2015 개정 교육과정

단원별· 주제별 평가원 모의고사 / 수능 기출 문제

물리학Ⅰ

Ⅲ. 파동과 정보 통신

15. 빛과 물질의 이중성

□ 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]

15. 빛과 물질의 이중성

Ⅲ-15. 빛과 물질의 이중성

■ 광전 효과

[2015. 9. 평가원 15번 문제]- 물리Ⅱ

그림은 광전관의 금속판에 단색광을 비추며 정지 전압을 측정하는 장치를 나타낸 것이다. 표는 단색광의 파장과 세기를 바꾸어 가며 측정한 정지 전압을 나타낸 것이다.

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

	<보 기>
ㄱ. [eqn: lambda _{1}]이 [eqn: lambda _{2}]보다 길다. ㄴ. (가)는 2Vo이다. ㄷ. 광전자의 최대 운동 에너지는 [eqn: lambda _{1}]일 때가 [eqn: lambda _{2}]일 때보다 크다.

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

[2016. 9. 평가원 10번 문제]- 물리Ⅱ

그림 (가)는 금속 A로 만들어진 금속판에 비추는 단색광의 세기와 진동수를 동시에 변화시키며 광전류를 측정하는 것을 나타낸 것이다. 그림 (나), (다)는 각각 단색광의 세기와 진동수를 시간에 따라 나타낸 것이다. 광전류는 0초부터 8초까지 흐르다가 9초 이후에는 흐르지 않았다.

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

	<보 기>
ㄱ. A의 문턱(한계) 진동수는 [eqn: f _{0}]이다. ㄴ. 광전류는 2초일 때가 6초일 때보다 적게 흐른다. ㄷ. 광전자의 최대 운동 에너지는 3초일 때가 7초일 때보다 크다.

① ㄱ    ② ㄴ    ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ
[2016. 수능 12번 문제]- 물리Ⅱ

그림 (가)는 광전 효과 실험 장치를 모식적으로 나타낸 것이고, (나)는 단색광 A, B, C를 동일한 금속판에 각각 비추었을 때 전압 [eqn: V]에 따른 광전류의 세기 [eqn: I]를 나타낸 것이다. A를 비추었을 때의 정지 전압은 [eqn: V _{1}]이고, B, C를 비추었을 때의 정지 전압은 [eqn: V _{2}]로 같다.

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

	<보 기>
ㄱ. 진공에서 파장은 A와 B가 같다. ㄴ. 광전자의 최대 운동 에너지는 A를 비추었을 때가 B를 비추었을 때보다 크다. ㄷ. 단위 시간당 방출되는 광전자의 수는 B를 비추었을 때가 C를 비추었을 때보다 많다.

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

[2017. 9. 평가원 6번 문제]- 물리Ⅱ

다음은 광전 효과에 대해 철수, 민수, 영희가 대화하는 것을 나타낸 것이다.

제시한 내용이 옳은 사람만을 있는 대로 고른 것은?

① 철수          ② 민수          ③ 영희

④ 철수, 영희     ⑤ 민수, 영희

[2017. 수능 12번 문제]- 물리Ⅱ

그림과 같이 광전 효과 실험 장치를 사용하여 단색광을 비추면서 전압에 따른 광전류의 세기를 측정하였다. 표는 단색광 A, B, C를 동일한 금속판에 각각 비추었을 때 측정한 광전류의 최댓값과 정지 전압을 나타낸 것이다.

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

	<보 기>
ㄱ. 광전자의 최대 운동 에너지는 A를 비추었을 때가 C를 비추었을 때보다 크다. ㄴ. 단색광의 세기는 B가 C보다 작다. ㄷ. 단색광의 파장은 A가 B보다 길다.

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

[2019. 수능 9번 문제]-물리 Ⅰ

그림 (가)는 단색광 A, B를 광전관의 금속판에 비추는 모습을 나타낸 것이고, (나)는 A, B의 세기를 시간에 따라 나타낸 것이다. [eqn: t _{1}]일 때 광전자가 방출되지 않고, [eqn: t _{2}]일 때 광전자가 방출된다.

