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올해 수능 물리, 무엇이 출제될까?

성열상 물리 강사가 예측하는 2019 수능 물리l 문항 ①



공부를 잘하는 학생들은 시험에 출제될 문제를 사전에 예상했던 것을 기억할 것이다. 이제 수능이 며칠 남지 않았다. 올해 수능에는 도대체 무엇이 출제될지 단원별로 예상해 보는 시간을 가져보자. 시험에 무엇이 출제되는지는 그간 출제되었던 기출문제와 교육과정의 성취도를 확인하면 된다. EBS 교재 ‘수능특강’도 참고하면 좋다. 

아래 표는 1단원에서 그동안 출제된 수능문제를 각 주제별로 분류한 표이다. 


 
1단원은 작년을 제외하고는 매년 거의 6문제씩 출제되고 출제되는 주제는 변함없이 동일하다. 교육과정 성취도를 살펴보면서 주제별 출제 문제를 예상해 보자. 

▶ 앙부일구, 표준시, GPS 
 
[교육과정 성취도] 
-시간을 측정하는 다양한 방법을 알고, 시간 표준의 의미와 확립과정을 이해한다. 
-거리와 위치 측정에 대한 다양한 방법을 알고, 길이 표준의 의미와 확립과정을 이해한다.
-앙부일구, 일성정시의 등 전통 천문시계를 만들어 시간 측정하기 
 
올해 수능에도 출제가 된다면 시간과 길이의 표준에 대한 문제가 출제될 듯하다. 하지만 거의 출제되지 않는 부분이다.  


□ 알아둬야 할 내용 

영희와 철수, 민수가 등장하여(올해부터 학생A, B, C의 형태로 바뀌었다.) 시간과 길이의 표준에 대화하는 내용 가운데 옳은 것을 고를 수 있어야 한다. 앙부일구, 표준시과 날짜변경선, GPS에 대한 내용도 정리해 두자

▶ 운동의 표현과 등가속도운동 
 
[교육과정 성취도]​ 
-속도, 가속도의 개념을 이해하고, 이를 바탕으로 1차원 등가속도 운동을 이해한다.
-디지털 카메라 (또는 휴대전화기 카메라)의 동영상을 분석하여 운동 기술하기
-GPS 위성을 이용하여 시각과 위치에 대한 측정법을 탐구하기 

반드시 출제 된다. 여러 가지 등가속도운동 즉, 빗면, 낙하운동, 혹은 자동차의 제동운동과 같은 등가속도 운동을 그래프와 같이 연관지어 해석할 수 있어야 한다. 왠지 낙하운동의 디지털 카메라 촬영 사진을 제시하고 분석하는 문제가 출제될 듯하다. 요즘 들어 약간 고전스러운 형태의 문제인 상황이 아닌 그래프를 먼저 제시하고 해석가능한지를 물어보는 문제도 출제된다.  


□ 알아둬야 할 내용 
 
무엇보다 등가속도 운동은 가속도가 일정하므로 시간에 따라 속도변화정도가 비례한다는 것과 거리를 구할 때 평균속도를 먼저 구한다는 사실을 꼭 이용하자. 덤으로 그래프의 기울기가 변화정도(속도, 가속도)를 의미하고 면적은 변화량(변위, 속도변화량)을 의미한다는 사실도 잊지 말자.  

▶ 운동법칙과 운동량 충격량 
 
[교육과정 성취도]​ 
-뉴턴의 운동법칙을 1차원 운동에 적용하고, 스포츠 등에서 충격량과 운동량 변화의 관계를 이해한다.
-골프채나 테니스 라켓의 충격 흡수 방법에 대해 탐구하기 

단독 문제로는 반드시 출제는 부분은 아니다. 하지만 출제된다면, 운동법칙은 힘의 평형과 작용반작용의 법칙을 이용하여 여러 힘을 비교하는 문제나 도르래에서 물체의 운동방정식을 세워 해결하는 문제가 출제된다. 올해는 작년 수능특강에 등장했던 움직도르래 관련된 문제가 출제될 것으로 예상된다.  

운동량 충격량 부분은 단독 문제로 수능에 출제된 적이 한번도 없다. 만약 출제가 된다. F-t그래프와 P-t그래프의 해석문제가 출제될 것으로 예상된다. 하지만 요즘 들어 일-에너지 정리 문제에서 충돌이나 따로 충격량을 가하는 형태로 혼합되어 많이 출제가 되고 있다. 올해도 아마 일-에너지 정리문제에 충돌의 형태로 혼합되어 출제될 가능성이 많다. 


□ 알아둬야 할 내용 

운동방정식을 세울 수 있어야 하고, 움직도르래의 경우에도 적용할 수 있어야 한다.

F-t 그래프의 면적이 충격량이지만 F가 알짜힘이 아니면 운동량의 변화는 아니라는 사실과 a-t그래프의 다른 형태라는 것을 알고 있어야 한다.  

