< 차례 > Ⅰ. 힘과에너지 1 1. 속도와가속도 [1~2강] 1 2. 운동의법칙 [3~6강] 8 3. 운동량과충격량 [7~8강] 17 4. 일과에너지 [9~11강] 22 Ⅱ. 전기와자기 30 1. 전압과전류 [12~13강] 30 2. 전류의열작용 31 3. 전류의자기작용 [16~18강] 42 4. 전자기유도 [18~19강] 49 Ⅲ. 파동과입자 55 1. 파동의발생과전파 [20강] 55 2. 파동의반사와굴절 [21~23강] 57 3. 파동의간섭과회절 [24~25강] 65 4. 빛과물질의이중성 [27~28강] 75 2012 대학수학능력시험 [29~30 강 ] 81
1. 속도와가속도 [1~2 강 ] Ⅰ. 힘과에너지 1) 거리와변위 이동거리 : 물체가실제로이동한경로를따라측정한길이 변위 : 물체의처음위치에서나중위치까지의방향성있는직선거리 이동거리와변위 : A, B사이의이동거리는경로에따라다르지만변위는언제나같다. 2) 속력과속도 속력 : 단위시간동안물체가이동한거리 이동거리 속력 = ( 시간 ) ( 단위 : m/s ) 속도 : 단위시간동안물체의변위 변위속도 = 시간 ( ) ( 단위 : m/s ) 속도의방향표시 : 직선상에서운동 (+), (-) 물체의운동방향이변하지않는경우 : 속력 = 속도 물체의운동방향이변하는경우 : 속력 > 속도 - 1 -
상대속도 상대속도 : 운동하는관찰자가보는물체의속도 = - 4) 가속도 속도가변하는운동 : 우리주위에는속도가일정한운동보다속력이나운동방향이변하는경우가더많다. A. 속도의크기만변하는경우 B. 속도의방향만변하는경우 C. 속도의크기와방향이모두변하는경우 속도의변화 - 2 -
가속도 : 단위시간동안물체의속도변화량 나중속도 처음속도가속도 시간 m s2 가속도의방향 : 물체에작용한힘의방향과같다. 가속도의부호 (+) : 물체의속도가증가, (-) : 물체의속도가감소 등가속도운동 : 높은곳에서떨어지는공의속도는일정한비율로점점빨라지며, 똑바로던져올린공의속도는올라가는동안일정한비율로점점느려지는것을볼수있다. 이와같이물체의속도가일정하게증가하거나일정하게감소하면물체의가속도는일정한데, 이러한운동을등가속도운동이라고한다. 등가속도운동의식 속도- 시간의관계 : 1 변위 - 시간의관계 : S= t= t S= t + 변위 - 가속도의관계 : 2 등가속도운동의그래프 ( 가속도가 (+) 인경우 ) 등가속도운동그래프의분석 가속도-시간의그래프 : 그래프하단의면적은속도 속도-시간의관계그래프 : 기울기는물체의가속도, 하단의면적은물체가이동한거리또는변위 변위-시간의관계그래프 : 기울기는물체의속도 중력장내의운동 - 3 -
1. 그림과같이 A 에서출발한민수가직선방향으로 30 초동안 120 m 를 뛰어서 B 점까지갔다가곧장방향을반대로바꿔서 20 초동안 50 m 를걸어서 C 점에도착했다. (1) 민수의이동거리는얼마인가? (2) 민수의변위의크기는얼마인가? (3) 민수의평균속력은얼마인가? (4) 민수의평균속도는얼마인가? 2. 그림과같이모형자동차가각각 30 m 떨어져있는세지점 A, B, C 사이를왕복운동한다. A점에서출발하여 10초만에 B점을통과하였으며 C점까지갔다가방향을바꾸어 20초일때 B점을지났으며, 30초일때다시원래위치인 A점에돌아왔다. (1) 모형자동차의이동거리는얼마인가? (2) 모형자동차의변위의크기는얼마인가? (3) 모형자동차의평균속력은얼마인가? (4) 모형자동차의평균속도는얼마인가? - 4 -
3. 그림은직선위를운동하는물체의위치를시간에따라나타낸것이다. (1) 0 초부터 4 초까지이동한거리는얼마인가? (2) 물체의운동방향이바뀐시각은? (3) 10 초동안평균속력은? (4) 10 초동안평균속도는? 4. 교실과과학실은직선으로난복도를따라 84 m 떨어져있다. 교실 에있던철수와과학실에있던영희가각각동시에출발하여각각 1.2 m/s 와 1.6 m/s 의일정한속력으로운동하였다. (1) 출발후두사람이만난시간은? (2) 출발후두사람이만난위치는? - 5 -
5. 다음은일직선상에서운동하는물체의속도를시간에따라나타낸것 이다. 이그래프에대한해석으로옳은것은? 1 0초부터 15초까지이동한거리는 150 m이다. 2 15초일때물체의운동방향이바뀌었다. 3 15초일때물체의가속도방향이바뀌었다. 4 10초부터 20초까지사이에서가속도의크기는감소하고있다. 5 12초일때속도의크기는 18초때속도의크기보다크다. 6. 그림은일직선상에서운동하는물체의속도를나타낸것이다. (1) 0 초부터 10 초까지의이동거리는? (2) 0 초부터 10 초까지의변위의크기는? (3) 0 초부터 10 초까지의가속도의크기와방향을분석하시오. - 6 -
7. 그림은직선상에서등가속도운동하는물체의위치와시간과의관계 를나타낸그래프이다. (1) 0 초일때물체의속력은? (2) 물체의가속도의크기는? 8. 그림과같이등가속도운동하는물체의운동을 60 Hz 의시간기록계 를사용하여종이테이프에타점으로찍어기록하였다. 가속도는얼마인가? - 7 -
2. 운동의법칙 [3~6강 ] 1) 뉴턴의운동제 1 법칙 관성 : 물체가현재의운동상태를유지하려는성질로질량에비례한다. 뉴턴의운동제 1법칙 ( 관성의법칙 ) : 물체에작용하는알짜힘이 0일때, 정지한물체는계속정지해있고운동하고있는물체는계속등속직선운동을한다. 관성력 (F) : 가속도운동하는계에서물체의관성으로인해물체질량 ( ) 과가속도 ( ) 를곱한크기로물체가받는힘으로관성력의방향은계의가속도와반대방향이다. F=-ma 엘리베이터내부에서체중계의눈금변화 원심력 : 원운동하는물체의내부에서받는힘으로구심 력과반대방향으로작용한다. 2) 뉴턴의운동제 2 법칙 힘과가속도의관계 ( 질량이일정할때 ) - 8 -
질량과가속도의관계 ( 힘이일정할때 ) 가속도의법칙 ( 운동제2법칙 ) 물체에힘이작용하면물체는힘의방향으로가속도운동을하며, 이때물체의가속도 는힘 에비례하고, 질량 에반비례한다. 에서 ( 운동방정식 ) 3) 뉴턴의운동제 3 법칙 작용과반작용의법칙 : 힘은항상쌍으로존재하며, 이때두힘은크기가같고방향이반대이다. = 작용 반작용과두힘의평형 힘의평형 - 합력 ( 알짜힘 ) 이 0 인상태 - 9 -
4) 힘의법칙 - 중력과중력장내의운동 중력 (W) - 지구가물체를당기는힘으로지구중심방 향 ( : 물체의질량, : 중력가속도 ) = 중력가속도 = ( : 만유인력상수, : 지구질량 : 지구반지름 ) 마찰력 ( ) : 두물체가접촉할때그운동을방해하는힘으로마찰력의방향은외력과반대방향이며, 크기는다음과같다. μ μ : 마찰계수 N : 수직항력 마찰력-외력그래프의해석 - 정지마찰력 - 최대정지마찰력 - 운동마찰력 - 10 -
