물리 Ⅱ 정답

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

물리 Ⅱ 해설

1. [출제의도] 속력과 속도 이해하기

곡선 경로를 따라 운동하므로 가속도 운동이고, 이동 거리는 변위의 크기보다 크며, 평균 속력은 평균 속도의 크기보다 크다.

2. [출제의도] 운동 법칙과 관성력 적용하기

ㄱ. [eqn: (m+2m+3m)a = 2mg] 에서 [eqn: a= {1} over {3} g] 이다.

ㄴ. 가속 좌표계에서 A에 작용하는 관성력의 방향은 가속도의 방향과 반대 방향이다.

ㄷ. A에 작용하는 중력의 크기는 [eqn: mg], 수평 방향의 힘의 크기는 [eqn: {1over3}mg] 이므로 [eqn: tan theta={1over3}]이다.

3. [출제의도] 단진동과 역학적 에너지 보존 법칙 적용하기

단진동의 진폭은 [eqn: {L over 2}] 이고, 역학적 에너지 보존 법칙을 적용하면 [eqn: {1over2}k LEFT ( L over 2 RIGHT ) ^2 = {1over2}mv^2] 이므로 주기 는 [eqn: 2pi sqrt{m overk}={piL overv}] 이다.

4. [출제의도] 운동량 보존 법칙과 구심력 자료  분석하기

충돌 전 A의 속도를 [eqn: v] 라 하면, 충돌 후 A의 속도는 [eqn: - {v} over {2}] 이다. 충돌 후 B의 속도를 [eqn: V] 라 하고 운동량 보존 법칙을 적용하면,

[eqn: mv=m LEFT ( - {v} over {2} RIGHT ) +3m`V] 에서 [eqn: V= {v} over {2}] 이다. 따라서 B에 작용하는 구심력의 크기는  [eqn: {3m} over {l} LEFT ( {v} over {2} RIGHT ) ^{2} = {3E _{0}} over {2l}] 이다.

5. [출제의도] 열전도 결론 도출하기

ㄱ. 단위 시간당 단면을 통해 전달되는 열은 A와B가 같다.

ㄴ. 열전도율은 온도 차에 반비례하므로 A가 B보다 크다.

ㄷ. 접촉면의 온도, A의 길이를 각각 [eqn: T,] [eqn: l] 이라 할 때 [eqn: (100-T)` PROPTO `l] 이므로 [eqn: l] 이 작아지면 [eqn: T]  는 증가하여 70℃보다 높다.

6. [출제의도] 이상 기체 상태 방정식 적용하기

[eqn: DELTA U= {3} over {2} nR DELTA T] , [eqn: PV=nRT]  이므로[eqn: {DELTA U _{Ⅱ}} over {DELTA U _{Ⅰ}} = {(2P)(2V-V)} over {(2V)(2P-P)} =1]이다.

7. [출제의도] 열기관과 열효율 자료 분석하기

기체가 흡수한 열량, 방출한 열량을 각각 [eqn: Q _{1}], [eqn: Q_2] 라 할 때, 열효율 [eqn: e= {Q _{1} -Q _{2}} over {Q _{1}} = {a-b} over {a}] 이다.

8. [출제의도] 전기장과 전위 자료 분석하기

ㄱ, ㄴ. a에서 전기장 방향이 [eqn: -y] 방향이므로 P는 양(+)전하, Q는 음(-)전하이고, b, c에서 전기장 방향도 모두 [eqn: -y] 방향이다.

ㄷ. 전위는 양(+)전하로부터 가까운 b에서가 a에서보다 높다.

9. [출제의도] 유전체와 축전기의 합성 전기 용량  결론 도출하기

(가), (나)는 극판 사이가 유전체로 채워진 축전기 하나와 진공인 축전기 두 개가 직렬로 연결된 것이므로 합성 전기 용량은 [eqn: C] 로 같다.

