[물리Ⅱ]

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

1. [출제의도] 운동의 표현 이해하기

ㄱ. 곡선 경로이므로 변위의 크기는 이동 거리보다 작다. ㄴ. 평균 속도=[eqn: 변위 over 시간], 평균 속력=[eqn: {이동``거리} over 시간]=[eqn: v]이므로 평균 속도의 크기는 [eqn: v]보다 작다. ㄷ. 운동 방향이 변하므로 가속도 운동이다.

2. [출제의도] 맥스웰 분포 해석하기

ㄱ. 온도가 높을수록 속력이 빠른 기체 분자가 더 많다. 그래프에서 면적은 기체 분자 수이므로, 속력이 빠른 기체 분자 수가 [eqn: T_1]일 때 더 많다. 따라서 [eqn: T _{1}]이 [eqn: T_0]보다 크다. ㄴ. 온도가 높을수록 기체 분자의 평균 속력은 크다. ㄷ. 속력이 [eqn: v _{0}]보다 큰 영역의 면적은 [eqn: T_1]일 때가 [eqn: T_0]일 때보다 크다.

3. [출제의도] 열역학 제2법칙 적용하기

ㄱ. 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 저절로 이동한다. ㄴ. 얼음이 녹은 물에서 손으로 열이 이동하여 물이 다시 어는 현상은 자발적으로 일어나지 않으므로 이 현상은 비가역과정이다. ㄷ. 얼음이 녹는 과정에서 무질서한 정도가 증가하므로 엔트로피는 증가한다.

4. [출제의도] 2차원 운동하는 물체의 운동 분석하기

ㄱ. 1초일 때 [eqn: x]방향의 가속도는 0이고, [eqn: y]방향의 가속도의 크기는 3m/s2이다. 따라서 1초일 때, 물체의 가속도의 크기는 [eqn: root {0^2 + 3^2}]=3(m/s2)이다. ㄴ. 2초부터 4초까지, [eqn: x]방향으로는 등속도 운동을 하고 [eqn: y]방향으로는 등가속도 운동한다. 따라서 물체는 포물선 경로의 운동을 한다. ㄷ. 3초일 때, 속도의 [eqn: x]성분은 1m/s이고 속도의 [eqn: y]성분은 9m/s이다. 따라서 속력은 [eqn: root {1^2 + 9^2}]=[eqn: root82](m/s)이다.

5. [출제의도] 등속 원운동 가설 설정하기

ㄱ. [eqn: v]=[eqn: 2pir overT]=[eqn: 2pi] m/s이다. ㄴ. 구심 가속도=[eqn: v^2 overr]이고 원운동의 반지름이 a가 b보다 작으므로 구심 가속도의 크기는 a가 b보다 크다. ㄷ. b의 주기는 [eqn: 2pi(3) over2pi]=3(초)이므로, a와 b가 동시에 기준선과 만나는 시간 간격은 6초이다.

6. [출제의도] 물체의 운동 해석하기

ㄱ, ㄴ. 0부터 [eqn: 2t_0]까지 비행기의 속도는 일정하게 증가하므로 속도의 수평 성분 또한 일정하게 증가하고, [eqn: t_0]일 때 알짜힘의 방향은 운동 방향과 같다. ㄷ. 0부터 [eqn: 4t_0]까지 비행기의 이동 거리는 [eqn: 7v_0 t_0]이다. 따라서 p로부터의 높이는 [eqn: 7v_0 t_0 sin theta]이다.

7. [출제의도] 온도의 종류 이해하기

ㄱ. 절대 온도([eqn: T]), 섭씨온도([eqn: C]), 화씨온도([eqn: F])의 관계는 [eqn: T] =[eqn: C] +[eqn: 273]이고, [eqn: F] =[eqn: 9over5 C] +[eqn: 32]이므로 A는 20℃이고, B는 25℃이다. ㄴ. A와 B의 열용량은 같고, 1K의 온도차가 1℉의 온도차보다 크므로 A의 온도를 1K 올리는 데 필요한 열량은 B의 온도를 1℉ 올리는 데 필요한 열량보다 크다. ㄷ. 0℉는 절대 온도로 약 255K이므로 분자는 열운동을 한다.

