[2026] 3월 모의고사 통합과학_21~25번 풀이
21. 자연계의 신호와 정보의 변화
21. 다음은 스마트 워치에 대한 자료이다. 이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
이 문항은 스마트 워치의 작동 원리와 소재로 쓰이는 반도체의 특징을 묻고 있습니다. 자연계의 현상은 연속적인 아날로그 신호이며 스마트 기기는 센서 ㉠을 통해 이를 감지하여 처리하기 쉬운 불연속적인 디지털 신호로 변환하여 유용한 정보를 산출합니다.
ㄱ. 스마트 워치로 사용자의 신체 활동을 분석하여 정보를 산출할 수 있다.
→ O(스마트 워치는 내장된 센서를 통해 사용자의 위치나 걸음 수 그리고 심박수 등 다양한 신체 활동을 분석하여 건강 및 운동 기록과 같은 정보를 산출할 수 있습니다)
ㄴ. 스마트 워치는 ㉠으로 아날로그 신호를 감지하여 디지털 신호로 변환한다.
→ O(스마트 워치는 일상생활에서 나타나는 자연계의 아날로그 신호를 센서로 먼저 감지한 뒤 기기가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환하여 정보를 처리합니다)
ㄷ. ㉡은 순수한 반도체에 불순물을 첨가하여 만들 수 있다.
→ O(스마트 워치의 센서와 디스플레이에 쓰이는 ㉡ 반도체는 순수한 규소 반도체에 13족이나 15족 원소 등 불순물을 첨가하여 만듭니다. 이렇게 불순물을 첨가하면 전기 전도성이 조절되어 전기 신호를 제어하기 쉬워집니다)
정답은 ⑤입니다.
💡 자연계의 아날로그 신호가 스마트 기기의 센서를 통해 디지털 정보로 변환된다는 원리를 이해하는 것이 첫 번째 출제 의도입니다. 나아가 전자기기의 핵심 부품인 반도체가 불순물 첨가를 통해 전기적 성질이 조절된다는 개념을 이해해야 합니다.
22. 지구 온난화
22. 그림 (가)는 1984년~2023년의 전 지구 대기 중 이산화 탄소의 농도 변화를, (나)는 어느 시기 복사 평형 상태에 있는 지구의 열수지를 나타낸 것이다. A와 B는 각각 흡수와 방출 중 하나이다. 이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
이 문항은 이산화 탄소 농도 변화 자료를 통해 온실 효과와 지구 온난화 현상을 묻고 있습니다. (가) 그래프를 보면 연평균 이산화 탄소 농도가 1984년부터 2023년까지 지속해서 우상향하며 증가하고 있음을 알 수 있습니다. (나)는 지구의 복사 평형 모형으로 온실 기체가 지표에서 방출되는 에너지를 흡수(A)했다가 다시 지표로 방출(B)하여 온도를 높이는 원리를 나타냅니다.
ㄱ. (가)에서 대기 중 이산화 탄소의 농도는 증가하는 경향이 나타난다.
→ O(그래프에서 대기 중 연평균 이산화 탄소 농도는 시간이 지남에 따라 뚜렷하게 증가하는 경향을 나타냅니다)
ㄴ. (나)에서 A의 값은 대기 중 이산화 탄소의 양에 따라 변한다.
→ O(대기에 흡수되는 지구 복사 에너지인 A의 값은 대기 중 온실 기체의 양에 비례합니다. 대표적인 온실 기체인 이산화 탄소의 양이 늘어나면 대기가 흡수하는 열에너지도 함께 변합니다)
ㄷ. (나)에서 B의 값은 2023년이 1990년보다 클 것이다.
→ O(B는 대기가 흡수한 에너지를 다시 지표로 방출하여 온실 효과를 일으키는 에너지입니다. 이산화 탄소 농도가 높을수록 대기가 지표로 재방출하는 에너지가 많아져 지표 온도가 높아집니다. 2023년이 1990년보다 이산화 탄소 농도가 높으므로 방출되는 B의 값도 2023년이 더 크다는 설명은 완벽히 올바릅니다)
정답은 ⑤입니다.
💡 온실 기체인 이산화 탄소가 지구 복사 에너지를 흡수하고 재방출하는 원리를 복사 평형 모형에 적용하여 지구 온난화 심화 과정을 이해하는 것이 가장 중요합니다.
