물리Ⅱ 정답

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

해설

1. [출제의도] 이동 거리와 변위, 속력과 속도

변위가 같으므로 [eqn: t]초 동안 평균 속도는 같고, 이동 거리는 철수가 더 크므로 평균 속력은 철수가 크다.

2. [출제의도] 등속 직선 운동과 관성

공과 장난감 기차의 수평방향 속도가 같으면 수직방향 속도가 변하더라도 공은 기차의 굴뚝에 항상 떨어진다.

3. [출제의도] 자유 낙하 운동과 수평으로 던진 물체의 운동

공 B를 던지기 전에 공 A, B 사이의 거리를 [eqn: x]라 하면, B가 [eqn: x]를 가는데 걸린 시간 [eqn: x over v] 동안 A가 자유 낙하한 지점에서 충돌한다. [eqn: x over v] 동안 낙하거리 [eqn: 1 over 2 g left ( x over v right)^2]=[eqn: h over 2]이므로, [eqn: v]가 [eqn: sqrt {2}]배가 되면 낙하거리는 [eqn: h over 4]가 된다. 따라서 지면으로부터의 높이는 [eqn: 3h over 4]이다.

4. [출제의도] 충돌 과정에서 전달되는 에너지

탄성충돌은 충돌 전후 운동 에너지가 보존되어야 하므로 충돌 후 B의 운동 에너지가 최대가 되려면 A의 운동 에너지가 0, 즉 멈춰야 한다. 따라서 B의 질량은 A의 질량과 같아야 한다.

5. [출제의도] 비스듬히 위로 던진 물체의 운동과 충돌

수평방향의 충돌 전 속력은 [eqn: v{rmcos30°}= {sqrt {3}} over {2} v]이고 반발 계수가 0.5 이므로 충돌 직후 공의 수평방향 속력은 [eqn: {sqrt {3}} over {4} v]이다. 따라서 수평방향의 속력이 반으로 감소하므로 충돌 후 수평 도달 거리는 [eqn: {R} over {2}]이다. 충격량의 크기는 운동량 변화량의 크기와 같으므로 [eqn: LEFT | - {sqrt {3}} over {4} mv- {sqrt {3}} over {2} mv RIGHT | = {3 sqrt {3}} over {4} mv]이다.

6. [출제의도] 행성의 중력 가속도

용수철 진자의 주기를 [eqn: T] 라 하면, 단진자의 주기는 [eqn: 4T] 이다. [eqn: T=2 pi sqrt {{1} over {320}}], [eqn: 4T=2 pi sqrt {{1} over {g}}] 에서

[eqn: g=20 rm (m/s ^{2} )]이다.

7. [출제의도] 등속 원운동

ㄱ, ㄴ. 물체와 바닥에 비춰진 빛은 주기, 각속도는 같으며 바닥에 비춰진 빛의 회전 반지름이 물체의 2배이므로 속력도 2배이다.

ㄷ. 물체는 중력과 장력을 받아 등속 원운동한다.

8. [출제의도] 연직면상에의 원운동

ㄱ. B 지점에서 원운동을 계속하기 위해서는 구심력이 중력보다 크거나 같아야 한다. 즉, [eqn: {mv_{rm B} ^{2}} over {r} GEQ mg],

[eqn: v _{rm B it} ^{2} over 10 GEQ 10] 이 되어 [eqn: v _{rm B it} GEQ 10 rm `(m/s)]이다.

ㄴ, ㄷ. 원궤도를 지날 때 받는 힘은 중력과 수직항력의 합인데, 수직항력의 크기와 방향이 변하므로 알짜힘의 크기와 방향도 변한다. 따라서 가속도의 방향도 변한다.

9. [출제의도] 타원 운동하는 위성의 물리량

ㄱ, ㄴ. 케플러 2법칙에서 [eqn: rv] = 일정하므로 [eqn: v` PROPTO {1} over {r}]이고, 중력 가속도는 [eqn: g= GM over r^2]이므로 [eqn: g` PROPTO {1} over {r ^{2}}]이다. ㄷ. 중력장 내에서 계속 같은 궤도를 따라 운동하므로 역학적 에너지는 보존된다.

10. [출제의도] 기체의 변화과정

ㄱ. [eqn: DELTA U`` PROPTO DELTA T]이고, 두 과정에서 온도변화가 같으므로 [eqn: DELTA U`]는 같다.

ㄴ. 기체가 외부에 한 일은 그래프 아래의 면적이므로 B→C과정이 A→C과정보다 크다.

ㄷ. A→B과정 : [eqn: Q`= DELTA U`= {3} over {2} nR DELTA T`= {3} over {2} DELTA PV],

B→C과정 : [eqn: Q`=W< {3} over {2} P DELTA V], A→C과정 :  [eqn: Q`=` DELTA U``+`W``= {3} over {2} nR DELTA T``+`P DELTA V`= {5} over {2} P DELTA V]

11. [출제의도] 기체 상태 방정식과 평균 운동에너지

ㄱ. [eqn: PV=일정]이므로 수소의 압력은 2기압, 산소의 압력은 [eqn: 2 over 3]기압이므로 압력차는 [eqn: 4 over 3]기압이다.

