교사전용 문제은행

물리Ⅰ  학교 시험 출제 대비 문제은행               바른답 ․ 알찬풀이

교사전용 문제은행

물리Ⅰ  학교 시험 출제 대비 문제은행               바른답 ․ 알찬풀이

Ⅰ. 시공간과 우주

1 ⑤	2 ①	3 ④	4 ②	5 ④

6 ②	7 ④	8 ②	9 ①	10 ①

11 ③	12 ⑤	13 ⑤	14 ②	15 ③

16 ③	17 ⑤	18 ②	19 ①     20 ④

21 ③     22 ③	23 ③	24 ①

25 A :[eqn: {S} over {2m}], B :[eqn: {S} over {m}]    26 해설 참조    27 15 m

28 [eqn: {2} over {5} T]    29 4 m/s     30 약한 상호 작용(약력),

A : 양성자, B : 전자

1 시각은 연속적인 시간의 흐름에서 어느 한 순간의 시점이고, 시간은 시각과 시각 사이의 간격이다. 따라서 ㉠과 ㉡은 시각이고, ㉢과 ㉣은 시간이다.

성취 기준	성취 수준
시간을 측정하는 다양한 방법을 알고, 시간 표준의 의미와 확립 과정을 진술할 수 있다.	하

2 ㄱ. 영침의 그림자 끝이 앙부일구의 가장 아래쪽 가로선(절기선)에 위치하므로 계절은 여름이다.

* 오답피하기>  ㄴ. 영침의 그림자 끝이 앙부일구의 중앙 세로선(시각선)보다 왼쪽에 위치하므로 오전이고, 2시간이 경과할 때마다 영침의 그림자는 세로선의 십이시선을 하나씩 지나므로 오전 8시경이다.

ㄷ. 같은 절기에서 영침의 그림자는 하나의 가로선을 따라 이동하므로 영침의 그림자 끝이 위치하는 가로선은 바뀌지 않는다.

성취 기준	성취 수준
시간을 측정하는 다양한 방법을 알고, 시간 표준의 의미와 확립 과정을 진술할 수 있다.	중

3 ㄴ. [eqn: a]가 증가한다는 것은 광원과 나무 막대 사이의 거리가 멀어지는 것이므로 스크린에 생기는 그림자의 길이 [eqn: H]는 작아진다.

ㄷ. 비례식을 세워 보면 [eqn: a:b=h:H]  이다. 이를 정리하면 [eqn: h= {a} over {b} H]이다.

* 오답피하기>  ㄱ. 나무 막대를 광원 쪽으로 가까이 가져가면 [eqn: a]가 줄어들어 [eqn: H= {b} over {a} h] 에 의해 [eqn: H]는 증가한다.

성취 기준	성취 수준
거리와 위치 측정에 대한 다양한 방법을 알고, 길이 표준의 의미와 확립 과정을 진술할 수 있다.	중

4 ㄴ. 평균 속도=[eqn: {변위} over {시간}]이다. 0부터 [eqn: t _{2}]까지 같은 시간 동안 A와 B의 변위의 크기는 [eqn: s _{1}]로 같으므로 평균 속도의 크기가 같다.

* 오답피하기>  ㄱ. 평균 속력=[eqn: {이동``거리} over {시간}]이므로 0부터 [eqn: t _{2}]까지 A의 평균 속력은 [eqn: {2s _{2} -s _{1}} over {t _{2}}]이다.

ㄷ. 위치-시간 그래프에서 기울기는 속도를 의미한다. 0부터 [eqn: t _{1}]까지 A의 속력이 감소하다가 [eqn: t _{1}]에서 운동 방향이 바뀌어 속도의 방향이 바뀌는 것이므로 [eqn: t _{1}]에서 A의 가속도의 방향이 바뀌는 것이 아니다.

성취 기준	성취 수준
속도, 가속도의 개념을 이해하고, 1차원 등가속도 운동을 설명할 수 있다.	중

5 ㄴ. 철수는 기준선 A에서 출발하여 다시 기준선 A로 되돌아왔으므로 변위가 0이다. 따라서 철수의 평균 속도의 크기는 0이다.

ㄷ. 영희는 직선 운동을 하였으므로 이동 거리와 변위의 크기가 같다. 따라서 영희는 평균 속력과 평균 속도의 크기가 같다.

* 오답피하기>  ㄱ. 같은 시간 동안 이동 거리가 철수가 영희보다 더 크므로 평균 속력은 철수가 영희보다 크다.

성취 기준	성취 수준
속도, 가속도의 개념을 이해하고, 1차원 등가속도 운동을 설명할 수 있다.	하

6 속도-시간 그래프에서는 그래프의 면적이 이동 거리 또는 변위의 크기이므로 0초부터 2초까지 자동차의 이동 거리는 [eqn: {1} over {2} TIMES 2 TIMES 6=6 rm (m)]이다.

성취 기준	성취 수준
속도, 가속도의 개념을 이해하고, 1차원 등가속도 운동을 설명할 수 있다.	하

7 ㄱ. 속도-시간 그래프에서 기울기는 가속도를 의미하므로 0부터 2초까지 가속도의 크기는 3 [eqn: rm `m/s ^{2}]이다.

ㄷ. 0부터 7초까지 변위의 크기를 구해 보면 12-6-6 = 0이다. 따라서 평균 속도의 크기는 0이다.

* 오답피하기>  ㄴ. 자동차의 속도가 줄어들다 반대 방향으로 빨라지므로 4초일 때 운동 방향이 바뀌어 속도의 방향이 바뀌는 것이고, 가속도의 방향은 변화 없다.

성취 기준	성취 수준
속도, 가속도의 개념을 이해하고, 1차원 등가속도 운동을 설명할 수 있다.	중

8 P를 지나 Q에 도달하기까지 시간과 Q를 지나 R에 도달하기까지 시간을 각각 [eqn: t _{1}], [eqn: t _{2}]라고 하면, 평균 속력이 각각 10  m/s, 15  m/s이므로 [eqn: 10 TIMES t _{1} =30], [eqn: 15 TIMES t _{2} =30]가 되어 [eqn: t _{1} =3](초), [eqn: t _{2} =2](초)이다. 자동차의 가속도를 [eqn: a], P에서 속도는 [eqn: v _{0}]이라고 하면 Q에서의 속도와 R에서의 속도는 각각 [eqn: v _{0} +3a], [eqn: v _{0} +5a]이다.

따라서 [eqn: {v _{0} +(v _{0} +3a)} over {2} =10]에서 [eqn: 2v _{0} +3a=20]이고 [eqn: {(v _{0} +3a)+(v _{0} +5a)} over {2} =15]에서 [eqn: 2v _{0} +8a=30]이므로 [eqn: v _{0} =7](m/s), [eqn: a=2rm(m/s ^{2} )]이다.

성취 기준	성취 수준
속도, 가속도의 개념을 이해하고, 1차원 등가속도 운동을 설명할 수 있다.	상

9 ㄱ. 0부터 6초까지 B에 대해 A가 오른쪽으로 50 m를 운동하였으므로 6초일 때 A가 B의 오른쪽 20 m 지점에 위치한다. 따라서 6초일 때 A와 B 사이의 거리는 20 m이다.

* 오답피하기>  ㄴ. A의 속도-시간 그래프를 그려 보면 0초부터 8초까지 이동 거리는 200 m이므로 A의 평균 속력은 25 m/s이다.

ㄷ. 7초일 때 B에 대한 A의 상대 속도는 –5 m/s이므로 A의 속도는 +15 m/s이다. 따라서 A의 운동 방향은 오른쪽이다.

성취 기준	성취 수준
속도, 가속도의 개념을 이해하고, 1차원 등가속도 운동을 설명할 수 있다.	상

10 ㄱ. 100 kg의 물체가 2 [eqn: rm `m/s ^{2}]의 일정한 가속도로 운동하므로 물체에 작용하는 알짜힘의 크기는 [eqn: 100 TIMES 2=200](N)이다.

* 오답피하기>  ㄴ. 줄이 A를 당기는 힘을 [eqn: T] 라고 하면 [eqn: T-100 TIMES 10=200]에서 [eqn: T=1200](N)이다.

ㄷ. 줄이 A를 당기는 힘의 반작용은 A가 줄을 당기는 힘이다.

성취 기준	성취 수준
1차원 운동에 뉴턴의 운동 법칙을 적용할 수 있다.	중

11 10 kg의 물체를 동시에 왼쪽으로 3 N, 오른쪽으로 9 N의 힘을 주고 있는 것과 같아 가속도 [eqn: a= {9-3} over {6+4} =0.6 rm ``(m/s ^{2} )]이다. 가속도의 법칙에 따라 A가 받는 알짜힘의 크기 [eqn: F _{rm `A it} =ma=6 TIMES 0.6=3.6 rm `(N)]이다.

성취 기준	성취 수준
1차원 운동에 뉴턴의 운동 법칙을 적용할 수 있다.	하

12 힘 - 시간 그래프에서 면적은 물체가 받은 충격량 또는 운동량의 변화량이므로 [eqn: S=(2 TIMES 3)-(2 TIMES -4)=14( rm N․s)]이다.

성취 기준	성취 수준
스포츠 등 실생활에서 충격량과 운동량의 개념을 설명할 수 있다.	중

13 ㄱ. A가 B를 미는 동안 B의 운동량의 변화량은 [eqn: 40 TIMES 5-40 TIMES 2=120 rm (kg```․``m/s)]이다.

ㄴ. A가 미는 동안 A가 B에 작용하는 충격력과 B가 A에 작용하는 충격력은 서로 작용 반작용의 관계이므로 힘의 크기가 같고, 충돌 시간도 같다. 따라서 A가 받은 충격량의 크기와 B가 받은 충격량의 크기는 서로 같다.

ㄷ. 운동량의 변화량은 B가 A에 작용한 충격량과 같다. 따라서 밀고 난 후 A의 속력을 [eqn: v]라고 하면 [eqn: 60 TIMES v-60 TIMES 6=-120]에서 [eqn: v=4](m/s)이다.

성취 기준	성취 수준
스포츠 등 실생활에서 충격량과 운동량의 개념을 설명할 수 있다.	중

14 ‘충격량 = 운동량의 변화량’의 관계가 성립하므로 A가 받은 충격량의 크기 [eqn: I _{rm `A it} =4mv-4mv _{rm `A it} CDOTS ①], B가 받은 충격량의 크기 [eqn: I _{rm`B} =2mv-0 CDOTS ②]이다.

[eqn: I _{rm `A it} =I _{rm `B it}]이므로 ①, ②를 정리하면 [eqn: v _{rm `A it} = {1} over {2} v]이다.

성취 기준	성취 수준
스포츠 등 실생활에서 충격량과 운동량의 개념을 설명할 수 있다.	중

15 (가)에서 A의 가속도 [eqn: a _{rm `A it} = {g} over {3}], (나)에서 B의 가속도 [eqn: a _{rm`B} = {2} over {3} g]이므로 [eqn: a _{rm`B} =2a _{rm`A}]이다. 등가속도 직선 운동식 [eqn: 2as=v ^{2} -v _{0} ^{2}]을 적용해 보면 [eqn: v= sqrt {2ah}]이고, 운동량 [eqn: p=mv]를 적용해 보면 [eqn: p=m sqrt {2ah}]이다.

B의 질량이 A의 2배이고, B의 가속도가 A의 2배이므로 [eqn: p _{rm `A it} :`p _{rm `B it} =1``:`2 sqrt {2}]이다.

성취 기준	성취 수준
1차원 운동에 뉴턴의 운동 법칙을 적용할 수 있다.	중

16 ㄱ. 줄이 A를 당기는 힘의 크기는 줄이 B를 당기는 힘의 크기와 같고, (가)에서는 B가 받는 알짜힘의 크기이고, (나)에서는 A가 받는 알짜힘의 크기이다.

이를 정리하면 (가)에서  [eqn: F _{rm `B it} =2m TIMES {g} over {3} = {2} over {3} mg]이고, (나)에서 [eqn: F _{rm `A it} =m TIMES {2} over {3} g= {2} over {3} mg]이다.