10. [출제의도] 축전기에 저장된 전기 에너지 적용하기

(가), (나)에서 AP, BP의 전위차가 [eqn: V _{0}] 으로 같으므로 (가)는 극판 간격이 [eqn: d] 인 축전기 2개, (나)는 극판 간격이 [eqn: d+x], [eqn: d-x]인 축전기 2개가 병렬 연결된 것이다. 전기 용량은 극판 간격에 반비례하므로 (가)에서 합성 전기 용량을  [eqn: C_{(가)} = 2C_0]라 하면, (나)에서 합성 전기 용량은 [eqn: C_{(나)} = left( d over d-x + d over d+x right)C_0] 이다. 저장된 전기 에너지 [eqn: U]는  [eqn: U = 1 over 2 CV^2] 에서 전기 용량 [eqn: C]에 비례하므로 [eqn: U _{(가)} over U_{(나) } = C_{(가) } over C_{(나) }= 1 - x^2 over d^2] 이다.

11. [출제의도] 로런츠 힘 적용하기

입자가 자기장 영역에 들어가는 순간, 입자에 작용하는 로런츠의 힘은 [eqn: +x] 방향이므로 입자는 시계 방향으로 [eqn: {1 over4}]바퀴 등속 원운동을 한 후 자기장 영역을 빠져나온다. 원운동 주기 [eqn: T= {2 pi m} over {qB}] 에서 [eqn: {T} over {4} = {pi m} over {2qB}] 이다.

12. [출제의도] 자기 모멘트 자료 분석하기

ㄱ. 자기 모멘트가 커질수록 O에서 자기장의 세기가 감소하므로 원형 도선의 자기 모멘트의 방향은 [eqn: xy] 평면에서 수직으로 나오는 방향이다.

ㄴ, ㄷ. 자기 모멘트가 [eqn: mu _{0}] 일 때 O에서 직선 도선과 원형 도선에 의한 자기장의 세기를 각각 [eqn: B], [eqn: B'] 라 하면, [eqn: B`-B` prime =B _{0}], [eqn: B`-2B` prime =0.7B _{0}] 이므로 [eqn: B=1.3B _{0}], [eqn: B` prime =0.3B _{0}] 이다. 따라서 원형 도선의 자기 모멘트 크기가 [eqn: 5mu_0] 이면 O에서 자기장은 [eqn: B-5B` prime `=-0.2B _{0}] 가 된다.

13. [출제의도] [eqn: RLC] 회로 결론 도출하기

ㄱ, ㄷ. 임피던스 [eqn: Z= sqrt {R ^{2} + left ( {2pifL} - 1 over 2pifC} right) ^{2}}] 에서 [eqn: rm S _{1}]만 닫았을 때 교류 전원의 진동수와 고유 진동수가 같고, [eqn: Z_1 = R] 이므로 [eqn: Z _{1} <Z _{2}] 이다. 따라서 전류의 최댓값은 [eqn: rm S _{1}]만을 닫을 때가 [eqn: rm S _{2}]만을 닫을 때보다 크다.

ㄴ. 고유 진동수는 [eqn: {1} over {2 pi sqrt {L(2C)}} = f_0 over sqrt2] 이다.

14. [출제의도] 폐관에서 정상파와 공명 현상 결론 도출하기

ㄱ. [eqn: f_1](또는 [eqn: f_2])일 때 관에서 큰 소리가 발생하는 것은 소리의 공명 현상 때문이다.

ㄴ. [eqn: f _{1} <f _{2}] 이므로 [eqn: v=f lambda] 에서 파장은 [eqn: f _{1}] 일 때가 [eqn: f _{2}] 일 때보다 크다.

ㄷ. 음속과 관의 길이를 각각 [eqn: v], [eqn: L] 이라 하면 폐관에서 [eqn: f _{n} = {nv} over {4L}] 이고, [eqn: n=1,`3,`5 CDOTS]이므로 [eqn: f` prime] 는 [eqn: f] 의 2배가 아니다.

