물리 Ⅱ 정답

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

해설

1. [출제의도] 물체의 운동 해석하기

ㄱ. 운동방향이 바뀌므로 가속도 운동이다.

ㄴ, ㄷ. 이동거리, 변위, 걸린 시간이 같으므로 평균속도의 크기도 같다.

2. [출제의도] 비스듬히 위로 던진 물체의 운동 적용하기

최고점까지 올라가는데 걸린 시간([eqn: t])은 자유 낙하한 시간과 같으므로 [eqn: 5=` 1 over 2 TIMES 10 TIMES t^2]에서 [eqn: t] = 1초이고, 수평방향으로는 등속도 운동을 하므로 [eqn: x= 8 TIMES 1 = 8(rm m)]이다.

3. [출제의도] 수평으로 던진 물체와 비스듬히 위로 던진 물체의 운동 비교하기

ㄱ. A, B의 수평방향의 속도는 같으므로 수평 방향의 상대속도는 0이다.

ㄴ. A, B의 연직방향의 가속도가 같으므로 A에 대한 B의 연직방향의 속도의 크기는 A의 연직방향의 처음 속도의 크기로 일정하다.

ㄷ. B의 낙하시간을 [eqn: t]라 하면 B의 높이는 [eqn: H = 1 over 2 g t^2]이고 A가 최고점에 도달하는데 걸린 시간은 [eqn: 1 over 2 t]이므로 A의 최고점의 높이는 [eqn: 1 over 2 g LEFT ( 1 over 2 t RIGHT )^2][eqn: = 1 over 4 H] 이다.

4. [출제의도] 등속 원운동 적용하기

두 사람의 각속도가 같으므로 속력과 가속도의 크기는 반지름에 비례하고([eqn: a=v omega = r omega^2]), 구심력의 크기는 질량과 반지름의 곱에 비례한다([eqn: mr omega^2]).

5. [출제의도] 2차원 충돌 예측하기

[eqn: v]

[eqn: v_{rm B}]

[eqn: v_{rm A}]

[eqn: 30°]

[eqn: 60°]

ㄴ. 충돌 전 A의 속력, 충돌 후 A, B의 속력을 각각 [eqn: v], [eqn: v_{rm A}], [eqn: v_{rm B}]라 하고, 그림과 같이 운동량 보존 법칙을 적용하면 [eqn: v_{rm A} = v cos 60° = 1 over 2 v],

[eqn: v_{rm B} = v cos 30° = sqrt3 over2 v]이다.

ㄱ, ㄷ. 작용반작용에 의해 A, B가 받은 충격량의 크기는 같고, 탄성 충돌이므로 충돌 전후 운동에너지의 합은 같다.

6. [출제의도] 단진동 운동 문제인식하기

최대운동량, 용수철 상수, 질량을 각각 [eqn: p], [eqn: k], [eqn: m]이라고 하고 역학적 에너지 보존 법칙을 적용하면

[eqn: 1 over 2 k_{rm A} x_0^2 = 1 over 2 k_{rm B} (2x_0 ) ^2 = p^2 over 2m_{rm A} = p^2 over 2m_{rm B}]에서 [eqn: k_{rm B} = 1 over 4 k_{rm A}]이고 [eqn: m_{rm A} = m_{rm B]이다. 그림 (나)에서 A의 주기가 [eqn: 2t_0]이고 [eqn: T=2 pi sqrt {{m} over {k}}]에서 [eqn: T _{rm B it} =2T _{rm A it}]가 되어 [eqn: T _{rm B it} =4t _{0}]이다.

7. [출제의도] 만유인력에 의한 역학적 에너지 차 이해하기

지구의 질량, 인공위성의 질량, 지구 중심에서 인공위성까지 거리, 만유인력상수를 각각 [eqn: M], [eqn: m], [eqn: r], [eqn: G] 라 하면 인공위성의 역학적 에너지는

[eqn: {1} over {2} mv ^{2} - {GMm} over {r} =- {GMm} over {2r}]이고 A의 운동에너지는 [eqn: {1} over {2} mv ^{2} ={GMm} over {2 TIMES2R} = E_0]이므로 A와 B의 역학적 에너지 차이는 [eqn: - {GMm} over {2 TIMES 3R} - LEFT ( - {GMm} over {2 TIMES 2R} RIGHT ) = {GMm} over {12R} = 1 over 3 E_0]이다.

8. [출제의도] 충돌, 반발계수를 통해 물체의 운동 평가하기

충돌 전 A의 속도, 충돌 후 A, B의 속도를 각각 [eqn: v], [eqn: v_1], [eqn: v_2]라 하면,

[eqn: v=v _{1} +2v _{2}]…①, [eqn: 1 = - {v_1 -v_2} over v-0]…②이고, 식 ①, ②에서 [eqn: v_1 = - 1 over 3 v]이다. 역학적 에너지 보존 법칙을 적용하면 충돌 전은 [eqn: 1 over 2 kL^2 = 1 over 2 mv^2]이고, 충돌 후는 [eqn: 1 over 2 m LEFT ( v over 3 RIGHT )^2 = 1 over 2 kx^2]이므로 [eqn: x= 1 over 3 L]이다.

9. [출제의도] 기체의 상태 방정식 자료 분석하기

ㄱ. [eqn: PV=nRT]에서 [eqn: P∝nT]이므로 압력은 산소가 수소의 4배이다.

ㄴ, ㄷ. [eqn: {1} over {2} m {bar v}`^2 = {3} over {2} kT]에서 온도가 같으므로 기체 분자 1개의 평균 운동에너지는 같고, 분자량을 [eqn: M] 이라 하면 [eqn: bar { v} ∝ 1 over sqrt m ∝ 1 over sqrt M]이므로 수소가 산소의 4배이다.

