중2 과학 파동의 반사·굴절과 소리 예상문제

🎯 정답: 5번

📚 쉽고 명쾌한 풀이
1️⃣ 초음파는 사람이 들을 수 없는 높은 진동수의 소리로, 물체에 부딪혀 반사되는 성질을 이용해 다양한 곳에 쓰입니다.
2️⃣ 어군탐지기, 초음파 진단기, 비파괴 검사기, 박쥐의 반향정위는 모두 초음파를 보내고 반사되어 돌아오는 시간이나 세기를 분석해 대상의 위치나 내부 상태를 알아내는 예입니다.
3️⃣ 반면 라디오 방송 신호는 전파(전자기파)를 이용해 정보를 전달하는 것으로, 소리인 초음파와는 전혀 다른 원리입니다.

❌ 오답 노트
①②③④ 모두 초음파의 반사를 이용하여 대상의 위치나 내부 구조를 파악하는 대표적인 사례입니다.

💡 핵심 개념 정리
초음파의 활용: 어군탐지기, 초음파 진단기, 비파괴 검사, 반향정위(박쥐·돌고래) 등 반사 성질을 이용한 거리·구조 파악

🌟 실생활 속 과학
병원의 초음파 진단기는 인체 조직마다 초음파를 반사하는 정도가 달라 이를 이용해 몸속을 다치지 않고 관찰할 수 있게 해 줍니다.

🎯 정답: 2번

📚 쉽고 명쾌한 풀이
1️⃣ 사람의 귀가 들을 수 있는 소리의 진동수 범위는 대략 20 Hz ~ 20000 Hz로, 이를 가청 진동수 범위라고 합니다.
2️⃣ 이 범위보다 진동수가 큰(20000 Hz보다 큰) 소리는 사람의 귀로는 들을 수 없으며, 이를 초음파라고 합니다.
3️⃣ 초음파는 박쥐, 돌고래 등의 동물이 사용하기도 하고, 어군탐지기·초음파 진단기 등 다양한 기술에 활용됩니다.

❌ 오답 노트
① '초저음파'라는 공식 용어는 사용하지 않으며, 진동수가 20 Hz보다 작은 소리는 '초저주파음'이라고 합니다.
③ 가청음은 사람이 들을 수 있는 소리를 의미합니다.
④ 저주파음은 진동수가 낮은 소리를 뜻하는 일반적 표현입니다.
⑤ 반향음은 반사되어 되돌아온 소리를 가리키는 말입니다.

💡 핵심 개념 정리
가청 진동수 범위: 약 20 Hz ~ 20000 Hz / 초음파: 20000 Hz보다 진동수가 큰, 사람이 들을 수 없는 소리

🌟 실생활 속 과학
박쥐는 초음파를 내보내고 되돌아오는 반사파를 이용해 어두운 곳에서도 장애물이나 먹이의 위치를 알아냅니다.

🎯 정답: 2번

📚 쉽고 명쾌한 풀이
1️⃣ 소리는 매질(공기, 물, 철 등)을 이루는 입자의 진동을 통해 전달되는 파동입니다.
2️⃣ 고체는 입자들이 촘촘하고 단단하게 연결되어 있어 진동이 이웃 입자에게 매우 빠르게 전달됩니다.
3️⃣ 액체는 고체보다는 입자 사이 거리가 멀지만 기체보다는 촘촘하여 중간 속력을 가지며, 기체는 입자 사이가 가장 멀어 진동 전달이 가장 느립니다. 따라서 속력은 고체 > 액체 > 기체 순입니다.

❌ 오답 노트
① 실제와 순서가 반대로 되어 있습니다.
③, ④ 고체가 가장 빠르다는 사실과 어긋납니다.
⑤ 매질에 따라 소리의 속력은 분명히 다릅니다.