충돌을 P-t그래프로 바꿔서 생각할 수 있어야 하고, 기울기가 충격력이고 이를 이용해 힘이 일정하게 작용할 때 P-s그래프 즉, 알짜힘이 한일로 전환할 수 있어야 한다.  

▶ 일-에너지정리와 역학적 에너지 보존  
 
[교육과정 성취도]​ 
-등가속도 운동에서 일-운동 에너지의 정리를 이해하고, 역학적 에너지가 보존되기 위해서는 퍼텐셜 에너지를 도입하는 것이 필요함을 안다.  

해마다 후반부에 고난도 문제로 출제되는 문제이다. 빗면이나 도르래에서 중력만 작용할 때 물체의 에너지가 어떠한지 묻는 형태로 출제된다. 재작년 수능 때 너무 어렵게 출제되어서 작년에 문제가 쉽게 출제되었었다. 그러면 올해는 다시 어려울 가능성이 매우 높다. 평가원 문제에도 등장했듯이 중간에 추가로 충격량을 더 가하거나, 충돌이 일어나는 형태의 문제로 출제될 것이다. 각 물체의 에너지의 변화를 표시해 문제를 풀어야 하는데 운동에너지의 변화량은 동시에 움직이는 물체들의 경우 질량에 비례한다는 사실과 빗면상에 중력효과 역시 질량에 비례한다는 것을 팁으로 활용하자. 만일 이동거리와 관련되어 질문을 하면 힘이 일정하게 작용한 등가속도운동이므로 v-t그래프를 그려 이동거리를 생각해 보아야 한다.  


□ 알아둬야 할 내용 

일-에너지 정리: 일은 에너지의 변화를 만든다. 에너지의 변화를 구할 때 힘이 한 일을 먼저 생각하는 습관을 가지자. 운동에너지의 변화량은 알짜힘이 한 일이다. 역학적에너지의 변화량은 중력이 아닌 비보존력이 한 일이다. 이것은 역학적에너지 보존의 법칙의 다른 표현이다. 위치에너지의 감소량은 중력이 내려가면서 한 일로부터 구한다.

▶ 케플러의 법칙과 등속원운동, 중력 
 
[교육과정 성취도]​ 
-행성의 운동에 대한 케플러 법칙이 뉴턴의 중력 법칙을 만족하는 것을 이해한다.
-행성의 관측데이터를 이용하여 케플러 법칙 확인하기 
-위성발사와 궤도를 이해하기 

그다지 어려운 부분은 아니지만 반드시 출제되는 부분이다. 두 개의 행성의 태양 주위를 운동할 때 공전 주기, 만유인력, 가속도, 속도를 비교하는 문제와 한 궤도운동에서 에너지가 어떻게 변화되는지 물어보는 문제가 출제된다. 요즘들어 이런 행성의 궤도를 직접 알려주지 않고 거리에 따른 만유인력, 가속도등을 알려주고 궤도를 유추한 후 문제를 풀도록 표나 그래프가 제시된다. 하나 더 추가하자면 뉴턴은 구심력으로부터 중력이라는 개념을 유도했으므로 등속원운동시 구심력 역할을 하는 것이 만유인력이고, 이로부터 등속원운동의 속력이 거리에 의해 결정되고, 케플러의 조화법칙이 유도되는 과정도 눈여겨 봐두자. 또한, 타원의 정의를 이용해 장반경을 결정할 수도 있어야 한다. 


□ 알아둬야 할 내용 

단순히 케플러의 법칙과 만유인력의 법칙이 무엇인지 아는 것이 아니라 두 행성의 서로 다른 궤도 운동시 근일점과 원일점에서의 속력, 공전주기, 역학적/운동에너지변화, 태양으로부터 동일 지점에서의 가속도, 만유인력, 속력등을 비교할 수 있어야 한다.  

▶ 상대성이론 
 
[교육과정 성취도]​ 
-빛의 속도일정, 시간지연, 길이수축, 동시성, 질량-에너지 동등성 등 특수상대성이론의 기본원리에 대해 이해한다. 
-가속좌표계와 등가원리 등 일반상대성이론의 기본 원리에 대해 이해한다.
-항성의 질량이 크면 중력이 강해서 중력 렌즈 효과가 일어나고 블랙홀이 형성될 수 있음을 정성적으로 이해한다.  
-엘리베이터나 놀이기구 등에서 몸무게 재기 

한번도 빠짐없어 특수 상대성이론이 그것도 시간팽창, 길이수축, 질량-에너지 동등성 문제만 출제되었다. 올해는 이것 말고 다른 것이 출제될 듯하다. 그리고 조금은 어렵게 출제될 가능성이 매우 높다. 따라서 심화된 내용까지 숙지를 해두면 도움이 될 것이다. 