마찰력측정실험 1) 마찰력과수직항력과의관계 2) 마찰력과접촉면의성질과의관계 3) 마찰력과접촉면적과의관계 탄성력 : 탄성체를변형시켰을때탄성체가원래상태로되돌아가려는힘으로탄성력의크기는탄성력의크기는탄성체의변형된길이에비례하고, 방향은외력과반대방향이다. ( : 탄성계수 : 변형된길이 ) 훅의법칙 : 탄성력의세기는탄성체의변형된길이에 비례한다. - 11 -
1. 작용반작용법칙으로설명할수있는현상만을 < 보기 > 에서있는대 로고른것은? 1 ㄱ 2 ㄱ, ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ 2. 그림은물체의운동상태를나타낸것이다. 물체에작용하는합력이 0 인경우는? - 12 -
3. 표는어떤용수철의늘어난길이에따른탄성력을나타낸것이다. 수평면에있는 1 kg의물체에이용수철을연결한후잡아당기는힘을점점증가하였더니, 용수철의늘어난길이가 6 cm되는순간부터물체가움직이기시작했다. ( 단, 중력가속도는 10 m s2이다.) (1) 최대정지마찰력은얼마인가? (2) 탄성력이 1.6N 일때물체에작용하는마찰력은얼마인가? (3) 용수철의탄성계수는얼마인가? (4) 정지마찰계수는얼마인가? 4. 그림과같이무게 100 N 인물체를수직인벽에대고물체를수직하 게 200 N 의힘으로눌렀더니물체가떨어지지않았다.( 단, 벽면과물 체사이의정지마찰계수는 0.6 이다.) (1) 마찰력의방향을표시하시오. (2) 마찰력은얼마인가? (3) 누르는힘이 100N 일때물체의운동을설명하시오. - 13 -
5. 그림과같이질량이 60 kg 인어른과질량이 30 kg 인아이가마찰이 없는얼음판위에서손바닥을마주대고있다. 아이가 30 N 의일정한 힘으로 1 초동안어른을밀었을때손바닥이떨어졌다. (1) 1 초후아이의속력은? (2) 두사람이미는동안밀려난거리는각각얼마인가? (3) 5 초후어른과아이사이의거리는얼마인가? 6. 그림 ( 가 ) 는어떤용수철에연직방향으로추를매달았을때용수철의늘어난길이와추의무게의관계를나타낸것이다. ( 나 ) 와같이수평면위에서질량이 1 kg인물체에 ( 가 ) 와같은용수철을연결하여용수철의늘어난길이를 10 cm로유지하면서잡아당겼더니가속도 2m s2의등가속도운동을하였다. (1) 이용수철의탄성계수는? (2) ( 나 ) 에서물체와수평면사이에작용하는마찰력의크기는? (3) ( 나 ) 에서물체의질량만 1.5 kg 으로바꾸면가속도의크기는? - 14 -
7. 그림과같이무게가각각 100 N, w 인두물체가도르래를통해실로연결되어있다. 무게 w에따라물체의운동이어떻게달라지는지와장력의크기를비교하시오. ( 단, 모든마찰과실의질량은무시하고중력가속도는 10m s2이다.) (1) w= 100N 일때 (2) w= 80N 일때 (3) w= 150N 일때 8. 그림과같이수평인실험대위에서나무도막 A, B 를포개어놓고, A 를수평하게당겨물체가움직이는순간부터일정한힘 F 를가했더 니두물체가함께등가속도운동을하였다. (1) B 에작용하는마찰력의방향을표시하시오. (2) 실험대에작용하는마찰력의방향을표시하시오. (3) B 가 A 에작용하는마찰력의방향을표시하시오. (4) A 에작용하는두종류의마찰력의크기를비교하시오. - 15 -
9. 그림과같이실로연결된세개의나무도막 A, B, C 를잡고있다가 놓았더니나무도막들이가속도 0.4 m s2으로운동하였다. A, B, C 의질 량은각각 1 kg, 2 kg, 2 kg 이다. B 에작용하는마찰력의크기는? ( 단, 도르래와실의질량은무시하고, 중력가속도는 10 m/s 이다.) 1 0.6 N 2 2.4 N 3 4 N 4 6.2 N 5 8 N 10. 그림 ( 가 ) 와같이마찰이있는수평면에서질량이 2 kg인물체를 6 N의힘을끌었더니가속도가 2 m s2이었다. ( 나 ) 는 ( 가 ) 와같은상황에서같은질량의물체한개를위에얹고 6 N의힘을당겼더니두물체가떨어지지않고붙은채로운동하였다 (1) ( 가 ) 에서물체와바닥면사이에작용하는마찰력의크기는? (2) ( 나 ) 에서물체의가속도의크기는? (3) ( 나 ) 에서위에놓인물체에작용하는합력은? - 16 -
3. 운동량과충격량 [7~8강 ] 1) 운동량과충격량 운동량 : 운동하는물체가나타낼수있는운동효과의크기를표현한물리량 운동량 ( ) 의크기 : ( 단위 : kg m/s) 질량이크고속도가빠를수록운동량이크다. 충격량 : 일정시간동안물체에작용하여물체의운동상태인속도를변화시킬때보여지는힘의효과를표현한물리량 충격량 (I) 의크기 : ( 단위 : N s ) 충격량과충격력 2) 운동량과충격량과의관계 운동량과충격량과의관계 : 일정한시간동안운동량의변화는그시간동안받은충격량과같다. 즉, - 17 -
3) 충돌과운동량보존 운동량보존법칙 : 물체가충돌, 분열등의상호작용을일으키는과정에서외부의힘이작용하지않으면, 상호작용이전의운동량의합과상호작용이후의운동량의합은같다. 운동량보존법칙유도 충돌과정에서물체 A가물체 B로부터받는힘을, 물체 B가물체 A로부터받는힘을 라하면물체 A가받은충격량과물체 B가받은충격량은각각, 가된다. 작용 반작용의법칙에의해 이므로 이된다. 즉, 충돌전의운동량의합과충돌후의운동량의합은같다. 충돌후한덩어리가될때의운동량보존 한물체가두개로분리될때의운동량보존 0 = - 18 -
1. 그림은마찰이없는수평면위에서질량이 1`kg 인물체 A 가정지해 있는질량 4kg 인물체 B 를향해 10m/s 의속력으로운동하는모습을 나타낸것이다. 충돌후 B 의속력이될수있는값을모두고르면? 2. 그림 ( 가 ) 와같이 80 m/s 의속력으로운동하던우주선이그림 ( 나 ) 와 같이질량이 2m 과 m 인 A 와 B 로분리되면서 B 가 160 m/s 의속력으로 비행하고있다. 분리전후우주선은동일직선상에있다. (1) ( 가 ) 에서운동량의총합은? (2) ( 나 ) 에서운동량의총합은? (3) ( 나 ) 에서 A 의속력과운동방향은? - 19 -
3. 그림 ( 가 ) 는마찰이없는수평면의일직선상에서물체 A 가 B 를향해 운동하는것을나타낸것이다. 그림 ( 나 ) 는충돌전후두공의위치를 시간에따라나타낸것이다. (1) 충돌전 A의속도는얼마인가? (2) 충돌전 B의속도는얼마인가? (3) 충돌후 A의속도는얼마인가? (4) 충돌후 B의속도는얼마인가? (5) A 의질량을 m A, B 의질량을 m B 라고할때, m A:m B 는? 4. 그림 ( 가 ) 와같이마찰이없는수평면위에서 2 m/s 의일정한속력으 로운동하고있던질량 10 kg 의물체에어느순간부터그림 ( 나 ) 의그 래프와같이시간에따라변하는합력이운동방향으로작용하였다. (1) 4 초동안물체가받은충격량은? (2) 4 초동안물체의운동량의변화량은? (3) 4 초일때물체의속력은? - 20 -
