7급 국가직 물리학개론 2023년 기출문제

어느 FM 음악 방송국은 진동수 100 MHz의 전파를 이용한다. 공기 중에서 이 방송국이 송출하는 전파의 파장[m]은? (단, 공기 중에서 빛의 속력과 음속은 각각 3.0 × 10⁸ m/s, 340 m/s이다)

그림과 같이 균일한 원판이 각가속도 5 rad/s²으로 회전하고 있다. 이 원판이 $t$ ＝ 0초에서 $t$ ＝ 4초까지 4초간 40 rad을 회전하였다면, $t$ ＝ 0초에서 이 원판의 각속도[rad/s]는?

빛이 어떤 투명한 물질 내부에서 진행할 때 그 속력과 파장이 각각 2.0 × 10⁸ m/s, 400 nm이다. 이 물질의 굴절률과 그 빛이 공기 중에서 가지는 파장[nm]을 바르게 연결한 것은? (단, 공기의 굴절률은 1, 빛의 속력은 3.0 × 10⁸ m/s이다)

굴절률 파장[nm]

이상기체로 채워진 부피 2.0 m³인 실린더에 8.0 × 10⁵ Pa의 외부 압력을 가하여 부피가 축소되는 과정에서 6.4 × 10⁵ J의 에너지가 실린더로부터 방출되었다. 만약 실린더 내부의 온도가 변화하지 않았다면 실린더의 최종 부피[m³]는?

균일한 자기장 $B$가 작용하는 공간에 전하량과 속력이 각각 $e$, $v$인 전자가 자기장에 수직인 방향으로 입사하여 반지름이 $r$인 원운동을 하고 있다. 이때 이 전자의 운동량은?

그림은 질량이 $m$인 정지 상태의 구슬이 가는 철사에 꿰어져 높이 $h$에서 하강하여 반지름이 $r=\frac{h}{5}$인 원형 모양의 고리를 따라 운동하는 모습을 나타낸다. 이 원형 모양의 고리에서 가장 우측 지점에 구슬이 도달했을 때, 구슬에 작용하는 구심력의 크기는 구슬 무게의 몇 배인가? (단, 공기저항과 철사와 구슬 사이의 마찰은 무시한다)

폭이 $L$인 1차원 무한 퍼텐셜 우물 안에 갇힌 전자가 있다. 이 전자가 첫 번째 들뜬상태, 즉 $n$ ＝ 2인 상태에 있을 때 $0\le x\le \frac{L}{4}$인 범위에서 발견될 확률[%]은?

전기용량이 2 $\mu$F인 평행판 축전기가 있다. 이 축전기의 두 평행판 사이에 위치한 유전체의 유전율을 2배 증가시키고, 두 평행판 사이의 간격을 반으로 줄였을 때의 전기용량[$\mu$F]은? (단, 축전기의 두 평행판 사이는 명시된 유전체로 균일하게 채워져 있다)

구면 거울에서 3.0 m 떨어진 곳에 어떤 물체가 있다. 형성된 상은 정립이고 크기는 물체의 $\frac{1}{3}$이다. 이 거울에 대한 특성을 바르게 연결한 것은?

상 구면 초점 거리[m]

질량이 $m$인 인공위성이 질량이 $M$인 지구 중심에서 거리 $r$만큼 떨어진 원 궤도를 일정한 속력 $v$, 공전주기 $T$로 돌고 있다. 만약 동일한 인공위성이 지구 중심과의 거리가 $\frac{r}{2}$인 원 궤도에서 공전한다면, 이 궤도에서 인공위성의 속력과 공전주기를 바르게 연결한 것은?

속력 공전주기

질량이 $m$인 물체가 평지에서 수평각 $\theta$, 초기속력 $v$로 발사되었다. 이 물체가 운동하는 궤적의 최고점에서 물체의 역학적 에너지는? (단, 공기저항, 물체의 크기는 무시하며, 발사 지점에서의 퍼텐셜에너지는 0이다)

초창기 원자 모형에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 톰슨의 원자 모형에 따르면 양전하 외부에 전자들이 고르게 분포한다.

ㄴ. 러더퍼드의 원자 모형에 따르면 양전하의 집합인 핵 주위를 전자가 공전한다.

ㄷ. 보어의 수소 원자 모형에 따르면 전자 궤도의 각운동량은 양자화된다.

ㄹ. 보어의 수소 원자 모형에 따르면 전자는 확률밀도함수 형태로 존재한다.

그림과 같이 두 점전하 $A$와 $B$가 $y$축상에 고정되어 있다. $A$와 $B$의 전하량은 각각 $Q_A$와 $Q_B$이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

전기장이 일정한 공간에 질량과 전하량이 각각 $m$, $+e$인 A 입자를 놓았더니 가속도 $a$를 가지고 운동하였다. 동일한 위치에 질량과 전하량이 각각 $4m$, $+2e$인 B 입자를 놓았을 때 B 입자의 가속도는?

