2015 개정 교육과정

단원별· 주제별 평가원 모의고사 / 수능 기출 문제

물리학Ⅰ

Ⅱ. 물질과 전자기장

08. 원자와 전기력, 스펙트럼

□ 2012년 시행된 2014 예비 대학수학능력시험 모의고사를 포함하여 2013년부터 출제된 평가원 모의고사와 대학수학능력시험 기출 문제를 단원별 • 주제별로 정리하여 기출 문제의 흐름을 효과적으로 파악할 수 있도록 하였으며, 자세한 정답과 해설을 함께 구성하였습니다.

□ 단, 2015 개정 교육과정 적용 전의 기출 문제는 2015 개정 교육과정에 포함되지 않은 개념의 보기가 있을 수 있습니다.

□ 기출 문제 원본 그대로의 용어로 되어 있습니다. 따라서 2015 개정 교육과정의 용어와 다를 수 있습니다.

□ 평가원 모의고사의 경우 시행년도와 월을 표기하였고, 대학수학능력시험의 경우 대비학년도로 표기하였습니다.

□ ▪2013년 6월에 실시한 평가원 모의고사의 경우 [2014. 6. 평가원 1번 문제]

▪2013년 11월에 실시한 대학수학능력시험의 경우 [2014. 수능 1번 문제]

08. 원자와 전기력, 스펙트럼

Ⅱ-08. 원자와 전기력, 스펙트럼

■ 전기력과 쿨롱 법칙

[2021. 6. 평가원 19번 문제]- 물리학Ⅰ

Ⅱ-08. 원자와 전기력, 스펙트럼

그림과 같이 [eqn: x]축상에 점전하 A, B, C가 같은 거리만큼 떨어져 고정되어 있다. 양(+)전하 A에 작용하는 전기력은 0이고, B에 작용하는 전기력의 방향은 -[eqn: x]방향이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. B는 음(-)전하이다. ㄴ. 전하량의 크기는 C가 A보다 크다. ㄷ. C에 작용하는 전기력의 방향은 -[eqn: x]방향이다.

① ㄱ  ② ㄴ  ③ ㄱ, ㄷ ④ ㄴ, ㄷ ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2021. 9. 평가원 19번 문제]- 물리학Ⅰ

그림 (가), (나), (다)는 점전하 A, B, C가 [eqn: x]축 상에 고정되어있는 세 가지 상황을 나타낸 것이다. (가)에서는 양(+)전하인 C에 [eqn: +x]방향으로 크기가 [eqn: F]인 전기력이, A에는 크기가 [eqn: 2F]인 전기력이 작용한다. (나)에서는 C에 [eqn: +x]방향으로 크기가 [eqn: 2F]인 전기력이 작용한다.

(다)에서 A에 작용하는 전기력의 크기와 방향으로 옳은 것은?

크기      방향             크기     방향

①    [eqn: {F} over {2}]        [eqn: +x]         ②  [eqn: {F} over {2}]      [eqn: -x]

③    [eqn: F]         [eqn: +x]          ④   [eqn: F]       [eqn: -x]

⑤    [eqn: 2F]       [eqn: +x]

[2021. 수능 19번 문제]- 물리학Ⅰ

그림 (가)와 같이 [eqn: x]축상에 점전하 A, B, C를 같은 간격으로 고정시켰더니 양(+)전하 A에 작용하는 전기력이 0이 되었다. 그림 (나)와 같이 (가)의 C를 [eqn: -x]방향으로 옮겨 고정시켰더니 B에 작용하는 전기력이 0이 되었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. C는 양(+)전하이다. ㄴ. 전하량의 크기는 B가 A보다 크다. ㄷ. (가)에서 C에 작용하는 전기력의 방향은 [eqn: -x]방향이다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

■ 선 스펙트럼과 에너지 준위

[2014. 6. 평가원 11번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 보어의 수소 원자 모형을 나타낸 것이다. [eqn: n]은 양자수이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 원자핵과 전자 사이에는 쿨롱 법칙을 따르는 힘이 작용한다. ㄴ. 전자가 [eqn: n=1]인 궤도에 있을 때 전자의 에너지가 가장 크다. ㄷ. 전자가 [eqn: n=3]에서 [eqn: n=2]인 궤도로 전이할 때, 원자가 빛을 흡수한다.

