2012 국가직 7급 물리학 문제 해설 - 2012.7.28.

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물리학개론 인 책형 1 쪽 물리학개론 문 1. 그림과 같이, 마찰이 없는 수평면에 질량 4 kg의 물체 A와 질량 6 kg의 물체 B가 서로 나란히 있다. 20 N 크기의 일정한 수평힘 를 물체 A에 가하였다. 물체 A는 다시 물체 B를 밀고 있다. 물체 A가 물체 B에 가하는 수평힘의 크기[N]는? (단, 공기저항은 무시한다)  B  A ① 8 ② 10 ③ 12 ④ 20 문 2. 양쪽 끝이 고정되어 있는 길이가 L인 팽팽한 줄에서 얻을 수 있는 정상파의 파장이 아닌 것은? ①    ②    ③   ④  문 3. 그림과 같이, 균일한 전기장선이 분포하고 있을 때, 부호가 다른 두 점전하로 이루어진 전기 쌍극자에 작용하는 토오크에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 여기서 d는 전기 쌍극자의 두 점전하 사이의 거리, q는 전기 쌍극자 전하량, E는 전기장의 세기이다) － q ＋ q  d ① 토오크에 의한 쌍극자의 회전 방향은 반시계 방향 (↺)이다. ② 토오크의 크기는 E에 비례한다. ③ 토오크의 크기는 d에 비례한다. ④ 토오크의 크기는 q 2 에 비례한다. 문 4. 보존력이 작용하는 계에서, 일차원 직선운동을 하고 있는 입자의 퍼텐셜에너지가 위치 x의 함수로 U(x) ＝(x－2)3 －12x 모양으로 주어진다고 할 때, 입자의 안정한 평형 점의 위치는? ① x＝ 0 ② x＝ 2 ③ x＝ 4 ④ x＝ 6 문 5. 어떤 Carnot 기관이 고온 열원에서 2.0 × 103 J의 열을 받아 한 순환 과정 동안 1.5 × 103 J의 열을 저온 열원으로 방출한다. 이 Carnot 기관의 효율은? ① 0.1 ② 0.25 ③ 0.5 ④ 0.75 문 6. 굴절률이 n인 균일한 물질로 이루어진 원통형 광섬유의 끝이 중심축과 수직인 평면으로 절단되어 있다. 이 절단 평면에 입사된 빛이 공기 중에서의 입사각과 상관 없이 광섬유 내부 경계면에서는 항상 전반사를 일으킨다. 이러한 현상이 일어나기 위한 광섬유 물질의 최소 굴절률은? (단, 공기의 굴절률은 1이다) ①   ②  ③  ④  문 7. 그림과 같이, 길이가 4 m이고 질량이 20 kg인 균일한 수평 빔이 핀 연결고리에 의해 벽에 걸려 있다. 빔의 한쪽 끝은 수평과 30 °로 케이블에 의해 연결되어 있다. 질량 50 kg인 물체가 벽으로 부터 3 m인 지점에 수평 빔에 매달려 있을 때, 케이블에 걸리는 장력의 크기 [N]는? (단, 케이블의 질량은 무시하며 중력가속도는 10 m/s2이다) 30 ° 3 m 4 m 50 kg 20 kg ① 950 ② 1,150 ③ 1,400 ④ 1,800 문 8. 부피가 V인 1몰의 이상기체가 절대온도 T에서 등온 팽창하여 부피가 2V가 되었다. 팽창과정에서 외부로부터 기체에 전달된 열의 양은? (단, R 은 보편 기체상수이다) ①  ②   ln ③  ln ④  물리학개론 인 책형 2 쪽 문 9. 그림과 같이, 두 개의 무한히 큰 절연체 판이 단위면적당 전하 밀도가 σ로 균일하게 대전되어 있다. 두 판 사이(영역 II)에서 전기장의 크기와 방향은? 영역Ⅰ 영역Ⅱ 영역Ⅲ ＋ σ － σ ①   , 왼쪽(←) ②   , 오른쪽(→) ③   , 왼쪽(←) ④   , 오른쪽(→) 문 10. 콤프턴(Compton) 산란 실험에서 타겟에 입사하는 X-ray의 방향에 대하여 산란각이 60 °인 콤프턴 이동과 파장에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, h는 플랑크 상수, m은 전자의 질량, c는 광속도이다) ①   , 짧아진다 ②   , 길어진다 ③    , 짧아진다 ④    , 길어진다 문 11. 