물리 Ⅱ 정답

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

물리 Ⅱ 해설

1. [출제의도] 속력과 속도 개념 이해하기

방향이 변하는 운동이므로 이동 거리는 변위의 크기보다, 평균 속력은 평균 속도의 크기보다 크며, 가속도 운동이다.

2. [출제의도] 포물선 운동 이해하기

ㄱ. 작용하는 힘은 중력뿐이므로 질량이 같은 물체에 작용하는 힘의 크기는 같다.

ㄴ. 최고점의 높이는 [eqn: {v ^{2} `sin ^{2} theta } over {2g}]이므로 속력이 2배인 (가)에서가 (나)에서의 4배이다.

ㄷ. 지면에 도달할 때까지 걸린 시간은 [eqn: {2v`sin theta } over {g}]이므로 속력이 큰 (가)에서가 더 크다.

3. [출제의도] 등속 원운동 적용하기

A와 막대가 이루는 각, B의 길이, 각속도를 각각 [eqn: theta ,`l,` omega]라 하면, [eqn: omega]가 최솟값을 가질 때 [eqn: mg rm tan theta it] [eqn: it =ml omega ^{2}]이므로 [eqn: omega =][eqn: sqrt {{g} over {l} rm tan theta it} = sqrt {{g} over {d}}]이다.

4. [출제의도] 평면상의 탄성 충돌 적용하기

물체의 질량과 충돌 후 A의 운동량을 각각 [eqn: m,``p] 라 하고 운동량 보존 법칙을 적용하면, (가), (나)에서 충돌 후 [eqn: p] 의 크기는 각각 [eqn: mv rm `cos45 DEG], [eqn: mv`cos60 DEG]이다. [eqn: K]=[eqn: {p ^{ 2} } over {2m}] 이므로 [eqn: {K_{rm2 }} over {K_{rm1}}= { 1} over {2 }]이다.

5. [출제의도] 관성력 적용하기

ㄱ. A에 작용하는 자기력이 중력보다 큰데 용수철이 늘어나 있으므로 엘리베이터의 가속도는 연직 위 방향이다.

ㄴ. A에 작용하는 알짜힘은 0이고, 연직 위로 작용하는 탄성력과 자기력의 합이 연직 아래로 작용하는 중력보다 더 크므로 탄성력과 관성력의 방향은 반대이다.

ㄷ. B에 작용하는 알짜힘이 연직 위가 되기 위해서는 바닥이 B에 작용하는 힘이 B에 작용하는 중력과 자기력의 합보다 더 커야한다.

6. [출제의도] 단진동과 역학적 에너지 적용하기

ㄱ. [eqn: T=2 pi sqrt {{m} over {k}}]에서 질량은 B가 A의 4배이다.

ㄴ. 진폭과 최대 속도를 각각 [eqn: A,`v] 라 할 때, [eqn: {1} over {2} kA ^{2}]=[eqn: {1} over {2} mv ^{2}]에서 [eqn: A=v sqrt {{m} over {k}}]이므로 진폭은 같다.

ㄷ. 가속도의 최댓값을 [eqn: a _{rm m it}]이라하면 [eqn: ma _{rm m it} =kA] 에서 [eqn: a _{rmm}]=[eqn: {kA} over {m}] 이므로 [eqn: a _{rm m it}]은 A가 B의 4배이다.

7. [출제의도] 열용량의 개념 이해하기

[eqn: 열량=(열용량) TIMES (온도`변화)]이고, 열량보존 법칙을 적용하면 열용량∝[eqn: {물의``온도`변화} over {물체의```온도`변화}]이므로 열용량은 C > B > A 순이다.

8. [출제의도] [eqn: P-V] 그래프 분석하기

Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ은 각각 등온, 정압, 정적 과정이다.

ㄱ. 열역학 제 1 법칙([eqn: Q= DELTA U+W])을 적용하면 [eqn: Q=W] (그래프 아래 면적)이다.

ㄴ.  [eqn: Q= {3} over {2} nRT+P DELTA V= {5} over {2} nRT] 이다.