💡 핵심 개념 정리
소리의 속력: 고체 > 액체 > 기체 (예: 철 약 5000 m/s 이상, 물 약 1500 m/s, 공기 약 340 m/s)

🌟 실생활 속 과학
철로에 귀를 대면 공기를 통한 소리보다 철을 통한 소리가 먼저 들리는데, 이는 고체인 철에서 소리가 훨씬 빠르게 전달되기 때문입니다.

🎯 정답: 1번

📚 쉽고 명쾌한 풀이
1️⃣ 메아리는 내가 낸 소리가 앞에 있는 산이나 절벽 같은 장애물에 부딪힌 뒤, 그 표면에서 튕겨 나와 다시 내 귀로 돌아오는 현상입니다.
2️⃣ 이렇게 파동이 진행하다가 다른 물질의 경계면에서 진행 방향을 반대(또는 다른 방향)로 바꾸어 되돌아오는 현상을 파동의 '반사'라고 합니다.
3️⃣ 메아리는 소리(파동)의 반사를 이용한 대표적인 예입니다.

❌ 오답 노트
② 회절은 파동이 장애물 뒤나 좁은 틈을 돌아가는 현상입니다.
③ 굴절은 파동이 매질을 지나면서 속력이 달라져 진행 방향이 꺾이는 현상입니다.
④ 간섭은 두 개 이상의 파동이 만나 세기가 세지거나 약해지는 현상입니다.
⑤ 편광은 빛의 진동 방향이 한쪽으로 정렬되는 현상으로 소리(종파)에는 나타나지 않습니다.

💡 핵심 개념 정리
파동이 진행하다가 다른 매질과의 경계면에서 되돌아오는 현상을 반사라고 하며, 메아리·초음파 거리 측정 등에 활용된다.

🌟 실생활 속 과학
동굴이나 큰 강당에서 소리가 울리는 것도 소리가 벽에 반사되어 여러 번 되돌아오기 때문입니다.

🎯 정답: 1번

📚 쉽고 명쾌한 풀이
1️⃣ 소리는 매질을 이루는 입자들의 진동이 이웃 입자로 계속 전달되며 퍼져 나가는 파동입니다.
2️⃣ 기온이 높아지면 공기 입자들이 더 활발하게 움직이기 때문에 진동이 이웃 입자에게 더 빠르게 전달됩니다.
3️⃣ 그 결과 기온이 높을수록 공기 중에서 소리의 속력이 대체로 더 빨라집니다(예: 0 ℃에서 약 331 m/s, 15 ℃에서 약 340 m/s).

❌ 오답 노트
② 기온이 높아진다고 해서 공기 입자 사이의 거리가 항상 가까워지는 것은 아닙니다. 속력 변화의 핵심은 입자 운동의 활발함입니다.
③ 기온은 소리의 속력에 실제로 영향을 미칩니다.
④ 기온이 낮을수록 소리의 속력은 오히려 더 느려집니다.
⑤ 소리의 속력은 매질의 종류와 온도 등에 의해 결정되며, 진폭과는 관계가 없습니다.

💡 핵심 개념 정리
공기 중 소리의 속력은 기온이 높을수록 빨라진다 (매질의 종류뿐 아니라 온도도 소리의 속력에 영향을 준다).

🌟 실생활 속 과학
더운 여름날과 추운 겨울날 야외에서 같은 거리의 소리가 도달하는 시간이 미세하게 달라지는 것도 이러한 이유 때문입니다.

🎯 정답: 4번

📚 쉽고 명쾌한 풀이
1️⃣ 파동이 매질을 옮겨갈 때 속력이 변하는 것은 그 매질을 이루는 입자들의 특성이 다르기 때문입니다. 속력이 느려지면 파장도 함께 짧아집니다(속력 = 파장 × 진동수 관계).
2️⃣ 하지만 파동의 진동수는 처음 파동을 만들어 낸 파원이 1초에 몇 번 진동시키는지에 의해 결정되며, 매질이 바뀐다고 해서 진동수 자체가 바뀌지는 않습니다.
3️⃣ 따라서 매질 B에서 속력과 파장은 변하지만, 진동수는 매질 A에서와 동일하게 유지됩니다.