23. 충격량과 운동량
23. 그림 (가)는 속력 v로 등속 운동하던 수레 A가 정지한 수레 B와 충돌 후, A는 정지하고 B는 속력 v로 운동하여 벽과 충돌 후 정지하는 과정을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 시간에 따른 B의 속력을 나타낸 것이고, 구간 Ⅰ과 Ⅱ는 B가 각각 A와 벽으로부터 힘을 받는 구간이다. A와 B의 질량은 m으로 같다. 이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 모든 마찰과 공기 저항은 무시한다.)
이 문항은 물체가 충돌할 때 발생하는 운동량의 변화와 충격량 그리고 작용하는 평균 힘의 크기를 묻고 있습니다. 수레 A가 속력 v로 운동하다가 B와 충돌 후 정지했으므로 A의 운동량은 모두 B로 전달되었습니다. 이후 B는 속력 v로 이동하다가 벽과 충돌하여 완전히 정지합니다.
ㄱ. Ⅰ에서 A의 운동량 변화량의 크기는 mv이다.
→ O(충돌 전 수레 A의 속력이 v이므로 초기 운동량의 크기는 mv입니다. 충돌 후 A는 정지하여 운동량이 0이 되었으므로 운동량 변화량의 크기는 mv가 됩니다)
ㄴ. B가 충돌 과정에서 받는 충격량의 크기는 Ⅱ에서가 Ⅰ에서보다 크다.
→ X(수레 B는 A와 충돌하여 속력 v를 얻었으므로 구간 Ⅰ에서 B의 운동량 변화량은 mv입니다. 이후 벽과 충돌해 완전히 정지하므로 구간 Ⅱ에서 B의 운동량 변화량 역시 mv입니다. 따라서 Ⅰ과 Ⅱ에서 B가 받은 충격량의 크기는 mv로 서로 같습니다)
ㄷ. B가 충돌 과정에서 받는 평균 힘의 크기는 Ⅰ에서가 Ⅱ에서보다 크다.
→ O(평균 힘의 크기는 전체 충격량을 충돌 시간으로 나눈 값입니다. Ⅰ과 Ⅱ에서 충격량은 같지만 그래프에서 힘을 받는 시간이 Ⅰ은 t이고 Ⅱ는 2t로 서로 다릅니다. 충돌 시간이 짧을수록 평균 힘이 커지므로 평균 힘의 크기는 Ⅰ에서가 Ⅱ에서보다 더 큽니다)
정답은 ④입니다.
💡 물체가 받은 충격량은 물체의 운동량 변화량과 항상 같다는 핵심 공식을 명확히 아는 것이 출제 의도입니다. 나아가 충격량이 일정할 때 힘을 받는 시간이 짧을수록 물체에 작용하는 평균 힘이 커진다는 원리를 시간-힘 그래프의 밑넓이와 폭을 통해 정확하게 비교할 수 있어야 합니다.
24. 세포 내 유전정보의 흐름
24. 그림은 세포 내 유전정보의 흐름을, 표는 일부 코돈이 지정하는 아미노산을 나타낸 것이다. ㉡에서 사이토신(C) 수와 구아닌(G) 수의 합은 ㉢에서 사이토신(C) 수와 구아닌(G) 수의 합의 2배이고, (가)와 (나)는 각각 ⓐ~ⓓ 중 하나이다. 이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 제시된 코돈 이외의 코돈과 돌연변이는 고려하지 않는다.)
ㄱ. ㉠의 염기서열은 UCA이다.
→ X(코돈 ⓓ의 서열은 UCA입니다. 이 RNA 코돈을 지정하는 DNA 주형 가닥의 염기서열 ㉠은 UCA와 상보적으로 결합해야 합니다. DNA는 유라실(U) 대신 타이민(T)을 가지므로 ㉠은 UCA가 아니라 TCA가 되어야 해서 틀린 설명입니다)
ㄴ. (가)는 ⓐ이다.
→ O(DNA 아래 가닥(C GG A C T)이 전사된 RNA ㉡의 서열은 상보적 원리에 의해 CGGACU가 됩니다. 표를 보면 코돈 CGG는 아미노산 ⓑ를 지정하고 ACU는 아미노산 ⓐ를 지정하므로 단백질 서열 (가)에 ⓐ가 들어간다는 설명은 완벽히 맞습니다)
ㄷ. ㉢에서 구아닌(G) 수는 유라실(U) 수와 같다.