ㄴ. 운동 에너지 [eqn: E= {1} over {2} mv ^{2} = {p ^{2}} over {2m}]이다. 운동량은 B가 A의 [eqn: 2 sqrt {2}]배이고, 질량은 B가 A의 2배이므로 물체가 [eqn: h]만큼 내려왔을 때, (나)에서 B의 운동 에너지는 (가)에서 A의 운동 에너지의 4배이다.

* 오답피하기>  ㄷ. 등가속도 직선 운동식 [eqn: s=v _{0} t+ {1} over {2} at ^{2}]을 적용하면 [eqn: t= sqrt {{2s} over {a}}]이다. 가속도는 (나)에서가 (가)에서의 2배이므로 B가 [eqn: h]만큼 운동하는 데 걸린 시간은 (가)에서가 (나)에서의 [eqn: sqrt {2}]배이다.

성취 기준	성취 수준
등가속도 운동에서 일-운동 에너지의 정리를 설명할 수 있다.	상

17 [eqn: F] 가 물체에 한 일은 물체의 운동 에너지의 증가량과 같다. [eqn: F TIMES 2= {1} over {2} TIMES 5 TIMES 4 ^{2} =40]이므로 [eqn: F=20rm(N)]이다. C에서 물체의 역학적 에너지는 모두 중력에 의한 퍼텐셜 에너지가 된다. [eqn: 5 TIMES 10 TIMES h=40]에서 [eqn: h=0.8rm(m)]이다.

성취 기준	성취 수준
퍼텐셜 에너지와 역학적 에너지, 역학적 에너지 보존 법칙을 설명할 수 있다.	중

18 ㄷ. 행성의 공전 주기의 제곱은 긴반지름의 세제곱에 비례한다. 타원 궤도의 긴반지름은 Q가 P의 4배이므로 공전 주기는 Q가 P의 8배가 된다.

* 오답피하기>  ㄱ. ㄴ. 궤도 운동 중 위성의 역학적 에너지는 보존되며, P, Q 모두 a에서 가장 빠르다. 역학적 에너지는 P가 Q보다 작다. a에서 두 위성의 만유인력에 의한 퍼텐셜 에너지는 같다. 따라서 속력은 P가 Q보다 작다.

성취 기준	성취 수준
행성의 운동에 대한 케플러 법칙이 뉴턴의 중력 법칙을 만족함을 설명할 수 있다.	중

19 ㄱ. 빛의 속력은 관측자에 상관없이 항상 [eqn: c]로 관측된다.

* 오답피하기>  ㄴ. 영희가 관측할 때 검츨기 A, B가 오른쪽으로 움직이고 있으므로 광원에서 출발한 빛과 A 사이의 거리는 더 멀어지고, B는 가까워지고 있다. 따라서 빛은 B에 먼저 도달하고 A에는 나중에 도달한다.

ㄷ. 광속 불변의 원리에 의해 영희가 관측할 때에도 빛의 속력은 [eqn: c]로 일정하다.

성취 기준	성취 수준
빛의 속도 일정, 시간 지연, 길이 수축, 동시성, 질량-에너지 동등성 등 특수 상대성 이론의 기본 원리를 설명할 수 있다.	중

20 ㄴ. 영희가 관측할 때 광속에 가까운 속력으로 움직이는 우주선의 시간은 느리게 간다.

ㄷ. 상대성 원리에 의하여 우주선에서 관측했을 때 영희가 움직이고 있으므로 영희의 시간이 느리게 간다.

* 오답피하기>  ㄱ. 영희가 관측할 때 광속에 가까운 속력으로 움직이는 우주선은 고유 길이 [eqn: L_0]보다 짧아진다.

성취 기준	성취 수준
빛의 속도 일정, 시간 지연, 길이 수축, 동시성, 질량-에너지 동등성 등 특수 상대성 이론의 기본 원리를 설명할 수 있다.	상

21 ㄱ, ㄴ. 물체가 우주선 바닥에 닿을 때까지 걸린 시간이 같았으므로 우주선의 가속도 [eqn: a=g]이다. 따라서 (가)에서 영희의 몸무게는 (나)에서 영희가 받는 관성력과 같다.

* 오답피하기>  ㄷ. 우주선 안의 관찰자는 물체의 낙하 운동이 중력에 의한 것인지 가속도 운동에 의한 것인지 구별할 수 없으므로 중력과 관성력을 구분할 수 없다.

성취 기준	성취 수준
가속 좌표계와 등가원리 등 일반 상대성 이론의 기본 원리를 설명할 수 있다.	중

22 ㄱ. 질량이 큰 천체일수록 천체 주변에 시공간의 휘어짐이 커진다.

ㄴ. 천체 표면에서 시간은 질량이 큰 천체일수록 느리게 흐른다.

* 오답피하기>  ㄷ. 시공간이 휜 정도는 B가 C보다 크므로, 표면에서의 중력은 B가 C보다 크다.

성취 기준	성취 수준
항성의 질량이 크면 중력 렌즈 효과가 일어나고 블랙홀이 형성될 수 있음을 정성적으로 설명할 수 있다.	중

23 ㄱ. 허블 법칙에 의해 우리 은하로부터 거리가 먼 은하일수록 후퇴 속도가 빠르다. 따라서 A는 P이이고 B는 Q이다.

ㄴ. B의 후퇴 속도가 A의 2배이므로 허블의 법칙에 의해 우리은하로부터 떨어진 거리도 B는 A의 2배가 된다.

* 오답피하기>  ㄷ. 그래프의 기울기는 허블 상수이다. 허블 상수의 역수를 취하면 우주의 나이를 추정할 수 있다.

성취 기준	성취 수준
상대성 이론을 바탕으로 현대의 우주 모형을 정성적으로 설명할 수 있다.	중

24 ㄱ. ㉠ 은 전자이고, ㉣ 은 위(u)쿼크이므로 기본 입자이다.

* 오답피하기>  ㄴ. ㉡ 은 중성자이다. 원자핵 내부의 중성자는 약한 상호 작용에 의해 양성자로 붕괴하면서 전자를 방출한다. 이를 베타 붕괴라고 한다.

ㄷ. ㉢ 은 아래(d)쿼크이므로 전기적으로 음(-)의 성질을 갖는다.

성취 기준	성취 수준
4가지 상호 작용과 기본 입자에 대한 표준 모형을 설명할 수 있다.	하

25 힘-시간 그래프에서 면적이 충격량 또는 운동량의 변화량이다. A, B가 막대기에서 떨어진 직후의 속력을 각각 [eqn: v _{rm`A}], [eqn: v _{rm`B}]라 하면, [eqn: 2mv _{rm`A} =S], [eqn: mv _{rm `B it} =S]이므로 정리하면 [eqn: v _{rm `A it} = {S} over {2m}], [eqn: v _{rm`B} = {S} over {m}]이다.

성취 기준	성취 수준
스포츠 등 실생활에서 충격량과 운동량의 개념을 설명할 수 있다.	하

26 힘-시간 그래프에서 면적은 공이 받은 충격량의 크기이다. 그래프의 면적이 같으므로 A, B가 받은 충격량의 크기는 [eqn: S]로 같고, 충격량의 정의에 따라 A, B가 막대기로부터 받은 평균 힘의 크기를 구할 수 있다.

[예시 답안]

힘-시간 그래프의 면적이 [eqn: S]로 같으므로 A와 B가 받은 충격량의 크기는 같다. 충격량의 정의에 따라 A, B가 막대기로부터 받은 평균 힘의 크기는 [eqn: F _{rm `A it} = {S} over {t}], [eqn: F _{rm`B} = {S} over {2t}]이므로 막대기로부터 받은 평균 힘의 크기는 A가 B의 2배이다.

채점 기준	배점(%)
예시 답안과 같이 옳게 설명한 경우	100
평균 힘을 단순히 비교만 한 경우	30

성취 기준	성취 수준
스포츠 등 실생활에서 충격량과 운동량의 개념을 설명할 수 있다.	중

27 물체 A와 B는 중력만을 받는 등가속도 운동을 한다. 따라서 A와 B는 5 m/s의 일정한 상대 속도로 멀어지는 것과 같다.

따라서 A를 던져 올리는 순간부터 3초가 되었을 때 A와 B 사이의 거리는 [eqn: 5 TIMES 3=15` rm `m]이다.

성취 기준	성취 수준
속도, 가속도의 개념을 이해하고, 1차원 등가속도 운동을 설명할 수 있다.	상

28 태양과 행성을 연결한 직선이 지나간 면적은 a에서 c까지가 [eqn: 5S]이므로 d에서 a까지는 [eqn: 4S]이다.

4[eqn: S]

3[eqn: S]

a에서 c까지는 전체 타원  면적의 [eqn: { 1} over {2}]이므로 5[eqn: S]이다.

행성의 공전 주기가 [eqn: T]이므로 행성이 d에서 a까지 운동하는데 걸린 시간 [eqn: t= {4S} over {10S} TIMES T= {2} over {5} T]이다.

성취 기준	성취 수준
행성의 운동에 대한 케플러 법칙이 뉴턴의 중력 법칙을 만족함을 설명할 수 있다.	중

29 전동기가 물체에 한 일은 물체의 역학적 에너지 증가량과 같다. 물체에 한 일은 [eqn: 3 TIMES 2+2 TIMES 1=8rm(J)]이고, [eqn: {1} over {2} TIMES 1 TIMES v ^{2} =8]이므로 [eqn: v=4rm(m/s)]이다.

성취 기준	성취 수준
퍼텐셜 에너지와 역학적 에너지, 역학적 에너지 보존 법칙을 설명할 수 있다.	상

30 원자핵 내부의 중성자가 양성자로 변환되는 과정에는 약한 상호 작용(약력)이 작용한다. 변환될 때 전자와 중성미자를 방출한다. 이러한 약한 상호 작용을 매개하는 입자는 W 보손, Z 보손이 있다.

성취 기준	성취 수준
4가지 상호 작용과 기본 입자에 대한 표준 모형을 설명할 수 있다.	중

Ⅱ. 물질과 전자기장

1 ③	2 ①	3 ③	4 ③	5 ⑤

6 ⑤	7 ③	8 ④	9 ④	10 ③

11 ②	12 ②	13 ③	14 ①	15 ③

16 ②	17 ⑤	18 ②	19 ⑤     20 ②

21 ⑤     22 ⑤	23 ①	24 ①	25 7 : 9

26 해설 참조       27 (1) P :[eqn: -y] 방향, Q :[eqn: -y] 방향, R :[eqn: +y] 방향, (2) Q :[eqn: B _{0}], R :[eqn: {5} over {3} B _{0}]      28 해설 참조  29 A : 반도체, B :도체, C : 절연체        30 해설 참조

1 ㄱ. A에서 전기장의 세기는 B에서보다 크므로 전하량은 P가 Q보다 크다. P와 Q의 전하를 각각 a[eqn: q], [eqn: q]라 하면 A에서 전기장은 [eqn: +x] 방향으로 [eqn: {akq} over {d ^{2}} - {kq} over {4d ^{2}} =(a- {1} over {4} ) {kq} over {d ^{2}}]이고,  B에서 전기장은 [eqn: -x]방향으로 [eqn: {akq} over {4d ^{2}} - {kq} over {d ^{2}} =(1- {a} over {4} ) {kq} over {d ^{2}}]이다. 따라서 [eqn: (a- {1} over {4} ):(1- {1} over {4} a)=7:2]이므로 [eqn: a=2]이다. 즉 P의 전하량은 Q의 전하량의 2배이다.

ㄴ. P와 Q가 양(+)전하이므로 전기장이 0인 지점은 두 전하 사이에 있다. A와 B에서 전기장의 방향이 서로 반대이기 때문에 전기장이 0인 지점이 A와 B 사이에 있다.

* 오답피하기>  ㄷ. C 에서 전기장의 세기는 [eqn: {2kq} over {16d ^{2}} + {kq} over {d ^{2}}] [eqn: = {9kq} over {8d ^{2}}]이고 B에서 전기장의 세기는 [eqn: {1kq} over {2d ^{2}}] 이므로 C에서가 B에서의 [eqn: {9} over {4}]배이다.

성취 기준	성취 수준
정지한 전하 주위에 발생하는 전기장을 전기력선의 개념을 이용하여 설명할 수 있다.	중

2 ㄱ. 전기력선은 (+)전하에서 나와 (–)전하로 들어간다. B가 음(-)전하이므로 A는 양(+)전하이어야 그림과 같은 전기력선 모양이 나올 수 있다.