5. 그림은마찰이없는수평면위에정지상태로놓여있던물체 A, B 에 작용하는힘을시간에따라나타낸것이다. A 와 B 의질량은각각 m, 2m 이며, 힘을받은시간은각각 t, 2t 로이후에는힘을받지않는다. (1) t 동안 A 가받은충격량과 B 가받은충격량을비교하시오. (2) 2t 동안 A 가받은충격량과 B 가받은충격량을비교하시오. (3) 2t 일때 A 의속력과 B 의속력을비교하시오. (4) 2t 까지 A 의이동거리와 B 의이동거리를비교하시오. 6. 그림 ( 가 ) 는마찰이없는수평면의일직선상에서질량이 1 kg인물체 A가일정한속력으로질량이 m인물체 B를향해운동하는것을나타낸것이다. 그림 ( 나 ) 는두물체의위치를시간에따라나타낸것이다. (1) 충돌전 A 와 B 의속도는각각얼마인가? (2) 충돌후 A 와 B 의속도는각각얼마인가? (3) B 의질량은얼마인가? - 21 -
4. 일과에너지 [9~11 강 ] 1) 일과일률 일 (W) : 물체에힘 (F) 이작용하여힘의방향으로물체가일정거리 (s) 만큼이동했을때일을하였다고한다. W=F s ( 단위 :J( 줄 )) 힘과이동거리가 θ의각을이룰때한일 W=F s cosθ (0<θ <90 ) 일이 (-) 가되는경우 마찰력과같이물체의운동방향과반대방향으로힘이 작용할때 W = - f s 일이 0이되는경우 (W = F s cosθ 0) 힘이작용해도물체가움직이지않은경우 (s = 0) 물체가힘을받지않으면서일정한속력으로이동한경우 (F = 0) 힘과운동방향이직각을이루는경우 (θ = 90 cos90 = 0) 힘과이동거리의관계그래프 - 22 -
일의원리 : 일을할때도구를사용하면힘의이득은있지만일의 이득은없다.< 지레가한일 > 일률 (P) : 단위시간 (1초) 동안하는일 (W) 의양 ( 단위 : W( 와트 ) ) 2) 일과에너지 에너지 : 일을할수있는능력 ( 단위 : J) 운동에너지 : 운동하고있는물체가멈출때까지일을할수있는능력을운동에너지라고하며, 물체의질량을, 물체의속도를 라할때운동에너지 는다음과 같다. ( 단위 : J) 일과운동에너지 ( W ) : 수레가일정한힘 F를받으면서힘의방향으로거리 s만큼이동하였을때, 해준일의양만큼수레의운동에너지가증가한다. 중력에의한위치에너지 : ( 단위 : J ) - 23 -
탄성력에의한위치에너지 : (J) 3) 역학적에너지보존법칙 역학적에너지 : 운동에너지와위치에너지의합 중력에의한역학적에너지 : 중력에의한역학적에너지의보존법칙 + = 탄성력에의한역학적에너지 : + = 일정 탄성력에의한역학적에너지보존법칙 + = + = 일정 - 24 -
1. 그림은수평면에놓인질량이 m인물체에수평면과비스듬한방향으로다양한크기의힘을계속작용하여물체를이동시키는것을나타낸다. 물체에작용한힘의크기와방향, 물체의이동거리가주어진표와같을때힘이물체에한일의크기를비교하시오. ( 단, F sinθ는물체의무게보다작다.) 2. 마찰이없는경사가일정한경사면에서세사람 A, B, C가각각물체를일정한속도로끌어올렸다. 이때끌어올린물체의질량, 물체가이동한수직높이, 이동하는데걸린시간이주어진표와같았다. (1) 위치에너지가가장많이증가한물체는? (2) 일을가장많이한사람은? (3) 일률이가장큰사람은? - 25 -
3. 그림 ( 가 ) 는마찰이없는수평면에정지상태로있는질량m, 2m인물체 A, B를나타낸것이다. 두물체에각각그림 ( 나 ) 와같이일정하게증가하는힘을수평방향으로시간 t, 2 t 동안작용하였다. A에작용한힘이한일과평균일률은W와P이다. (1) 2t 동안 B 가받은충격량은얼마인가? (2) 2t 동안 B 의운동량의변화량은얼마인가? (3) 2t 동안 B 에작용한힘이한일은얼마인가? (4) 2t 동안 B 에작용한힘이한평균일률은얼마인가? 4. 그림 ( 가 ) 는승객을포함한질량이 1000 kg인엘리베이터가전동기에연결되어수직한방향으로끌어올려지는것을나타낸것이고, 그림 ( 나 ) 는시간에따른엘리베이터의속도를나타낸것이다. ( 단, 중력가속도는 10 m s2으로하고, 모든마찰은무시한다.) (1) 3 초일때전동기의일률은얼마인가? (2) 0~2 초동안전동기가한일은얼마인가? (3) 4~6 초동안엘리베이터안에있는사람들이받는관성력은? - 26 -
5. 그림은각각다른재질로이루어진한개의수평면과두개의경사면에서, v의같은속력으로출발한같은질량의물체가같은거리만큼이동하여정지한것을나타낸것이다. (1) 물체의역학적에너지변화에대해설명하시오. (2) 물체의에너지변화에대해설명하시오. (3) 물체의역학적에너지손실에대해설명하시오. (4) 물체와면사이의마찰력에대해설명하시오. 6. 그림과같이질량 m인물체를높이가 h인경사면의한지점에가만히놓았더니, 수평면의마찰이있는면을통과하여용수철 상수가 k인용수철을압축시켰다가경사면의높이가 지 점까지올라왔다. 마찰이있는면의길이는 d이고나머지면은마찰이없다.( 단, 중력가속도는 g이고, 용수철과충돌하는과정에서의에너지손실은없다.) (1) 에너지의변화과정을순서대로적어보시오. (2) 물체와마찰이있는면사이의운동마찰계수는얼마인가? - 27 -
7. 그림 ( 가 ) 는질량이m인물체를고정도르래만사용하여들어올리는모습을, 그림 ( 나 ) 는질량이 2m인물체를움직도르래와고정도르래를사용하여들어올리는모습을나타낸것이다. 물체가올라가는속력은 ( 가 ) 와 ( 나 ) 모두 v로일정하다. (1) 전동기가줄을당기는속도는각각얼마인가? (2) 전동기가줄을당기는힘은각각얼마인가? (3) 전동기가한일은각각얼마인가? (4) 전동기의일률은각각얼마인가? 8. 그림 ( 가 ) 는지면에정지해있던질량 10 kg인물체가전동기에의해당겨지면서높이4 m인지점을지나는순간을나타낸것이다. 그림 ( 나 ) 는물체의속력을시간에따라나타낸그래프이다. ( 단, 줄과도르래의질량은무시하고, 중력가속도는 10 m s2이다.) (1) 줄이물체를당기는힘의크기는얼마인가? (2) ( 가 ) 에서 v 는얼마인가? (3) ( 가 ) 의순간전동기가한일은얼마인가? - 28 -