① ㄱ     ② ㄴ    ③ ㄷ    ④ ㄱ, ㄴ    ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2014. 9. 평가원 12번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 양자화된 에너지 [eqn: E_n]([eqn: n=]1, 2, 3,…)을 갖는 보어의 수소 원자 모형을 나타낸 것이다. a, b, c는 전자가 서로 다른 에너지 준위 사이에서 전이하는 것을, 표는 양자수([eqn: n])에 따른 [eqn: E_n]을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 원자핵과 전자 사이에 작용하는 쿨롱 힘의 크기는[eqn: n=1]인 궤도에서 가장 크다. ㄴ. a일 때, 전자는 3.4eV의 빛에너지를 흡수한다. ㄷ. 방출되는 전자기파의 진동수는 b일 때가 c일 때보다 작다.

① ㄱ     ② ㄴ    ③ ㄷ     ④ ㄱ, ㄴ    ⑤ ㄱ, ㄷ

[2014. 수능 12번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가)는 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 n에 따른 에너지 준위와 전자의 전이 a, b를 나타낸 것이고, (나)는 가열된 수소 원자에서 전자가 n=2인 궤도로 전이할 때 방출되는 빛의 선 스펙트럼을 파장에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?[3점]

	<보 기>
ㄱ. 전자가 n=2인 궤도에 머물러 있는 동안에는 빛이 방출되지 않는다. ㄴ. 방출되는 광자의 에너지는 a에서가 b에서보다 크다. ㄷ. (나)에서 오른쪽으로 갈수록 파장이 짧다.

① ㄱ     ② ㄷ     ③ ㄱ, ㄴ  ④ ㄱ, ㄷ  ⑤ ㄴ, ㄷ

[2015. 6. 평가원 11번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가)는 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 에너지 준위와 전자의 전이 ㉠, ㉡, ㉢을 나타낸 것이고, (나)는 (가)에서 전자의 전이가 일어날 때 방출되는 빛의 선 스펙트럼을 파장에 따라 나타낸 것이다. a～c는 각각 ㉠, ㉡, ㉢ 중 하나에 의해 나타난 스펙트럼선이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. 광자 한 개의 에너지는 a가 b보다 크다. ㄴ. a는 ㉠에 의해 나타나는 스펙트럼선이다. ㄷ. b와 c의 진동수 차는 전자가 [eqn: n=5]에서 [eqn: n=4]인 상태로 전이할 때 방출되는 빛의 진동수와 같다.

① ㄱ    ② ㄴ    ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2015. 9. 평가원 11번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 에너지 준위와 전자의 전이 a～e를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은 [3점]

	<보 기>
ㄱ. 수소 원자의 에너지 준위는 불연속적이다. ㄴ. b에서 방출되는 광자 1개의 에너지는 2.05eV이다. ㄷ. a～e 중에서 방출되는 빛의 파장이 가장 긴 경우는 c이다.

① ㄱ    ② ㄴ    ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2015. 수능 11번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 에너지 [eqn: E_n]과 [eqn: n=2]인 상태에 있던 전자가 진동수 [eqn: f_a]인 빛을 흡수하여 [eqn: n=4]인 상태로 전이한 후, 다시 진동수 인 빛을 방출하여 [eqn: n=3]인 상태로 전이하는 과정을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. [eqn: n=3]인 상태에 있는 전자가 진동수 [eqn: f_a]인 빛을 흡수하면 [eqn: n=4]인 상태로 전이한다. ㄴ. [eqn: {E_4 - E_2} over f_a = {E_4 - E_3} over f_b]이다. ㄷ. [eqn: n=3]인 상태에 있는 전자가 진동수 [eqn: f_a -f_b]인 빛을 방출하면 [eqn: n=2]인 상태로 전이한다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ	④ ㄴ, ㄷ  ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2016. 9. 평가원 9번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 보어의 수소 원자 모형에서 에너지가 [eqn: E _{1}], [eqn: E _{2}], [eqn: E _{3}]인 세 준위 사이에 전자가 전이하는 세 가지 경우를 나타낸 것이다. 세 가지 전이 과정에서 나오는 빛의 진동수를 각각 [eqn: f _{rmA}], [eqn: f _{rm B it}], [eqn: f _{rm C it}]라고 할 때,  [eqn: f _{rmA}]> [eqn: f _{rm B it}]> [eqn: f _{rm C it}]이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, [eqn: h]는 플랑크 상수이다.)

	<보 기>
ㄱ. 진공에서의 파장은 진동수가 [eqn: f _{rmA}]인 빛이 진동수가 [eqn: f _{rm B it}]인 빛보다 길다. ㄴ. [eqn: f _{rm B it}]는 에너지가 [eqn: E _{2}]인 준위에 있던 전자가 에너지가 [eqn: E _{1}]인 준위로 전이하는 과정에서 나오는 빛의 진동수이다. ㄷ. [eqn: f _{rm C it} = { E_3 -E_2} over {h }]이다.