어떤 행성의 반경이 1,000 km이고, 행성의 표면에서의 중력가속도의 크기가 2 m/s2일 때, 이 행성에서의 탈출속력 [m/s]은? (단, 탈출 속력이란 행성의 표면으로부터 그 행성의 중력을 완전히 벗어나기 위해 필요한 최소 속력이고, 행성의 밀도는 균일하며 구형이다) ①  ②  ③  ④  문 12. 이상기체가 담긴 용기에 열과 힘을 가해서 압력을 초기 압력의 3배로, 온도는 초기 온도의 2배로 증가시켰다. 이 때 이상기체 분자의 제곱평균제곱근속력(vrms)은 초기값에 비하여 몇 배 증가 하는가? ①  ②  ③  ④  문 13. 그림과 같이, 질량이 2 kg인 물체에 수평면과 θ ＝ 30 °로 20 N의 힘이 가해졌다. 물체와 수평면 사이의 운동마찰계수가 μk ＝ 0.2 일 때, 물체의 수평 방면 가속도의 크기 [m/s2]는? (단, 중력 가속도는 10 m/s2이다) θ ＝ 30 ° 20 N 2 kg ①  ②  ③   ④   문 14. 그림과 같이, 축전기 3개가 연결된 회로에서 두 지점 a와 b 사이의 전위차가 9 V이다. 축전기 C3에 저장된 전기에너지 [μJ]는? (단, C1＝4 μF, C2＝2 μF, C3＝3 μF이고, 전선의 저항은 무시한다) a C3 b C1 C2 ① 27 ② 54 ③ 81 ④ 108 문 15. 마찰이 없는 평면 위에 수평으로 놓인 스프링이 한 쪽은 벽에 고정되어 있고, 다른 한 쪽 끝에는 질량이 0.5 kg인 물체를 연결하여 평형 상태인 위치로부터 0.1 m 만큼 잡아당긴 후 정지 상태에서 가만히 놓으면 물체는 단순조화운동을 한다. 스프링 탄성계수가 200 N/m일 때, 이 물체가 운동과정에서 가지게 되는 최대 속력 [m/s]과 최대 가속도의 크기 [m/s2]는? (단, 용수철의 질량과 공기의 저항은 무시한다) ① 1, 20 ② 1, 40 ③ 2, 20 ④ 2, 40 문 16. 그림과 같이, 영의 이중 슬릿 간섭 실험에서 슬릿과 스크린 사이의 거리는 L ＝ 50 cm이고, 빛의 파장은 500 nm, 두 슬릿 사이의 거리는 d ＝ 0.10 mm이다. 스크린에서 간섭무늬의 중심 근처에 있는 서로 이웃한 밝은 띠 사이의 거리[mm]와 가장 가까운 값은? x L 스크린 슬릿2 슬릿1 d 0 ① 0.15 ② 0.25 ③ 1.5 ④ 2.5 물리학개론 인 책형 3 쪽 문 17. 그림과 같이, 마찰이 없는 수평면에 탄성계수 k ＝ 80 N/m인 스프링과 연결되어 정지해 있던 질량 1 kg의 블록에, 속력 2 m/s로 미끄러져오던 질량 4 kg의 블록이 충돌하여 순간적으로 붙어 함께 운동한다. 이 때 스프링의 최대 압축 길이[m]는? (단, 용수철의 질량과 공기의 저항은 무시한다) k 1 kg 4 kg 2 m/s ① 0.1 ② 0.2 ③ 0.3 ④ 0.4 문 18. 한 평면에 놓인 반경이 d, 2d, 4d인 세 개의 원형도선 A, B, C의 중심을 일치시키고 전류 I 를 원형 도선 A는 반시계 방향으로, 원형도선 B는 같은 전류 I 를 시계 방향으로 흘린다. 세 원형도선의 중심에서 자기장의 세기를 영으로 만들려면 원형도선 C에 얼마의 전류를 어느 방향으로 흘려야 하는가? ① 2I, 시계 방향(↻) ② 2I, 반시계 방향(↺) ③ 6I, 시계 방향(↻) ④ 6I, 반시계 방향(↺) 문 19. 정지질량 80 g, 참길이(proper length) 1 m인 자가 있다. 자가 길이 방향으로 균일한 속도로 운동할 때 자의 질량이 100 g으로 관측된다. 이 관찰자의 기준계에서 자의 길이 [cm]는? ① 80 ② 90 ③ 100 ④ 125 문 20. 300 W 광원에서 파장이 660 nm인 빛이 방출되고 있다. 1초당 방출되는 가장 가까운 광자(photon)의 수 [개]는? (단, 플랑크 상수는 h ≃ 6.6 × 10－34 J․s이다) ① 1019 ② 1020 ③ 1021 ④ 1022