9. 그림과같이마찰이있는레일위에서운동하던물체가 A, B 점을 지나 C 점까지올라갔다. A, B, C 점을비교하여물음에답하라. (1) 물체의속도가가장빠른지점은? (2) 물체의운동에너지가가장큰지점은? (3) 역학적에너지가가장큰지점은? 10. 그림은마찰이없는수평면에놓인질량이 m인물체를용수철상수가일정한고정된용수철에연결한후평형상태인 B 지점에서 C 지점까지늘린후가만히놓아운동하는모습을나타낸것이다.( 단용수철의질량과공기의저항은무시한다.) (1) 물체의속도가가장빠른지점은? (2) B 점에서물체의운동에너지의크기는 A 지점의몇배인가? (3) 용수철의탄성위치에너지의크기는 C 점이 A 점의몇배인가? - 29 -
Ⅱ. 전기와자기 1. 전압과전류 [12~13강 ] 1) 전류 전류 : 도체내에서전하를띤입자 ((-) 전하 : 자유전자 ) 의흐름 전류의방향 : (+) 극에서 (-) 극으로정한다. ( 자유전자의이동방향은 (-) 에서 (+)) 전류의세기 ( I ) : 단위시간 ( t ) 동안도선의단면을 통과한전하량 (Q) 2) 전압과전류 ( 단위 : A( 암페어 ) ) 전압 : 도선에서전자를이동시키는전기적압력을 전압이라하고, 단위로는 V( 볼트 ) 를사용한다. 전압 전류 저항의관계 - 30 -
옴의법칙 : 같은저항일때도체에걸리는전압 V가증가하면이에비례하여전류의세기 I가증가한다. 비례상수 R을써서다음과같이나타낸다. V = ( R : 저항 [Ω]) 2. 전류의열작용 1) 전기저항 저항 : 도체내에서전류의흐름을방해하는요소 저항의성질 : 저항 ( R ) 은단면적 ( s ) 이가늘고, 길이 ( l ) 가길수록큰값을갖는다. ( ρ : 비저항 ) 비저항 ( ρ ) : 물질의종류에따라결정되는상수로길이, 단면적 일때의저항값 ( 단위 : [Ω m]) - 31 -
2) 저항의연결 직렬연결 ( = = = ) : 저항에공급되는전압의합은총공급전압 ( = + + ) V = ( + + ) = = + + 병렬연결 ( = = = ) : 각저항에공급되는전류의합은회로에흐르는총전류 와같다 ( = + + ) = = = - 32 -
1. 다음그래프를보고분석하시오. (1) 그래프는어떤회로에흐르는전류의세기를시간에따라나타낸것이다.30초동안전선의한단면을지나간총전하량의크기로옳은것은? (2) 0~10 초까지평균전류는? 2. 그림은전압계, 전류계, 전원장치로회로를구성하고 P와 Q 사이에니크롬선을연결한후전압을변화시키며전류를측정하는실험장치를나타낸것이다. 그래프는니크롬선 A와 B를각각 P와 Q 사이에연결하여측정한결과를나타낸것이다. A 와 B 의저항비는얼마인가? - 33 -
3. 그림은두저항 A, B 를전원장치에병렬로연결한모습이 다. 표는두저항 A, B 의비저항, 길이, 단면적을나타낸것이다. (1) A 와 B 의저항비는얼마인가? (2) 각저항에걸리는전압비는얼마인가? (3) 각저항에흐르는전류의세기의비는얼마인가? 4. 그림은슬라이드식전등조절기의모식도를나타낸것이다. 일정한전압이걸린상태에서저항이균일한동일한두금속저항 A, B와금속저항 C, D를연결하고있는스위치금속도선 S를이동시키면전선에흐르는전류의세기가변하여조명등의밝기가변하게된다. (1) 스위치를 A 에서 B 로이동시키면총저항의변화는? (2) 스위치를 A 에서 B 로이동시키면전구에걸리는전압의변화는? (3) C 에연결된전선을 D 에연결하고스위치를 A 에서 B 로이동 시키면총저항의변화는? - 34 -
5. 그림은저항값이 R인 5개의저항과 1개의스위치 S, 전압이일정한전원으로구성된회로를나타낸것이다. 스위치 S를열었을때의전체합성저항값과스위치 S 를닫았을때의전체합성저항값의비는얼마인가? ( 단, 건전지내부저항과온도변화에따른저항변화는무시한다.) 6. 그림은동일한저항 4개, 스위치 S, 전압이일정한건전지로만든회로이다. S를 A에연결하였을때점 a에흐르는전류의세기와 S를점 B에연결하였을때점 a에흐르는전류의세기의비는? 7. 저항체 A, B, C를각각그림 ( 가 ) 와같이연결하고저항에흐르는전류와전압을측정하였더니 ( 나 ) 와같은그래프가나왔다. 저항체 A, B, C를다시그림 ( 다 ) 와같이연결하였더니전류계가 5 A를가리켰다. ( 다 ) 의 B에흐르는전류의세기는? - 35 -
4) 전류의열작용 [14~15 강 ] 전류의열작용 : 니크롬과같은저항체에흐르는전류 로인해열이발생하는작용. 줄의법칙 : = = = 줄열 ( ) : 전류에의해발생한열 ( 단위 : kcal) 열의일당량 ( ) : 4.2J/cal 전류가하는일 ( 전기에너지 ) : W = = = 5) 전력과전력량 전력 : 전류가단위시간 (1 초 ) 동안하는일, P = = = = ( 단위 : J ) ( 단위 : W ) 전력량 : 전류가일정한시간동안에한일 1W( 전력 ) : 1V 의전압으로 1A 의전류가흐를때의전력 1Wh( 전력량 ) 1W = 1V 1A = 1J/s : J 단위로사용하면그값이너무커지기때문에사용시 간을시간 (h) 단위로계산한단위 1Wh = 1W 1h = 1W 3600s = 3600J - 36 -
< 송전선과전력손실 > 손실 = = : 배 : 배 손실 : 배 < 전기에너지의안전한사용 > - 37 -
1. 저항값이 R로동일한전구 2개, 전구와같은저항값을가진저항 2개, 스위치 S, 일정한전압의전원을이용하여그림과같은회로를만들었다. 스위치 S를닫았을때회로에서일어나는현상에대해물음에답하시오. (1) 전구 A 에흐르는전류의변화는? (2) 전구 B 의밝기의변화는? (3) 전구 B 에흐르는전류의세기의변화는? 2. 그림과같이저항값이각각 10 Ω, 6 Ω, 4 Ω, 3 Ω, R Ω인저항, 스위치 S 1, S 2, 전압이일정한전원을연결하여회로를구성하였다. 스위치 S 1 만닫았을때 3 Ω의저항에흐르는전류의세기와스위치 S 2 만닫았을때 3 Ω의저항에흐르는전류의세기가동일하다면저항값 R은? - 38 -
3. 그림 ( 가 ) 는저항 A, B와스위치 S로만든전기회로이다. 그림 ( 나 ) 는스위치 S를저항 A 또는 B와연결한후에전원장치의전원을변화시키면서전압에따라전류를측정한그래프이다. 저항 A, B에각각 10 V의전압을걸었을때소비하는전력의비는? 4. 50 V 전원에 100 V-200 W 용전구 A 와 100 V-100W 용전구 B 를그림과같은회로로구성하였다. 이때 10 초동안각전구에 서소모되는전기에너지는각각얼마인가? - 39 -
