정답률 낮은 문제_물리학Ⅰ

물리학Ⅰ

Ⅲ. 파동과 정보 통신

[정답] ①

(○)ㄱ. A가 매질 Ⅱ에서 Ⅰ로 진행할 때 입사각보다 굴절각이 크다. 법선과 이루는 각이 작은 매질에서의 빛의 속력이 더 느리므로, A의 속력은 Ⅱ에서가 Ⅰ에서보다 작다.

(×)ㄴ. B가 매질 Ⅱ에서 Ⅰ로 진행할 때 입사각보다 굴절각이 크다. 법선과 이루는 각이 작은 매질에서의 빛의 파장이 더 짧으므로, B의 파장은 Ⅱ에서가Ⅰ에서보다 짧다.

(×)ㄷ. Ⅱ에서 Ⅰ로 진행할 때, A와 B의 굴절각은 서로 같고 입사각은 A가 B보다 크므로 굴절되는 정도는 A가 B보다 작다. 따라서 Ⅰ에 대한 Ⅱ의 굴절률은 A가 B보다 작다.

[정답] ③

(○)ㄱ. 전반사는 빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 진행할 때 일어날 수 있다. 단색광이 코어와 클래딩의 경계면에서 전반사하므로, 코어의 굴절률 [eqn: n _{1}]은 클래딩의 굴절률 [eqn: n _{2}]보다 크다.

(○)ㄴ. 단색광이 공기에서 코어로 진행할 때 입사각보다 굴절각이 작다. 법선과 이루는 각이 작은 매질에서 빛의 속력이 더 느리므로, 단색광의 속력은 공기에서가 코어에서보다 크다.

(×)ㄷ. 코어와 클래딩 사이에서 임계각이 [eqn: i _{c}]라고 하면, 스넬 법칙 [eqn: n _{1} sini _{c} =n _{2} sin90 DEG]에서 [eqn: sini _{c} = {n _{2}} over {n _{1}}]이다. [eqn: n _{2}]를 작게 하면 임계각 [eqn: i _{c}]가 작아진다. 이때, 공기와 코어의 경계면에서의 굴절각(=90°-[eqn: i _{c}])은 커진다. 굴절각이 커지면 입사각 [eqn: i _{}]의 최댓값 [eqn: i _{m}]도 커진다.

[정답] ①

(○)ㄱ. X가 A에서 B로 입사할 때 입사각보다 굴절각이 작고, B에서 C로 입사할 때도 입사각보다 굴절각이 작다. 법선과 이루는 각이 작은 쪽의 매질의 굴절률이 더 크므로, 굴절률의 크기를 비교하면 A<B<C이다. 따라서 굴절률은 C가 A보다 크다.

(×)ㄴ. 빛이 굴절률 [eqn: n _{1}]인 매질에서 굴절률이 [eqn: n _{2}]인 매질로 진행하는 경우의 임계각 [eqn: i _{c}]는 [eqn: n _{1} sini _{c} =n _{2} sin90 DEG]에서 [eqn: sini _{c} = {n _{2}} over {n _{1}}](단, [eqn: n _{1}]>[eqn: n _{2}])이므로, [eqn: n _{1}]이 커지거나 또는 [eqn: n _{2}]가 작아질 때 임계각 [eqn: i _{c}]가 작아지는 것을 알 수 있다. 즉, 두 매질의 굴절률 차이가 클수록 임계각 [eqn: i _{c}]가 작아진다. 굴절률의 크기가 A<B<C 순이므로, 굴절률이 가장 큰 C를 코어로, 가장 작은 A를 클래딩으로 한 경우에 임계각이 가장 작다. 따라서 [eqn: theta _{1}]>[eqn: theta _{2}]이다.

(×)ㄷ. (나)에서 X가 공기에서 물질 B로 입사할 때 입사각은 [eqn: i _{1}], 굴절각은 (90°-[eqn: theta _{1}])이고, 물질 C로 입사할 때 입사각은 [eqn: i _{2}], 굴절각은 (90°-[eqn: theta _{2}])이다. 이때 [eqn: theta _{1}]>[eqn: theta _{2}]이므로 굴절각은 (90°-[eqn: theta _{1}])<(90°-[eqn: theta _{2}])이다. 굴절각이 클수록 입사각도 크므로 [eqn: i _{1}]<[eqn: i _{2}]이다.

[정답] ③

두 수면파의 속력이 0.1 m/s이므로, [eqn: {1} over {4}]초 동안 0.025 m를 진행한다. 따라서 [eqn: {1} over {4}]초가 지나는 순간 S1로부터 오른쪽으로 0.025 m 떨어진 지점에서 두 파동의 마루와 마루가 만나 변위가 (+)방향으로 커지고, S1, S2 사이의 중간 지점에서 두 수면파의 골과 골이 만나 변위가 (-)방향으로 커진다. 또 S2로부터 왼쪽으로 0.025 m 떨어진 지점에서 두 파동의 마루와 마루가 만나 변위가 (+)방향으로 커진다. 그러나 P와 S1 사이와 S2와 Q 사이에서는 두 파동이 항상 반대 위상으로 만나므로 변위는 0이다.

[정답] ⑤

(○)ㄱ. 보강 간섭이 일어나는 지점에서의 경로차는 반파장의 짝수 배이다. S1과 S2를 잇는 직선의 수직이등분선 위의 모든 점에서 경로차는 0이다. 수직이 등분선을 벗어난 지점에서의 경로차는 반파장의 2배, 4배, 6배 …로 커진

다. 따라서 S1, S2에서 a까지의 경로차는 [eqn: lambda]이고 S1, S2에서 b까지의 경로차는 2[eqn: lambda]이므로, S1에서 a까지 거리는 S1에서 b까지 거리보다 [eqn: lambda]만큼 짧다.

(○)ㄴ. S2의 오른쪽 지점에서 보강 간섭이 일어나는 지점을 d라고 하면, d에서 경로차는 반파장의 8배이므로 4[eqn: lambda]이다. 이때 경로차는 S1에서 S2까지의 거

리와 같으므로, [eqn: L=4lambda]이다.

(○)ㄷ. S1, S2에서 c까지의 경로차는 반파장의 6배이므로 3[eqn: lambda]이다.

[정답] ①

(○)ㄱ. 금속판 A에 X를 비추었을 때는 광전자가 방출되므로 [eqn: f _{X}]는 A의 한계 진동수보다 크고, Y를 비추었을 때는 광전자가 방출되지 않으므로 [eqn: f _{Y}]는 A의 한계 진동수보다 작다.

따라서 [eqn: f _{X}] > [eqn: f _{Y}]이다.

(×)ㄴ. 금속판 A의 일함수를 [eqn: W _{A}]라고 할 때, A에 X를 비출 때 방출되는 광전자의 최대 운동 에너지 [eqn: E _{0}]은 광자의 에너지에서 일함수를 뺀 값이므로 [eqn: E _{0} =hf _{X} -W _{A}]이다. 따라서 [eqn: E _{0} != hf _{X}]이다.

(×)ㄷ. 빛의 진동수가 한계 진동수보다 작으면 빛의 세기가 아무리 세도 광전자가 방출되지 않으므로, Y의 진동수 [eqn: f _{Y}]가 A의 한계 진동수보다 작을 때 Y의 세기를 증가시켜 A에 비추더라도 광전자가 방출되지 않는다.