❌ 오답 노트
① 문제에서 이미 속력이 느려졌다고 제시되어 있습니다.
② 속력이 느려지면 파장도 함께 짧아지므로 변합니다.
③ 속력이 변하면 진행 방향도 꺾이므로 변합니다.
⑤ 굴절각은 매질에 따른 속력 차이로 결정되며 입사각과 다르게 나타납니다.

💡 핵심 개념 정리
파동이 굴절해도 진동수는 변하지 않는다. 속력과 파장만 매질에 따라 변한다 (속력 = 파장 × 진동수).

🌟 실생활 속 과학
빛이 공기에서 물로 들어갈 때도 색깔(진동수)은 변하지 않지만 속력과 파장이 줄어들어 굴절이 일어납니다.

🎯 정답: 2번

📚 쉽고 명쾌한 풀이
1️⃣ 파동이 속력이 빠른 매질 A에서 속력이 느린 매질 B로 들어가면, 경계면에 먼저 도달한 부분이 느려지면서 파동의 진행 방향이 바뀝니다.
2️⃣ 이때 매질 B에서는 속력이 느려진 만큼 굴절각(경계면의 법선과 굴절된 파동이 이루는 각)이 입사각보다 작아집니다. 즉, 파동의 진행 방향이 법선 쪽으로 더 가까워지도록 꺾입니다.
3️⃣ 또한 속력이 느려지면 파장도 함께 짧아지지만, 진동수는 파원에 의해 정해지므로 매질이 바뀌어도 변하지 않습니다.

❌ 오답 노트
① 속력이 느려지는 매질로 들어가면 법선에서 멀어지는 것이 아니라 가까워지는 쪽으로 꺾입니다.
③ 속력이 달라지므로 진행 방향은 반드시 꺾입니다.
④ 속력이 느려지면 파장은 길어지는 것이 아니라 짧아집니다.
⑤ 진동수는 매질이 바뀌어도 변하지 않습니다.

💡 핵심 개념 정리
속력이 느린 매질로 굴절할 때: 굴절각 < 입사각(법선에 가까워짐), 파장은 짧아짐, 진동수는 불변

🌟 실생활 속 과학
물속의 다리가 짧아 보이거나 꺾여 보이는 것도 빛이 공기보다 속력이 느린 물로 굴절하며 법선 쪽으로 꺾이기 때문에 나타나는 현상입니다.

🎯 정답: 2번

📚 쉽고 명쾌한 풀이
1️⃣ 초음파 진단기는 몸속으로 초음파를 보낸 뒤, 지방·근육·뼈 등 서로 다른 조직의 경계면에서 반사되어 돌아오는 초음파를 받아들입니다.
2️⃣ 조직마다 초음파를 반사하는 정도(반사파의 세기)와 반사되어 돌아오는 데 걸리는 시간이 다르기 때문에, 이 정보를 분석하면 조직의 종류와 깊이(위치)를 알아낼 수 있습니다.
3️⃣ 이렇게 모은 반사파 정보를 컴퓨터로 처리하여 화면에 인체 내부의 단면 영상으로 나타내는 것이 초음파 진단기의 원리입니다.

❌ 오답 노트
① 조직마다 밀도와 특성이 달라 반사되는 정도도 서로 다릅니다.
③ 초음파 진단기의 핵심 원리는 굴절이 아니라 반사입니다.
④ 매질(조직)이 다르면 초음파의 속력도 달라지며, 이 차이 역시 영상 구성에 이용됩니다.
⑤ 초음파는 사람이 들을 수 없는 높은 진동수의 '소리'이며, 빛과 같은 전자기파가 아닙니다.

💡 핵심 개념 정리
초음파 진단기는 조직 경계면에서의 반사파 세기·시간 차이를 이용해 인체 내부를 영상으로 나타내는 장치이다.

🌟 실생활 속 과학
초음파 진단기는 방사선을 사용하지 않아 안전하게 태아의 건강 상태를 확인하는 등 의료 현장에서 널리 활용됩니다.