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공학 문제해결/물리

【물리】 전자기파 문제풀이

꿈꾸는 자는 성공한다.


안녕하세요. 이번 포스팅에서는 고등물리에서 전지기파 관련한 좋은 문제를 가져와서 풀어보겠습니다. 저도 수능을 친지 몇년이나 지나서 기억이 가물가물하지만, 풀이가 가능한 문제는 이렇게 포스팅하고 있습니다. 고등물리를 공부하고 계시는 고등학생분들께 많은 도움이 되길 바랍니다.


[문제]

그림은 전자기파를 파장에 따라 분류한 것을 나타낸 것이다.


전자기파에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

<보기>

ㄱ. 전기장과 자기장이 서로 수직으로 진동하면서 진행한다.
ㄴ. 광자 1개의 에너지는 X선이 가시광선보다 크다.
ㄷ. 마이크로파는 자동 위치 추적 시스템(GPS)에 이용된다.

[선택지]
① ㄱ  ② ㄷ  ③ ㄱ,ㄴ  ④ ㄴ,ㄷ  ⑤ ㄱ,ㄴ,ㄷ


[문제이해]

우선, 문제에서 주어진 그림에서 대다수의 정보를 던져주고 있습니다. 파장이 가장 짧은 선은 X선이고 가장 긴 선은 마이크로파입니다. 위 그림을 아래에도 첨부해두었으니 그림과 풀이를 한번에 보시면 이해하시는데 도움이 될 것 같습니다. 이러한 그림을 많이 보셨을텐데 이 그림을 물리적으로 잘 이해하고 있느냐를 묻는 문제입니다. 이번 ㄱ,ㄴ,ㄷ에서 푸는 개념을 잘 이해하시면 좋을 것 같습니다. 그리고 위에 주어진 그림을 잘 외워두는 것이 다른 문제를 푸는데 도움이 많이 됩니다.


[문제풀이]

문제에서 주어진대로 보기의 ㄱ,ㄴ,ㄷ 순서대로 풀어보겠습니다.


먼저, ㄱ부터 풀어보겠습니다.
ㄱ. 전기장과 자기장이 서로 수직으로 진동하면서 진행한다.
전자기파는 이름 그대로 전기장과 자기장의 합성입니다. 수업시간에 익히 배우셨듯이 이 두 개의 '장'의 진동방향은 서로 수직의 관계를 이루고 있고 서로 비례(전기장이 최대면, 자기장도 최대 등)관계를 가지고 있습니다. 서로의 진동하는 방향은 '수직'이며 또한 같은 위상으로 변하며, 진행방향은 '동일'합니다. 따라서 ㄱ은 맞는 말입니다.


다음으로, ㄴ을 풀어보겠습니다.
ㄴ. 광자 1개의 에너지는 X선이 가시광선보다 크다.
전자기파는 파장이 짧을수록, 진동수가 크고, 광자 1개가 가진 에너지가 큽니다. 따라서 위 그림에서 좌측으로 갈수록 파장이 짧아지므로, X선이 (그림에서) 가장 진동수가 크며, 가진 에너지도 가장 크다고 말할 수 있습니다. 가시광선은 X선보다 우측(파장이 긴쪽)에 위치하므로 X선보다 가진 에너지가 작다고 말할 수 있습니다. 즉, 파장 ↓ → 진동수 ↑ → 에너지 ↑ 의 관계를 만족하게 됩니다. 따라서 ㄴ은 맞는 말이 됩니다.


마지막으로, ㄷ을 풀어보겠습니다.
ㄷ. 마이크로파는 자동 위치 추적 시스템(GPS)에 이용된다.
GPS는 인공위성을 이용하여 지구상에 존재하는 전파 수발신기가 존재하는 물체의 위치를 찾아주는 시스템입니다. 오차는 50m 이내라고 익히 알려져 있습니다. 지구와 인공위성 사이의 거리가 멀기 때문에 전자기파가 왔다갔다하면서 위치를 파악할 때 많은 에너지를 소비하게 됩니다. 그래서 이때 에너지를 덜 소비하게되면서도 소비율이 적은 마이크로파를 사용하고 있습니다. (파장이 길면 에너지가 작다. 따라서 에너지 변화도 작다.) 따라서 ㄷ도 맞는 말이되어 ㄱ,ㄴ,ㄷ 전부 맞는 말입니다. ㄷ은 평소에 외워두지 않으면 맞추기가 힘들것 같습니다. 이번에 한번 보신분들은 외워두시길 바랍니다.


[정답]
⑤ ㄱ,ㄴ,ㄷ



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