* 오답피하기>  ㄴ. 전기장의 세기는 전기력선 밀도가 큰 Q에서가 P에서보다 세다.

ㄷ. R에서 전기력선의 방향은 왼쪽이 되어야 하므로 전기장의 방향은 왼쪽이다.

성취 기준	성취 수준
정지한 전하 주위에 발생하는 전기장을 전기력선의 개념을 이용하여 설명할 수 있다.	하

3 ㄱ, ㄷ. 음(-)전하의 속력이 증가하였으므로 전기장의 방향은 [eqn: -x] 방향이고, 전기장 내에서 음(-)전하가 받는 전기력의 방향은 전기장의 방향과 반대이므로 [eqn: +x] 방향이다.

* 오답피하기>  ㄴ. 전기장 내에서 양(+)전하와 음(-)전하의 가속도의 방향은 전기력의 방향과 같다. 따라서 전기장 내에서 음(-)전하의 가속도 방향은 [eqn: +x] 방향이고, 양(+)전하의 가속도 방향은 [eqn: -x] 방향이므로 서로 반대이다.

성취 기준	성취 수준
정지한 전하 주위에 발생하는 전기장을 전기력선의 개념을 이용하여 설명할 수 있다.	중

4 양(+)전하와 음(-)전하가 전하량과 질량이 모두 같으므로 음(-)전하가 전기장 내에서 일을 받아 운동 에너지가 증가한 양만큼 양(+)전하도 운동 에너지가 증가한다. 이를 식으로 정리하면 [eqn: {1} over {2} m(2v) ^{2} - {1} over {2} mv ^{2} = {1} over {2} mv _{1} ^{2} - {1} over {2} m(2v) ^{2}]이므로 [eqn: v _{1} = sqrt {7} v]이다.

성취 기준	성취 수준
정지한 전하 주위에 발생하는 전기장을 전기력선의 개념을 이용하여 설명할 수 있다.	상

5 ㄱ. 자기력선이 나오므로 A는 N극이다.

ㄴ. 자기력선의 밀도가 b에서가 a에서보다 크므로 자기장의 세기는 b에서가 a에서보다 크다.

ㄷ. b와 c에서 자기력선의 방향이 다르므로 자기장의 방향이 다르다.

성취 기준	성취 수준
전류 주위에 발생하는 자기장을 자기력선의 개념을 이용하여 설명할 수 있다.	하

6 ㄱ. 자기장의 세기는 직선 도선으로부터 떨어진 거리에 반비례한다. Q에서의 자기장의 세기가 P에서의 자기장의 세기의 2배이므로 P와 직선 도선 사이의 거리를 [eqn: d]라고 하면 Q와 직선 도선 사이 거리는 [eqn: 2d]가 된다. R에서의 자기장의 세기는 P에서와 같으므로 직선 도선으로부터 떨어진 거리는 R에서와 P에서가 모두 [eqn: 2d]로 같다. 따라서 P에서 R까지의 거리는 [eqn: 4d]이고, P에서 Q까지의 거리의 4배이다.

ㄴ. 전류가 [eqn: +y] 방향으로 흐르고 있으므로 앙페르의 법칙에 의해 Q에서 자기장의 방향은 지면으로부터 나오는 방향이다.

ㄷ. 직선 도선으로부터 떨어진 거리 [eqn: d]일 때 자기장의 세기가 [eqn: B _{0}]이고, 직선 도선이 P에 있으면 R까지 떨어진 거리는 [eqn: 4d]가 되므로 R에서 자기장의 세기는 [eqn: {1} over {4} B _{0} =0.25B _{0}]이다.

성취 기준	성취 수준
전류 주위에 발생하는 자기장을 자기력선의 개념을 이용하여 설명할 수 있다.	중

7 종이면에서 나오는 방향을 (+)라 하면 (가)에서 원형 도선 중심에서 자기장 [eqn: B _{1} =-k ^{prime } {I} over {r}]이다. (나)에서 원형 도선 중심에서 자기장 [eqn: B _{2} =-k ^{'} {I} over {r} +k ^{'} {4I} over {2r} =+k ^{'} {I} over {r}]이다. 따라서 [eqn: B _{1} :B _{2} =1:1]이다.

성취 기준	성취 수준
전류 주위에 발생하는 자기장을 자기력선의 개념을 이용하여 설명할 수 있다.	중

8 ㄱ. ㄷ. 외부 자기장을 가했을 때 내부의 원자 자석이 외부 자기장의 방향과 같은 방향으로 배열되고, 외부 자기장을 제거하여도 자기화된 상태를 유지하고 있으므로 이 물체는 강자성체이다.

* 오답피하기>  ㄴ. 강자성체는 외부 자기장이 가해지면 내부의 원자 자석이 외부 자기장과 같은 방향으로 배열한다.

성취 기준	성취 수준
전자의 스핀과 궤도 운동을 알고, 자성이 그 결과로 나타난 현상임을 진술할 수 있다.	중

9 ㄱ. 솔레노이드 내부의 자기장은 균일하며, 코일에 흐르는 전류 방향에 맞추어 오른손의 네 손가락을 감아쥘 때 오른손의 엄지 손가락이 가리키는 방향이 자기장 방향이다.

ㄷ. 솔레노이드의 오른쪽은 N극이므로 막대자석의 N극을 가까이 하면 척력이 작용한다.

* 오답피하기>  ㄴ. 솔레노이드 내부에는 동쪽 방향으로 자기장이 형성되므로 솔레노이드의 왼쪽은 S극, 오른쪽은 N극이 된다. 따라서 A에 나침반을 놓으면 나침반의 N극은 동쪽을 향한다.

성취 기준	성취 수준
전류 주위에 발생하는 자기장을 자기력선의 개념을 이용하여 설명할 수 있다.	하

10 저항 R 에 흐르는 전류의 방향이 바뀌는 지점은 자석이 B점, C점을 지날 때이다. 따라서 자석이 한 번 왕복 운동하는 동안 저항 R 에 흐르는 전류의 방향이 바뀌는 횟수는 3회이다.

성취 기준	성취 수준
패러데이의 법칙을 알고 이를 통해 유도 전류를 설명할 수 있다.	중

11 ㄴ. 자석이 B → C 로 운동하는 동안은 코일에서 멀어지는 것이므로 자석과 코일 사이에는 인력이 작용한다.

* 오답피하기>  ㄱ. 자석이 A → B로 운동하는 동안 자석의 접근을 막기 위해 코일에는 왼쪽 끝이 S극이 되도록 유도 전류가 흐른다. 이때 유도 전류의 방향은 b → [eqn: R] → a이다.

ㄷ. 자석의 속력을 빠르게 하여 왕복 운동시키면 저항 [eqn: R] 에 흐르는 전류의 세기에 변화가 생기지만 전류의 방향 변화 횟수는 변화 없다.

성취 기준	성취 수준
패러데이의 법칙을 알고 이를 통해 유도 전류를 설명할 수 있다.	중

12 ㄷ. [eqn: 2t]에서 [eqn: 3t]까지는 원형 도선을 지나는 자기선속의 시간적 변화율이 일정하므로 원형 도선에 흐르는 전류의 세기는 일정하다.

* 오답피하기>  ㄱ. 0에서 [eqn: t]까지와 [eqn: 3t]에서 [eqn: 4t]까지는 원형 도선을 지나는 자기선속의 시간적 변화율이 0이므로 원형 도선에는 전류가 흐르지 않는다.

ㄴ. [eqn: 2t]일 때는 자기장이 종이면에 수직으로 들어가는 방향으로 약해지다가 종이면에서 수직으로 나오는 방향으로 방향이 바뀌는 시점이므로 원형 도선에 흐르는 전류의 방향이 바뀌지 않는다.

성취 기준	성취 수준
패러데이의 법칙을 알고 이를 통해 유도 전류를 설명할 수 있다.	상

13 ㄱ. 막대자석의 움직임에 의한 자기장의 변화가 있어야 코일에 전류가 흐른다. 4[eqn: t]일 때 막대자석은 움직이지 않으므로 전류는 흐르지 않난다.

ㄴ. [eqn: t]일 때 막대자석은 코일에 접근하고, 코일 내부를 통과하는 자속은 증가한다. 7[eqn: t]일 때 막대자석은 코일로부터 멀어지고, 코일 내부를 통과하는 자속은 감소한다. 자속이 증가할 때와 감소할 때 전류의 방향은 서로 반대가 된다.

* 오답피하기>  ㄷ. 막대자석이 빠르게 움직일수록 코일 내부를 통과하는 자속의 변화는 크고, 전류의 세기는 크다. [eqn: t]일 때가 8[eqn: t]일 때보다 자속의 움직임이 빠르므로 전류의 세기는 [eqn: t]일 때보다 8[eqn: t]일 때가 더 크다.

성취 기준	성취 수준
패러데이의 법칙을 알고 이를 통해 유도전류를 설명할 수 있다.	중

14  ㄱ. 자석이 Q점을 지날 때 솔레노이드를 지나는 자속이 증가하므로 이를 방해하기 위해 솔레노이드 내부에는 오른쪽 방향의 자기장을 만들어야 하므로 솔레노이드에 흐르는 유도 전류의 방향은 a → Ⓖ → b이다.

* 오답피하기>  ㄴ. 자석이 R점을 지날 때 자석은 솔레노이드로부터 왼쪽으로 인력을 받는다. 따라서 자기력의 방향은 자석의 운동 방향과 반대 방향이다.

ㄷ. 자석이 솔레노이드로부터 운동을 방해하는 형태의 자기력을 받으므로 R점을 지난 자석이 레일을 따라 올라간 최고 높이는 [eqn: h]보다 작다.

성취 기준	성취 수준
패러데이의 법칙을 알고 이를 통해 유도 전류를 설명할 수 있다.	상

15 ㄱ. 원소마다 방출되는 선스펙트럼이 서로 다르므로 원소를 구분하는 데 사용할 수 있다.

ㄴ. 수소 선스펙트럼에서 가장 파장이 긴 빛은 [eqn: n=2]로 전이하는 발머 계열 중 가장 에너지가 작은 빛으로, 전자가 [eqn: n=3]에서 [eqn: n=2]로 전이할 때 방출된다.

* 오답피하기>  ㄷ. 선스펙트럼을 통해 전자의 에너지 준위가 불연속적이고 양자화되어 있음을 알 수 있다.

성취 기준	성취 수준
원자의 에너지 준위가 양자화되었음을 인식하고, 들뜬 상태에서 빛의 방출이 불연속 스펙트럼의 형태로 나타남을 진술할 수 있다.	하

16 ㄴ. 에너지 준위가 높은 상태에서 낮은 상태로 전이하므로 전자기파를 방출한다.

* 오답피하기>  ㄱ. 전자가 [eqn: n=2]인 궤도에 있으므로 수소 원자는 바닥 상태가 아니다.

ㄷ. 양자 조건을 만족하는 양자수 [eqn: n]에 따라 원자 내의 전자가 특정한 에너지를 가지므로 전자는 [eqn: n=2]와 [eqn: n=3]인 상태 사이의 에너지를 가질 수 없다.

성취 기준	성취 수준
원자의 에너지 준위가 양자화되었음을 인식하고, 들뜬 상태에서 빛의 방출이 불연속 스펙트럼의 형태로 나타남을 진술할 수 있다.	중

17  ㄴ. 전자의 전이 과정에서 흡수 또는 방출하는 빛의 에너지는 [eqn: E _{a} =E _{b} +E _{c}]이고 [eqn: E=hf]이므로, [eqn: f _{a} =f _{b} +f _{c}]이다.

ㄷ. 전자가 에너지 준위가 [eqn: E_{ 2}]인 [eqn: n=2]에서 [eqn: E_{1}]인 [eqn: n=1]으로 전이하면서 c를 방출한다. 따라서 [eqn: hf_{c}=E_{2} -E_{1}]이므로 [eqn: f _{c} = {E _{2} -E _{1}} over {h}]이다.

* 오답피하기>  ㄱ. 전자의 전이 과정에서 방출하는 빛의 에너지는 에너지 준위의 차이에 비례한다. 따라서 b가 c보다 작다.

