2022 예일여고 2학년 2학기 중간고사 물리학
기출문제·해설
예일여자고등학교 2022학년도 2학기 중간고사 물리학 전 문항(20문항)과 선지별 해설, 기출 변형문항을 무료로 제공합니다. 에너지 준위와 스펙트럼 · 전자기 유도 · 전류의 자기 작용 · 에너지띠와 반도체
📍 서울 은평구📅 2022 · 2학기 중간고사🧪 물리학📝 20문항 (객관식 15 · 서술형 5)
문제 미리보기 (2문항)
1번에너지 준위와 스펙트럼원자 모형중
다음은 원자 모형에 대한 설명이다.
| 알파($\alpha$)입자 산란 실험을 통해 원자 질량의 대부분을 차지하는 원자핵이 원자 중앙에 존재하고 원자핵 주위를 전자들이 돌고 있는 그림과 같은 원자 모형을 제시하였다. |
이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
ㄱ. 러더퍼드의 원자 모형이다.
ㄴ. 수소 원자의 선 스펙트럼을 설명할 수 있는 원자모형이다.
ㄷ. $r$이 2배가 되면 전자와 원자핵 사이에 작용하는 전기력의 크기는 $\frac{1}{2}$배가 된다.
① ㄱ
② ㄴ
③ ㄱ, ㄴ
④ ㄱ, ㄷ
⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ
정답 ① · 해설
알파 입자 산란 실험으로 원자핵의 존재를 밝힌 것은 러더퍼드이다.
ㄱ. 원자 중심에 질량이 집중된 원자핵이 있고 그 주위를 전자가 도는 러더퍼드의 원자 모형이다.
ㄴ. 러더퍼드 모형으로는 선 스펙트럼을 설명할 수 없고, 이를 설명한 것은 보어의 원자 모형이다.
ㄷ. 전기력의 크기는 거리의 제곱에 반비례하므로 $r$이 2배가 되면 $\frac{1}{4}$배가 된다.
따라서 정답은 ①이다.
2번전기장과 전위차쿨롱 법칙상
그림 (가)와 같이 점전하 A, B, C가 각각 $x=0$, $x=d$, $x=2d$에 고정되어 있다. 양(+)전하 B에는 $+x$방향으로 크기가 $F$인 전기력이 작용한다. 그림 (나)와 같이 (가)의 C를 $x=4d$로 옮겨 고정시켰더니 B에는 $+x$방향으로 크기가 $2F$인 전기력이 작용한다.
A와 C의 전하량의 크기를 각각 A, C라 할 때, A : C를 구하시오.
① 10 : 9
② 13 : 9
③ 5 : 3
④ 17 : 9
⑤ 20 : 9
정답 ④ · 해설
Step 1. 힘의 식 세우기
B가 A에게서 받는 힘을 $+x$방향으로 $F_A$, (가)에서 C에게서 받는 힘을 $-x$방향으로 $F_C$라 하자. C를 $3d$ 거리로 옮기면 C에 의한 힘은 거리의 제곱에 반비례하여 $\frac{1}{9}F_C$가 된다.
(가): $F_A-F_C=F$, (나): $F_A-\frac{1}{9}F_C=2F$
Step 2. 연립하기
두 식을 빼면 $\frac{8}{9}F_C=F$이므로 $F_C=\frac{9}{8}F$, $F_A=\frac{17}{8}F$이다. 둘 다 양수이므로 A, C는 모두 B를 밀어내는 양(+)전하이다.
Step 3. 전하량의 비
B와의 거리가 모두 $d$이므로 $F_A=k\frac{q_BA}{d^2}$, $F_C=k\frac{q_BC}{d^2}$에서 $A:C=F_A:F_C=17:9$이다.
① 10 : 9
② 13 : 9
③ 5 : 3
④ 17 : 9
⑤ 20 : 9
따라서 정답은 ④이다.
문항 구성
| 1번 | 에너지 준위와 스펙트럼 | 원자 모형 | 중 | 객관식 |
| 2번 | 전기장과 전위차 | 쿨롱 법칙 | 상 | 객관식 |
| 3번 | 전자기 유도 | 전자기 유도 | 상 | 객관식 |
| 4번 | 에너지 준위와 스펙트럼 | 선 스펙트럼 | 상 | 객관식 |
| 5번 | 에너지 준위와 스펙트럼 | 흡수 스펙트럼 | 중 | 객관식 |
| 6번 | 에너지 준위와 스펙트럼 | 전자 전이 | 중 | 객관식 |
| 7번 | 에너지 준위와 스펙트럼 | 에너지 준위 | 중 | 객관식 |
| 8번 | 에너지띠와 반도체 | 에너지띠 | 중 | 객관식 |
| 9번 | 에너지띠와 반도체 | p-n 접합 다이오드 | 중 | 객관식 |
| 10번 | 에너지띠와 반도체 | p-n 접합 다이오드 | 중 | 객관식 |
| 11번 | 전류의 자기 작용 | 원형 도선 자기장 | 중 | 객관식 |
| 12번 | 전자기 유도 | 렌츠 법칙 | 중 | 객관식 |
| 13번 | 전자기 유도 | 자기 선속 변화 | 상 | 객관식 |
| 14번 | 전자기 유도 | 전자기 유도 이용 | 상 | 객관식 |
| 15번 | 물질의 자성 | 물질의 자성 | 상 | 객관식 |
| 16번 | 전류의 자기 작용 | 직선 전류 자기장 | 중 | 서술형 |
| 17번 | 전류의 자기 작용 | 솔레노이드 자기장 | 중 | 서술형 |
| 18번 | 전기장과 전위차 | 쿨롱 법칙 | 상 | 서술형 |
| 19번 | 에너지 준위와 스펙트럼 | 에너지 준위 | 상 | 서술형 |
| 20번 | 전류의 자기 작용 | 자기장 합성 | 상 | 서술형 |