물리 II 정답

1	④	2	②	3	①	4	③	5	⑤
6	②	7	⑤	8	②	9	④	10	②
11	⑤	12	③	13	④	14	③	15	①
16	⑤	17	⑤	18	①	19	③	20	④

해 설

1. [출제의도] 변위, 속도, 평균 속력의 개념을 이해한다.

ㄱ. 변위의 크기는 처음 위치와 나중 위치 사이의 직선거리이므로 철수와 영희의 변위는 같다.
ㄴ. 걸린 시간은 같고 철수의 이동거리가 영희보다 작으므로 평균속력의 크기는 철수가 영희보다 작다.
ㄷ. 경로 B를 따라 이동하는 동안 방향이 바뀌기 때문에 속도는 변한다.

2. [출제의도] 단진동 운동의 주기에 영향을 주는 변인을 이해하고 역학적 에너지 보존을 적용한다.

ㄱ. 단진자의 주기 [eqn: T=2 pi sqrt {{m} over {k}}]이므로 질량이 2배 증가했으므로 주기는 [eqn: sqrt {2}]배 증가한다.
ㄴ. 역학적 에너지 보존에 의해 [eqn: {1} over {2} kx ^{2} = {1} over {2} mv ^{2}]인데 탄성력에 의한 위치 에너지가 변함없기 때문에 운동 에너지도 일정하다. 질량이 2배 증가했으므로 속력은 [eqn: {1} over {sqrt {2}}]배가 된다.
ㄷ. 탄성력에 의한 위치 에너지는 변함없기 때문에 최대 압축 길이도 일정하다.

3. [출제의도] 중력장 내의 운동을 이해한다.

A와 B의 낙하시간을 [eqn: t]라고 할 때 A의 낙하거리는 [eqn: h _{A} =vt+ {1} over {2} gt ^{2}]이다. B의 낙하거리는 [eqn: h _{B} = {1} over {2} gt ^{2}]이므로 두 물체의 높이 차는 [eqn: H=vt]이다. 한편 B의 수평도달 거리 [eqn: R=vt]이므로 [eqn: H:R=1:1]이 된다.

4. [출제의도] 원운동을 이해한다.

ㄱ. 바퀴가 굴러가기 때문에 A와 B의 속력은 같다.
ㄴ. [eqn: v=r omega]에 의해 반지름이 큰 A의 각속도가 B보다 작다.
ㄷ. [eqn: F=m {v ^{2}} over {r}]에 의해 반지름이 작을수록 구심력이 더 크다.

5. [출제의도] 운동량 보존을 이해한다.

ㄱ. 충돌할 때 받는 힘은 작용 반작용에 의해 같다.
ㄴ. y축 방향으로의 운동량이 보존된다. 따라서
[eqn: p _{A} ``sin30 DEG =p _{B} ``sin60 DEG]이므로 [eqn: p _{A} :p _{B} = sqrt {3} :1]이다.
ㄷ. 충돌 후 B의 운동방향이 B가 받은 힘의 방향이다. A는 작용 반작용에 의해 그와는 반대로 힘을 받는다.

6. [출제의도] 만유인력에 의한 운동을 설명한다.

ㄱ. 인공위성 A의 운동에너지는 [eqn: G {Mm} over {r ^{2}} =m {v ^{2}} over {r}]에 의해 [eqn: G {Mm} over {4R}]이고 위치 에너지는 [eqn: -G {Mm} over {2R}]이므로 A의 역학적 에너지는 [eqn: -G {Mm} over {4R}]이다. 물체 B의 위치 에너지는 [eqn: -G {Mm} over {R}]이고 운동 에너지는 A와 같아  [eqn: G {Mm} over {4R}]이므로 B의 역학적 에너지는 [eqn: -G {3Mm} over {4R}]이다. 따라서 역학적 에너지는 A가 더 크다.
ㄴ. A에 작용하는 만유인력의 방향과 운동 방향이 수직이므로 만유인력이 한 일은 0이다.
ㄷ. B의 역학적 에너지가 모두 위치 에너지로 바뀌는 높이는 [eqn: {4R} over {3}]이므로 지표면으로부터 올라갈 수 있는 높이는 [eqn: {R} over {3}] 이다.

