[물리Ⅱ]

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

1. [출제의도] 물체의 운동 이해하기

ㄱ. 비눗방울은 운동 방향이 변하므로 변위의 크기는 이동 거리보다 작다. ㄴ. 등가속도 운동은 속도가 시간에 따라 일정하게 변하는 운동이다. 그러나 비눗방울의 속도는 일정하게 변하지 않으므로 등가속도 운동이 아니다. ㄷ. 비눗방울이 아래로 운동하므로 위치 에너지가 변한다.

2. [출제의도] 힘과 운동 상태의 관계 이해하기

ㄱ. 단진동은 크기가 변위의 크기에 비례하고, 변위 방향에 대해 반대 방향으로 작용하는 알짜힘에 의한 운동이다. ㄴ. 등속 원운동은 크기가 일정하고 운동 방향에 대해 수직으로 작용하는 알짜힘에 의한 운동이다. ㄷ. 등가속도 직선 운동은 크기와 방향이 일정한 알짜힘에 의한 운동이다.

3. [출제의도] 온도를 나타내는 방법 이해하기

섭씨 온도 [eqn: C], 절대 온도 [eqn: T], 화씨 온도 [eqn: F] 사이의 관계는 [eqn: C]=[eqn: T-273]=[eqn: {5} over {9} (F-32)]이다.

따라서 86℉>25℃>290K이다.

4. [출제의도] 보일, 샤를의 법칙 탐구 수행하기

(나)에서 장치의 공기를 천천히 빼면 장치 내부의 압력이 감소하여 풍선의 부피는 증가한다. (다)에서 액체 질소에 풍선을 담그면 풍선 안의 기체의 온도가 감소하여 풍선의 부피는 감소한다.

5. [출제의도] 물체에 작용하는 힘의 방향과 운동 분석하기

ㄱ. 0부터 [eqn: t_1]까지 우주선은 속력이 일정하게 증가하는 직선 운동을 하므로 등가속도 운동한다. ㄴ. 추진 로켓에 매달린 우주선의 질량은 일정하다. 우주선의 속력이 증가하므로 운동 에너지는 증가하고, 우주선의 높이가 증가하므로 중력에 의한 위치 에너지가 증가한다. 따라서 역학적 에너지는 증가한다. ㄷ. [eqn: t_1]부터 [eqn: t_2]까지는 곡선 운동을 하므로 운동 방향이 변한다. 따라서 알짜힘의 방향은 운동 방향과 나란하지 않다.

6. [출제의도] 일 ․ 운동 에너지 정리 적용하기

물체가 0부터 [eqn: 5d]까지 운동하는 동안, 알짜힘이 한 일의 최댓값은 [eqn: 4Fd]이다. 알짜힘이 한 일은 운동 에너지의 변화량과 같으므로 운동 에너지의 최댓값은 [eqn: 4Fd]이다.

7. [출제의도] 포물선 운동 분석하기

포물선 운동에서 물체는 연직 방향으로는 중력에 의해 등가속도 운동을 한다. 0초부터 1초까지 연직 이동 거리가 15m이므로, 0초일 때의 연직 방향의 속도 [eqn: v _{0}]은, [eqn: s]=[eqn: v _{0} t]-[eqn: {1} over {2} gt ^{2}]=15m에서 [eqn: v_0]=20m/s이다. 최고점에 도달하는 순간 연직 방향의 속도는 0이므로, [eqn: v]=[eqn: v _{0}-gt]=0에서 최고점에 도달할 때까지 걸리는 시간은 2초이다.

8. [출제의도] 2차원 탄성 충돌 이해하기

ㄱ. 충돌 전 [eqn: x]축 방향의 운동량이 0이므로 충돌 후 A와 B의 [eqn: x]축 방향의 운동량의 크기는 서로 같다. 질량이 같으므로 [eqn: x]축 방향의 속력은 같다. ㄴ. 충돌 후 같은 시간 동안 이동한 거리는 A가 B보다 크다. 따라서 운동량의 크기는 A가 B보다 크다. ㄷ. 탄성 충돌에서 운동 에너지의 합은 충돌 전과 충돌 후가 같다.

9. [출제의도] 좌표계에 따른 관성력 이해하기

ㄱ. 철수의 좌표계에서 물체는 정지해 있다. ㄴ. 물체는 [eqn: +x]방향으로 기울어져 있으므로 관성력의 방향은 [eqn: +x]방향이다. ㄷ. 영희의 좌표계에서 버스는 운동 방향으로 속력이 감소하는 등가속도 운동을 한다.

10. [출제의도] 단진자의 주기에 영향을 주는 변인 이해하기

엘리베이터의 가속도가 [eqn: a]일 때, 길이가 [eqn: l]인 단진자의 주기는 [eqn: 2pi root {l over g+a}]이다. [eqn: T_{rm A}]=[eqn: 2pi root {l over g+a}], [eqn: T_{rm B}]=[eqn: 2pi root {l over g}], [eqn: T_{rm C}]=[eqn: 2pi root {l over g-a}]이다.

따라서 주기는 [eqn: T_{rm C}] > [eqn: T_{rm B}] > [eqn: T_{rm A}]이다.

11. [출제의도] 열의 전도 이해하기

철수: 전도는 물질을 이루는 분자들 사이의 충돌에 의해 열이 전달되는 방법이다. 민수: 각 열원과 접촉면 사이의 온도차는 A가 B보다 크다. 같은 시간 동안 전달되는 열은 같으므로 열전도율은 온도차와 반비례한다. 따라서 열전도율은 B가 A보다 크다. 영희: B 내에서 저열원에 가까울수록 온도가 낮다.