10. [출제의도] 이상기체의 상태변화와 열역학 제1 법칙 자료 해석하기

그림과 같이 각 과정을 압력-부피 그래프로 그리면

ㄱ. 기체가 외부에 한 일은 그래프 아래 면적이므로 A → B 과정이 A → C 과정보다 작다.

ㄴ. [eqn: Q=DeltaU +W] 를 적용하면 A → C 과정에서는 [eqn: Q= 3 over 2 nR DELTA T + P DELTA V = 5over 2 nR DELTA T] 이고, A → D 과정에서는 [eqn: Q= 3 over 2 nR DELTA T] 이다.

ㄷ. [eqn: PV=nRT] 에서 압력은 B점에서가 A점에서의 0.5배, D점에서가 A점에서의 2배이다.

11. [출제의도] 열역학 제1 법칙을 통한 온도변화 문제인식하기

부피가 일정하므로 기체가 얻은 열량은 내부에너지의 변화량과 같다[eqn: LEFT ( Q`=` 3 over 2 n R DeltaT RIGHT )]. 기체 A, B가 얻은 열량은 저항에서 발생되는 열량과 같고 저항값에 비례하므로 [eqn: n _{rm A it} DELTA T _{rm A it}] : [eqn: n_{rmB}DeltaT_{rmB}]=1 : 2이다.  ∴ [eqn: DELTA T _{rm A it}] : [eqn: DELTA T _{rm B it}]=1 : 4이다.

12. [출제의도] 균일한 전기장에서 전위 및 대전입자의 운동 평가하기

ㄱ, ㄴ. 양전하의 운동방향([eqn: +x]방향)이 b점에서 반대로 바뀌므로 전기장의 방향은 반대([eqn: -x]방향)이고, 전위는 b점이 a점보다 높다.

ㄷ. 입자가 받는 합력의 크기는 [eqn: qE= p over t]이므로  [eqn: p =qEt]이다.

13. [출제의도] 균일한 전기장에서 대전입자의 운동 적용하기

ㄱ, ㄴ. 대전입자가 포물선 운동하므로 입자에 작용하는 전기력 및 가속도는 일정하고, 전기력의 방향은 등전위선(면)에 수직한 왼쪽 방향이므로 입자는 (+)전하를 띠고 있다.

ㄷ. 전기력이 입자에 한 일 [eqn: W`=`Q V=2Q]이다.

14. [출제의도] 축전기가 연결된 회로의 물리량 결론짓기

ㄱ. (나)의 저항은 전압이 걸리므로 전류가 흐른다.

ㄴ. 축전기 1개에 걸리는 전압은 (가)에서가 (나)에서보다 크다. 따라서 전하량([eqn: Q=CV])은 (가)에서가 (나)에서보다 크다.

ㄷ. 합성전기용량의 비가 4 : 1이고 걸리는 전압이 같으므로 전기에너지의 합[eqn: LEFT ( E= {1} over {2} CV^2 RIGHT )]은 (가)에서가 (나)에서보다 크다.

15. [출제의도] 전지의 기전력과 내부저항 자료해석하기

그래프의 기울기는 내부 저항값을 의미한다. [eqn: rmS_1]만 닫을 때 [eqn: r _{rmA} +r _{rm B} =3]Ω, [eqn: rmS_2]만 닫을 때 [eqn: r _{rm B} =2]Ω이므로 [eqn: r _{rm A}] : [eqn: r _{rm B}] = 1 : 2 이다.

16. 저항의 연결과 회로의 물리량 결론짓기

ㄱ. 회로가 좌우대칭이므로 a점과 b점의 전위는 같고, 가운데 저항에는 전류가 흐르지 않는다.

ㄴ, ㄷ. 위쪽 4개의 합성저항([eqn: 4R])이 아래쪽 2개의 합성저항([eqn: 2R])의 2배이고 병렬연결이므로 전류는 [eqn: I_{rm b}]가 [eqn: I_{rm a}]의 2배이고, 전체저항은 [eqn: {4} over {3} R]이다.

17. [출제의도] 자기장 속에서 대전 입자의 운동 탐구 수행하기

소금물 속의 양(+)이온과 음(-)이온들이 양극과 음극 사이에서 전기력을 받아 이동하므로, 움직이는 대전입자는 자기장 속에서 로렌츠의 힘을 받아 a방향으로 회전한다.

18. [출제의도] 자기장 속에서 대전 입자의 운동 문제인식하기

자기장 속에서 운동하는 대전입자는 로렌츠의 힘이 구심력의 역할을 하므로 [eqn: qvB = mv^2 over r]에 의해 [eqn: r = mv overqB]이므로 A와 B의 회전 반지름은 같고, 전하의 종류가 (-)이므로 회전방향은 반대이다.

19. [출제의도] 전자기파의 진행과 전파속력 자료 해석하기

ㄱ. 전자기파는 전기장의 진동 방향과 전자기파의 진행방향은 수직이다.

ㄴ. a는 파장이고 파장은 적외선이 자외선보다 길다.

ㄷ. 진공에서 전자기파의 속력은 광속으로 같다.

20. [출제의도] [eqn: R-C], [eqn: R-L] 교류회로에서 전류와 전압 및 소비전력 이해하기

ㄱ. 전류의 위상은 코일 양단에 걸리는 전압의 위상보다 90° 늦다.

ㄴ. 축전기와 코일의 소비전력은 0이다.

ㄷ. 용량 리액턴스 [eqn: X _{C} = {1} over {2pifC}] 에서 진동수 [eqn: f] 가 커지면 [eqn: X _{C}] 가 작아져 회로에 흐르는 전류가 증가하여 저항의 소비전력이 증가한다.