[PSAT 기출] 2013 외교관후보자 선발 언어논리 인책형 33번 해설 – 헤르츠 금속 표면 전자 인질

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2 문제
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개요

다음은 2013년 국가공무원 외교관후보자 선발 PSAT 언어논리영역 인책형 33번 문제 해설이다.

문제

문 33. 다음 <현상>을 <이야기>에 비유하여 이해한 것으로 적절한 것은? (단, 금속 표면에 쪼인 빛은 바깥에서 은행 안으로 건네준 돈에 비유되고 있다)

<현 상>

헤르츠는 1887년 금속에 빛을 쪼였을 때 금속 표면에서 전자들이 튀어나오는 현상을 발견하였다. 금속 표면의 전자가 빛으로부터 에너지를 받아 그 에너지 일부를 써서 원자핵의 구속에서 벗어나며, 남은 에너지를 운동에너지로 바꾸어 튀어나온 것이다. 헤르츠는 더 센 빛을 쪼이면 표면에서 튀어나오는 개별 전자가 이전보다 더 큰 운동에너지를 지닐 것이라고 예상했다. 빛의 세기를 늘린다는 것은 가령 전구의 개수를 늘리는 것과 같다. 하지만 실제로는 표면에서 튀어나오는 전자의 개수만 많아질 뿐 개별 전자의 운동에너지는 커지지 않았다. 헤르츠가 빛의 진동수를 바꾸어서 금속 표면에 쪼였더니 개별 전자의 운동에너지가 바뀌었다. 쪼인 빛의 진동수가 클수록 튀어나온 전자의 운동에너지가 컸다. 또한 쪼인 빛의 진동수가 어느 임계점보다 작으면 아무리 센 빛을 쪼여도 전자는 튀어나오지 않았다. 진동수가 같은 단색광에 의해 튀어나온 전자들은 그 단색광의 세기가 어떠하든 모두 똑같은 운동에너지를 갖고 있었다. 당연히 빛의 진동수가 전자에 전달되는 것은 아니다. 아인슈타인은 빛을 셀 수 있는 입자로 간주하고, 빛 입자 하나의 에너지는 오직 빛의 진동수에만 비례한다고 가정함으로써 위의 현상을 설명해 내었다.

<이야기>

은행 강도는 은행 금고에 현금이 없다는 사실을 깨닫고 은행 고객들을 인질로 붙잡고 있었다. 인질들은 한 푼의 돈도 갖고 있지 않았다. 바깥의 사람들은 은행에 남겨진 인질들이 무서워 떠는 것을 측은하게 바라보고 있었다. 은행 강도는 인질들 중 누구든지 5천원을 내면 밖으로 보내준다고 제안했다. 바깥에 있던 사람들은 남겨진 인질들이 무슨 돈이 있겠냐고 강도에게 따졌다. 강도는 선심을 쓰듯이 당신들이 인질에게 돈을 주면 이들이 돈을 낼 수 있다고 답했다. 하지만 은행에 남겨진 사람은 두 번 이상 돈을 받아서는 안 된다. 바깥에서 많은 동전을 던진다 해도 인질들은 5천원을 모을 수 없다. 하지만 바깥에서 만 원짜리 지폐를 인질들에게 주면 그들은 5천원을 강도에게 내고 곧바로 풀려날 수 있다. 만 원짜리 지폐를 많이 건넬수록 인질들은 더 많이 풀려날 것이다. 이렇게 풀려난 사람들은 모두 5천원의 거스름돈을 쥐고 있었다. 하지만 풀려난 사람들 중 5천원을 넘는 거스름돈을 가진 사람은 아무도 없었다.

① 금속 표면의 원자는 은행 안에 갇힌 인질에 비유되고 있다.

② 빛의 진동수는 바깥에서 건네준 돈의 개수에 비유되고 있다.

③ 튀어나온 전자의 운동에너지는 인질이 강도에게 내야 하는 금액에 비유되고 있다.

④ 표면을 튀어나온 전자의 개수는 풀려난 인질이 받은 거스름돈의 액수에 비유되고 있다.

⑤ 금속 표면의 전자 하나가 빛에서 받은 에너지는 바깥에서 건네받은 돈 하나의 금액에 비유되고 있다.

출처: 사이버국가고시센터

문제 해설

① 금속 표면의 원자는 은행 안에 갇힌 인질에 비유되고 있다.

헤르츠는 1887년 금속에 빛을 쪼였을 때 금속 표면에서 전자들이 튀어나오는 현상을 발견하였다. 금속 표면의 전자가 빛으로부터 에너지를 받아 그 에너지 일부를 써서 원자핵의 구속에서 벗어나며, 남은 에너지를 운동에너지로 바꾸어 튀어나온 것이다.

원자가 아니라 전자이다.

따라서 보기의 내용은 옳지 않다.

② 빛의 진동수는 바깥에서 건네준 돈의 개수에 비유되고 있다.

빛의 진동수는 바깥에서 건네준 돈의 액수에 비유되고 있다. 진동수가 늘어나면 전자가 원자핵의 구속에서 벗어나는데 사용한 에너지를 제외한, 전자의 운동에너지가 증가한다. 바깥에서 건네준 돈의 액수가 증가하면, 강도에게 낸 돈을 제외하고 인질들의 거스름돈 액수가 증가한다.

반면 건네준 돈의 개수은 빛의 세기와 같다. 건네준 돈의 개수가 증가하면, 풀려난 인질들의 수가 늘어난다. 이는 빛의 세기를 늘린다고 해서 전자의 운동에너지가 커지는 것이 아니라 금속 표면에서 튀어나오는 전자의 개수만 많아지는 것과 같다.

따라서 보기의 내용은 옳지 않다.

③ 튀어나온 전자의 운동에너지는 인질이 강도에게 내야 하는 금액에 비유되고 있다.

튀어나온 전자의 운동에너지는 인질이 받은 거스름돈의 액수에 비유되고 있다.

반면 인질이 강도에게 내야 하는 금액은 금속 표면에서 전자들이 원자핵의 구속에서 벗어나 튀어나오기 위한 에너지의 크기와 같다.

따라서 보기의 내용은 옳지 않다.

④ 표면을 튀어나온 전자의 개수는 풀려난 인질이 받은 거스름돈의 액수에 비유되고 있다.

표면을 튀어나온 전자의 개수는 풀려난 인질의 수에 비유되고 있다.

반면 풀려난 인질이 받은 거스름돈의 액수는 금속 표면에서 튀어나온 전자의 운동에너지와 같다.

따라서 보기의 내용은 옳지 않다.

⑤ 금속 표면의 전자 하나가 빛에서 받은 에너지는 바깥에서 건네받은 돈 하나의 금액에 비유되고 있다.

금속 표면의 전자 하나가 빛에서 받은 에너지 중 일부는 원자핵의 구속에서 벗어나는데 사용하며, 남은 에너는 운동에너지로 바뀐다.

인질들이 바깥에서 건네받은 돈 하나의 금액 중 일부는 강도에게 내고, 남은 돈은 인질들이 쥐고 있는 거스름돈이 된다.

따라서 보기의 내용은 옳다.

정답은 ⑤번이다.

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