8. [출제의도] 열의 전도 결론 도출하기

A, B를 통해 단위 시간당 이동하는 열량은 같으므로 [eqn: {30k _{rmA}} over {2L}]=[eqn: {30k} over {L}]에서 [eqn: k _{rmA]=[eqn: 2k]이다. B, C를 통해 단위 시간당 이동하는 열량은 같으므로 [eqn: {12k} over {L}]=[eqn: {48k _{rmC}} over {2L}]에서 [eqn: k _{rmC}]=[eqn: {1} over {2} k]이다. 따라서 [eqn: k _{rmA}]=[eqn: 4k _{rmC}]이다.

9. [출제의도] 두 물체의 포물선 운동 가설 설정하기

A는 [eqn: 4h]=[eqn: 1over2 gt_{rmA}^2]에서 [eqn: t_{rmA }]=[eqn: 2sqrt{2h overg}]이다. B가 수평면에 도달할 때까지 걸린 시간 [eqn: t _{rmA}]-[eqn: t]는 [eqn: h]=[eqn: 1over2 g(t_{rmA}-t)^2]에서 [eqn: t _{rmA}]-[eqn: t]=[eqn: sqrt{2h over g}]이므로 [eqn: t_{rmA}]=2[eqn: t]이다. A와 B는 수평 방향으로 등속도 운동하므로 [eqn: v _{0} = {R} over {2t], [eqn: v= 2R over t]에서 [eqn: v=4v_0]이다.

10. [출제의도] 탄성 충돌 탐구 수행하기

ㄱ. 충돌 전 [eqn: y]축 방향의 운동량은 0이므로 충돌 후 [eqn: y]축 방향의 운동량의 합은 0이다. 따라서 A와 B의 속도의 [eqn: y]성분은 크기가 같고, 방향은 반대이므로 ㉠은 [eqn: sqrt3]이다. ㄴ. A, B의 질량을 [eqn: m]이라 할 때, [eqn: x]축 방향의 운동량이 보존되므로 [eqn: m](2)=[eqn: m]([eqn: 3overt])+[eqn: m]([eqn: 1overt])에서 [eqn: t]=2이다. ㄷ. 충돌 후 B의 속도의 [eqn: x]성분은 [eqn: 1over2]m/s이다. 따라서 B의 속력은 [eqn: sqrt{({1}over{2})^2 +(sqrt3over2 )^2}]=1(m/s)이다.

11. [출제의도] 내부 에너지와 이상 기체 상태 방정식 이해하기

[eqn: U]=[eqn: {3} over {2} nRT]에서 [eqn: T]=[eqn: {2U} over {3nR}]이므로, [eqn: T _{rmA}]:[eqn: T _{rmB}]=1:4이다. [eqn: PV]=[eqn: nRT]에서 [eqn: V]=[eqn: {nRT} over {P}]이다. A, B는 힘의 평형을 이루며 정지해 있으므로 압력이 같다. 따라서 [eqn: V _{rmA}]:[eqn: V _{rmB}]=1:2이다.

12. [출제의도] 관성력 적용하기

ㄱ, ㄴ. 영희의 좌표계: 물체는 중력과 경사면이 떠받치는 힘에 의해 [eqn: +x]방향의 합력을 받아 [eqn: +x]방향으로 등가속도 운동한다. 따라서 물체에 작용하는 알짜힘은 0이 아니다. ㄷ. 철수의 좌표계: 관성력의 방향은 버스의 가속도 방향과 반대 방향이므로 [eqn: -x]방향이다.

13. [출제의도] 기체 분자 운동과 열역학 과정 해석하기

ㄱ. 기체 분자의 평균 운동 에너지는 절대 온도에 비례하므로, 기체 분자의 평균 운동 에너지는 B에서가 A에서의 2배이다. ㄴ. [eqn: PV]=[eqn: nRT}] 이다. 따라서 기체의 압력은 C에서가 A에서보다 크다. ㄷ. B → C 과정은 부피가 일정하므로 기체가 한 일은 0이다.

14. [출제의도] 단진자의 주기 적용하기

ㄱ. 단진자의 주기 [eqn: T=2 pi sqrt {{l} over {g}}]이다. 실의 길이는 P와 Q가 같으므로 중력 가속도는 (가) 지역에서가 (나) 지역에서보다 작다. ㄴ. P의 실의 길이만 증가시키면 주기는 증가한다. ㄷ. 추의 최대 속력은 질량과 관계가 없다.