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

	<보 기>
ㄱ. 진동수는 A가 B보다 작다. ㄴ. 방출되는 광전자의 최대 운동 에너지는 [eqn: t _{2}]일 때가 [eqn: t _{1}]일 때보다 작다. ㄷ. [eqn: t _{4}]일 때 광전자가 방출된다.

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

[2020. 9. 평가원 11번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 보어의 수소 원자 모형에서 양자수 n에 따른 에너지 준위의 일부와 전자의 전이에서 방출되는 단색광 a, b, c, d를 나타낸 것이다. 표는 a, b, c, d를 광전관 P에 각각 비추었을 때 광전자의 방출 여부와 광전자의 최대 운동 에너지 [eqn: E _{max}]를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 진동수는 a가 b보다 크다. ㄴ. b와 c를 P에 동시에 비출 때 [eqn: E _{max}]는 [eqn: E _{2}]이다. ㄷ. a와 d를 P에 동시에 비출 때 광전자가 방출된다.

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

[2020. 수능 6번 문제]- 물리Ⅰ

표는 서로 다른 금속판 A, B에 진동수가 각각 [eqn: f_{rmX], [eqn: f _{rmY it}]인 단색광 X, Y 중 하나를 비추었을 때 방출되는 광전자의 최대 운동 에너지를 나타낸 것이다.

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

	<보 기>
ㄱ. [eqn: f _{rmX} >f _{rmY}]이다. ㄴ. [eqn: E _{0} =hf _{rmX}]이다. ㄷ. Y의 세기를 증가시켜 A에 비추면 광전자가 방출된다.

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

■ 빛의 이중성

[2021. 9. 평가원 13번 문제]- 물리학Ⅰ

그림은 빛의 간섭 현상을 알아보기 위한 실험을 나타낸 것이다. 스크린상의 점 O는 밝은 무늬의 중심이고, 점 P는 어두운 무늬의 중심이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. O에서는 보강 간섭이 일어난다. ㄴ. 이중 슬릿을 통과하여 P에서 간섭한 빛의 위상은 서로 같다. ㄷ. 간섭은 빛의 입자성을 보여 주는 현상이다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄷ     ④ ㄱ, ㄴ    ⑤ ㄴ, ㄷ

[2021. 수능 5번 문제]- 물리학Ⅰ

다음은 빛의 이중성에 대한 내용이다.

오랫동안 과학자들 사이에 빛이 파동인지 입자인지에 관한 논쟁이 있어 왔다. 19세기에 빛의 간섭 실험과 매질 내에서 빛의 속력 측정 실험 등으로 빛의 파동성이 인정받게 되었다. 그러나 빛의 파동성으로 설명할 수 없는

㉠

을/를 아인슈타인이 광자(광양자)의 개념을 도입하여 설명한 이후, 여러 과학자들의 연구를 통해 빛의 입자성도 인정받게 되었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 광전 효과는 ㉠에 해당된다. ㄴ. 전하 결합 소자(CCD)는 빛의 입자성을 이용한다. ㄷ. 비눗방울에서 다양한 색의 무늬가 보이는 현상은 빛의 파동성으로 설명할 수 있다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ  ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

■ 전자 현미경

[2014. 예비수능 13번 문제]- 물리Ⅱ

다음은 전자의 파동성을 이용하여 미세 물체를 관찰하는 전자 현미경의 사진과 이에 관한 설명이다.

수십 킬로볼트의 전압으로 가속된 전자를 이용하는 전자 현미경은 광학 현미경보다 높은 분해능의 상을 얻는다.

서로 가까이 붙어 있는 두 점을 구분해 낼 수 있는 능력을 나타내는 분해능은 현미경에서 사용하는 빛이나 물질파의 파장이 짧을수록 증가한다.

