줄어 기체의 압력은 감소한다.
ㄷ: 열 출입이 없으므로 기체가 한 일은 내부에너지 감소량과 같다.

도선을 P로 옮기면 Q에서는 ⊗방향 $2B_0$, R에서는 $\frac{2}{3}B_0$가 되므로 옳은 것은 ㄱ, ㄴ이다.
그림에서 P, Q, R은 한 직선 위에 이 순서로 있고, 도선의 왼쪽 P에서 ⊙, 오른쪽 R에서 ⊗이므로 오른손 법칙에 따라 전류는 $+y$방향이다. 세기는 거리에 반비례하므로 $\overline{QR} = 2\overline{PQ}$이다.
$\overline{PQ} = d$라 하면 도선이 P에 있을 때 Q는 오른쪽 $d$에서 ⊗방향 $2B_0$, R은 오른쪽 $3d$에서 $2B_0 \times \frac{1}{3} = \frac{2}{3}B_0$이다.
ㄱ: 왼쪽 ⊙, 오른쪽 ⊗이므로 전류는 $+y$방향으로 옳다.
ㄴ: Q는 새 도선 위치의 오른쪽이므로 ⊗방향으로 옳다.
ㄷ: R에서의 세기는 $\frac{2}{3}B_0$이므로 옳지 않다.

일·운동에너지 정리로 구하면 이동거리는 20 m이다.
$Fs = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}mv_0^2$
$2.4 \times s = \frac{1}{2} \times 4 \times (5^2 - 1^2) = 48$
$s = 20\,\mathrm{m}$
가속도로 확인하면 $a = \frac{2.4}{4} = 0.6\,\mathrm{m/s^2}$이고 $v^2 - v_0^2 = 2as$에서 $24 = 1.2s$로 같은 값이 나온다.

Z보손·W보손이 매개하고 베타붕괴를 일으키는 힘은 약한 상호작용(약력)이다.
중성자가 양성자로 바뀌며 전자와 중성미자를 내놓는 베타붕괴는 쿼크의 종류가 바뀌는 과정이며, 이를 일으키는 것이 약력이다.
강한 상호작용은 글루온이 매개하며 쿼크를 묶어 양성자·중성자를 만들고 핵자를 원자핵에 묶는다.
전자기력은 광자가 매개하며 전하를 띤 입자 사이에 작용한다.
중력은 질량을 가진 모든 물체 사이에 작용하며 네 힘 중 가장 약하다.

5초일 때 물체의 속도는 35 m/s이다.
등가속도 운동에서 나중 속도는 처음 속도에 가속도×시간을 더한 값이다.
$v = v_0 + at$
$v = 10\,\mathrm{m/s} + 5\,\mathrm{m/s^2} \times 5\,\mathrm{s}$
$v = 35\,\mathrm{m/s}$
25 m/s는 처음 속도 10 m/s를 빠뜨리고 속도 변화량만 구한 값이다.
45 m/s와 50 m/s는 $v = v_0 + at$에 주어진 값을 대입한 결과와 맞지 않는다.

문턱진동수보다 낮은 진동수의 빛은 빛의 세기와 관계없이 광전자를 방출시키지 못하므로 금속박은 변하지 않는다.
광전 효과는 광자 1개의 에너지 $hf$가 일함수보다 클 때만 일어난다. 전자가 빠져나가지 않으니 검전기의 (－)전하량이 그대로 유지된다.
금속박이 오므라든다: 전자가 방출되어야 일어나는 현상이다.
금속박이 더 벌어진다: 전하량이 늘어날 원인이 없다.
오므라들다 벌어진다: 전하량 변화 자체가 없으므로 일어나지 않는다.

그림의 이웃한 마루는 4개이므로 처음과 마지막 마루 사이 거리 $L$에는 파장이 3개 들어 있어 속력은 $\frac{fL}{3}$이다.
이웃한 마루 사이 거리가 파장이므로 $\lambda = \frac{L}{3}$이다.
$v = f\lambda = f \times \frac{L}{3} = \frac{fL}{3}$로 파장 개수를 마루 개수와 혼동하지 않는 것이 핵심이다.