성취 기준	성취 수준
원자의 에너지 준위가 양자화되었음을 인식하고, 들뜬 상태에서 빛의 방출이 불연속 스펙트럼의 형태로 나타남을 진술할 수 있다.	상

18  ㄴ. 전자는 띠틈에 해당하는 에너지를 가질 수 없으므로 띠틈에는 전자가 존재하지 않는다.

* 오답피하기>  ㄱ. 띠틈이 작을수록 원자가띠에 있는 전자가 전도띠로 전이하기 쉽고, 전기 전도성이 좋다. 따라서 A가 B보다 전기전도성이 작다.

ㄷ. 띠틈이 클수록 원자가띠의 전자가 전도띠로 이동하기 어렵다. 따라서 A는 B에 비해 전자가 이동하기 어렵다.

성취 기준	성취 수준
에너지띠 이론을 정성적으로 설명하고, 도체, 반도체, 절연체 등을 전도성을 기준으로 구분하여 차이를 설명할 수 있다.	중

19 ㄱ. 양공이 발생한 반도체는 p형 반도체이다. 주변에 있던 전자가 양공을 채우면 이동해 온 자리로 양공이 이동하는데, 양공이 전자와 반대 방향으로 이동하므로 양공은 양(+)전하의 성질을 갖는다.

ㄴ. p형 반도체는 불순물 반도체로써 전하 운반자 역할을 하는 양공이 발생하므로 순수한 반도체보다 전기 전도성이 좋다.

ㄷ. 저마늄(Ge)은 어떤 불순물도 섞이지 않은 순수한 반도체로 원자가 전자가 4개이다. 인듐(In)은 원자가 전자가 3개인 원소로 저마늄(Ge)보다 원자가 전자의 수가 적다.

성취 기준	성취 수준
에너지띠 이론을 정성적으로 설명하고, 도체, 반도체, 절연체 등을 전도성을 기준으로 구분하여 차이를 설명할 수 있다.	하

20  ㄴ. B에는 순방향 전압이 걸려리므로 p형 반도체 내에서는 양공이 접합면 쪽으로 이동하고, n형 반도체 내에서는 전자가 접합면 쪽으로 이동한다.

* 오답피하기>  ㄱ. A에는 p형 반도체 쪽에 (-)극, n형 반도체 쪽에 (+)극이 연결되어 있으므로 역방향 전압이 걸린다.

ㄷ. 스위치를 열면 회로는 전지 – A – 전구로 연결되며, A에는 역방향 전압이 걸려 있으므로 회로에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 켜져 있던 전구는 꺼진다.

성취 기준	성취 수준
p-n 접합의 원리를 진술하고, 다이오드, LED, 트랜지스터 등의 작동 원리를 p-n 접합의 원리와 연관 지어 설명할 수 있다.	상

21 ㄱ, ㄴ. A는 전원 장치의 (+)극에, B는 전원 장치의 (-)극에 연결되어 있으므로 A는 p형 반도체이고, B는 n형 반도체이다. 따라서 p형 반도체의 주된 전하 운반체인 양공은 A와 B의 접합면으로 이동한다.

ㄷ. p-n 접합 다이오드에 순방향의 전류가 흐를 때 전도띠의 바닥에 있던 전자가 원자가띠의 꼭대기에 있는 양공으로 떨어지면서 띠틈에 해당하는 만큼의 에너지가 빛으로 방출되므로 띠틈이 클수록 방출되는 빛의 에너지가 크므로 파장이 짧다.

성취 기준	성취 수준
p-n 접합의 원리를 진술하고, 다이오드, LED, 트랜지스터 등의 작동 원리를 p-n 접합 원리와 연관 지어 설명할 수 있다.	중

22 ㄱ, ㄷ 이미터와 베이스 사이에 순방향의 전압을 걸어주고, 컬켁터와 베이스 사이에 역방향의 전압을 걸리므로 p-n-p형 트랜지스터이다. 따라서 X는 p형 반도체이다.

ㄴ. p-n-p형 트랜지스터에서 이미터, 베이스, 컬렉터에 흐르는 전류 사이에는 [eqn: I _{e} =I _{b} +I _{c}]의 관계가 성립한다.

성취 기준	성취 수준
p-n 접합의 원리를 진술하고, 다이오드, LED, 트랜지스터 등의 작동 원리를 p-n 접합 원리와 연관 지어 설명할 수 있다.	중

23 ㄱ. 초전도체는 외부 자기장을 모두 밀어내 내부 자기장이 0이 되는 완전 반자성을 갖고 있어 초전도체가 자석을 밀어내므로 자석이 초전도체 위에 떠 있게 되는 것이다. 이러한 현상을 마이스너 효과라고 한다.

* 오답피하기>  ㄴ. 초전도체는 반자성을 띤다.

ㄷ. 자석이 초전도체로부터 자기력을 받아 공중에 떠 있어야 하므로 자석이 받는 자기력의 방향은 중력의 방향과 반대이다.

성취 기준	성취 수준
초전도체, 유전체, 액정 등 다양한 신소재의 기본 성질을 설명할 수 있다.	하

24 ㄱ. 액정 사이에 전압이 걸리지 않아 액정 분자의 방향이 연속적으로 비틀어지므로 편광판 1을 통해 들어온 빛이 액정 분자의 배열 상태를 따라가면서 90까지 휘기 때문에 편광판 2를 통과한다.

* 오답피하기>  ㄴ. (가)에서는 액정 사이에 전압이 걸리지 않았으므로 액정 분자는 일정한 방향으로 배열되어 있지 않다.

ㄷ. (나)에서는 액정 사이에 전압이 걸려 액정 분자의 방향이 일정하게 정렬되어 있으므로 빛이 액정을 통과하는 동안 편광 방향이 변하지 않는다.

성취 기준	성취 수준
초전도체, 유전체, 액정 등 다양한 신소재의 기본 성질을 설명할 수 있다.	중

25 A와 B, B와 C 사이의 거리를 각각 [eqn: r]라 하고 전기력의 방향을 왼쪽을 +, 오른쪽을 –라고 하자. A가 받는 전기력 [eqn: F _{rm `A it}]는 [eqn: F _{rm `A it} =k {2q ^{2}} over {r ^{2}} +(-k {q ^{2}} over {(2r) ^{2}} )= {7kq ^{2}} over {4r ^{2}}]이다. C가 받는 전기력 [eqn: F _{rm `C}]는 [eqn: F _{rm `C it} =k {2q ^{2}} over {r ^{2}} +k {q ^{2}} over {(2r) ^{2}} = {9kq ^{2}} over {4r ^{2}}]이다. 따라서 [eqn: F _{rm `A it} :F _{rm `C it}][eqn: =7`:`9]이다.

성취 기준	성취 수준
정지한 전하 주위에 발생하는 전기장을 전기력선의 개념을 이용하여 설명할 수 있다.	중

26 금속구와 같은 도체에 대전체를 가까이 하면 전기력에 의한 도체 내의 자유 전자의 이동에 의해 대전체와 가까운 쪽에는 대전체와 반대 종류의 전하가 유도되고, 대전체와 먼 쪽에는 대전체와 같은 종류의 전하가 대전된다. 스타이로폼구와 같은 절연체 내부에서는 자유 전자가 없기 때문에 원자 내부에서 전기력에 의하여 분극되는 유전 분극 현상이 일어난다.

[예시 답안]

(가)      (나)

채점 기준	배점(%)
예시 답안과 같이 모형을 옳게 나타낸 경우	100
(가), (나) 중 한 가지만 옳게 나타낸 경우	50

성취 기준	성취 수준
전기장 속에서 발생하는 도체의 정전기 유도 현상 과정과 부도체의 유전 분극 과정을 원자 모형을 통해 설명할 수 있다.	중

27 이웃한 점이나 도선 사이의 거리를 [eqn: r]라 하자. 두 도선에 흐르는 자기장을 합성해서 자기장의 방향과 세기를 구해 보면 P점에서 자기장은 [eqn: B _{rm `P it} =-k ^{prime } {I} over {r} + LEFT ( -k ^{prime } {3I} over {3r} RIGHT ) =-k ^{prime } {2I} over {r}]이므로 방향은 [eqn: -y] 방향, 세기는 [eqn: B _{0} =k ^{prime } {2I} over {r}]이다. Q점에서 자기장은 [eqn: B _{rm `Q it} =k prime {I} over {r} + LEFT ( -k ^{prime } {3I} over {r} RIGHT ) =-k ^{prime } {2I} over {r}]이므로 방향은 [eqn: -y] 방향, 세기는 [eqn: B _{0}]이다. R점에서 자기장은 [eqn: B _{rm `R it} =k ^{prime } {I} over {3r} +k ^{prime } {3I} over {r} =k ^{prime } {10I} over {3r}]이므로 방향은 [eqn: +y] 방향, 세기는 [eqn: {5} over {3} B _{0}]이다.

성취 기준	성취 수준
전류 주위에 발생하는 자기장을 자기력선의 개념을 이용하여 설명할 수 있다.	중

28  도선이나 코일의 단면을 지나는 자기선속이 변할 때, 이 변화를 막기 위해 도선이나 코일에 전류가 흐르는 현상이 전자기 유도이다.

[예시 답안]

▪ 전류의 방향 : 원형 도선이 자기장 영역으로 들어가는 동안 원형 도선의 단면을 지나는 자기선속이 증가하므로 이 변화를 막기 위해 원형 도선에는 시계 반대 방향의 (유도)전류가 흐른다.

▪ 전류의 세기 : 원형 도선의 단면을 지나는 자기선속의 시간적 변화율이 증가하였다가 감소하므로 원형 도선에 흐르는 전류의 세기도 증가하였다가 감소한다.

채점 기준	배점(%)
예시 답안과 같이 옳게 설명한 경우	100
전류의 방향과 전류의 세기 중 한 가지만 옳게 설명한 경우	50

성취 기준	성취 수준
패러데이의 법칙을 알고 이를 통해 유도 전류를 설명할 수 있다.	상

29 띠틈이 중간인 A가 반도체, 띠틈이 거의 없는 B가 도체, 띠틈이 가장 큰 C가 절연체이다.

성취 기준	성취 수준
에너지띠 이론을 정성적으로 설명하고, 도체, 반도체, 절연체 등을 전도성을 기준으로 구분하여 차이를 설명할 수 있다.	하

30 유전 분극이 나타나는 절연체를 유전체라 하며, 유전체에 전기장을 걸어 주었을 때 유전 분극이 발생하는 정도를 유전율이라고 한다.

	[예시 답안]
▪ A : 유전 분극 ▪ 유전체의 전하 분포 모형

성취 기준	성취 수준
초전도체, 유전체, 액정 등 다양한 신소재의 기본 성질을 설명할 수 있다.	중

Ⅲ. 정보와 통신

1 ⑤	2 ①	3 ②	4 ②	5 ⑤

6 ③	7 ①	8 ③	9 ②	10 ④

11 ③	12 ⑤	13 ②	14 ①	15 ⑤

16 ②	17 ③	18 ③	19 ①     20 ①

21 ①     22 ⑤	23 ①	24 ③	25 해설 참조

26 6 : 3 : 2          27 ㉠ 힘, ㉡ 전기, ㉢ 소리(음성)

28 A : 검은색, B : 파란색      29 해설 참조

30 C > A > B

1 ㄱ. 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 나란하므로 종파이다.

ㄴ. 이웃한 밀한 곳에서 밀한 곳 사이의 거리이므로 파장이다.

ㄷ. 용수철의 진동수를 증가시키면 파장은 짧아지므로 a와 b 사이의 거리가 짧아진다.

성취 기준	성취 수준
파동의 특성과 관련하여 소리의 굴절, 반사, 회절 등을 설명할 수 있다.	중

2 ㄴ. (나)에서 주기 [eqn: T=4 rm `s]이므로

진동수 [eqn: f= {1} over {T} = {1} over {4} =0.25](Hz)이다.

* 오답피하기>  ㄱ. (가)에서 파동의 파장은 4 cm이다.

ㄷ. (나)에서 매질의 P점은 0초인 바로 다음 순간 변위가 (+)인 방향으로 이동하므로 (가)에서 P점이 변위가 (+)인 방향으로 이동하려면 파동의 진행 방향은 왼쪽이다.