ㄴ, ㄷ. 온도가 같으므로 수소와 산소의 평균 운동에너지는 같다. 운동 에너지 [eqn: {1} over {2} mv ^{2} = {3} over {2} kT`] ＝ 일정하므로 [eqn: v]는 [eqn: sqrtm]에 반비례한다. 따라서 수소의 속력이 산소의 4배이다.

12. [출제의도] 단열 팽창과 단열 압축

두 과정 모두 상태가 빠르게 변하므로 단열 과정으로 해석되어 [eqn: Q= DELTA U+P``․ DELTA V=0] 이다.

과정Ⅰ에서는 단열압축이므로 온도가 올라가고,  과정Ⅱ에서는 단열팽창이므로 온도가 내려간다.

13. [출제의도] 중력장과 전기장 내에서의 대전 입자의 운동

입자가 받는 알짜힘 [eqn: F=ma=mg- {qV} over {d}] 이므로 [eqn: V]가 증가하면 전기력[eqn: left({qV} over {d} right)]이 커져 알짜힘 [eqn: F] 와 가속도 [eqn: a] 는 변한다. 알짜힘이 0이 될 때까지 속력은 계속 증가하여 알짜힘이 0일 때 속력은 최대이다.

14. [출제의도] 중력장과 전기장에서 비스듬히  던진 입자의 운동

(나)에서 입자가 받는 힘 [eqn: F=ma=mg+qE=][eqn: 2mg]이므로 가속도 [eqn: a]는 (가)의 2 배가 된다. 등가속도 운동 식에서 최고점 높이 [eqn: H=][eqn: {(v_{0} sin theta)}^{2} over 2a]이고, 수평 도달 거리 [eqn: R= {v _{0`} ^{2} sin2 theta } over {a}]이므로 [eqn: H]와 [eqn: R]모두 [eqn: a]에 반비례하여 각각 (가)의 0.5 배가 된다.

15. [출제의도] 전기장과 자기장 내에서 전하에 작용하는 힘

점 A와 B사이에서는 입자가 받는 전기력([eqn: F=qE])이 일정하므로 등가속도 운동을 한다. 점 B와 C 사이에서는 운동방향과 항상 수직인 일정한 크기의 힘(로렌츠 힘)을 받아 등속 원운동하므로 속력은 일정하다.

16. [출제의도] 전기장 내에서 입자의 운동

ㄱ. 전기장 방향으로 운동하므로 (+)전하이다.

ㄴ, ㄷ. (가)는 균일한 전기장이므로 입자는 등가속도 운동을, (나)는 전기장의 세기가 점점 커지므로 입자는 가속도가 증가하는 운동을 한다. 따라서 같은 거리를 이동했을 때 속력은 (나)의 경우가 더 크다.

17. [출제의도] 휘트스톤 브리지

전지의 전압은 검류계 양쪽의 전위에 영향을 주지 않고, 단자 P의 전위가 검류계 아래쪽 보다 높으므로 단자 P를 고정하고 가변저항의 저항값을 증가시켜 검류계 아래쪽 전위를 높이거나, 가변저항의 저항값을 고정하고 단자 P를 B쪽으로 이동하여 P의 전위를 낮추어야 한다.

18. [출제의도] 키르히호프 법칙

키르히호프 법칙에 의해 [eqn: I_2 = I_1 + I_3] -- ①, [eqn: 6 = 4I_1 - 2I_3] -- ②,  [eqn: 11 = 2I_3 + 3I_2] -- ③ 이므로  [eqn: I_1] = 2A, [eqn: I_2] = 3A, [eqn: I_3] = 1A 이다. 또한 축전기에 걸리는 전압은 [eqn: I _{3}]× 2Ω  = 2[eqn: rmV] 이다.

∴[eqn: Q``=` C it V][eqn: `=`20 mu rm C] 이다.

19. [출제의도] 로렌츠의 힘

ㄱ. 로렌츠 힘 [eqn: F``=`q`vB] 인데, 물체의 속력이 변하므로 [eqn: F] 의 크기도 변한다.

ㄴ. 물체가 오른쪽으로 운동할 때는 줄의 장력 방향, 왼쪽으로 운동할 때는 장력 반대 방향으로 로렌츠 힘을 받는다.

ㄷ. 물체에 작용하는 알짜힘은 로렌츠 힘과 상관없이 [eqn: mg rm `sin theta it]이므로 주기는 변하지 않는다.

20. [출제의도] 교류회로와 직류회로

ㄱ. 직류전원에 연결하면 축전기에 충전되는 동안만 전류가 흐른다.

ㄴ, ㄷ. 전구의 밝기는 전류의 세기 [eqn: I ^{2}] 에 비례한다. 교류전원에 연결하였을 때 회로에 흐르는 전류는 [eqn: I= {V} / {X _{c}} =2 pi fCV] 가 되어 주파수 [eqn: f]와 전기용량 [eqn: C] 에 비례한다.