①
전자는 쿼크와 함께 기본 입자(ㄱ 옳음), 팽창하며 식으므로 (라)가 (나)보다 차가움(ㄴ 틀림), 수소 원자핵 : 헬륨 원자핵 질량비 약 3 : 1이라 수소가 더 많음(ㄷ 틀림) → 정답 ①.
핵심 개념
빅뱅 이후 우주가 팽창하며 식는 동안 기본 입자 → 양성자·중성자 → 헬륨 원자핵 → 원자 순서로 생성되었다.
단서 따라가기
(가) ㉠ 기본 입자 생성더 이상 쪼갤 수 없는 기본 입자에는 쿼크와 전자가 있다 보기 ㄱ (옳음)
(나) → (라) 시간 순서빅뱅 이후 우주는 팽창하면서 온도가 계속 낮아진다 → 나중인 (라)가 (나)보다 온도가 낮다 보기 ㄴ (틀림)
(다) 헬륨 원자핵 생성 이후빅뱅 약 3분 뒤 수소 원자핵과 헬륨 원자핵의 질량비가 약 3 : 1로 정해졌다 → 수소 원자핵 총질량이 더 크다 보기 ㄷ (틀림 — 수소가 더 큼)
정답 근거
보기 ㄱ: 빅뱅 직후 (가) 시기에 생성된 기본 입자에는 쿼크와 전자가 있으므로 전자는 ㉠에 해당한다. 옳은 것은 ㄱ뿐이므로 정답은 ①이다.
선지별로 왜 틀렸나
②
함정 (라)가 그림에서 오른쪽(나중)에 있어 우주가 더 '발달'하면서 에너지가 커진다고 거꾸로 생각하기 쉽다.
ㄴ은 우주가 팽창하면서 온도가 낮아지므로 나중인 (라)가 (나)보다 온도가 낮아 틀리고, 옳은 ㄱ이 빠졌다.
③
함정 헬륨 원자핵 1개가 수소 원자핵 1개보다 무거우므로 총질량도 헬륨이 더 크다고 착각하기 쉽다.
ㄱ은 옳지만, 수소 원자핵과 헬륨 원자핵의 질량비는 약 3 : 1이라 수소 원자핵의 총질량이 더 크므로 ㄷ은 틀리다.
④
함정 시간 순서와 온도 변화를 거꾸로 연결하고, 원자핵 1개의 질량과 총질량을 혼동하기 쉽다.
ㄴ은 (라)가 (나)보다 온도가 낮아 틀리고, ㄷ은 수소 원자핵의 총질량이 더 커서 틀리며, 옳은 ㄱ이 빠졌다.
⑤
함정 세 보기 모두 초기 우주에 대한 용어가 나와 그럴듯해 보이기 쉽다.
ㄱ은 옳지만, ㄴ은 온도가 시간에 따라 낮아지므로 틀리고, ㄷ은 수소 원자핵의 총질량이 헬륨보다 크므로 틀리다.
이 문항이 묻는 능력
초기 우주의 사건을 시간 순서대로 배열하고, 우주 팽창에 따른 온도 변화와 수소·헬륨 질량비를 적용하는 능력
다음에 비슷한 문제를 만나면
시간 축에서 각 시기의 사건 확인 → 시간이 지날수록 팽창·냉각된다는 원리로 온도 비교 → 수소 : 헬륨 질량비(약 3 : 1)로 존재량 비교
다음 문항 · 5번
다음은 마그네슘(Mg)과 관련된 산화 환원 반응 실험이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는…
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관련 개념
우주 초기 원소의 형성빅뱅 이후 우주가 팽창하며 식는 동안 기본 입자인 쿼크가 결합하여 양성자와 중성자가, 이어서 헬륨 원자핵이 만들어지고, 약 38만 년 뒤에는 원자핵이 전자와 결합하여 수소와 헬륨 원자가 만들어진 과정이다. 그 결과 우주를 이루는 주요 원소는 수소와 헬륨이 되었고 질량비는 약 3:1이다.
빅뱅 우주론우주는 약 138억 년 전 매우 뜨겁고 밀도가 높은 한 점에서 시작하여 계속 팽창하면서 온도가 낮아져 왔다는 이론이다. 팽창하고 식어 가는 과정에서 기본 입자, 원자핵, 원자가 차례로 만들어졌다.
빅뱅 기본 입자 헬륨 원자핵 수소와 헬륨의 질량비 우주 팽창