성취 기준	성취 수준
파동의 특성과 관련하여 소리의 굴절, 반사, 회절 등을 설명할 수 있다.	중

3 ㄴ. 회절은 파동의 파장이 길수록 잘 일어난다. 소리는 저음일수록 진동수가 작아 파장이 길기 때문에 개 짖는 소리가 저음일수록 회절이 잘 일어난다.

* 오답피하기>  ㄱ. 소리의 속력 변화로 나타나는 현상은 굴절이다.

ㄷ. 소리가 회절되어도 소리의 진동수는 변화가 없다. 따라서 동일한 음의 개 짖는 소리의 진동수는 마당이나 거실에서 같다.

성취 기준	성취 수준
파동의 특성과 관련하여 소리의 굴절, 반사, 회절 등을 설명할 수 있다.	중

4 ㄴ. 공기 중에서 소리의 속력은 온도가 높을수록 빠르다. 소리가 진행하다 B 쪽으로 휘어졌으므로 소리의 속력은 A 지점이 B 지점보다 빠르다.

* 오답피하기>  ㄱ. 공기의 온도에 따라 소리의 속력이 달라져서 소리의 진행 방향이 바뀌는 것이므로 소리의 굴절에 의해 나타나는 현상이다.

ㄷ. 소리의 진동수는 변화없이 일정하다.

성취 기준	성취 수준
파동의 특성과 관련하여 소리의 굴절, 반사, 회절 등을 설명할 수 있다.	중

5 ㄱ. 스피커에서는 소리 발생기로부터 온 전기 신호가 앙페르 법칙에 의해 소리 신호로 전환된다.

ㄴ. 공기의 밀도가 높을수록, 온도가 높을수록 소리의 전파 속도가 빨라진다.

ㄷ. a와 b 사이의 간격은 소리의 파장이다. 소리의 전파 속도가 일정하면 진동수가 클수록 파장은 짧아진다.

성취 기준	성취 수준
파동의 특성과 관련하여 소리의 굴절, 반사, 회절 등을 설명할 수 있다.	하

6 ㄱ. 가청 주파수보다 높은 진동수의 소리를 초음파라고 한다.

ㄴ. 초음파 진단 장치는 초음파가 인체에서 반사되는 정도가 내장 기관에 따라 다른 것을 이용하여 태아의 상태나 내장 기관의 상태를 알아보는 데 사용된다.

* 오답피하기>  ㄷ. 초음파는 음파로 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 나란한 종파이다.

성취 기준	성취 수준
소리 정보의 활용, 초음파의 의미와 발생 장치 및 실생활의 이용을 예를 들고 그 원리를 설명할 수 있다.	중

7 ㄱ. 줄의 길이는 발생한 정상파 파장의 [eqn: {1} over {2}]이다. 줄의 길이는 A가 B보다 길기 때문에 발생한 정상파 파장은 A가 B보다 길다.

* 오답피하기>   ㄴ. 소리의 높이는 진동수에 비례한다. A, B의 진동수가 같으므로 A, B는 같은 높이의 소리가 난다.

ㄷ. (파동의 전파 속력)=(진동수)×(파장)이다. A, B의 진동수는 같고 파장은 A가 B보다 길기 때문에 파동의 전파 속력은 A가 B보다 빠르다.

성취 기준	성취 수준
소리의 공명, 간섭을 설명할 수 있다.	상

8 (가), (나), (다) 각각의 관 내부에서 기본 진동의 소리가 공명되었으므로 관의 내부에서 소리의 정상파가 발생한다. 관의 열린 곳은 배가 되고 물의 위쪽 표면에는 마디가 형성된다. 따라서 (가), (나), (다)에서 공명된 소리의 파장은 각각 [eqn: {3} over {4} x TIMES 4], [eqn: {1} over {2} x TIMES 4], [eqn: x TIMES 2]이다. 파동의 속력 [eqn: v=f TIMES lambda]에서 소리의 속력이 일정하므로 공명된 소리의 진동수는 파장에 반비례한다. [eqn: f _{(가)} :f _{(나)} :f _{(다)}]=[eqn: {1} over {3x} `: {1} over {2x} `: {1} over {2x}]이므로 [eqn: f _{(가)} :f _{(나)} :f _{(다)} =2``:`3``:`3]이다.

성취 기준	성취 수준
소리의 공명, 간섭을 설명할 수 있다.	상

9 ㄴ. 진동판이 진동하면서 코일이 함께 움직이므로 코일의 단면을 지나는 자기선속의 변화가 발생하므로 전자기 유도의 원리에 따라 코일에 유도 전류가 발생한다.

* 오답피하기>  ㄱ. 마이크의 진동판은 소리의 진동에 의해 진동한다.

ㄷ. 소리의 진동수와 같은 진동수로 진동판이 진동하여 코일에 유도 전류가 발생하므로 마이크는 음성 신호를 전기 신호로 전환시키는 장치이다.

성취 기준	성취 수준
소리가 마이크에서 전기 신호로 변환되는 원리를 설명할 수 있다.	중

10 ㄴ. (가)에서 검전기의 금속박은 아무런 변화 없고, (나)에서 금속박은 벌어졌으므로 (가)에서는 광전 효과가 일어나지 않았고, (나)에서는 광전 효과가 일어났다. 동일한 금속판 P에 단색광 A, B를 비췄으므로 파장은 에너지가 큰 B가 A보다 짧다.

ㄷ. (다)에서 검전기의 금속박이 아무런 변화가 없으므로 광전 효과가 일어나지 않았다. 단색광 B의 에너지가 금속판 Q의 일함수보다 작으므로 A의 에너지 또한 금속판 Q의 일함수 보다 작다. 따라서, A의 진동수는 Q의 문턱 진동수보다 작다.

* 오답피하기>  ㄱ. 단색광 B를 비췄을 때 (나)에서는 광전 효과가 일어나고 (다)에서는 광전 효과가 일어나지 않았으므로 일함수는 Q가 P보다 크다.

성취 기준	성취 수준
광전 효과를 이해하고, 여러 가지 광센서의 구조와 원리를 설명할 수 있다.	상

11 ㄱ. 금속판의 문턱 진동수보다 큰 진동수의 빛을 비추어야 광전자가 방출된다. A를 비추었을 때 광전자가 방출되었으므로 A의 진동수는 문턱 진동수보다 크고, B를 비추었을 때 광전자가 방출되지 않았으므로 B의 진동수는 문턱 진동수보다 작다. 따라서 진동수는 A가 B보다 크다.

ㄴ. 광전 효과는 빛의 입자성으로만 설명할 수 있는 현상이고, 빛의 회절, 간섭 현상은 빛의 파동성으로만 설명할 수 있다.

* 오답피하기>   ㄷ. 문턱 진동수보다 작은 단색광을 금속판에 비추면 아무리 단색광의 세기를 크게 하여도 광전자는 방출되지 않는다.

성취 기준	성취 수준
광전 효과를 이해하고, 여러 가지 광센서의 구조와 원리를 설명할 수 있다.	하

12 ㄱ. ㄴ. 진동수 [eqn: f]인 빛을 쪼여 주었을 때 A에서는 광전자가 방출되었으므로 [eqn: f]는 A의 문턱 진동수보다 크다. 진동수 [eqn: f]인 빛을 쪼여 주었을 때 B에서는 광전자가 방출되지 않았으므로 [eqn: f]는 B의 문턱 진동수보다 작다. 따라서 문턱 진동수는 A가 B보다 작다.

ㄷ. 실험 Ⅰ, Ⅱ를 보았을 때 B에서 진동수는 [eqn: f]로 일정한 상태에서 빛의 세기를 2배로 했는데도 금속판에서 광전자가 방출되지 않았다. 따라서 광전자의 방출 여부는 빛의 세기와 상관 없음을 알 수 있다.

성취 기준	성취 수준
광전효과를 이해하고, 여러 가지 광센서의 구조와 원리를 설명할 수 있다.	중

13 ㄴ. (나)에서 원뿔세포 [eqn: rmS_{1}], [eqn: rm S _{2}], [eqn: rm S _{3}]는 각각 청 원뿔세포, 녹 원뿔세포, 적 원뿔세포이다. A에 대해서 청 원뿔세포가 가장 강하게 반응하므로, A는 파란색이고, 따라서 D는 초록색이 된다. C는 빨간색과 초록색이 합성된 노란색이다. 따라서 녹 원뿔세포인 [eqn: rm S _{2}]와 적 원뿔세포인 [eqn: rm S _{3}]이 모두 강하게 반응한다.

* 오답피하기>   ㄱ. 빨간색과 초록색의 합성색인 노란색에 파란색을 겹쳐지면 흰색인 B가 된다.

ㄷ. D, 초록색에 노란색 바나나를 놓으면 초록색만 반사하게 되어 바나나는 초록색으로 보인다.

성취 기준	성취 수준
눈에서 색채를 인식하는 과정과 빛의 삼원색의 의미를 설명할 수 있다.	중

14 ㄱ. A는 전파, B는 적외선, C는 X선 영역이다. 진공 중에서 파장은 [eqn: gamma]선은 전파 영역의 전자기파보다 파장이 짧다.

* 오답피하기>  ㄴ. X선은 자외선보다 파장이 짧은 전자기파로 투과력이 강해 인체 내부의 골격을 살펴보는 데 이용하거나 물질의 특성 및 공항에서 물품을 검사하는 데 이용되며, C 영역에 속한다.

ㄷ. B 영역에 속하는 적외선은 야간 투시경, 열작용에 이용된다.

성취 기준	성취 수준
전자기파의 스펙트럼을 알고, 각 파동의 영역별 파장의 크기와 파장별 쓰임새를 설명할 수 있다.	중

15  ㄱ, ㄴ, ㄷ. 구리선 사이에서 고전압에 의해 불꽃 방전이 일어나면서 발생한 전자기파를 고리 안테나에서 수신하면 안테나에 유도 전류가 흐르면서 발광 다이오드에 불이 켜진다. 구리선과 고리 안테나 사이의 거리가 멀어지면 안테나가 수신하는 전자기파의 세기가 약하므로 발광 다이오드의 불빛도 약해진다.

성취 기준	성취 수준
전자기파 발생과 안테나를 통한 수신 과정을 설명할 수 있다.	중

16 ㄷ. 광통신은 구리 도선을 이용한 유선 통신에 비해 전송 속도가 빠르고 전송 용량이 크며 외부 전파에 의한 간섭이나 혼선이 없는 장점이 있다.

* 오답피하기>  ㄱ. 광섬유 안에서 코어로 입사한 레이저 빛이 전반사하기 위해서는 클래딩보다 코어의 굴절률보다 커야 한다.

ㄴ. 광섬유 안에서 코어로 입사한 레이저 빛이 전반사를 하고 있으므로 [eqn: theta]는 클래딩과 코어 사이의 임계각보다 크다.

성취 기준	성취 수준
전반사 현상을 알고, 광섬유에서 빛신호 전달을 통한 광통신 과정을 설명할 수 있다.	중

17 ㄱ. 굴절률이 작은 매질로 진행하면 굴절각은 커진다. 빛이 A에서 B로 입사할 때 굴절각은 B가 A보다 크므로, 굴절률은 B가 A보다 작다. 전반사는 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 진행할 때 일어나므로 굴절률은 B가 C보다 크다. 따라서 굴절률의 크기를 순서대로 나열하면 A > B > C가 된다.

ㄴ. 임계각보다 큰 각도로 입사할 때 전반사가 일어난다. 따라서 [eqn: theta]는 코어와 클래딩 사이의 임계각보다 크다.

* 오답피하기>  ㄷ. 코어와 클래딩을 만들 때 굴절률이 큰 유리를 코어, 굴절률이 작은 유리를 클래딩으로 만든다. 따라서 클래딩을 B로 만들었을 때 B보다 굴절률이 큰 A로 코어를 만들어야 한다.

성취 기준	성취 수준
전반사 현상을 알고, 광섬유에서 빛신호 전달을 통한 광통신 과정을 설명할 수 있다.	상

18 ㄴ. 스위치를 A에 연결하면 축전기가 교류 전원에 연결된 것이므로 축전기에는 충전과 방전이 주기적으로 일어나면서 회로에 교류가 흐르게 되어 전구의 밝기가 서서히 밝아지다가 일정해진다.