7. [출제의도] 열량 보존의 법칙을 이해한다.

물이 얻은 열량과 금속이 잃은 열량이 같기 때문에
[eqn: 1 TIMES m _{물} TIMES 30=c _{A} TIMES m _{A} TIMES 60]이므로 [eqn: c _{A} = {m _{물}} over {2m _{A}}]이다.
[eqn: 1 TIMES m _{물} TIMES 20=c _{B} TIMES m _{B} TIMES 70]이므로 [eqn: c _{B} = {2m _{물}} over {7m _{B}}]
물의 질량과 금속의 질량이 같으므로 [eqn: c _{A} :c _{B} =7:4]이다.

8. [출제의도] 기체 분자의 운동을 이해한다.

ㄱ. [eqn: PV=nRT]에 의해 부피가 2배가 되면 절대온도도 2배가 된다.
ㄴ. [eqn: {1} over {2} mv ^{2} = {3} over {2} kT]에 의해 절대온도가 2배가 되면 기체 분자의 속력은 [eqn: sqrt {2}]배가 된다.
ㄷ. 한 번 충돌할 때 받는 충격량이 [eqn: sqrt {2}]배 증가해도 압력이 일정하므로 단위 시간당 충돌 횟수는 [eqn: {1} over {sqrt {2}}]배가 된다.

9. [출제의도] 구심력을 이해한다.

ㄱ, ㄴ, ㄷ. 구심력이 일정하므로 [eqn: F=m {v ^{2}} over {r}]에 의해 궤도 반지름이 증가하면 속력이 증가한다. [eqn: F=mr omega ^{2}]에 의해 반지름이 증가하면 각속도가 감소하고 각속도가 감소하기 위해서는 주기가 길어져야 한다.

10. [출제의도] 열역학 제1법칙을 이해한다.

ㄱ. A가 외부에 한 일은 B보다 크다. 더욱이 A는 외부에 한 일 뿐만 아니라 내부에너지 증가량을 더한 만큼 열을 흡수한다.
ㄴ. 분자의 운동에너지는 절대온도에 비례한다. 따라서 [eqn: {1} over {2} mv ^{2} = {3} over {2} kT]에 의해 절대온도가 6배가 되면 운동 에너지도 6배가 된다.
ㄷ. 등압 팽창의 경우 [eqn: DELTA U= {3} over {2} nR DELTA T]이고 외부에 한 일 [eqn: W=nR DELTA T]이므로 내부 에너지 증가는 외부에 한 일의 1.5배이다.

11. [출제의도] 전기장과 전위를 계산한다.

전위는 [eqn: k {8} over {r} -k {2} over {(5-r)} =0]에 의해 [eqn: r]은 8C으로부터 4m 떨어진 지점이다. 전기장은
[eqn: k {8} over {(5+x) ^{2}} -k {2} over {x ^{2}} = 0]에 의해 [eqn: x]는 -2 C으로부터 5 m 떨어진 지점이다. 따라서 두 지점간의 거리는 6m이다.

+8 C

-2 C

[eqn: r]

[eqn: x]

12. [출제의도] 키르히호프의 법칙을 이해한다.

ㄱ. 전하량 보존에 의해 [eqn: I _{1} +I _{2} =I _{3}]이다.
ㄴ. 에너지 보존에 의해 [eqn: E-2I _{1} r+I _{2} r=0]이다.
ㄷ. 에너지 보존에 의해 [eqn: 2E-2I _{1} r-I _{3} R=0]이다.

13. [출제의도] 로렌츠 힘을 이해한다.

