7급 국가직 물리학개론 2016년 기출문제

5 m 길이의 늘어나지 않는 줄에 질량 80 kg인 추 A를 매달아 연직선에 대하여 5 °까지 기울어지는 단진자운동을 반복하도록 하였다. 추 A를 형태가 동일하고 밀도가 추 A의 0.25배인 추 B로 교체하고 연직선에 대하여 10 °로 기울어지는 단진자운동을 시켰다. 추 B의 진동 주기는 추 A의 진동 주기의 몇 배인가? (단, 중력 가속도는 g ＝ 9.8 m/s²이며, 각 추는 밀도가 균일하고 줄의 질량과 모든 저항은 무시한다)

해왕성에 대해 0.8 c의 상대 속도로 해왕성을 스쳐지나가는 우주관광열차에 탑승하고 있는 지수는 이 열차 한 량의 길이를 L₀로 측정하였다. 이때 이 우주관광열차를 해왕성에 서서 바라보고 있는 재성이가 관측한 열차 한 량의 길이는? (단, c는 진공에서 빛의 속력이다)

그림은 대기권에서 기체의 상태를 이상 기체 상태로 근사하여 나타낸 그래프이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은? (단, 각 점선 위에서의 기체 온도는 일정하다)

ㄱ. A $\to$ B 과정은 공기가 상승하는 과정으로 단열 과정일 수 있다.

ㄴ. A $\to$ C 과정에서 내부 에너지 변화는 없다.

ㄷ. B $\to$ A 과정은 공기가 하강하는 과정으로 내부 에너지가 감소한다.

그림과 같이 질량 m ＝ 30 kg이고 길이가 L인 밀도가 균일한 원통형 강체막대에 중력이 연직 아래 방향으로 작용하고 있다. 이 막대의 왼쪽 끝에 힘 F₁, 막대 왼쪽으로부터 $\frac{3}{4}\mathrm{L}$ 되는 지점에 힘 F₂를 각각 연직 위 방향으로 가할 때, 이 막대가 정역학적 평형상태를 유지하기 위한 힘 F₁의 크기[N]는? (단, 중력가속도 g ＝ 9.8 m/s²이다)

관성모멘트가 $4kg\cdot m^2$인 원판이 시간 $t$에 따라 변화하는 각속도 $\omega =2trad/s$로 그 중심을 축으로 하여 회전하고 있을 때의 설명으로 옳은 것은?

수평면에 평행하게 날아가던 질량 10 g의 총알이 정지해있던 나무토막에 100 m/s의 속력으로 충돌하여 박힌 채 2 m/s의 속력으로 함께 운동하게 되었다면 충돌 후 운동에너지의 손실은? (단, 총알의 회전은 무시하고, 충돌 후 나무토막은 회전하거나 조각나지 않으며, 마찰이 없는 수평면 위에 놓여있다고 가정한다)

그림은 결맞음 상태에 있는 빛을 이용한 영(Young)의 이중슬릿 실험을 나타낸 것이다. 슬릿 사이 간격이 d인 이중 슬릿으로부터 수직으로 L만큼 떨어진 평면 스크린에 맺힌 간섭무늬 패턴에서 2번째 밝은 무늬와 3번째 밝은 무늬 사이의 간격 $\Delta x$를 줄이기 위한 방법으로 옳은 것은? (단, L ≫ d이다)

그림과 같이 반경이 R₁이고 속이 찬 무한히 긴 원통형 도체가 단위 길이당 양의 전하밀도 $\lambda$로 대전되어 있고, 이 도체와 중심축을 공유하며 반지름이 R₂이고 두께를 무시할 수 있는 무한히 긴 원통형 껍질이 단위 길이당 음의 전하밀도 －$\lambda$로 대전되어 있다. 위치 a, b, c (r_a < R₁, R₁ < r_b < R₂, r_c > R₂)에서의 전기장 E_a, E_b, E_c의 크기를 비교한 것으로 옳은 것은? (단, 도선 및 원통형 껍질 이외의 공간은 진공 상태로 가정한다)

파장이 $\lambda$인 X선을 전자와 탄성 충돌시켰더니 X선의 파장이 변화하였다. 이때 충돌 전후의 X선의 파장 차이는 $\Delta \lambda =\frac{h}{m_{e}c}(1-\cos \theta )$이다. 이 현상에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은? (단, $h$는 플랑크 상수, $m_e$는 전자의 정지 질량, $c$는 진공에서 빛의 속력, $\theta$는 충돌 전 X선의 진행 방향과 충돌 후 X선의 진행 방향 사이의 각이다)

ㄱ. X선이 전자와 충돌 후 입사 방향에 대하여 정반대 방향으로 진행할 때 $\Delta \lambda$가 최대이다.