ㄷ. 스위치를 B에 연결하면 축전기가 직류 전원에 연결된 것이므로 축전기에 전하가 완전히 충전될 때까지 전류가 흐르다가 전하가 완전히 충전되면 회로에는 전류가 흐르지 못한다. 따라서, 전구에 불이 들어왔다가 꺼진다.

성취 기준	성취 수준
전자기파 발생을 바탕으로 무선 통신과 방송의 원리를 설명할 수 있다.	중

19 ㄱ. (나)에서 [eqn: f_{0}]일 때 회로에 흐르는 전류는 [eqn: I_{0}]으로 최대가 되므로 회로의 공명 진동수는 [eqn: f_{0}]이다.

* 오답피하기>  ㄴ. 교류 전원의 진동수를 [eqn: 2f_{0}]로 증가시키면 회로에 흐르는 전류는 감소한다.

ㄷ. 저항의 저항값은 공명 진동수 변화에 영향을 미치지 않는다.

성취 기준	성취 수준
저항, 축전기와 코일을 이용하여 전기 신호의 진동수 및 크기를 조절하는 원리를 설명할 수 있다.	상

20 스피커에서 저음이 고음보다 더 크게 발생하려면 진동수가 작은 전기 신호가 입력되었을 때 스피커와 병렬로 연결되어 있는 B에 큰 전압이 걸려야 한다. 진동수가 작을수록 축전기의 용량 리액턴스는 크고, 코일의 유도 리액턴스는 작으므로 스피커에 큰 전압이 걸리기 위해서는 A가 저항, B가 축전기이거나 A가 코일, B가 저항이면 된다.

성취 기준	성취 수준
저항, 축전기와 코일을 이용하여 전기 신호의 진동수 및 크기를 조절하는 원리를 설명할 수 있다.	하

21 ㄱ. 안테나에 [eqn: f _{rm `B it}]인 전파가 수신될 때 [eqn: LC] 회로에 최대 전류가 흘렀으므로 [eqn: LC] 회로의 공명 진동수는 [eqn: f _{rm`B}]이다.

* 오답피하기>  ㄴ. [eqn: f _{rm`A} >f _{rm`B}]이므로 [eqn: LC] 회로에 진동수 [eqn: f _{rm `A it}]인 전파에 의한 최대 전류가 흐르게 하기 위해서는 [eqn: LC] 회로의 공명 진동수가 [eqn: f _{rmA}]와 같아야 하므로 축전기의 전기 용량을 작게 하거나 코일의 자체 유도 계수를 작게 해야 한다.

ㄷ. [eqn: f _{rm`B} >f _{rm`C}]이므로 [eqn: LC] 회로에 진동수 [eqn: f _{rm`C}]인 전파에 의한 최대 전류가 흐르게 하기 위해서는 [eqn: LC] 회로의 공명 진동수가 [eqn: f _{rm`C}]와 같아야 하므로 축전기의 전기 용량을 크게 하거나 코일의 자체 유도 계수를 크게 해야 한다.

성취 기준	성취 수준
저항, 축전기와 코일을 이용하여 전기 신호의 진동수 및 크기를 조절하는 원리를 설명할 수 있다.	상

22 ㄱ, ㄴ, ㄷ. 리더의 안테나에서 전파의 형태로 송신한 신호를 태그에서 공명 진동수에 맞는 전파를 자체 안테나로 수신하면서 전자기 유도에 의해 전류가 흐른다. 태그의 IC칩은 에너지를 공급받고 정보를 다시 전파의 형태로 송신한다. 교통카드의 IC칩에는 반도체의 전기적 성질을 이용하여 정보가 저장되어 있다.

성취 기준	성취 수준
전자기파 센서의 원리를 설명할 수 있고 전자기파를 이용한 정보 인식 방법을 설명할 수 있다.	중

23 ㄱ. 빛을 이용하는 CD의 경우에는 사용하는 빛의 파장에 따라 같은 면적에 저장할 수 있는 정보의 양이 다르다. 따라서 DVD보다 긴 파장의 빛을 사용하는 CD가 트랙 간격이 더 넓다.

* 오답피하기>  ㄴ. CD는 빛을 이용하여 정보를 기록한다.

ㄷ. CD는 빛을 이용한 정보 저장 매체이므로 자석의 영향을 받지 않는다.

성취 기준	성취 수준
정보 저장 매체의 구조와 원리를 설명할 수 있다.	하

24 ㄱ, ㄷ. 플래터는 금속 재질의 원판으로 강자성체인 산화철이 얇게 코팅되어 있어 전류의 자기 작용을 이용하여 정보를 저장하고, 저장된 정보는 다시 전자기 유도에 의해 헤드에서 유도 전류가 흘러 기록된 정보를 읽는다.

* 오답피하기>  ㄴ. 회전하는 플래터 위에서 헤드에 흐르는 전류를 이용하여 산화철을 정렬시켜 정보를 기록한다.

성취 기준	성취 수준
정보 저장 매체의 구조와 원리를 설명할 수 있다.	중

25 소리는 매질의 유무에 따라 분류하면 매질을 통해 전달되는 역학적 파동이며, 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향의 관계에 따라 분류하면 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 나란한 종파이다. 소리도 파동이므로 진행하던 도중 매질의 변화에 따라 소리의 속력 변화가 발생하여 굴절을 하고, 장애물 뒤로 꺾이는 회절 현상도 일어난다.

[예시 답안]

영희, 소리가 진행하다 다른 매질을 만났을 때 소리의 속력이 달라지기 때문에 발생하는 현상은 회절이 아니라 굴절이다.

채점 기준	배점(%)
예시 답안과 같이 옳게 설명한 경우	100
틀리게 말한 사람만 찾고 이유는 설명하지 못한 경우	30

성취 기준	성취 수준
파동의 특성과 관련하여 소리의 굴절, 반사, 회절 등을 설명할 수 있다.	중

26 (가), (나), (다)는 각각 정상파의 기본 진동, 2배 진동, 3배 진동이므로 파장은 [eqn: lambda _{1} =2L], [eqn: lambda _{2} =L], [eqn: lambda _{3} = {2} over {3} L]이다. 따라서 [eqn: lambda _{1} : lambda _{2} : lambda _{3} =6:3:2]이다.

성취 기준	성취 수준
소리의 공명, 간섭을 설명할 수 있다.	중

27 스피커는 전기 신호를 소리로 바꾸는 장치이다.

성취 기준	성취 수준
소리가 마이크에서 전기 신호로 변환되는 원리를 설명할 수 있다.	하

28  A는 빨간색과 초록색을 반사시키고, B는 초록색과 파란색을 반사시킨다. (나)와 같이 파란색 빛을 비추면 A는 파란색 빛을 흡수하므로 검은색, B는 파란색 빛을 반사시키므로 파란색으로 보인다.

성취 기준	성취 수준
눈에서 색채를 인식하는 과정과 빛의 삼원색의 의미를 설명할 수 있다.	중

29 교류 전원의 진동수 변화에 따른 용량 리액턴스와 유도 리액턴스의 변화를 파악해야 한다.

[예시 답안]

교류 전원의 진동수를 증가시키면 축전기의 용량 리액턴스는 감소하고 회로에 흐르는 전류는 증가한다. 따라서 A의 전구의 밝기는 밝아진다. 교류 전원의 진동수를 증가시키면 코일의 유도 리액턴스가 증가하고 회로에 흐르는 전류는 감소한다. 따라서 B의 전구의 밝기는 어두워진다.

채점 기준	배점(%)
예시 답안과 같이 옳게 설명한 경우	100
전구 A, B 한 가지만 옳게 설명한 경우	50

성취 기준	성취 수준
저항, 축전기와 코일을 이용하여 전기 신호의 진동수 및 크기를 조절하는 원리를 설명할 수 있다.	중

30 매질을 통과할 때 속력이 빠를수록 굴절각은 커지므로 빛의 진행 속력은 A>B, C>B이다. B에서 같은 입사각으로 빛이 A와 B로  진행할 때 굴절각은 A에서보다 C에서 더 크다. 따라서 매질에서 빛의 속력은  C>A>B 순으로 빠르다.

성취 기준	성취 수준
전반사 현상을 알고, 광섬유에서 빛신호 전달을 통한 광통신 과정을 설명할 수 있다.	중

Ⅳ. 에너지

1 ③	2 ②	3 ⑤	4 ④	5 ③

6 ⑤	7 ⑤	8 ②	9 ③	10 ①

11 ②	12 ①	13 ⑤	14 ⑤	15 ④

16 ②	17 ③	18 ②	19 ④	20 ⑤

21 ⑤	22 ①	23 ⑤	24 ④

25 높게, ㉠ [eqn: P PROPTO {1} over {V _{0} ^{2}}]	26 [eqn: T _{a} :T _{b} =3:2]

27 해설 참조	28 해설 참조	29 [eqn: PV]

30 해설 참조

1 ㄱ. 그래프에서 전구에 흐르는 전류의 세기와 방향이 주기적으로 바뀌므로 전구에는 교류 전류가 흘렀다.

ㄷ. 회전자를 빠르게 회전시킬수록 코일을 지나는 자기 선속의 시간적 변화율이 증가하므로 전구에 흐르는 전류의 세기가 증가하므로 전구에서 소비하는 전력이 증가한다.

* 오답피하기>  ㄴ. 발전기는 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 장치이다.

성취 기준	성취 수준
패러데이 법칙으로 유도 전류를 이용한 발전 과정을 진술할 수 있다.	중

2 ㄷ. (나)에서 자석의 세기가 더 센 자석을 낙하시키면 구리  관에서 자석의 운동으로 인해 흐르는 유도 전류의 세기가 커지므로 자석의 운동을 방해하는 힘이 커진다. 따라서 낙하 시간은 [eqn: t]보다 크다.

* 오답피하기>   ㄱ. (가)에서는 플라스틱 관에서 유도 전류가 발생하지 않으므로 자석의 운동을 방해하는 힘이 작용하지 않는다.

ㄴ. (가)에서 자석은 중력을 받아 낙하하므로 자석이 받는 알짜힘의 크기는 자석의 무게이다.

성취 기준	성취 수준
패러데이 법칙으로 유도 전류를 이용한 발전 과정을 진술할 수 있다.	상

3 ▪ 철수 : 화력 발전에는 화석 연료를 연소시켜 발생하는 열에너지로 물을 끓여 수증기를 만들고, 고온의 수증기로 터빈을 돌리는 과정을 통해 열에너지가 터빈의 운동 에너지로 전환된다.

▪ 영희 : 수력 발전은 물의 중력에 의한 퍼텐셜 에너지를 터빈의 운동 에너지로 전환시켜 전기를 생산한다.

▪ 민수 : 태양광 발전은 태양 전지의 광전 효과를 이용해서 전기를 생산한다.

성취 기준	성취 수준
연료전지, 태양광, 풍력, 조력 등 전기에너지의 생산 방법과 이용을 설명 할 수 있다	하

4 ㄴ. 송전선에서의 손실 전력은 송전 전압의 제곱에 반비례한다. 변전소에서는 송전 전압을 승압시켜 송전하여 송전선에서의 에너지 손실을 줄인다.

ㄷ. 송전선의 저항이 클수록 송전선에서의 손실 전력은 커진다.

* 오답피하기>  ㄱ. 송전선에는 교류가 흐른다. 변전소에서는 교류의 특성과 변압기의 원리를 이용하여 전압을 높여 송전한다.

성취 기준	성취 수준
전력 수송과정에서 에너지 손실을 표현하고, 소모 되는 전력을 줄이는 방법을 설명할 수 있다.	상

5 ㄱ, ㄷ. 변압기에서 전압과 코일의 감은 수는 [eqn: {V _{2}} over {V _{1}} = {N _{2}} over {N _{1}}]이므로 [eqn: V _{2} = {N _{2}} over {N _{1}} V _{1}]이다. 1차 코일과 2차 코일의 감은 수가 각각 400회, 100회 이므로 2차 코일에 걸리는 전압은 [eqn: {1} over {4} V]이고, 1차 코일의 감은 수를 증가시키면 전구에 걸리는 전압이 감소한다.