15. [출제의도] 일-운동 에너지 정리 적용하기

전동기가 물체에 한 일은 물체가 a에서 b까지 운동할 때에는 [eqn: FL]이고, b에서 c까지 운동할 때에는 [eqn: 2FL]이다. b에서 운동 에너지([eqn: E_{rmb}])는 [eqn: 1over 2 mv^2]+[eqn: FL]이고 c에서 운동 에너지([eqn: E_{rm c }])는 [eqn: 1over2 mv^2]+[eqn: 3FL]이다. [eqn: E_{rm c }]=2[eqn: E_{rm b}]이므로 [eqn: 1over 2 mv^2]=[eqn: FL]이다. 따라서 [eqn: v]=[eqn: root {2FL overm]이다.

16. [출제의도] 물체가 받은 충격량 분석하기

ㄱ. A의 운동량의 크기는 [eqn: t_2]이후가 [eqn: t_1]이전의 2배이므로 A의 속력은 [eqn: t_2]이후가 [eqn: t_1]이전의 2배이다. ㄴ. [eqn: t_1]부터 [eqn: t_2]까지 운동량 변화량의 크기는 [eqn: x]방향이 [eqn: 2p], [eqn: y]방향이 [eqn: p]이고, 충돌 시간이 같으므로 평균 힘의 [eqn: x]성분 크기는 [eqn: y]성분 크기의 2배이다. ㄷ. A가 받은 충격량의 크기는 [eqn: sqrt{p^2 + (2p)^2}]=[eqn: sqrt5 p]이다.

17. [출제의도] 용수철 진자의 주기 결론 도출하기

실이 끊어지기 전 A, B는 각각 실이 당기는 힘과 용수철의 탄성력에 의해 힘의 평형을 이룬다. A에 연결된 용수철이 늘어난 길이는 [eqn: d]이고, B에 연결된 용수철이 늘어난 길이는 [eqn: 2d]이다. 따라서 B에 연결된 용수철의 용수철 상수는 [eqn: k]이다. 따라서 [eqn: T _{rmA}]:[eqn: T_{rm B}]=[eqn: sqrt {{m} over {2k}}]:[eqn: sqrt {{3m} over {k}}]=[eqn: 1:sqrt6]이다.

18. [출제의도] 열역학 과정 분석하기

ㄱ. A → B에서 기체가 한 일은 그래프의 면적이므로 [eqn: 3P _{0} V _{0}]이다. ㄴ. C → D에서 기체의 온도가 감소하였으므로 내부 에너지는 감소하였다. ㄷ. A  → B → C에서는 열을 흡수하고 C → D → A에서는 열을 방출한다. (흡수한 열량) – (방출한 열량) = (기체가 외부에 한 일)이 되며 이는 그래프에서 순환 과정을 나타내는 경로에 둘러싸인 영역의 면적과 같다. 따라서 기체가 순환 과정을 따라 변하는 동안 흡수한 열량은 방출한 열량보다 크다.

19. [출제의도] 포물선 운동 이해하기

물체가 수평면에 도달하였을 때의 속력을 [eqn: v']라고 하면, 수평 방향으로 등속도 운동하므로 [eqn: v cos45°]=[eqn: v'cos60°]에서 [eqn: v']=[eqn: sqrt2 v]이다. 따라서 [eqn: H]=[eqn: {(v'sin60°)^2} over 2g]=[eqn: 3v^2 over4g]이다.

20. [출제의도] 뉴턴 운동 법칙 적용하기

ㄱ. (가)에서 A와 B의 가속도의 크기는 같으므로 물체의 알짜힘은 질량에 비례한다. ㄴ. (가)에서 실이 당기는 힘이 [eqn: T] 일 때, A에 작용하는 힘은 [eqn: 2m a_1]=[eqn: 2mg sin60°]-[eqn: F]-[eqn: T]…①이고 B에 작용하는 힘은 [eqn: T]-[eqn: mg sin 30°]=[eqn: ma_1]…②이다. (나)에서 A에 작용하는 힘은 [eqn: 2ma_2]=[eqn: 2mg sin 60°]-[eqn: F]…③이고 B에 작용하는 힘은 [eqn: ma_2]=[eqn: mg sin 30°]…④이다. ③, ④를 정리하면 [eqn: F]=([eqn: root3]-1)[eqn: mg]이다. ㄷ. ④에서 [eqn: a_2]=[eqn: 1over 2 g]이다. ①, ②에 [eqn: F]를 대입하여 정리하면 [eqn: a_1]=[eqn: 1over 6 g]이다. 따라서 [eqn: a_2]=[eqn: 3a_1]이다.