5. 그림과같이 100 V-200W 인전구 A 와 100 V-100W 인전구 B, C 를 200 V 의전원에연결하여회로를만들었다. 각전구에서소 비되는전력의크기를순서대로나열하시오. 6. 그림과같이수평한실험대위에설치한전동기에 12 V의일정한전원과 2 Ω의저항을연결하였다. 여기에 1 kg의추를달고스위치를닫았더니 2 A의전류가회로에흘렀고추는 50 cm/s의일정한속력으로올라왔다. ( 단, 도르래의마찰은무시하고, 중력가속도는 10 m s2이다.) (1) 이전동기가초당하는일의양은얼마인가? (2) 이전동기에서매초발생하는열은얼마인가? - 40 -
7. 그림은 4 개의저항과 2 대의전류계로구성된회로를나타낸것 으로, 전원의전압은 V 로일정하다. 스위치를닫으면 A 1 과 A 2 가 가리키는값은각각 0.8 A 와 0.6 A 이다. (1) R 은얼마인가? (2) V 는얼마인가? 8. 그림은저항값이 2 Ω, 6 Ω, 12 Ω인세개의저항과전류계, 전원장치로구성된회로를나타낸것이다. 스위치가열려있을때전류계가가리키는값을 I 1, 닫혀있을때가리키는값을 I 2 라고할때전류의비는? - 41 -
3. 전류의자기작용 [16~18 강 ] 1) 자속과자기장 자기력 : 자극사이에작용하는힘 자기장 : 자석주위나전류가흐르는도선주위에자기력이작용하는공간 자기력선 : 자기장을모양을나타내는선 1 자기력선은자석내부를지나 N극에서나와 S극으로들어가는폐곡선 2 자기력선은서로만나거나끊어지지않는특성 3 임의의한점에서그은접선의방향 - 자기장의방향 4 자기력선이밀집한곳일수록자기장의세기가강. 자기장의세기 1 자속 ( 자기력선속 ) 2 자속밀도 ( 자기장의세기 ): 자기력선이밀집된곳 Φ Φ ( 단위 :T( 테슬라 )) 2) 직선전류에의한자기장 ( ) - 42 -
3) 원형전류에의한자기장, 솔레노이드에의한자기장 원형전류에의한자기장 ( π ) 솔레노이드에의한자기장 자기장의세기 : ( π ) 4) 전류가자기장속에서받는힘 자기력 : 자기장속에있는도선에전류가흐르면전류가자기장으로부터받는힘 자기력의방향 : ( 플레밍의왼손법칙 ). 자기력의크기 : * θ - 43 -
* 자기력을이용한기구 : 전동기, 전압계, 전류계 전동기 : 영구자석의두극사이에있는코일을감아서만든전자석에전류가흐를때영구자석으로부터힘을받아회전하도록만든장치 전압계, 전류계 : 영구자석사이에전선이감긴코일을넣고회전할수있도록만든장치로코일에전류가많이흐를수록큰힘을받으므로바늘이많이돌아가게된다. * 양쪽도선 AB와도선 BC가서로반대방향으로힘을받아회전하게된다. * 전류계와전압계에서코일이받는전자기력이용수철의탄성력 과비길때까지바늘이회전한다. * 전동기의정류자 - 코일이반바퀴돌때마다전류의방향을바 꾸어주므로코일이계속같은방향으로회전하게된다 * 전류계와전압계 전류계는저항이매우작은반면전압계는저항이매우크다. - 44 -
1. 그림 ( 가 ) 는막대자석을둘로쪼개 A, B를나타낸것이다. ( 나 ) 는 ( 가 ) 의 A를전류 I가흐르는코일의오른쪽에놓았더니 A가왼쪽으로정지마찰력을받으며정지해있는것을나타낸것이고, ( 다 ) 는 ( 가 ) 의 B를전류가흐르는코일의왼쪽에놓았더니 B가정지해있는것을나타낸것이다.( 단, a, b는 ( 다 ) 의코일에흐르는전류의방향이고, 지구자기장은무시하며, 쪼개진 A, B는회전하지않는다.) (1) ( 나 ) 에서자석이받는자기력의방향은? (2) ( 가 ) 에서쪼개기전 A는무슨극인가? (3) ( 다 ) 에서 B가받는마찰력의방향이오른쪽이면코일에흐르는전류의방향은? 2. 그림과같이 x 축과나란하게세기가같은두개의자석 A, B 를 마주보게놓고두자석의중심에 xy 평면에수직하게직선도 선을놓았다. (1) A, B가모두 N극이고직선도선에전류가오른쪽으로흐르면도선은어느방향으로자기력을받는가? (2) A, B가모두N극이고자극의세기가 B가 A보다큰자석으로바꾸며, 직선도선에전류가왼쪽으로흐르면도선은어느방향으로자기력을받는가? - 45 -
3. 그림과같이정사각형의모서리의종이면에수직으로놓여있는네개의도선 A, B, C, D를설치하였다. A에는종이면에서나오는방향으로일정한세기의전류가흐른다. B, C, D에 A와같은세기의전류를흐르게할때, 정사각형의중심에서의자기장의세기가 0이되는경우만을 < 보기 > 에서있는대로모두고른것은? 4. 그림은종이면에수직으로형성된균일한자기장 3B, 2B가형성된공간에각각 2I, I의전류가흐르는두사각형도선 A, B 가놓여있는것을나타낸것이다. A의세로의길이는 l, B의세로의길이는 2l이다. A, B 가받는힘의크기의비는? ( 단, A, B 는각각 3B, 2B 에의해 서만힘을받는다.) 1 1 : 1 2 1 : 2 3 2 : 1 4 2 : 3 5 3 : 2-46 -
5. 그림은종이면에수직으로나오는방향으로두직선도선에각각전류 I, 2I가흐르는것을나타낸것이다. 점 P, Q, R, S는두직선도선을잇는직선상의점들이고, d는도선과점또는점과점사이의거리이다.( 단, 지구자기장은무시한다.) (1) 자기장의세기가 0 이되는지점은? (2) 점 R 과점 S 에형성하는자기장의방향은? 6. 그림은솔레노이드의길이는같고감은수의비가 1 : 2인솔레노이드 A, B를놓고 A, B 사이에직선도선을놓은것을나타낸것이다. A, B에흐르는전류의비는 1 : 2이다.( 단, 지구자기장은무시한다.) (1) 솔레노이드에형성되는자기장의비는? (2) 직선도선에전류가위쪽으로흐르면힘의방향은? - 47 -
7. 그림은저항값이 R인저항과전압이 V로일정한전원장치를연결하고종이면에수직안쪽으로들어가는균일한자기장이형성된공간의직선도선위에저항이없는도체막대를올려놓은것을나타낸것이다. A부분에저항값이 R인저항3개와스위치를연결하여스위치를닫아회로를만든다. (1) 도체막대가받는자기력의방향은? (2) A 부분에들어갈수있는합성도체막대가받는자기력의크 기를비교하면? - 48 -
4. 전자기유도 [18~19강 ] 전자기유도 : 코일과자석사이의상대적인운동에의하여코일속을지나는자속이시간에따라변할때코일에발생하는유도기전력에의해코일에유도전류가흐르는현상 유도전류의방향 : 유도전류는코일내부를지나는자 속의변화를방해하는방향으로흐른다. ( 렌츠의법칙 ) * 패러데이의전자기유도법칙 유도기전력의세기 : Δφ Δ * 자기장의세기가변하는경우 ( 단위 : V( 볼트 ) ) ; Φ=BS cos θ Δφ Δ Δ Δ * 단면적이변하는경우 Δ Δ Δ Δ - 49 -