* 오답피하기>  ㄴ. 교류 전원의 진동수를 진동시키면 1차 코일과 2차 코일에 발생하는 유도 기전력의 진동수가 변하지만 전압이 바뀌지는 않는다.

성취 기준	성취 수준
전력 수송 과정에서 에너지 손실을 표현하고, 소모되는 전력을 줄이는 방법을 설명할 수 있다.	중

6 질량수 보존과 전하량 보존을 이용하여 (가)와 (나)의 질량수와 양성자수를 구한다.

ㄴ. (가)의 질량수 [eqn: a]는 3+[eqn: a]=4+1이므로 [eqn: a=2]이고, (가)의 양성자수 [eqn: b]는 1+[eqn: b]=2이므로 [eqn: b=1]이다. 따라서 (가)는 중수소([eqn: rm` _{1} ^{2} H])이다. (나)의 질량수 [eqn: c]는 9+[eqn: c]=1+12이므로 [eqn: c=4]이고, (나)의 양성자수는 4+[eqn: d]=6, [eqn: d=2]이므로 (나)는 헬륨 원자핵([eqn: rm ` _{2} ^{4} He])이다.

ㄷ. 헬륨 원자핵([eqn: rm ` _{2} ^{4} He])은 양(+)전하이므로 일정한 전기장에 놓으면 전기장 방향으로 힘을 받는다.

* 오답피하기>  ㄱ. 핵반응 과정에서 질량 결손에 의하여 질량이 감소하며, 감소한 질량은 에너지로 변환된다.

성취 기준	성취 수준
핵이 분열할 때와 융합할 때 질량의 변화로 에너지가 발생함을 설명할 수 있다.	중

7 ㄱ, ㄴ. 원자로는 원자력 발전소에서 핵연료인 우라늄의 핵분열이 일어나는 곳이다. 경수로는 원자력 발전에 사용되는 원자로의 한 종류로써 중성자의 속력을 느리게 하는 감속재와 냉각재로 경수를 사용하는 원자로이다. 경수로는 저농축 우라늄을 원료로 사용하며 원자로 내의 압력을 높여 고온의 물을 얻는 가압 경수로가 주로 이용된다.

ㄷ. 제어봉은 핵분열 과정에서 방출되는 중성자를 흡수하여 연쇄 반응 속도를 조절하는 막대로써 중성자를 잘 흡수하는 물질인 붕소나 카드뮴이 이용된다.

성취 기준	성취 수준
원자로의 종류와 작동 원리를 설명할 수 있다.	중

8 ㄷ. (나)에서 수소는 전극 P에서 이온화되어 전자가 외부 회로를 통하여 이동하므로 전류의 방향은 Q → 전구 → P이다.

* 오답피하기>  ㄱ. (가)에서 반도체 A는 n형 반도체이므로 주로 전자에 의해 전류가 흐른다.

ㄴ. (가)에서 전자가 반도체 A → a → R → b → B의 방향으로 이동하므로 전류의 방향은 b → R → a이다.

성취 기준	성취 수준
연료 전지, 태양광, 풍력, 조력 등 전기 에너지의 생산 방법과 이용을 설명할 수 있다.	중

9 ㄱ, ㄴ. 태양광 발전은 태양 에너지를 이용하고 풍력 발전은 바람을 이용하므로 자원의 고갈 염려가 거의 없고 에너지원이 거의 무한에 가깝다. 또, 발전 과정에서 연소 과정이 없어 환경오염 물질을 배출하지 않아 매우 친환경적이다.

* 오답피하기>  ㄷ. 전자기 유도의 원리를 이용하여 전기를 생산하는 것은 풍력 발전 방식이다. 태양광 발전은 전자기 유도의 원리를 이용하지 않는다.

성취 기준	성취 수준
연료 전지, 태양광, 풍력, 조력 등 전기 에너지의 생산 방법과 이용을 설명할 수 있다.	하

10 ㄱ. (가)에서 기울어진 A가 받는 돌림힘의 합이 A를 원래 상태로 되돌아 가도록 작용하고, (나)에서 기울어진 B가 받는 돌림힘의 합은 B가 쓰러지도록 작용하므로 A가 B보다 더 안정적이다.

* 오답피하기>  ㄴ. (가)에서 기울어진 A가 원래 상태로 되돌아 가도록 돌림힘의 합이 작용하므로 A가 받는 돌림힘의 합은 0이 아니다.

ㄷ. (나)에서 B가 받는 돌림힘의 합은 B가 넘어지도록 작용한다.

성취 기준	성취 수준
힘과 돌림힘의 평형을 이용하여 구조물의 안정성을 정량적으로 계산할 수 있다.	중

11 최대 길이 [eqn: L]일 때 판자의 돌림힘의 평형이 깨지면서 절벽 끝을 축으로 판자는 회전하게 된다. 따라서 돌림힘의 평형을 적용하면 [eqn: 300 times (6-L)=60 TIMESL]이고, [eqn: L=5](m)이다.

성취 기준	성취 수준
힘과 돌림힘의 평형을 이용하여 구조물의 안정성을 정량적으로 계산할 수 있다.	중

12 ㄱ. 작용 ․ 반작용의 법칙에 따라 추가 나무판을 누르는 힘이 추의 무게인 [eqn: w]이므로 나무판이 추를 떠받치는 힘의 크기도 [eqn: w]이다.

* 오답피하기>  ㄴ. 나무판이 평형 상태이므로 나무판이 받는 돌림힘의 합이 0이다. 받침대 A가 나무판을 떠받치는 지점을 기준으로 돌림힘의 합을 구해 보면 [eqn: 8rF _{0} =4rw+11rw CDOTS ①]이므로 [eqn: F _{0} = {15} over {8} w]이다.

힘의 평형 조건을 적용하면 [eqn: F _{rm `A it} +F _{0} =2w]이므로 정리하면 받침대 A가 나무판을 떠받치는 힘의 크기는 [eqn: F _{rm `A it} = {1} over {8} w= {1} over {15}F _{ 0}]이다.

ㄷ. 추를 P 지점에 놓았을 때 받침대 B가 나무판을 떠받치는 힘의 크기를 [eqn: F _{rm `B it}], 받침대 A가 나무판을 떠받치는 지점으로부터 P지점까지의 거리를 [eqn: x]라 하고, 돌림힘의 평평 조건을 적용하면 [eqn: 8rF _{B} =4rw+xw CDOTS ②]이다. ②에서 [eqn: x]가 ①의 11[eqn: r]보다 작으므로 [eqn: F _{rm`B} <F _{0}]이다.

성취 기준	성취 수준
힘과 돌림힘의 평형을 이용하여 구조물의 안정성을 정량적으로 계산할 수 있다.	상

13 축바퀴에 연결된 물체가 1 m/s의 등속도로 운동하고 있으므로 힘의 평형 상태이다. 회전축을 중심으로 돌림힘의 합이 0이므로 [eqn: 3r TIMES 20=r TIMES m _{rm `B it} TIMES 10] 에서 [eqn: m _{rm`B} =6](kg)이다. 역학적 에너지 보존 법칙에 따라 2초 동안 A의 감소한 중력 퍼텐셜 에너지는 2초 동안 B의 증가한 중력 퍼텐셜 에너지와 같으므로 [eqn: E _{rm `A it} =6 TIMES 10 TIMES 2=120` rm (J)]이다.

성취 기준	성취 수준
돌림힘을 정의하고, 지레의 원리를 응용한 힘의 전달을 설명할 수 있다.	중

14 ㄱ. (가)에서 A가 받는 부력은 A의 무게와 같다.[eqn: rho TIMES {2} over {3} V _{rm `A it} TIMES g= rho _{rm `A it} TIMES V _{rm `A it} TIMES g] 에서 [eqn: rho _{rm`A} = {2} over {3} rho]이다. (나)에서 A와 B가 받는 부력의 합이 A와 B의 무게의 합과 같다.

[eqn: F _{rm`A} ^{'} +F _{rm`B} =w _{rm`A} +w _{rm`B}]에서 [eqn: F _{rm`A} ^{'} = {w _{rm`A}} over {2} =w _{rm`B}]이고 ,

[eqn: w _{rm`A} =2w _{rm`B}]를 대입하여 정리하면 [eqn: F _{rm`B} =2w _{rm`B}]이다. 다시 정리하면 [eqn: rho TIMES V _{rm `B it} TIMES g=2 rho _{rm `B it} TIMES V _{rm `B it} TIMES g]에서 [eqn: rho _{rm`B} = {1} over {2} rho]이다. 따라서 [eqn: rho _{rm`A} = {4} over {3} rho _{rm`B}] 이므로 밀도는 A가 B의 [eqn: {4} over {3}]배이다.

ㄴ. [eqn: w _{rm`A} =2w _{rm`B}]이므로 [eqn: rho _{rm`A} V _{rm`A} g=2 rho _{rm`B} V _{rm`B} g]에서

[eqn: rho _{rm`A} = {4} over {3} rho _{rm`B}]를 대입하여 정리하면 [eqn: V _{rm`A} = {3} over {2} V _{rm`B}]이므로 부피는 A가 B의 1.5배이다.

ㄷ. [eqn: F _{rm `B it} =2w _{rm `B it} =w _{rm`A}]이므로 B가 받는 부력의 크기는 A의 무게와 같다.

성취 기준	성취 수준
유체에서 아르키메데스 법칙과 파스칼 법칙을 실생활과 산업에 적용하여 설명할 수 있다.	상

15  ㄴ. 두 물체에 작용하는 힘은 (무게)-(부력)이고, 두 물체 모두 가만히 정지해 있으므로 알짜힘은 모두 0이다. A, B에 작용하는 부력의 크기가 같으므로 무게도 같다.

ㄷ. 물체 밑면에 작용하는 압력은 유체에 가라앉은 깊이에 비례한다. B의 밑면이 A의 밑면보다 깊이가 더 깊다. 따라서 밑면에 작용하는 압력은 B가 A보다 크다.

* 오답피하기>  ㄱ. 부력의 크기는 물체가 물에 가라앉은 부피에 비례한다. 물에 가라앉은 부피는 A, B가 같으므로 A, B에 작용하는 부력의 크기는 서로 같다.

성취 기준	성취 수준
유체에서 아르키메데스 법칙과 파스칼 법칙을 실생활과 산업에 적용하여 설명할 수 있다.	중

16 [eqn: P= rho gh]에서 P과 Q는 높이가 같으므로 두 지점에서의 압력은 서로 같다. 대기압을 [eqn: P_0], B의 밀도를 [eqn: rho_{\B}]라고 할 때 [eqn: P _{0} +rhogh=P_{0} +1.5rho_{\B}gh]가 되므로 [eqn: rho _{rm B it} = {2} over {3} rho]이다.

성취 기준	성취 수준
유체에서 아르키메데스 법칙과 파스칼 법칙을 실생활과 산업에 적용하여 설명할 수 있다.	중

17 베르누이 법칙을 적용시키면 [eqn: P _{rm `a it} + rho _{0} gh _{1} + {1} over {2} rho _{0} v ^{2} =][eqn: P _{rm `b it} + rho _{0} gh _{2} + {1} over {2} rho _{0} (3v) ^{2} CDOTS ①]이다.

유체가 같은 높이에서 흐르므로 [eqn: h _{1} =h _{2}]이고, a와 b에서의 압력차는 유체 기둥의 높이차에 해당하는 압력이다.

[eqn: P _{rm `a it} -][eqn: P _{rm `b it} = rho gh]을 ①에 적용하면

[eqn: rho gh= {1} over {2} rho _{0} (3v) ^{2} - {1} over {2} rho _{0} v ^{2} CDOTS ②]이다. ②를 정리하면 [eqn: rho = {4 rho _{0} v ^{2}} over {gh}]이다.

성취 기준	성취 수준
베르누이 법칙을 이용하여 양력과 마그누스 힘을 항공기와 구기 운동에 적용하여 설명할 수 있다.	상

18 ㄴ. 공기의 속력은 공기의 흐름과 공의 회전 방향이 일치하는 A 부분이 B 부분보다 빠르다.

* 오답피하기>  ㄱ. 공기의 흐름이 상대적으로 느린 B 부분이 A 부분보다 압력이 크다.