ㄴ. 충돌 후 전자의 운동에너지 변화는 $\frac{hc}{\lambda }-\frac{hc}{\lambda +\Delta \lambda }$이다.

ㄷ. X선의 $\Delta \lambda$는 충돌 전 X선의 진동수에 따라 달라진다.

수소원자에 대한 보어(Bohr) 모형에서 바닥상태에 있는 전자는 원자핵 주위로 반지름이 0.053 nm인 안정적인 원 궤도를 그리며 운동한다고 가정한다. 이때 전자의 속력으로 가장 가까운 값은?(단, 쿨롱 상수 값 $k=\frac{1}{4\pi {\epsilon }_0}=9.0\times 10^9{\mathrm{Nm}}^2/{\mathrm{C}}^2$, 전자의 질량은 $9.0\times 10^{-31}\mathrm{kg}$, 전자의 전하량은 $-1.6\times 10^{-19}\mathrm{C}$, $\mathrm{c}=3.0\times 10^{8}m/s$이다)

$x$축을 따라 움직이는 입자의 위치가 시간에 따라 $x(t)=7+9t-2t^3$으로 변한다. $t=3$일 때 입자의 속도[m/s]는? (단, 여기서 $x$의 단위는 미터(m)이고, $t$의 단위는 초(s)이다)

60 Hz, 220 V 교류전원에서 1000 W의 전력을 소비하는 전열기를 60 Hz, 110 V 교류전원에 연결하였을 때 소비하는 전력[W]은?

두 물체 A와 B의 질량과 비열이 각각 $m_A,c_A$와 $m_B,c_B$이다. 이 두 물체에 각각 같은 열량을 가한다면, 두 물체의 온도 변화의 비 $\Delta t_A:\Delta t_B$는? (단, 주입된 열 이외의 열출입과 물체의 열팽창은 무시한다)

부피 $V_0$인 행성 A의 표면에서 중력가속도를 $g_0$라 할 때, 행성 A와 밀도는 같고 그 부피가 8$V_0$인 행성 B 표면에서 중력가속도는? (단, 행성들은 내부 밀도가 균일한 구형이며, 외부 천체에 의한 상호작용과 행성의 자전운동은 없다고 가정한다)

그림과 같이 두 개의 동일한 이상적인 용수철에 연결된 물체 A가 각진동수 10 rad/s로 수평면에 평행한 방향으로 진동하고 있다. 물체 A의 질량이 4배로 증가한다면 각진동수[rad/s]는? (단, 용수철의 질량과 모든 마찰은 무시한다)

27 °C, 1기압의 조건에서 존재하는 어떤 이상 기체의 부피가 12 L이다. 이 이상 기체의 상태가 127 °C, 3기압으로 변화하였을 때, 이 이상 기체의 부피[L]에 가장 가까운 값은? (단, 상태변화 전후에 이상 기체 내 분자 개수는 변화하지 않는다고 가정하며, 기체 상수는 0.0821L·atm/mol·K이다)

표면 전하 밀도 $\sigma$로 균일하게 대전된 무한히 넓은 평면 도체 판이 있다. 이 도체 판으로부터 1 m 떨어진 곳에서 전기장의 크기는 10 m 떨어진 곳에서 전기장의 크기의 몇 배인가?

정지해 있던 양성자가 전위차 8000 V에 의하여 가속되어 금속 표면에 충돌한다. 이 충돌에 의하여 광자 1개가 생성된다면 그 광자가 가질 수 있는 최소 파장[nm]에 가장 가까운 값은? (단, 양성자의 전하량은 $1.6\times 10^{-19}C$, 플랑크 상수는 $6.6\times 10^{-34}J\cdot s$, 진공에서 빛의 속력은 $3.0\times 10^{8}m/s$이다)

그림과 같이 벤투리관에 밀도가 $\rho$인 비점성, 비압축성 유체가 1지점에서 속력 $v_1$으로 유입되어 2지점을 향해 흐르고 있다. 1, 2 각 지점에서 관의 단면적을 각각 A₁, A₂, 압력을 각각 P₁, P₂라 할 때, 2지점에서 유체의 속력 $v_2$를 A₁, A₂, P₁, P₂, $\rho$를 이용해 표현한 것으로 옳은 것은?

강둑에서 사람이 수면을 통하여 강바닥을 바라보고 있다. 이때 바라보고 있는 각도가 수면에 대하여 45 °이고, 물의 실제 깊이가 3 m라면 사람이 느끼는 강물의 깊이(겉보기 깊이)[m]는? (단, 물의 굴절률 $n=\sqrt{2}$로 한다)