ㄷ. Ⅲ에서 [eqn: Q= DELTA U= {3} over {2} nRT] 이고, Ⅰ에서 [eqn: Q=W`<nRT] (Ⅱ의 그래프 아래 면적)이므로 흡수한 열량은 Ⅰ에서가 Ⅲ에서보다 작다.

9. [출제의도] 열역학 법칙 적용하기

ㄱ. (나)에서는 전기력(인력)이 더 작용하므로 [eqn: d<d _{0}]이다.

ㄴ.  단열 압축 과정이므로 온도는 증가한다.

ㄷ.  피스톤에 작용하는 전기력을 [eqn: `f]라 할 때, [eqn: P _{0}]는 대기압과 같고 (나)에서 [eqn: P _{0} `S`+f`=P`S] 이므로 [eqn: f=S`(P-P _{0} )]이다.

10. [출제의도] 대전 입자의 운동 분석하기

ㄱ. (가), (나)에서 등속, 등가속도 운동하므로 전기장의 방향은 각각 [eqn: +y], [eqn: +x] 방향이다. 따라서 B의 전위는 A보다 높고, D의 전위는 C보다 낮으므로 D의 전위는 B보다 낮다.

ㄴ. (가)에서 [eqn: qE _{1}]은 중력과 같고, (나)에서 중력 방향으로 [eqn: d] 만큼 이동하는 동안 전기장 방향으로 [eqn: 2d] 만큼 이동하므로 [eqn: s= {1} over {2} at ^{2}]에서 [eqn: qE _{2}]는 중력의 2배이다. 따라서 [eqn: E _{2} =2E _{1}]이다.

ㄷ. 중력과 전기력이 한 일의 합이 운동 에너지 변화량 [eqn: E _{rmK}] 와 같으므로 [eqn: E _{rmK it} =mgd+qE _{2} (2d)]  [eqn: = {1} over {2} qE _{2} d`+2qE _{2} d`=] [eqn: {5} over {2} qE _{2} d]이다.

11. [출제의도] 대전된 축전기의 연결 이해하기

스위치를 닫으면 A, B의 전위차가 같아질 때까지 전하의 재분포가 일어난다. 충전된 전하량은 [eqn: Q=CV] 이므로 [eqn: Q _{rm A it} `:`Q _{rm B it} =3:1]이다. 스위치를 닫기 전 ․ 후 전하량의 합은 일정하므로 [eqn: Q=][eqn: (`3C-C)`V][eqn: =(3C+C)V _{rmB}]에서 [eqn: V _{rm B it} = {1} over {2} V]이다.

12. [출제의도] 축전기의 전기 용량과 연결 적용하기

ㄱ. [eqn: C= epsilon {S} over {d}]에서 A, B, C의 전기 용량의 비는   2 : 1 : 3이다. 스위치를 닫은 후 병렬 연결된 축전기 A, B의 합성 전기용량과 C의 전기용량이 같으므로 A, C의 전압은 같다.

ㄴ. 전체 전압을 [eqn: V]라 할 때 스위치를 닫기 전 ․ 후 B에 걸린 전압은 각각 [eqn: {3} over {4} V], [eqn: {1} over {2} V]이므로  [eqn: Q=CV]에서 B에 충전된 전하량은 [eqn: {2} over {3} Q]이다.

ㄷ. 저장된 에너지 [eqn: E= {1} over {2} CV ^{2}]이고, 스위치를 닫기 전․후 C에 걸린 전압은 각각 [eqn: {1} over {4} V], [eqn: {1} over {2} V]이므로 스위치를 닫은 후 C에 저장된 에너지는 4배가 된다.

13. [출제의도] 파동의 표현 이해하기

ㄱ. A, B의 최대 변위가 같으므로 진폭은 같다.

ㄴ. 마루 사이의 거리가 2배인 B의 파장이 A의 2배이다.

ㄷ. [eqn: v=f lambda]에서 진동수가 같으므로 속력은 B가 A의 2배이다.