ㄷ. 야구공은 공기의 압력이 상대적으로 큰 B 부분과 공기의 압력이 상대적으로 작은 A 부분 사이에 압력차가 생긴다. 공기의 압력이 큰 B 부분에서 A 부분 방향으로 힘을 받는다.

공의 회전 방향과 공기의 흐름이 반대 방향이다.

공의 회전 방향과 공기의 흐름이 같은 방향이다.

▪  A : 공기의 속력이 빠르다. → 기압이 낮다.

▪  B : 공기의 속력이 느리다. → 기압이 높다.

➜ 야구공은 기압이 낮은 쪽으로 마그누스 힘을 받는다.

성취 기준	성취 수준
베르누이 법칙을 이용하여 양력과 마그누스 힘을 항공기와 구기 운동에 적용하여 설명할 수 있다.	상

19 ㄴ. [eqn: 2T _{0}]에서 A와 B의 온도가 일정하게 유지되므로 열평형 온도는 [eqn: 2T _{0}]이다.

ㄷ. 열량식 [eqn: Q=mc DELTA t]를 적용하면 A의 비열은 [eqn: c _{rm `A it} = {Q _{rm `A it}} over {m _{rm `A it} 3T _{0}}], B의 비열은 [eqn: c _{rm`B} = {Q _{rm`B}} over {m _{rm`B} T _{0}}]이다. A가 잃은 열량은 B가 얻은 열량과 같고 [eqn: m _{rm`B} =4m _{rm`A~}]이므로 비열은 A가 B보다 크다.

* 오답피하기>  ㄱ. 열용량은 어떤 물질을 1 ℃ 올리는 데 필요한 열량이므로 [eqn: C _{rm } = {Q _{rm ` it}} over {DELTA T}]로 구한다.

이를 적용하여 열용량을 구해 보면 A는 [eqn: C _{rm `A it} = {Q _{rm `A it}} over {3T _{0}}], B는 [eqn: C _{rm`B} = {Q _{rm`B}} over {T _{0}}]이다. A가 잃은 열량과 B가 얻은 열량이 같으므로 열용량은 B가 A보다 크다.

성취 기준	성취 수준
열전달, 물질의 상태 변화, 기상 현상 등을 에너지 전환과 이동으로 설명할 수 있다.	중

20 ㄱ.  A가 피스톤을 밀어내어 B에 일을 하였으므로 (가)에서 A의 압력이 B보다 크다는 것을 알 수 있다.

ㄴ. (가)에서 A, B의 부피는 같지만 압력은 A가 B보다 크므로 [eqn: PV=nRT]에 의해 A의 온도가 B의 온도보다 높다. 내부 에너지는 기체의 온도에 비례한다. 따라서 내부 에너지는 A가 B보다 크다.

ㄷ. (가)에서 (나)로 가는 동안 A는 단열 팽창하고 B는 단열 압축된다. [eqn: W=-DELTAU]에서 A가 B에 해 준 일은 B의 내부 에너지 증가량과 같다.

성취 기준	성취 수준
열역학 법칙을 이용하여 열기관의 작동 원리를 설명할 수 있고 열효율의 크기를 표현할 수 있다.	중

21 ㄱ. A → B 과정은 등적 과정이다. 기체의 부피가 변하지 않으므로 외부에 한 일은 0이다.

ㄴ. 부피가 일정한 상태로 외부로부터 열에너지를 받는 등적 팽창에서는 압력과 온도는 증가한다. 기체의 평균 속력은 온도에 비례하므로 기체의 평균 속력도 증가한다.

부피는 일정한 상태로 압력이 증가한다.

ㄷ. [eqn: Q=W+DELTAU=DELTAU]에서 기체가 외부로부터 받은 열량은 기체의 내부 에너지 증가량과 같다.

성취 기준	성취 수준
열역학 법칙을 이용하여 열기관의 작동 원리를 설명할 수 있고 열효율의 크기를 표현할 수 있다.	중

22 ㄱ. 고열원에서 받은 열을 모두 일로 전환시키므로 열기관의 열효율은 100 %이다.

* 오답피하기>  ㄴ. 에너지 보존 법칙의 일종인 열역학 제1법칙은 만족한다.

ㄴ. 열효율이 100 %인 열기관은 만들 수 없으므로 열역학 제2법칙에 위배된다.

성취 기준	성취 수준
열역학 법칙을 이용하여 열기관의 작동 원리를 설명할 수 있고 열효율의 크기를 표현할 수 있다.	하

23 헤어드라이어는 전류의 열작용에 의해 열선에서 발생한 열을 전동기를 작동시켜 뜨거운 바람을 나오게 하는 기구로써 전동기는 자기력을 이용하여 전기 에너지를 역학적 에너지로 전환시킨다.

성취 기준	성취 수준
전동기, 조명기구, 전열기 등의 작동 원리를 설명할 수 있다.	하

24 (가)는 형광등, (나)는 백열전구, (다)는 LED(발광 다이오드)이다.

ㄱ. 형광등은 백열전구에 비해 에너지 효율이 높다.

ㄷ. LED는 크기가 작고 다양한 색을 만들 수 있어 새로운 조명 기구로 떠오르고 있다.

* 오답피하기>  ㄴ. 백열전구는 LED에 비해 전력 소비가 크다.

성취 기준	성취 수준
전동기, 조명기구, 전열기 등의 작동 원리를 설명할 수 있다.	하

25 발전소에서 생산한 전력을 송전할 때 송전 전력을 [eqn: P _{0}], 송전 전압을 [eqn: V _{0}], 송전 전류를 [eqn: I _{0}], 송전선의 저항을 [eqn: r], 송전선에서의 전력 손실을 [eqn: P]라 하면 송전 전력은 [eqn: P _{0} =V _{0} I _{0}]이고, 송전선에서의 전력 손실 [eqn: P=I _{0} ^{2} r]이다. 따라서 두 식을 정리하면 [eqn: P= LEFT ( {P _{0}} over {V _{0}} RIGHT ) ^{2} r]이므로 송전 전력 [eqn: P _{0}]가 일정할 때 송전선에서의 전력 손실 [eqn: P]와 송전 전압 [eqn: V _{0}] 사이에는 [eqn: P PROPTO {1} over {V _{0} ^{2}}]인 관계가 성립한다. 그러므로 송전 전력 [eqn: P _{0}]가 일정할 때 송전 전압 [eqn: V _{0}]를 높게 하여 송전하면 송전선에서의 전력 손실 [eqn: P] 를 줄일 수 있다.

성취 기준	성취 수준
전력 수송 과정에서 에너지 손실을 표현하고, 소모되는 전력을 줄이는 방법을 설명할 수 있다.	중

26 막대의 가운데를 중심축으로 놓고 돌림힘의 평형을 적용한다.

중심축

10 cm

15 cm

시계 반대 방향의

돌림힘=[eqn: T_{a}TIMES 10]

시계 방향의 돌림힘=[eqn: T_{b} TIMES15]

따라서 돌림힘의 평형을 적용하면 [eqn: T_{a}TIMES 10=T_{b} TIMES15]이므로, [eqn: T_{a}= { 3} over {2 }T_{b}]이다. 즉, [eqn: T _{a} :T _{b} =3:2]가 된다.

성취 기준	성취 수준
힘과 돌림힘의 평형을 이용하여 구조물의 안정성을 정량적으로 계산할 수 있다.	중

27 지레를 사용할 때 받침점과 힘점 사이의 거리가 작을수록 적은 힘으로 물체를 들어 올릴 수 있다.

받침점

힘점

받침점

작용점

작용점

힘점

지레와 같은 도구를 사용하면 물체를 직접 들어 올릴 때 보다 작은 힘으로 물체를 들어 올릴 수 있지만, 물체를 같은 높이까지 들어 올릴 때 한 일의 양은 같다. 힘의 이득은 있으나 일의 이득이 없는 지렛대의 원리를 적용시켜 설명한다.

[예시 답안]

지렛대의 원리에 따라 받침점으로부터 멀리 떨어진 곳에 힘을 줄수록 힘이 적게 들기 때문에 지렛대를 누르는 힘의 크기는 철수가 영희보다 작다. 하지만 일의 이득은 없으므로 철수와 영희가 한 일은 같다.

채점 기준	배점(%)
예시 답안과 같이 옳게 설명한 경우	100
힘이나 일 둘 중 하나만 옳게 설명한 경우	50

성취 기준	성취 수준
돌림힘을 정의하고, 지레의 원리를 응용한 힘의 전달을 설명할 수 있다.	중

28  부력의 원리와 작용 반작용 법칙으로 물속에 잠긴 물체의 무게 변화를 생각한다.

[예시 답안]

소방대원들이 물탱크의 물속으로 들어가면 소방대원이 받는 부력은 증가하지만 물탱크에 부력의 반작용이 부력과 반대 방향으로 작용하게 되어 소방차 전체로 볼 때 소방대원에게 작용하는 부력과 물탱크에 작용하는 부력의 반작용은 서로 상쇄된다. 소방대원이 물탱크 속에 들어가도 전체 무게는 변하지 않는다.

채점 기준	배점(%)
예시 답안과 같이 옳게 설명한 경우	100
소방차에 작용하는 알짜힘은 변하지 않음을 제시하였지만 소방 대원에게 작용하는 부력과 물탱크에 작용하는 부력에 의한 반작용에 대하여 구체적으로 설명하지 못한 경우	50

성취 기준	성취 수준
유체에서 아르키메데스 법칙과 파스칼 법칙을 실생활과 산업에 적용하여 설명할 수 있다.	중

29 이상 기체의 압력-부피 그래프에서 그래프의 면적은 기체가 하거나 받은 일이다. 기체의 부피가 증가하면 일을 하고 부피가 감소하면 일을 받는다. A → C 과정은 압력이 일정한 상태에서 부피가 증가하는 등압 팽창 과정이므로 기체가 한 일 [eqn: W=P DELTA V=P(2V-V)=PV]이다.

성취 기준	성취 수준
열역학 법칙을 이용하여 열기관의 작동 원리를 설명할 수 있고 열효율의 크기를 표현할 수 있다.	하

30 A → B 과정은 부피가 일정한 상태에서 압력이 증가하는 등적 과정이고, A → C 과정은 압력이 일정한 상태에서 부피가 증가하는 등압 팽창 과정이다.

부피는 일정한 상태로 압력이 증가한다.

→ 기체가 한 일 W=0

→ 내부 에너지 ΔU > 0

→ 열량 Q 1 = ΔU

압력이 일정한 상태로 부피가 증가한다.

→ 기체가 한 일 W = PV

→ 내부 에너지 증가 ΔU

→ 열량 Q 2 = W + ΔU

열역학 제1법칙은 일종의 에너지 보존 법칙이다. 열역학 제1법칙 [eqn: Q= DELTA U+W]에서 [eqn: Q]는 기체가 열을 흡수하면 (+), 열을 방출하면 (-)이고, [eqn: DELTA U]는 기체의 온도가 올라가면 (+), 온도가 내려가면 (-), [eqn: W]는 기체가 일을 하면(부피 증가) (+), 일을 받으면(부피 감소) (-)이다.

[예시 답안]

열역학 제1법칙은 [eqn: Q= DELTA U+W]이다. A → B 과정은 등적 과정이므로 기체의 부피 변화가 없어 기체가 한 일은 [eqn: W=0]이고, 기체의 온도가 높아졌으므로 내부 에너지가 증가하여 [eqn: DELTA U>0]이다. 따라서, 기체는 내부 에너지가 증가한 만큼 열을 흡수하였다. A → C 과정은 등압 팽창 과정으로 기체가 열을 받아 일을 하고 내부 에너지가 증가한다. B와 C에서 온도가 같아 기체의 내부 에너지가 같으므로 각각의 과정에서 기체의 내부 에너지 증가량이 같으므로 기체가 일을 한 A → C 과정에서 흡수한 열량 [eqn: Q _{2}]가 기체가 일을 하지 않은 A → B 과정에서 흡수한 열량 [eqn: Q _{1}]보다 크다.

채점 기준	배점(%)
예시 답안과 같이 옳게 설명한 경우	100
열량을 단순하게 비교만 한 경우	40

성취 기준	성취 수준
열역학 법칙을 이용하여 열기관의 작동 원리를 설명할 수 있고 열효율의 크기를 표현할 수 있다.	상