12. [출제의도] 비열, 열용량, 열평형 이해하기

ㄱ. 0~[eqn: t]까지 A가 잃은 열량과 B가 얻은 열량은 같다. 온도 변화는 A가 B의 3배이므로 열용량은 B가 A의 3배이다. ㄴ. 열용량은 질량[eqn: times]비열이고, 질량은 B가 A의 2배이므로 비열은 B가 A의 [eqn: 3over2]배이다. ㄷ. 열평형에 도달하기 전, 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.

13. [출제의도] 이상 기체 상태 방정식 적용하기

피스톤이 정지해 있으므로 A와 B의 압력은 같고 [eqn: PV]=[eqn: nRT]이므로, [eqn: T ``]∝[eqn: V over n]이다. 따라서 [eqn: T_{rm A}] : [eqn: T_{rm B}]=1 : 3이다.

14. [출제의도] 온도에 따른 맥스웰 분포 이해하기

ㄱ, ㄴ. X, Y 중 온도가 높은 기체의 맥스웰 분포는 Y이다. A의 온도가 B보다 높으므로 A의 그래프는 Y이고, 기체 분자의 평균 속력은 A가 B보다 크다. ㄷ. 단원자 분자 이상 기체의 내부 에너지 [eqn: U]=[eqn: 3 over 2 nRT]이다. 기체의 온도는 A가 높으므로 내부 에너지는 A가 크다.

15. [출제의도] 압력-부피 그래프 해석하기

ㄱ. A → B 과정에서 기체의 부피가 증가하므로 기체는 외부에 일을 한다. ㄴ. C → D 과정에서 온도는 일정하므로 내부 에너지 변화는 없고, 부피가 감소하므로 외부로부터 받은 일만큼 열을 방출한다. ㄷ. D → A 과정에서 부피의 변화가 없으므로 기체가 한 일은 0이다. 따라서 기체가 흡수한 열량은 내부 에너지의 증가량과 같다.

16. [출제의도] 단열 팽창 과정 적용하기

[eqn: DELTA Q]=[eqn: W]+[eqn: DELTAU]이다. 단열 팽창 과정에서 [eqn: DELTA Q]=0이고 [eqn: W] >0이므로, [eqn: DELTA U]<0이다. 따라서 온도는 감소한다. [eqn: PV]=[eqn: nRT]에서 [eqn: T]는 감소하고 [eqn: V]는 증가하므로 [eqn: P]는 감소한다. 평균 운동 에너지는 온도에 비례한다. 온도가 감소하였으므로 기체 분자의 평균 운동 에너지도 감소한다.

17. [출제의도] 스털링 엔진의 작동 과정 이해하기

ㄱ. (가)에서 기체는 고열원으로부터 열을 흡수하여 가열된다. ㄴ. (나)에서 기체가 팽창하므로 외부에 일을 한다. ㄷ. 비가역 과정은 스스로 처음 상태로 돌아갈 수 없는 현상이다. (다)에서 냉각된 기체가 저절로 뜨거워지지 않으므로 이는 비가역과정이다.

18. [출제의도] 등속 원운동 분석하기

ㄱ. 물체는 0부터 [eqn: t over 2]까지 [eqn: v_x]는 -[eqn: x]방향으로, [eqn: v_y]는 +[eqn: y]방향으로 운동하므로 반시계 방향으로 원운동한다. ㄴ. 주기가 [eqn: 2t]이고, 0부터 [eqn: t]까지 [eqn: x]방향의 변위는 지름 [eqn: S]이다. 따라서 반지름은 [eqn: {S}over{2}]이다. ㄷ. 각속도는 [eqn: {2 pi}over주기]이므로, [eqn: {pi } over {t}]이다.

19. [출제의도] 용수철 진자의 단진동 이해하기

ㄱ. 단진동의 중심에서 가속도는 0이다. [eqn: t]일 때 물체는 진동 중심에 있으므로 물체에 작용하는 탄성력과 중력은 평형을 이룬다. 따라서 물체에 작용하는 알짜힘은 0이다. ㄴ. [eqn: 2t]일 때 물체는 B에서 정지한다. ㄷ. 용수철 진자의 주기 [eqn: T]=[eqn: 2pi root{ m over k}]이다. 따라서 물체의 질량이 클수록 주기는 커진다.

20. [출제의도] 역학적 에너지 보존 법칙 적용하기

중력에 의한 위치 에너지의 기준점이 B일 때, 물체의 역학적 에너지는 [eqn: 2E_0]이다. 따라서 B에서 탄성력에 의한 위치 에너지 [eqn: 1over 2 k(2y_0 )^2]=[eqn: 2E_0]이다. O에서 중력에 의한 위치 에너지는 [eqn: E_0], 탄성력에 의한 위치 에너지 [eqn: 1over 2 k y_0 ^2]=[eqn: 1over 2 E_0] 이므로 운동 에너지는 [eqn: 1over 2 E_0]이다.

[다른풀이]

[eqn: E_0]=[eqn: mgy_0]이다. 역학적 에너지 보존에서  [eqn: 1over 2 k (2y_0 ) ^2]=[eqn: 1over 2 ky_0 ^2]+[eqn: mgy_0]+[eqn: E_{rmk}]이고, [eqn: mg]=[eqn: ky_0]이므로 [eqn: E_{rm k }]=[eqn: 1over 2 E_0]이다.