14. [출제의도] 전자기 유도 현상 적용하기

ㄱ. 회전시키는 순간 전류의 방향이 (+)값이므로 Ⅰ의 자기장은 [eqn: xy]평면에 수직으로 들어가는 방향이다.

ㄴ. 유도 기전력 [eqn: V= {DELTA PHI } over {DELTA t} =B _{0} {DELTA S} over {DELTA t} =][eqn: B _{0} {(1/2)r ^{2} omega DELTA t} over {DELTA t}]  [eqn: = {1} over {2} r ^{2} omega B _{0}]이므로 [eqn: I _{0} = {V} over {R} = {r ^{2} omega B _{0}} over {2R}]이다.

ㄷ. Ⅱ와 Ⅰ의 자기장 방향이 같아져도 전류의 방향만 바뀔 뿐 세기 [eqn: I _{0}]은 변하지 않는다.

15. [출제의도] [eqn: RLC] 회로 이해하기

ㄱ. [eqn: X _{L} =X _{C}] 이므로 회로의 임피던스 [eqn: Z=] [eqn: sqrt {R ^{2} +(X _{L} -X _{C} )} =R]이다.

ㄴ. [eqn: L]과 [eqn: C]에 걸리는 전압의 합이 0이므로 [eqn: R]에 걸리는 전압(전원의 전압)의 최댓값은 [eqn: V]이다.

ㄷ. 교류 전원의 진동수는 회로의 고유 진동수와 같으므로 [eqn: f]=[eqn: {1} over {2 pi sqrt {LC}}]이다.

16. [출제의도] 소리의 간섭 현상 이해하기

ㄱ. 보강 간섭이 일어나는 지점에서는 소리가 크게 들린다.

ㄴ. 상쇄 간섭은 경로차가 [eqn: {lambda } over {2}]의 홀수 배일 때 생긴다.

ㄷ. 보강과 상쇄 간섭이 생기는 점 사이의 거리는 [eqn: d]가 작을수록 [eqn: lambda]가 클수록 크다.

17. [출제의도] 구면 거울에 의한 상 이해하기

물체와 같은 위치에 도립 실상이 생겼으므로 오목 거울이고, 물체가 초점과 구심 사이에 있으면 확대된 상이, 초점 밖에 있을 때는 실상이 생긴다.

18. [출제의도] 레이저 원리 이해하기

에너지 준위 차이가 클수록 진동수가 크므로 [eqn: f _{1} <f _{2}]이다. [eqn: f _{3}]은 [eqn: f _{2}]에 의해 유도 방출된 빛이므로 [eqn: f _{2} =f _{3}]이고, 위상은 같으며 중첩되면서 증폭된다.

19. [출제의도] 도플러 효과 적용하기

ㄱ, ㄴ. 다가오는 음원의 파장은 정지 상태의 파장 [eqn: {v _{0}} over {f _{0}}]보다 작고, 음원이 다가오는 속력이 일정하므로 민수와 철수가 측정한 파장은 같다.

ㄷ. 음원에 대한 상대 속도가 큰 민수가 측정한 진동수가 더 크다.

20. [출제의도] 로렌츠 힘 적용하기

전기장에서 가속도를 [eqn: a]라 하면, [eqn: 2as=v^2 -v_0^2]에서

[eqn: 2ar=0-({v_0 overroot2})^2],  [eqn: therefore a=- v_0^2 over4r]이므로

[eqn: t _{1} = {DELTA v} over {a} = {-v _{0} `sin45°} over {a} = {2 sqrt {2} r} over {v _{0}}]이다.

자기장 영역에서는 [eqn: v_0 cos45 °]의 속력으로 입사하여 반지름 [eqn: r]로 등속원운동 하므로

[eqn: 1overroot2 v_0 ·t_2 = pi over3 ·r],  [eqn: therefore t_2 = {root2 pi r} over3v_0]이다.

그러므로 [eqn: {t _{2}} over {t _{1}} = {pi } over {6}]이다.