ㄱ. 플레밍의 왼손 법칙에 의해 P는 (+)전하, Q는 (-)전하로 대전되어 있음을 알 수 있다.
ㄴ. 속력이 같으므로 가속도는 [eqn: {v^2} over {r}]에 의해 반지름이 작을수록 가속도가 크다.
ㄷ. 구심력은 일정하므로 [eqn: Bqv=m {v ^{2}} over {r}]에 의해 질량이 작을수록 반지름이 작다. [eqn: Bqv=mr LEFT ( {2 pi } over {T} RIGHT ) ^{2}]에 의해 질량과 반지름이 작은 A의 주기가 더 작으므로 자기장을 빠져 나오는데 더 짧은 시간이 걸린다.

14. [출제의도] 변압기의 원리를 적용한다.

ㄱ. 2차 코일에 걸리는 전압이 110V이므로 A에 흐르는 전류는 1A이다.
ㄴ. A와 B가 병렬 연결이므로 전압은 110V로 같다.
ㄷ. 1차 코일과 2차 코일의 전력은 같다. 2차 코일에 전류가 2배가 되므로 1차 코일의 전류도 2배로 증가한다.

15. [출제의도] RLC회로에서 위상, 임피던스, 전류, 소비전력을 구한다.

ㄴ. 코일에 걸리는 전압의 위상이 전류보다 90° 앞서고 축전기에 걸리는 전압의 위상이 전류보다 90° 늦기 때문에 코일에 걸리는 전압과 축전기에 걸리는 전압의 위상은 180° 차이가 난다.
ㄷ. 축전기의 전기 용량을 증가시키면 임피던스가 커지므로 전체 전류가 작아지고 저항에 걸리는 전압이 작아져 전력은 감소한다.

16. [출제의도] 원자 모형의 발전 과정에 대해 이해한다.

러더퍼드의 [eqn: alpha] 선 산란실험은 러더퍼드의 원자모형이나 보어의 원자모형으로 설명 가능하지만 톰슨의 원자모형으로는 설명할 수 없고, 수소원자의 선스펙트럼은 보어의 원자모형으로는 설명이 가능하지만 톰슨의 원자모형이나 러더퍼드의 원자모형으로는 설명할 수 없다.

17. [출제의도]  보어의 원자 모형을 수소 원자에 적용한다.

ㄱ. 궤도 반지름이 클수록 역학적 에너지는 커진다.
ㄴ. B 궤도 전자의 양자 조건: [eqn: 2 pi r= {2h} over {mv}]
ㄷ. A와 C 궤도 에너지 준위차는 A와 B 궤도 에너지 준위차보다 크므로 [eqn: E=hf]에 의해 진동수가 더 크다.

18. [출제의도] 방사성 원소의 붕괴 과정을 이해한다.

A는 [eqn: alpha]선([eqn: {} _{2} ^{4} rm `He]), B는 [eqn: beta]선(전자), C는 [eqn: gamma]선(전자기파)
질량은 [eqn: alpha 선]이 가장 크고, 투과력은 [eqn: gamma]선이 가장 크다.
[eqn: alpha]선은 (+)전하를, [eqn: beta]선은 (-) 전하를 띄기 때문에 전기장 내에서 힘을 받지만 [eqn: gamma]선은 전하를 띠고 있지 않아 전기장에서 힘을 받지 않는다.

19. [출제의도] 프랑크-헤르츠 실험 장치를 이해한다.

ㄱ, ㄷ. 가속 전압이 4.9eV에 이르면 수은 원자와 충돌하여 수은 원자는 이 에너지를 흡수하여 들뜬 상태가 되고 전자는 에너지를 잃어버려 속도가 줄어들므로 전류가 작아진다.
ㄴ. C의 전류가 B보다 큰 이유는 가속 전압이 커지기 면서 첫 번째 충돌에서 운동 에너지를 잃어 버리고 다시 가속되면서 그리드를 통과하여 양극에 도착하기 때문이다.

20. [출제의도] 핵반응식을 설명한다.

(가)는 핵분열, (나)는 핵융합 반응식이다.
ㄱ, ㄷ. 핵분열과 핵융합 반응 전후에 전하량과 질량수는 보존되지만 질량은 보존되지 않고 감소한다.
ㄴ. 핵분열과 핵융합 반응 후에는 핵자당 결합에너지는 증가한다.