① ㄱ     ② ㄴ    ③  ㄷ     ④ ㄱ, ㄷ    ⑤ ㄴ, ㄷ

[2016. 수능 5번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가)는 분광기로 수소 기체 방전관에서 나오는 빛, 저온 기체관을 통과한 백열등 빛, 흰색이 표현된 칼라 LCD 화면에서 나오는 빛, 백열등에서 나오는 빛의 스펙트럼을 관찰하는 모습이고, (나)의 A, B, C, D는 (가)의 관찰 결과를 순서 없이 나타낸 것이다. 저온 기체관에는 한 종류의 기체만 들어 있고, 스펙트럼은 가시광선의 전체 영역을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 가장 적절한 것은? [3점]

① LCD 화면에서 나오는 빛의 스펙트럼은 A이다.

② 수소 기체 방전관에서 나오는 빛의 스펙트럼은 C이다.

③ 백열등에서 나오는 빛의 스펙트럼은 D이다.

④ 저온 기체관에는 수소 기체가 들어 있다.

⑤ 수소 원자의 에너지 준위는 연속적이다.

[2017. 6. 평가원 10번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 보어의 수소 원자 모형에서 에너지 준위 사이에서 일어나는 전자의 전이 A, B, C를 나타낸 것이다. A, B, C에서 방출되는 빛의 진동수는 각각 [eqn: f _{A}], [eqn: f _{B}], [eqn: f _{C}]이고, [eqn: f _{A}]는 가시광선 영역에 속하는 진동수이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, [eqn: h]는 플랑크 상수이다.)

	<보 기>
ㄱ. [eqn: f _{A} = {E _{3} -E _{2}} over {h}]이다. ㄴ. [eqn: f _{B}]는 적외선 영역에 속하는 진동수이다. ㄷ. C에서 방출되는 광자 1개의 에너지는 [eqn: hf _{c}]이다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2017. 수능 15번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가)는 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 에너지 준위와 전자의 전이 과정의 일부를 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)에서 나타나는 방출과 흡수 스펙트럼을 파장에 따라 나타낸 것이다. 스펙트럼선 b 는 ㉠에 의해 나타난다.

(가)                      (나)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, [eqn: h]는 플랑크 상수이다.)

	<보 기>
ㄱ. 광자 한 개의 에너지는 a 에서가 b 에서보다 크다. ㄴ. c 는 ㉡에 의해 나타난 스펙트럼선이다. ㄷ. d 에서 광자의 진동수는 [eqn: {E _{5} -E _{2}} over {h}]이다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2018. 6. 평가원 12번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가)는 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 에너지 준위와 전자의 전이 과정의 일부를 나타낸 것이다. 빛 A, B, C, D는 각 전이 과정에서 방출되는 빛이며, A, B, C는 가시광선 영역에 속한다. 그림 (나)는 분광기를 이용하여 수소 기체 방전관에서 나오는 A, B, C, D 중 하나를 광전관에 비추는 모습을 나타낸 것이다. 광전관에 A를 비추었을 때는 광전자가 방출되지 않았고, B를 비추었을 때는 광전자가 방출되었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은? [3점]

① 진동수는 A가 B보다 크다.

② 파장은 C가 D보다 길다.

③ D는 자외선 영역에 속한다.

④ C를 광전관에 비추면 광전자가 방출된다.

⑤ 광전관에 비추는 A의 세기를 증가시키면 광전자가 방출된다.

[2018. 수능 11번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n] 에 따른 에너지 준위의 일부와 전자의 전이 a, b, c 를 나타낸 것이다. a, b 에서 방출되는 빛의 파장은 각각 [eqn: lambda _{rm a}], [eqn: lambda _{rm b it}]이고, c에서 흡수되는 빛의 파장은 [eqn: lambda _{rm c}]이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 방출되는 광자 1 개의 에너지는 a 에서가 b 에서보다 크다. ㄴ. c 에서 흡수되는 광자 1 개의 에너지는 0.85 eV 이다. ㄷ. [eqn: lambda _{rm a}]=[eqn: lambda _{rm b it}]+[eqn: lambda _{rm c}]이다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2019. 6. 평가원 8번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 에너지 준위 [eqn: E_n]의 일부를 나타낸 것이다. [eqn: n=3]인 상태의 전자가 진동수 [eqn: f_A]인 빛을 흡수하여 전이한 후, 진동수 [eqn: f_B]인 빛과 [eqn: f_C]인 빛을 차례로 방출하며 전이한다. 진동수의 크기는 [eqn: f_B < f_A < f_C]이다.