물체 A와 B의 질량은 각각 $m_A$ ＝ 1 kg, $m_B$ ＝ 2 kg이고, 비열은 각각 $c_A$ ＝ 1,000 J/kg °C, $c_B$ ＝ 500 J/kg °C이다. 만약 물체 A와 B에 각각 같은 열량이 주어졌다면, 물체 A와 B의 온도 변화 비율 $\frac{\Delta T_{\mathrm{A}}}{\Delta T_{\mathrm{B}}}$는? (단, 주어진 열량 이외의 열출입과 물체의 열팽창은 무시한다)

정지 상태의 외부 관찰자가 직선도로에서 30 m/s의 속력으로 달리는 승용차와 승용차의 전방에서 10 m/s의 속력으로 달리는 트럭을 관찰하고 있다. 두 차 사이의 거리가 60 m일 때 승용차가 크기 5 m/s²의 가속도로 감속을 시작하였다면, 승용차가 감속하는 과정에서 외부 관찰자가 측정하는 승용차와 트럭 사이의 최소거리[m]는? (단, 두 차는 같은 방향으로 운동하며, 점체로 간주한다)

그림은 공기 중에 놓여 있는 원통형 광섬유의 단면 모습이다. 코어(내부 매질)와 클래딩(외부 매질)의 굴절률은 각각 $n_1$, $n_2$이다. $n_1>n_2$일 때, 내부 전반사에 의해 입사된 빛이 코어 안에서 진행할 수 있는 수용각(acceptance angle) $\theta$는? (단, 광섬유의 길이는 코어의 지름에 비해 충분히 길고, 공기의 굴절률은 1이다)

정지해 있던 자동차가 7.0초 동안 등가속 운동을 하였다. 이어서 4.0초 동안 등속도로 운동한 후 5.0초 동안 등감속하여 정지하였다. 이때 자동차의 총 이동 거리가 200 m라면 등속도로 이동한 거리[m]는? (단, 자동차는 직선운동을 한다)

그림은 이중 슬릿에 입사하는 입자빔 간섭 실험을 나타낸 것으로, $\Delta x$는 스크린에 도달한 입자의 수가 극댓값을 가지는 이웃한 위치 간의 거리이다. 표에 주어진 세 종류의 입자 A, B, C를 각각 사용하여 측정한 $\Delta x$의 크기를 옳게 비교한 것은?

입자	질량	속력
A	$m_0$	$3v_0$
B	$3m_0$	$3v_0$
C	$2m_0$	$v_0$

A는 어떤 건물의 옥상에서 정지 상태의 물체를 자유 낙하 시켜, 9초 후 물체가 바닥에 부딪히는 소리를 들었다. 이때 물체가 바닥에 닿기 직전의 속력[m/s]은? (단, 중력 가속도와 음속은 각각 10 m/s², 320 m/s이다)

어떤 실험에서 단열 용기에 담긴 온도가 10 °C인 물에 200 °C로 가열된 쇳덩어리 한 개를 담가 충분히 오랜 시간 기다렸더니 20 °C에서 열평형을 이루었다. 그렇다면 동일한 실험 조건에서 10 °C인 물의 온도를 80 °C 이상으로 데우는 데 필요한 최소한의 쇳덩어리 개수는? (단, 단열 용기의 열용량은 무시하고, 물에 넣는 모든 쇳덩어리는 물리적, 화학적으로 동일하다)

두 잠수함 A, B가 물속에서 서로를 향해 정면으로 움직이고 있다. 이때 잠수함 A는 $v_A$의 속력으로 움직이며 진동수가 $f$인 수중 음파를 방출하고 있다. 잠수함 B의 속력이 $v_B$라면, 잠수함 A에서 방출하는 수중 음파가 잠수함 B에 반사되어 되돌아올 때 잠수함 A의 관측자가 탐지하는 음파의 진동수는? (단, 수중에서 음파의 속력은 $v_s$이다)

어떤 입자에 $\vec{F}=(x^2\hat{i}-2y\hat{j}+3\hat{k})$ N의 힘이 작용하여 입자의 위치가 $\left(1\hat{i}+2\hat{j}+1\hat{k}\right)$ m에서 $\left(1\hat{i}-2\hat{j}+3\hat{k}\right)$ m로 변하였다. 이때 힘 $\vec{F}$가 한 일[J]은?

헬륨－네온 레이저를 사용하면, 적색 빛(파장 ${\lambda }_{\mathrm{red}}$) 방출을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 녹색 빛(파장 ${\lambda }_{\mathrm{green}}$) 방출도 얻을 수 있다. 적색 빛 방출의 경우는, 레이저 내의 네온 원자가 주어진 들뜬 에너지 상태에서 $E_{\mathrm{red}}$에너지 상태로 전이되는 경우이고, 녹색 빛 방출의 경우는 네온 원자가 동일한 들뜬 에너지 상태에서 $E_{\mathrm{green}}$에너지 상태로 전이되는 경우이다. 만약, 네온 원자가 $E_{\mathrm{green}}$에너지 상태와 $E_{\mathrm{red}}$에너지 상태 사이에서 전이가 일어난다면, 이때 방출되는 빛의 파장은?

총 전하가 양전하 $+Q$로 균일하게 대전되고, 반지름이 $a$인 속이 찬 부도체 구가 있다. $-Q$로 대전되고 안쪽 반지름이 $b$인 도체 구 껍질이 이 부도체 구를 둘러싸고 있다. $r<a$인 지점에서 전기장의 크기는? (단, 부도체 구와 도체 구 껍질의 중심은 일치하며, $k$는 쿨롱 상수, $b>a$이다)