전압 [eqn: V] 로 가속된 전자의 운동 에너지는 [eqn: eV] 이다.

전자 현미경에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, [eqn: e]는 기본 전하량, [eqn: m]은 전자의 질량, [eqn: h]는 플랑크 상수이다.) [3점]

	<보 기>
ㄱ. 전자의 드브로이 파장은 가시광선의 파장보다 짧다. ㄴ. 분해능을 증가시키기 위해서는 전자의 속력을 감소시켜야 한다. ㄷ. 전자의 드브로이 파장은 [eqn: {h} over {sqrt {2meV}}] 이다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ  ④ ㄱ, ㄷ    ⑤ ㄴ, ㄷ

[2021. 9. 평가원 12번 문제]- 물리학Ⅰ

그림은 주사 전자 현미경의 구조를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 자기장을 이용하여 전자선을 제어하고 초점을 맞춘다. ㄴ. 전자의 속력이 클수록 전자의 물질파 파장은 짧아진다. ㄷ. 전자의 속력이 클수록 더 작은 구조를 구분하여 관찰할 수 있다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ  ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

■ 물질의 이중성

[2014. 9. 평가원 17번 문제]- 물리Ⅱ

다음은 철수가 데이비슨․거머 실험에 대해 정리한 내용이다.

데이비슨과 거머는 니켈 결정에 54V의 전압으로 가속된 전자선을 입사시켰더니 50°의 각으로 산란된 전자가 많은 것을 발견하였다.

이들은 X선이 결정면에서 반사하여 회절하는 것과 같이 전자도 회절한다고 생각하였다.

이들은 전자의 드브로이 파장을 구한 후 50°의 각으로 산란된 전자가  조건을 만족하는 것을 확인하여 드브로이의  이론을 검증하였다.

(가)

(나)

(가)와 (나)에 들어갈 것으로 옳은 것은?

(가)      (나)               (가)      (나)

① 상쇄 간섭   정상파	②  상쇄 간섭   물질파

③ 보강 간섭   정상파	④  보강 간섭   물질파

⑤ 보강 간섭   전자기파

[2014. 수능 15번 문제]- 물리Ⅱ

그림과 같이 질량 [eqn: m], 전하량 [eqn: e]인 전자가 음극판에서 정지 상태로부터 출발하여 일정한 전압 [eqn: V]에 의해 등가속도 직선 운동을 하고 있다.

양극판을 통과하는 순간 전자의 운동 에너지 [eqn: E]와 드브로이 파장 [eqn: lambda]는?(단, [eqn: h]는 플랑크 상수이다.)

	[eqn: E]	[eqn: lambda]			[eqn: E]	[eqn: lambda]
①	[eqn: eV]	[eqn: {h} over {sqrt {2meV}}]		②	[eqn: {1} over {2} eV]	[eqn: {h} over {sqrt {2meV}}]
③	[eqn: eV]	[eqn: {h} over {sqrt {meV}}]		④	[eqn: {1} over {2} eV]	[eqn: {h} over {sqrt {meV}}]
⑤	[eqn: eV]	[eqn: {2h} over {sqrt {meV}}]

[2015. 수능 4번 문제]- 물리Ⅱ

그림은 철수, 민수, 영희가 물질파에 대해 대화하는 것을 나타낸 것이다.

옳게 말한 사람만을 있는 대로 고른 것은?

① 철수	② 민수	③ 철수, 영희

④ 민수, 영희	⑤ 철수, 민수, 영희

[2021. 6. 평가원 15번 문제]- 물리학Ⅰ

그림은 입자 A, B, C의 물질파 파장을 속력에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. A, B의 운동량 크기가 같을 때, 물질파 파장은 A가 B보다 짧다. ㄴ. A, C의 물질파 파장이 같을 때, 속력은 A가 C보다 작다. ㄷ. 질량은 B가 C보다 작다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ  ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