→ X(앞서 구한 ㉡(CGGACU)에서 C와 G 수의 합은 4개입니다. 조건에서 ㉡의 합이 ㉢의 합의 2배라고 했으므로 RNA 서열 ㉢에서 C와 G 수의 합은 2개가 되어야 합니다. 가능한 코돈 조합 중 ⓒ(CUG)와 ⓓ(UCA)를 고려할 때 ㉢은 CUGU가 되어야 조건을 만족합니다. ㉢이 CUGU라면 G는 1개이고 U는 2개이므로 구아닌(G)과 유라실(U)의 수가 같다는 설명은 명백히 틀렸습니다)
정답은 ②입니다.
💡 DNA의 특정 가닥이 주형으로 작용하여 염기쌍의 상보적 결합 원리(A-U T-A G-C C-G)에 따라 RNA가 전사됨을 파악하는 것이 가장 중요합니다. 이를 바탕으로 3개의 염기가 하나의 아미노산을 지정하는 코돈의 원리를 표와 대조하여 단백질 서열을 유추해 내는 능력이 핵심입니다.
25. 중화 반응
25. 표는 묽은 염산(HCl)과 수산화 나트륨(NaOH) 수용액의 부피를 달리하여 혼합한 용액 (가)~(다)에 대한 자료이다. 이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 혼합 전 수용액의 온도는 모두 같고, 혼합 용액의 부피는 혼합 전 각 수용액의 부피의 합과 같다.)
(가) 혼합 용액: 액성이 산성이며 모든 이온의 수가 5N입니다. 산성 용액에는 H+ Na+ Cl- 가 존재합니다. 전하량 보존 법칙에 의해 양이온 전하량 합과 음이온 전하량 합이 같아야 하므로 유일한 음이온인 Cl-의 수는 전체의 절반인 2.5N입니다. 이를 통해 혼합 전 묽은 염산 25mL에는 H+ 2.5N과 Cl- 2.5N이 들어 있었음을 알 수 있습니다.
(나) 혼합 용액: 묽은 염산 15mL(H+ 1.5N Cl- 1.5N)와 수산화 나트륨 15mL(Na+ 3N OH- 3N)를 혼합한 용액입니다. 중화 반응 후 구경꾼 이온인 Na+ 3N Cl- 1.5N과 남은 알짜 이온 OH- 1.5N이 존재하여 반응 후 남은 총 이온 수는 6N이 됩니다.
(다) 혼합 용액: 모든 이온의 수가 12N입니다. 위에서 구한 비율을 적용하면 묽은 염산 20mL에 들어 있는 Cl-는 2N입니다. 만약 이 용액이 산성이라면 음이온이 절반인 6N이어야 하지만 조건에 맞지 않으므로 (다)는 염기성임을 알 수 있습니다. 염기성이므로 유일한 양이온인 Na+가 전체의 절반인 6N을 차지합니다. 따라서 혼합 전 수산화 나트륨 수용액 30mL에는 Na+ 6N과 OH- 6N이 들어 있었습니다.
ㄱ. ㉠은 ‘파란색’이다.
→ O(앞선 분석에서 (다) 용액은 혼합 후 OH-가 4N 존재하여 액성이 염기성임을 확인했습니다. 염기성 용액에 BTB 용액을 떨어뜨리면 파란색을 띱니다)
ㄴ. x = 5이다.
→ X((나) 혼합 용액에 최종적으로 남아 있는 이온은 Na+ 3N Cl- 1.5N OH- 1.5N입니다. 이를 모두 합한 전체 이온의 수 x는 6N입니다)
ㄷ. 혼합 용액의 최고 온도는 (가)가 (나)보다 높다.
→ X(중화 반응에서 발생하는 중화열에 의한 최고 온도는 생성된 물 분자 수에 비례합니다. 중화 반응으로 생성된 물 분자 수는 (가)에서 1N (나)에서 1.5N입니다. 두 용액의 전체 부피는 30mL로 동일한 반면 (나)에서 생성된 물 분자 수가 더 많기 때문에 수용액의 최고 온도는 (나)가 (가)보다 더 높습니다)
정답은 ①입니다.
💡 혼합 전 각 수용액에 들어 있는 이온의 농도를 전하량 보존 법칙과 주어진 전체 이온 수 조건을 통해 정확하게 계산해 내는 것이 이번 문항의 가장 핵심적인 출제 의도입니다. 또한 중화 반응 시 생성된 물 분자의 수와 전체 부피를 바탕으로 중화열에 따른 혼합 용액의 온도 변화를 논리적으로 비교하고 파악할 수 있어야 합니다.