이에 해당하는 전자의 전이 과정을 나타낸 것으로 가장 적절한 것은? [3점]

①	②	③

④	⑤

[2019. 9. 평가원 11번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 전자의 궤도와 전자의 전이 a, b, c를 나타낸 것이다. a, b, c에서 흡수하거나 방출하는 빛의 파장은 각각 [eqn: lambda _{rma}], [eqn: lambda _{rmb}], [eqn: lambda _{rmc}]이며, [eqn: n]에 따른 에너지 준위는 [eqn: E _{n}]이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. a에서 빛을 흡수한다. ㄴ. [eqn: {1} over {lambda _{rma}} = {1} over {lambda _{rmb}} + {1} over {lambda _{rmc}}]이다. ㄷ. [eqn: {lambda _{rm a it}} over {lambda rm _{rmc} it} = {E _{3} -E _{1}} over {E _{3} -E _{2}}]이다.

① ㄴ     ② ㄷ    ③  ㄱ, ㄴ    ④ ㄱ, ㄷ    ⑤ ㄴ, ㄷ

[2019. 수능 8번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가)는 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 에너지 준위의 일부와 전자의 전이 a, b, c를 나타낸 것이다. a, b, c에서 방출되는 빛의 파장은 각각 [eqn: lambda _{a}], [eqn: lambda _{b}], [eqn: lambda _{c}]이다. 그림 (나)는 (가)의 a, b, c에서 방출되는 빛의 선 스펙트럼을 파장에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. (나)의 ㉠은 a에 의해 나타난 스펙트럼선이다. ㄴ. 방출되는 빛의 진동수는 a에서가 b에서보다 크다. ㄷ. 전자가 [eqn: n=4]에서 [eqn: n=3]인 상태로 전이할 때 방출되는 빛의 파장은 [eqn: □lambda _{b} -lambda _{c} □]와 같다.

① ㄱ    ② ㄴ    ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2020. 6. 평가원 9번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가), (나)는 각각 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 전자의 에너지 준위와 선 스펙트럼의 일부를 나타낸 것이다.

A에 해당하는 빛의 진동수가 [eqn: {5E _{0}} over {h}]일 때, 다음 중 B와 진동수가 같은 빛은? (단, [eqn: h]는 플랑크 상수이다.)

① [eqn: n=2]에서 [eqn: n=5]로 전이할 때 흡수하는 빛

② [eqn: n=3]에서 [eqn: n=4]로 전이할 때 흡수하는 빛

③ [eqn: n=4]에서 [eqn: n=2]로 전이할 때 방출하는 빛

④ [eqn: n=5]에서 [eqn: n=1]로 전이할 때 방출하는 빛

⑤ [eqn: n=6]에서 [eqn: n=3]으로 전이할 때 방출하는 빛

[2021. 6. 평가원 11번 문제]- 물리학Ⅰ

그림 (가)는 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 □ 에 따른 에너지 준위 일부와 전자의 전이 a, b, c, d를 나타낸 것이고, (나)는 (가)의 a, b, c에 의한 빛의 흡수 스펙트럼을 파장에 따라 나타낸 것이다.

(가)                         (나)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 흡수되는 빛의 진동수는 a에서가 b에서보다 작다. ㄴ. ㉠은 c에 의해 나타난 스펙트럼선이다. ㄷ. d에서 방출되는 광자 1개의 에너지는 [eqn: □E _{2} -E _{1} □]보다 작다.

① ㄱ ② ㄷ ③ ㄱ, ㄴ ④ ㄴ, ㄷ ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2021. 9. 평가원 8번 문제]- 물리학Ⅰ

그림은 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 에너지 준위의 일부와 전자의 전이 a, b, c, d를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. 방출되는 빛의 파장은 a에서가 b에서보다 길다. ㄴ. 방출되는 빛의 진동수는 a에서가 c에서보다 크다. ㄷ. d에서 흡수되는 광자 1개의 에너지는 2.55 eV이다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2021. 수능 8번 문제]- 물리학Ⅰ

그림 (가)는 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 [eqn: n]에 따른 에너지 준위의 일부와 전자의 전이 a～d를 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)의 b, c, d에서 방출되는 빛의 스펙트럼을 파장에 따라 나타낸 것이고, ㉠은 c에 의해 나타난 스펙트럼선이다.

(가)                           (나)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. a에서 흡수되는 광자 1개의 에너지는 1.51 eV이다. ㄴ. 방출되는 빛의 진동수는 c에서가 b에서보다 크다. ㄷ. ㉡은 d에 의해 나타난 스펙트럼선이다.

① ㄱ    ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