* 전자기유도의이용 * 발전기 : 자석사이에놓인코일을회전시켜코일내부의자기장의세기를계속변화시켜줌으로써전기를연속적으로생산하는장치 1 코일을회전시키는데사용된운동에너지가전기에너지로전환된다 2 코일을회전시키는데필요한에너지의근원에따라수력발전, 화력발전, 원자력발전등으로구분된다. * 변압기 :1차코일에교류가흐르면 2차코일을지나는자속이주기적으로변하므로 2차코일에유도전류가흐르게된다. 이때, 2차코일에걸리는전압은코일의감은수로조절한다. * 금속탐지기 : 금속탐지기내부에 1차코일과 2차코일이있는데, 1차코일에는교류전류가흐르고있어주위에금속이있으면자기장이변하게된다. 금속에의해 2차코일을지나는자속이변하게되어 2차코일에유도전류가흐르게되고, 이것을감지하여금속을찾을수있게된다. * 전기기타 : 전기기타의쇠줄은자석위에서자화된상태로되어있는데, 기타줄이진동하면자석을감싸고있는코일을지나는자속의변화를발생시켜코일에유도전류가흐르게되고, 이를증폭시켜스피커로소리를내게된다. - 50 -
1. 그림은코일주위에서막대자석을운동시키는것을나타낸것 이고, 그래프는코일로부터자석까지의거리를시간에따라나 타낸것이다. (1) t 일때전류의방향은? (2) 3t 일때전류의세기는 t 일때보다 ( 크다. 작다 ) (3) 6t 일때전류의세기와 t 일때전류의세기의비는? 2. 그림은정사각형도선이일정한속도 v로종이면을수직으로들어가는방향으로형성되어있는균일한자기장영역을통과하는것을나타낸것이다. t 1 은도선이자기장영역에입사한직후, t 2 는자기장영역의중심을통과하는순간, t 3 은자기장영역을빠져나오기직전이다. (1) t 1, t 2, t 3 에서전류의방향은? (2) t 1, t 2, t 3 에서전류의세기는? - 51 -
3. 그림은종이면에서수직으로나오는방향으로형성된균일한자기장영역에정사각형모양의도선이놓여있는것을나타낸것이다. 그래프는균일한자기장의세기를시간에따라나타낸것이다. 다음의진술에대하여진위여부를판단하시오. (1) 0~4 초동안도선내부를통과하는자속이감소한다. (2) 0~4 초동안전류의세기가점점감소한다. (3) 0~4 초동안시계방향으로전류가흐른다. 4. 그림은저항 R가연결된직사각형도선의일부가균일한자기장영역에놓여있는것을나타낸것으로, 자기장의방향은도선이이루는면에수직으로들어가는방향이다. 그래프는자기장의세기를시간에따라나타낸것이다. (1) 1 초일때와 2.5 초일때전류의방향은? (2) 1 초일때와 2.5 초일때전류의세기의비는? (3) 0~2 초동안발생한열에너지와 2~3 초동안발생한열에너지 의비는? - 52 -
5. 그림은종이면을수직으로들어가는방향의균일한자기장내 에원형도선이놓여있는것을나타낸것이다. 그래프는균일 한자기장의세기를시간에따라나타낸것이다. (1) A, B, C 구간에서전류의방향은? (2) A, B, C 구간에서전류의세기는? 6. 그림 ( 가 ) 는동일한수평면상에중심이일치되도록고정시킨원형도선과금속고리를나타낸것이고, ( 나 ) 는원형도선에화살표방향으로흐르는전류의세기 I를시간에따라나타낸것이다. 금속고리에흐르는전류에대하여물음에답하시오. (1) t 일때와 3t 일때유도전류의방향은? (2) t 일때와 3t 일때유도전류의세기는? - 53 -
7. 그림 ( 가 ) 는종이면에수직으로들어가는균일한자기장안에저항 R가연결된ㄷ자모양의금속레일을놓고그위에금속막대를올려놓은후오른쪽으로속력 v로끄는것을, 그림 ( 나 ) 는자기장의방향을반대로바꾼후금속막대를왼쪽으로속력 2v로끄는것을나타낸것이다. ( 단, ( 가 ) 와 ( 나 ) 에서자기장의세기는같으며, 모든마찰은무시한다 ) ( 가 ) 와 ( 나 ) 를비교하여다음물음에답하시오. (1) R 에흐르는전류의방향은? (2) R 에흐르는전류의세기는? (3) R 의소비전력은? (4) 금속막대에작용하는자기력의크기는? - 54 -
Ⅲ. 파동과입자 1. 파동의발생과전파 [20강] 1) 파동의발생 (1) 파동 : 공간내의한점에서생긴진동이규칙적으로퍼져나가는현상 (2) 파동의종류 역학적파동과전자기적파동 역학적인파동 : 소리, 수면파, 지진파, 초음파등 전자기적인파동 : 빛, 전파, X선등 매질의진동방향에따라 횡파 : 수면파, 빛, 전파, 지진파의 S파 종파 : 소리, 지진파의 P파 2) 파동의전파 [ m s ] 3) 파동에너지 평면파 : 거리에관계없이파동에너지의세기는일정 구면파 : 단위면적당파동에너지의세기는파원으로부 터의거리의제곱에반비례 - 55 -
1. 그림은 0초일때파도가치는바닷물위에물새가가만히떠있는모습을나타낸것으로, 마루사이의간격은 1.2 m이다. 그래프는진동의중심으로부터물새의높이를시간에따라나타낸것이다. (1) 파동의진행방향은? (2) 파동의진동수는? (3) 파동의전파속력은? 2. 그림 ( 가 ) 는진행하는어떤파동의변위를위치에따라나타낸 것이고, 그림 ( 나 ) 는이순간부터 Q 점의변위를시간에따라나 타낸것이다. (1) 파동의진행방향은? (2) 파동의전파속력은? (3) P 점이마루일때, R 점은? - 56 -
2. 파동의반사와굴절 [21~23강 ] 1) 파동의반사 (1) 파동의반사 (2) 반사의법칙 : 입사각의크기 = 반사각의크기 (3) 물결파의반사 (4) 파동의반사와위상변화 고정단반사 : 소 -> 밀 자유단반사 : 밀 -> 소 2) 빛의반사 (1) 반사의법칙 :( ) * 빛의반사 : 입사광선, 법선, 반사광선은동일평면내에있다. 정반사와난반사 : 매끄러운표면에평행광선이입사하면반사 광선도평행하다 ( 정반사 ). 그러나매끄럽지않은표면에서는반 사광선이각기다른방향으로나간다 ( 난반사 ). - 57 -
<< 정반사 >> << 난반사 >> 평면거울에의한상 : 물체와크기가같고, 거울을중심으로물 체와대칭인위치에, 좌우반대인허상이생긴다. 오목거울에의한상 : 물체가초점밖에있을때는거꾸로선실상이, 물체가초점안에있을때는물체보다큰바로선허상이생기며, 물체가초점에있을때는상이생기지않는다. 볼록거울에의한상 : 항상물체보다작은바로선허상이생긴다. (m: 배율 ) 이된다. * 구면거울의초점 - 58 -
3) 파동의굴절 (1) 파동의굴절 : 파동이 진행하는과정에서서 로다른두매질의경 계면에도달하면그 일부는반사하여되돌 아가고일부는굴절하 여다른매질속으로 진행 (2) 굴절의법칙 : 스넬의법칙, 전반사 ( : 매질 1 에대한매질 2 의상대굴절률 ) (3) 전반사 : 빛이굴절률이큰매질에서작은매질로진행 할때 (2 번광선 ) 매질이갖는고유한각 ( 굴절각이 90 인입 사각 : 임계각 : 3 번광선 ) 보다큰각도로입사할경우매 질의경계면에서굴절하지않고모두반사 (4 번광선 ) 하는 현상이다. (4) 빛의분산 : 매질내에서진행하는빛은빛의파장에따라굴절률이다르기때문에공기중에서진행하던빛이투명한매질을통과할때여러가지색으로나뉘어지는현상이다. - 59 -