15. [출제의도] 빛의 간섭 현상 탐구 설계 및 수행하기

ㄱ. [eqn: x=a] 에서 빛의 상대적 세기가 0이므로 첫 번째 상쇄 간섭이 일어난다.

ㄴ. [eqn: x=b] 에서 첫 번째 보강 간섭이 일어나므로  경로차는 [eqn: lambda] 이다.

ㄷ. 간섭무늬 사이의 간격은 파장에 비례한다.

16. [출제의도] 볼록 렌즈에 의한 상에 대한 문제 인식 및 가설 설정하기

렌즈 공식 [eqn: {1} over {a} + {1} over {b} = {1} over {f}] 에서 [eqn: a=2f] 일 때는 [eqn: rm L_1]에 의한 상이 [eqn: b=2f]([eqn: rm L_2]의 왼쪽 [eqn: f])인 지점에 생기므로 [eqn: rm L_2]에 의한 상이 생기지 않는다. [eqn: a >2f]일 때는 [eqn: rmL_1]에 의한 상이 [eqn: f<b<2f]인 지점에 생기므로 [eqn: rm L_2]의 오른쪽에 실상이 생긴다.

17. [출제의도] 편광에 대한 문제 인식 및 가설 설정하기

ㄱ. X가 없을 때 q에서 빛의 세기가 0이므로 A와 B의 편광축은 서로 수직이다.

ㄴ. q에서 빛의 세기는 [eqn: theta =0] 또는 [eqn: theta =90°] 일 때는 0이고, [eqn: 0< theta <90°] 일 때는 A를 통과한 빛의 일부가 X와 B를 통과하므로 [eqn: theta] 에 따라 달라진다.

ㄷ. A와 B의 편광축이 수직이므로 X를 A 앞에 놓으면 [eqn: theta] 에 관계없이 q에서 측정한 빛의 세기는 0이다.

18. [출제의도] 레이저 원리 이해하기

매질에 에너지를 공급하면 준안정 상태에 있는  전자가 많아져 밀도 반전이 되고, 자발 방출된 빛에 의해 유도 방출이 일어나 동일한 위상의 레이저 빛이 발생된다.

19. [출제의도] 포물선 운동 자료 분석하기

ㄱ. B의 수평 방향 속력은 [eqn: {v _{rmB}} over {sqrt {2}}] 이므로 [eqn: v _{rm B it} = sqrt {2} v _{rm A it}] 이다.

ㄴ. [eqn: t_0] 동안 B의 수평 이동 거리 [eqn: R= {v _{rmB`}} over {sqrt {2}} t _{0}] 이고, [eqn: H= {v _{rm B` it}} over {sqrt {2}} t _{0}] 이므로 [eqn: R=H] 이다.

ㄷ. [eqn: t_0]동안 B의 연직 방향 평균 속력은 [eqn: {sqrt {2}} over {4} v _{rm B it}] 이므로 [eqn: h= {sqrt {2} } over {4}v _{rm B it } t _{0}] 에서 [eqn: h= {H} over {2}] 이다.

20. [출제의도] 충돌과 도플러 효과 탐구 설계 및 수행하기

음원과 관측자가 가까워질 때 관측자가 측정한 음원의 진동수 [eqn: f _{1} =f LEFT ( {v+v _{rm 관측자 it}} over {v-v _{음원}} RIGHT )] 이고, 멀어질 때 [eqn: f _{2} =f LEFT ( {v-v prime _{rm 관측자 it}} over {v+v prime _{음원}} RIGHT )] 이다. 질량이 같은 두 물체가 탄성 충돌하면 속도 교환이 일어나   [eqn: v _{관측자} =v prime _{음원}], [eqn: v _{음원} =v prime _{관측자}] 가 되어 [eqn: f _{1} TIMES f _{2} =f ^{2}] 이 된다.