출제가 예상되는 부분은 특수 상대성 이론에서는 동시성의 상대성 문제가 출제될 듯하다. 평가원에서도 한번 출제된 적이 있다. 두 사건이 동시라고 여기는 관측자가 우주선 안에 있는 경우와 우주선 밖에 있는 경우를 구분하여 정리해 두어야 하고 동시성 여부는 동일지점사건이 아닌 서로 다른 두 지점에서만 적용된다는 것도 잊지말자. 시간팽창이 출제가 되더라고 단순히 시간팽창을 물어보는 형태가 아니라 빛의 속력이 관측자에 따라 일정하다는 것을 이용하여 빛이 진행하는데 걸리는 시간이 어떻게 다른지 물어보는 형태의 문제가 출제될 것이다.

올해 일반상대성이론이 출제될 가능성이 매우 높다. 작년에 일반상대성이론 문제가 9월 평가원 문제에 출제가 되었었는데 수능에는 출제되지 않았다. 일반상대성이론 문제는 성취도 평가에 있는 탐구부분인 엘리베이터에서 몸무게를 측정하는 관성력 문제나 관성력이 중력과 같은 것이라는 등가원리를 물어보는 형태의 문제가 출제 될 듯 하고 아니면 처음 출제되는 부분이니 쉽게 일반상대성이론의 증거인 빛의 휘어짐과 관련된 중력렌즈효과, 중력파, 수성의 세차운동, GPS위성의 시간오차가 출제될 것이다.  


□ 알아둬야 할 내용 

광속불변에 따른 시간 팽창, 길이 수축, 질량-에너지 동등성의 정성적인 내용, 특히 동시성의 상대성 관련하여 한 사람이 동시라고 할 때 다른 사람은 어느 사건이 먼저인지 알아야 한다.  

출제될 가능성이 큰 일반상대성이론 부분은 관성계와 비관성계에서 운동의 기술 차이점, 빛의 휘어짐의 여부를 비교할 수 있어야 한다. 일반상대성이론의 증거 중 중력렌즈효과와 GPS위성에서 상대성이론이 어떻게 적용되는 지도 알아두자. 

▶ 현대 우주론과 표준모형 
 
[교육과정 성취도]​ 
-상대성 이론을 바탕으로 현대의 우주 모형을 정성적으로 이해한다. 
-4가지 상호작용과 기본입자에 대한 표준모형을 이해한다. 

현대 우주론은 잘 출제되지 않는다. 상대성이론에 의하면 우주는 중력효과에 의해 수축되어 현재와 같이 안정적인 모습을 보여 줄 수 없다. 이 문제를 해결하기 위해 우주가 팽창한다는 생각을 하게 되었다는 것이 현대 우주론의 내용이다. 따라서 허블의 법칙이 어떻게 우주가 팽창한다는 것을 나타내는지 프리드만이 제시한 우주모형에는 어떤 것이 있는지 가모의 대폭발 우주론으로부터 우주 초기에 어떠한 일들이 있었는지 정리해 두어야 한다. 특히 우주배경복사에 대해서는 자세히 알아두자. 아마도 출제가 된다면 대폭발 우주론의 과정에서 기본입자가 어떻게 생겨 났는지 힘들이 어떻게 분리되어졌고 어떻게 작용하는지 표준모형과 연관시켜 출제가 되거나 우주 배경복사에 대한 설명으로 맞는 것을 물어볼 것이다.  

표준모형은 매개 입자와 연관시켜 어떻게 합성입자를 만드는지 알아둬야 한다. 요즘 들어 4단원의 핵반응과 혼합하여 출제되기도 한다.  


□ 알아둬야 할 내용 

우주론은 출제는 잘 되지 않지만 알아둬야 할 내용은 매우 많다. 허블법칙, 프리드만 우주론, 가모의 대폭발우주론의 내용을 정리해 두고 주로 출제되는 표준모형은 매개입자의 종류와 질량, 전하량 유무, 크기/작용범위/분리된 순서를 비교할 수 있어야 한다. 무엇보다도 강력은 렙톤에게는 작용하지 않는다는 것을 기억하자. 또한 기본입자의 종류와 전하량, 이 기본입자로 합성입자가 어떻게 구성되는지도 알아두자. 

이상으로 1단원에서 출제될 문항을 예상해 보았다. 뒤쪽에 단순 개념파트는 오히려 정리해야 할 내용들이 더 많다. 수험생들은 교과서나 수능특강, 수능완성의 개념부분을 빠짐없이 읽어 이런 부분에 대한 내용 정리가 되어있어야 한다. 앞쪽에 응용과 계산을 필요로 하는 부분은 많은 문제가 아닌 좋은 문제를 꼼꼼하게 풀고 풀이과정과 사용된 개념과 원리등을 정리하는 것이 필요할 것이다. 지면관계 상 다음에는 4단원에서 출제될 내용을 예상해 보자. 


▶성열상 목동 사과나무학원·메가스터디 학원 강사 
‘월간대치동3.0 주간강훈련 물리1’ 저자, ‘대치동 정촉매 시크릿 모의고사 물리1’ 저자 

▶에듀동아 김지연 기자 jiyeon01@donga.com 

위 기사의 법적인 책임과 권한은 에듀동아에 있습니다.

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