* 빛의분산의예 (5) 소리의반사와굴절 1. 소리의반사 : 산에서큰소리를내면잠시후그소리가건너편산에부딪쳐반사되어되돌아오는것을들을수있다. 이는소리가반사하는좋은예이다. 2. 소리의굴절 : 소리의속력은기온에따라달라진다. 즉, 기온이올라가면소리의속력은빨라지고기온이내려가면소리의속력은느려진다. 그러므로낮과밤에소리의진행과정이다르게나타난다. 이러한현상을소리의굴절이라고한다. * 소리의 3요소 1. 소리의세기 : 진폭으로표현한다. 2. 소리의높이 : 진동수로표현한다. 3. 소리의맵시 : 파형으로표현한다. - 60 -
1. 그림 ( 가 ) 는줄의한끝을기둥에고정하고입사펄스두개를 연속으로입사시키는모습을나타낸것이고, 그림 ( 나 ) 는줄의 한끝을고리로만들어기둥에걸쳐놓은모습이다. 다음 < 보기 > 에서나타낸반사파의모양을그려보시오. 2. 다음그림 ( 가 ) 는가늘고긴줄을한쪽벽의끝에고정시킨후줄의다른끝을잡고펄스를보냈을때펄스가고정된벽에부딪친후고정된벽에서반사되어나온펄스의모양을나타낸것이다. ( 가 ) ( 나 ) 위의실험 ( 가 ) 의결과를해석해볼때그림 ( 나 ) 와같이입사된 입사파가반사되었을때반사파의모양을그려보시오. - 61 -
3. 그림과같이투명매질 Ⅰ, Ⅱ 에서초록색레이저빛을점 P 에 서점 O 를향해입사시켰더니빛이굴절과반사를하여점 Q 와점 R 에도달하였다. 이때입사각 는굴절각 보다작다. (1) Ⅰ에서와 Ⅱ에서빛의속력을비교하면? (2) 를작게할수록 Q와 R사이의거리는 ( 멀어진다. 가까워진다.) (3) 파란색레이저빛으로바꾸면 Q와 R사이의거리는 ( 멀어진다. 가까워진다.) 4. 그림 ( 가 ) 는공기중에서어떤매질의경계로단색광이입사하는모습을나타낸것이다. 매질의굴절률 n은그림 ( 나 ) 와같이경계면에서떨어진거리인 x가커질수록크다. ( 가 ) 에서빛이진행하는경로를예상한것으로옳은것은 - 62 -
5. 그림과같이단색광이굴절률이각각인매질 Ⅰ, 매질 Ⅱ, 매질 Ⅲ을차례대로굴절하면서지나고있다. 빛이 Ⅰ 에서 Ⅱ로진행할때입사각은 45 이고굴절각은 60 이며, Ⅰ과 Ⅲ에서진행하는빛은서로평행하다. 6. 그림은매질 1 에서파장 λ, 진행속력 v 인평면파가매질 2 로 진행할때, 그파면을나타낸것이다. 매질 2 에서의파동에대 하여다음물음에답하시오. (1) 파장은? (2) 진행속력은? (3) 진동수는? - 63 -
7. 그림은무지개의원리를모식적으로나타낸것이다. 물방울 은구형이고, A 와 B 는무지개의가장바깥쪽색을나타내는 빛이다. (1) 물방울내에서속력을비교하시오. (2) 물방울내에서공기로진행할때굴절각을비교하시오. (3) 지표에있는사람이볼때위쪽에보이는빛은? 8. 그림은진동수가다른두빛 A, B 가지면에나란하게진행하다 가직각삼각형모양의유리를통과한후진행경로가달라지 는것을나타낸것이다. (1) 유리내에서속력을비교하시오. (2) 유리내에서공기로진행할때굴절각을비교하시오. (3) 공기중에서와유리내에서진동수를비교하시오. - 64 -
3. 파동의간섭과회절 [24~25강 ] 1) 파동의간섭 파동의중첩 (1) 중첩의원리 (2) 파동의독립성 파동의간섭 (1) 보강간섭두파동의마루와마루또는골과골이중첩되어진폭이커지는간섭 (2) 상쇄간섭두파동의마루와골또는골과마루가중첩되어진폭이작아지는간섭 물결파의간섭 (3) 정상파 - 현의정상파 ( 똑같은두개의파동이서로반대방향으로진행하면서중첩되는경우매질이진동은하지만더이상진행하지않는파동이생기는데이를정상파라고한다. 배 : 두파동이중첩되어진폭이최대가되는곳 마디 : 두파동이중첩되어진폭이 0 이되는곳 - 65 -
* 개관과폐관 2) 빛의간섭 (1) 영의이중슬릿에의한간섭실험 Δ λ 3) 파동의회절파동이진행하는도중에장애물을만나거나좁은틈을통과할때, 그모서리에서휘어져장애물의뒤쪽에까지전달되는현상 파동이회절하는정도 : 진행하는파동의파장이길고, 슬릿의폭이좁을수록회절이잘일어난다. - 66 -
( 가 ) ( 나 ) 4) 빛의회절 - 단일슬릿에의한빛의회절 (1) 단일슬릿에의한빛의회절중앙점은슬릿에서오는모든파동들이같은거리를진행하기때문에같은위상을갖게되어보강간섭에의해밝은무늬가형성된다. 경로차 경로차 Δ는 sin 이다. * 회절무늬의폭 슬릿의폭이좁을때 슬릿의폭이넓을때 - 67 -
* 회절무늬와간섭무늬의차이 * 빛의회절의예 1 CD 표면에서무지개색이나타난다. 2 손가락사이로빛을보면손가락사이에밝고어두운줄무늬가나타난다. 3 면도날주위에회절무늬가나타난다. 4 공작의깃털을지나는빛에서회절무늬가나타난다. 5 회절격자를통과한빛이무지개색을나타낸다. - 68 -
1. 그림은두파동이서로반대방향으로전파되는것을나타낸것이고, < 보기 > 는두파동이전파되는동안의모양을나타낸것이다. 중첩의원리와파동의독립성을이용하여파동이진행하는모습을나타내시오. 2. 그림은물결파실험장치에서수면의두점을동시에두드려 물결파를발생시켰을때의모양을나타낸것이다. (1) P 점과 Q 점은각각어떤간섭에의한무늬인가? (2) P 점과 Q 점의경로차는각각얼마인가? (3) 물결파의파장이 0.4 cm 일때두파원으로부터 P 점과 Q 점까 지의경로차는각각얼마인가? (4) 진동수가 2 배가되었을때파장은얼마가되겠는가? (5) 진동수가 2 배가되었을때 P 점과 Q 점은각각어떤간섭이일 어나겠는가? - 69 -
3. 그림은광원에서나온빛이단일슬릿과이중슬릿을통과하고 스크린에간섭무늬를만든모습을나타낸것으로 P 점은밝은 무늬에, Q 점은어두운무늬에있는점이다 (1) P 점은 ( 보강간섭, 상쇄간섭 ) 이일어난곳이다. (2) Q 점은 ( 보강간섭, 상쇄간섭 ) 이일어난곳이다. (3) 이중슬릿으로부터 P 점과 Q 점까지의광로차는각각얼마인가? (4) 단색광을진동수가큰빛으로바꾸었을때 P 점과 Q 점사이의 간격은어떻게되겠는가? (5) 이중슬릿사이의간격을크게하였을때 P 점과 Q 점사이의 간격은어떻게되겠는가? 4. 그림 ( 가 ) 는붉은색빛으로영의이중슬릿실험을하였을때의 간섭무늬의모습이다. ( 나 ) 와같은간섭무늬를얻기위하여바꿀 실험조건을모두서술하시오. - 70 -
5. 그림 ( 가 ) 는길이가 L 인줄의한쪽은고정시키고다른쪽을상 하로진동시켜정상파를만든모양이고, 그림 ( 나 ) 는줄을흔드 는방법을변화시켰을때의정상파의모양이다. (1) 파장은각각얼마인가? (2) 진동수의비는? (3) ( 가 ) 에서진동수를 3 배로하면정상파의모습은어떻게되겠는가? 6. 그림 ( 가 ) 는단색광 A와 B가공기에서물로입사할때의경로를나타낸것이고, 그림 ( 나 ) 는 A와 B를각각단일슬릿과이중슬릿을통과시켜스크린에나타난무늬를관찰하는것을나타낸것이다. (1) ( 가 ) 에서공기에대한물의굴절률을비교하시오. (2) 물속에서빛의파장을비교하시오. (3) ( 나 ) 에서간섭무늬사이의간격을비교하시오. - 71 -