A는 전자(베타선), B는 헬륨 원자핵(알파선)이므로 A가 렙톤이라는 설명과 B가 헬륨 원자핵이라는 설명이 옳다.
나트륨 붕괴에서 질량수는 그대로이고 원자번호가 1 늘었으므로 베타 붕괴이고, 라듐 붕괴에서 질량수가 4, 원자번호가 2 줄었으므로 알파 붕괴이다.
${}^{24}_{11}\mathrm{Na} \rightarrow {}^{24}_{12}\mathrm{Mg} + {}^{0}_{-1}e$
${}^{226}_{88}\mathrm{Ra} \rightarrow {}^{222}_{86}\mathrm{Rn} + {}^{4}_{2}\mathrm{He}$
A는 음(－)전하를 띤 전자이므로 전기장의 방향과 반대 방향으로 힘을 받는다. 따라서 전기장 방향으로 힘을 받는다는 설명은 틀리다.
전자는 쿼크로 이루어지지 않은 기본 입자인 렙톤에 속하므로 옳다.
B는 양성자 2개와 중성자 2개로 이루어진 헬륨 원자핵이므로 옳다.

A와 ㄱ, ㄷ은 들어가는 방향 선속이 증가하고 ㄴ만 감소하므로 A와 같은 방향 전류가 흐르는 것은 ㄱ, ㄷ이다.
A는 영역 Ⅰ에서 더 센 영역 Ⅱ로 들어가므로 들어가는 방향 선속이 늘어 시계 반대 방향 유도 전류가 흐른다.
ㄱ: 자기장 밖에서 영역 Ⅰ로 들어가며 선속이 증가하므로 A와 같은 방향이다.
ㄴ: 아래쪽으로 자기장 영역을 빠져나가며 선속이 감소하므로 A와 반대 방향이다.
ㄷ: 오른쪽 바깥에서 영역 Ⅱ로 들어오며 선속이 증가하므로 A와 같은 방향이다.

A와 B는 같은 빗면에서 같은 가속도를 받으므로 B의 평균속력은 10 m/s이다.
빗면 아래 방향 가속도를 $a$라 하면 A가 최고점에 이르는 시간은 $t = \frac{20}{a}$이다.
B는 정지에서 출발해 $t$ 뒤 속력이 $at = 20\,\mathrm{m/s}$가 되고, 등가속도 운동의 평균속력은 $\frac{0 + 20}{2} = 10\,\mathrm{m/s}$이다. 처음·나중 속력의 평균으로 구하는 것이 핵심이다.

A와 B는 병렬로 연결되어 같은 220 V가 걸리므로 ㄴ과 ㄷ이 옳다.
$R = \frac{V^2}{P}$에서 전압이 같으면 저항은 전력에 반비례하여 $R_A : R_B = \frac{1}{40} : \frac{1}{20} = 1 : 2$이다.
ㄱ: $I = \frac{P}{V}$로 A는 B의 2배 전류가 흐르므로 옳지 않다.
ㄴ: 저항비는 1 : 2로 옳다.
ㄷ: $(40 + 20)\,\mathrm{W} \times 5\,\mathrm{h} = 300\,\mathrm{Wh}$로 옳다.

힘-시간 그래프의 면적은 충격량이므로 A는 $\frac{2}{3}mv_0$만큼 운동량을 잃고, B는 그만큼 얻어 옳은 것은 ㄴ뿐이다.
A: $mv_A = mv_0 - \frac{2}{3}mv_0$에서 $v_A = \frac{1}{3}v_0$
B: $mv_B = \frac{2}{3}mv_0$에서 $v_B = \frac{2}{3}v_0$
ㄱ: 충돌 후 A의 속도는 $+\frac{1}{3}v_0$로 처음 방향 그대로이므로 옳지 않다.
ㄴ: B의 속도는 $\frac{2}{3}v_0$로 옳다.
ㄷ: 작용·반작용으로 두 물체가 받은 충격량의 크기는 같다.

열역학 제1법칙으로 구하면 내부에너지 변화량은 3PV이다.
압력이 일정하므로 $\frac{V}{T}$가 일정하여 온도가 3배면 부피도 $3V$가 된다. 기체가 한 일은 $W = P\Delta V = P(3V - V) = 2PV$이다.
$\Delta U = Q - W = 5PV - 2PV = 3PV$로, 가한 열 중 외부에 한 일을 뺀 나머지가 내부에너지 증가량이다.