5) 편광 [26강] (1) 편광진행방향과수직한어느한방향으로만진동하는빛으로편광판을통과한빛은어느특정한방향으로만진동하게된다. (2) 빛빛이간섭이나회절을한다는사실에서빛은파동이라는것을알수있으며, 편광현상을통해빛은횡파임을알수있다. * 편광판은원자의구조가특별하게배열되어있어어떤특정한 방향으로진동하는빛만통과시키는판이다. - 72 -
1. 그림 ( 가 ) 는투명한판 A와 B를겹쳤을때겹친부분이약간어둡게보이는것을나타낸것이고, 그림 ( 나 ) 는 ( 가 ) 에서 B만 30 회전시켰을때겹친부분이가장어둡게보이는것을나타낸것이다. ( 나 ) 에서 B를더회전시키니겹친부분이밝아지기시작하였다 투명한판 A 와 B 에대한물음에답하시오. (1) ( 가 ) 에서 A 와 B 의편광축방향은얼마나기울어져있는가? (2) ( 나 ) 의상태에서 B 를화살표방향으로 90 회전시켰을때겹친 부분은어떻게되겠는가? 2. 그림 ( 가 ) 는햇빛이편광판 A 를통과하도록하고 A 를돌리면서 밝기를측정하는것이고, 그림 ( 나 ) 는햇빛이편광판 A 와 B 를통 과하게하고 B 를돌리면서밝기를측정하는것이다. 빛의밝기의변화를회전각도에따라나타내보시오. - 73 -
3. 그림 ( 가 ) 는관찰자가편광판 A, B, C, D를순서대로놓고이를통해서인형을관찰하는모습을, 그림 ( 나 ) 는 ( 가 ) 에서편광판의순서만 D, C, B, A로바꾼모습을나타낸것이다. ( 가 ) 와 ( 나 ) 모두에서처음에인형은보이지않다가인형에가까이있는편광판을하나씩치우면서관찰하였더니 B를치웠을때인형이관찰되었다. 네편광판의편광축방향이연직또는수평이라할때, D와편광축의방향이같은편광판을 A, B, C 중에서있는대로고르시오. 4. 그림과같이편광판을통하여휴대전화를보았더니휴대전화 의글자판은보였지만액정화면의내용은전혀보이지않았다. 다음물음에답하시오. (1) 휴대전화의액정화면에서나오는빛은어떤빛인가? (2) 편광판을시계방향으로얼마를회전시켰을때화면이보이겠 는가? - 74 -
4. 빛과물질의이중성 [27~28강 ] 1) 빛의입자성 - 광전효과의실험적사실 (1) 광전효과 금속에파장이짧은자외선을 비출때, 금속의표면에서 전자가 방출되는 현상을 광전효과라하고, 이때방 출된 전자를 광전자라고 한다. (2) 광전효과의실험적사실 [1] 아무리세기가약한빛이라도비춘빛의진동수가금속의한계진동수 ( ) 보다크면시간의지연없이광전자가즉시튀어나온다. [2] 광전자가금속표면에서튀어나올때갖는광전자의최대운동에너지 ( ) 는빛의세기에는관계없고, 빛의진동수 (f) 에관계한다. [3] 진동수가같은빛을비출때, 빛의세기가증가하면튀어나오는광전자의수즉광전류의세기가증가한다. (3) 아인슈타인의광양자설 진동수 f 인빛은 hf 인불연속적인에너지를가진광자 의흐름이다. [1] 광자의에너지 (E) 는 플랑크상수 이다. [2] 광자의운동량 (P) 은 빛의파장 이다. [3] 금속의일함수 (W) 는금속내의전자를금속밖으로나 오게하는데필요한최소한의에너지로 금속의한계진동수 금속의 한계파장 - 75 -
(2) 그래프로보는광전효과 2) 물질파 드브로이는질량이 m 인입자가 v 의속도를가지고운동 할때이입자가나타내는파장 λ 는다음과같이표현된 다고하였다. λ 입자의 운동량 3) 물질의이중성 - 전자의회절 (1) 데이비슨과거머의실험 (1927 년 ) : 전자의물질파파장 λ (2) 입자의파동성 : 전자외에도원자핵을구성하고 있는입자인양성자와중성자, 분자등과같은입자에서 도발견되었다. - 76 -
물질의이중성 : 빛과마찬가지로물질입자도파동과입자의이중성을갖는다. 먼지와같이작은물질입자에서도물질파장은존재하지만파장이너무짧아서파동성을검증할수없는것뿐이다. *X선에의한회절무늬 * 전자선에의한회절무늬 물질파의이용 : 전자현미경에서사용되는전자는물질파파장이가시광선보다짧기때문에광학현미경보다더작은물체까지관찰할수있다. - 77 -
1. 그림 ( 가 ) 는광전효과실험장치를모식적으로나타낸것이고, 표는금속 A, B, C의일함수를나타낸것이다. 그림 ( 나 ) 는 A로만든금속판에세기가일정하고광자한개의에너지가 3W보다작은단색광을비추었을때광전류 I를전압 V에따라나타낸것이다. 다른조건은그대로두고금속판의금속을각각 B, C 로바꾸 었을때, I 를 V 에따라나타낸그래프로가장적절한것은? 2. 그림은광전효과실험장치를모식적으로나타낸것이고, 그 래프는단색광 A, B, C 를각각금속판에비추었을때광전류를 전압에따라나타낸것이다. (1) 빛의밝기를비교하시오. (2) 빛의진동수의크기를비교하시오. - 78 -
3. 표는동일한금속판에진동수가 2fo, 3fo, 5fo 인단색광을각각 비춘실험 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 에서측정한광전자의최대운동에너지를 나타낸것이다. ( 가 ) 에들어갈값을구하시오. 4. 그림은빛을금속판에비추며전압에따른광전류를측정하는실험장치를나타낸것이다. 그래프는단색광 A와 B를각각금속판에비추었을때의실험결과를나타낸것으로정지전압은각각 V A, V B 이며, 광전류의최댓값은 I A, I B 이다. (1) A 와 B 를동시에비추었을때정지전압은얼마인가? (2) A 와 B 를동시에비추었을때광전류의최댓값은얼마인가? - 79 -
5. 그림 ( 가 ) 는얇은알루미늄박에전자선을투과시켰을때스크린 에나타난무늬이고, 그림 ( 나 ) 는동일한알루미늄박에 X 선을투 과시켰을때스크린에나타난무늬이다. 다음물음에답하시오. (1) ( 가 ) 는전자들이 ( 파동, 입자 ) 의성질을갖고있음을보여준다. (2) ( 가 ) 에서속력이더큰전자선을투과시키면흰선사이의간 격이 ( 넓어진다., 좁아진다.) 6. 그림은전자현미경의구조를개략적으로나타낸것으로코일 이렌즈의역할을하여물체의상을얻는다. 전자현미경에대 한물음에답하시오. (1) 물질의 ( 파동성, 입자성 ) 을이용하여상을얻는다. (2). 전자가물체를통과하면서 ( 반사, 굴절, 회절, 간섭 ) 한다. (3) 전자의속력이빠를수록더 ( 큰, 작은 ) 물체까지볼수있다. - 80 -
2012 학년도대학수학능력시험과학탐구영역물리 Ⅰ - 81 -
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