물리 II 정답

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

해 설

1. [출제의도] 변위, 이동거리, 평균속도의 개념을 이해한다.

ㄱ. 변위의 크기는 처음 위치와 나중 위치 사이의 직선거리이다. A는 곡선 운동을 하므로 변위의 크기는 이동거리보다 작다.
ㄴ. B는 등속 원운동을 하므로 가속도 운동이다.
ㄷ. B는 1시간동안 변위가 0이므로 평균속도의 크기가 0이다.

2. [출제의도] 공기의 저항이 작용할 때 중력장에서 위로 던져 올린 물체의 운동을 설명한다.

점선은 공기저항이 없을 때의 운동, 실선은 공기저항이 있을 때의 운동이다.
ㄱ. 위로 운동하는 동안 운동을 방해하는 방향(중력 방향)으로 공기 저항력이 작용하여 빠른 시간에 속력이 0이 된다. [eqn: t <t _{0}]
ㄴ. 낙하 높이가 작고 공기저항력이 작용하므로 지면 도달 속력이 작다.  [eqn: 그림에서~ v ' < v_0]
ㄷ. 합력(중력+공기 저항력)은 점점 작아지다가 최고점에서 중력과 같아진다. [eqn: 0에서~t 까지의~운동]

3. [출제의도] 구심력 측정 실험 과정을 이해한다.

구심력 측정 실험에서 고무마개가 실에 매달려 원뿔운동을 하게 될 때, 회전 반지름은 실 길이의 수평 성분(Lcosθ)이 되고, 고무마개의 구심력은 실의 장력(=추의 무게)의 수평 성분과 같아지게 된다.
식 [eqn: m( {2 pi } over {T} ) ^{2} Lcos theta =Mg`cos theta] 를 이용한다.
결국, [eqn: m( {2 pi } over {T} ) ^{2} L=Mg]과 식이 같아지게 되어 반지름 [eqn: L]로 수평면 상을 원운동하고 구심력이 [eqn: Mg]인 운동과 주기 계산이 같아지게 된다.

4. [출제의도] 탄성 충돌을 이해한다.

ㄱ. 질량이 같은 물체 B가 같은 높이만큼 올라갔으므로 탄성충돌이며 반발 계수가 1이다.
ㄴ,ㄷ. 질량이 같은 물체의 탄성충돌이므로 A는 충돌 후 정지하고, 역학적에너지의 합은 충돌 전 후 에 같다.

5. [출제의도] 인공 위성의 운동을 이해한다.

ㄱ. 만유인력이 작용한다.
ㄴ, ㄷ. 외력이 없을 때 만유인력장에서 역학적에너지는 보존되며, 궤도 운동 속력은 질량과 관계없고 궤도 반경에 의해서 좌우된다.  ‘구심력=만유인력’이고
[eqn: {mv ^{2}} over {R} =G {Mm} over {R ^{2}} ` -> `v= sqrt {{GM} over {R}}]에서 알 수 있다.

6. [출제의도] 기체가 하는 일을 설명한다.

열에너지가 공급되면, 기체의 분자운동이 활발하여 지고 실린더 벽에 미치는 압력이 증가하게 된다. 기체가 팽창하여 피스톤을 밀어 내고, 연결된 용수철이 압축되어 기체와 압력이 같아질 때 멈추어 평형을 이룬다.
ㄱ, ㄴ 기체의 압력과 부피가 증가하였으므로 이상기체 상태방정식([eqn: PV= nR T])을 보면 온도가 증가한다.
내부에너지의 변화 [eqn: ` DELTA U= { 3} over {2 } nR DELTA T] 이고, 온도가 증가하므로 내부에너지가 증가한다. [eqn: {1} over {2} m bar{v ^{2}} = {3} over {2} kT] 에서 기체 분자의 평균 분자운동 에너지는 증가한다.
ㄷ. 용수철이 압축되어 피스톤에 가해진 압력(탄성력/면적)만큼 이므로 [eqn: {kx} over {S}]증가하였다.

7. [출제의도] 중력장에서 수직 원운동과 역학적 에너지보존을 이해한다.

◦ 높이 [eqn: r]까지 오르기 위한 조건 :
탄성에너지=운동에너지=최고점위치에너지
[eqn: {1} over {2} kx ^{2} = 1over2 mv^2 =mgr]이고, [eqn: x PROPTO v ~, ~v= root2gr] 가 된다.
◦ 높이 2[eqn: r]까지 떨어지지 않고 돌기 위한 조건 :
최고점에서 물체의 중력은 원심력과 같고
([eqn: mg= {mv _{2} ^{2}} over {r}]), 물체의 바닥에서와 최고점에서 역학적에너지가 보존([eqn: {1} over {2} mv _{1} ^{2} =mg(2r)+ {1} over {2} mv _{2} ^{2}]) 된다.
바닥에서 운동에너지는 용수철의 탄성에너지와 같으므로, [eqn: {1} over {2`} mv _{1} ^{2} = {1} over {2} kx _{1} ^{2}] 관계를 이용하면, [eqn: v _{1} = sqrt {5gr}]이 되어 [eqn: v _{1`} = sqrt {{5} over {2}} v]가 되고, [eqn: x _{1} = sqrt {{5} over {2}} x]의 관계가 성립한다.

8. [출제의도] 평면상에서 물체의 분열 현상에 운동량 보존 법칙을 적용한다.

◦ x축 방향의 운동량 보존 : [eqn: mv = m over2 v' cos theta]
◦ y축 방향의 운동량 보존 : [eqn: 0= {m} over {2} v- {m} over {2} v prime sin theta]
두식을 각각 제곱하여 더하면 [eqn: v prime `= sqrt {5} v] 가 된다.

9. [출제의도] 압력과 부피 변화 관계 그래프를 해석한다.

ㄱ. [eqn: PV= nR T]에서 [eqn: PV]값이 B가 3배 크므로 온도가 3배 높다.
ㄴ. 등온과정은 ‘[eqn: PV=]일정’의 관계인데, [eqn: PV]값이 변하므로 등온과정이 아니다.
ㄷ. 삼각형 내부의 면적과 같다.

10. [출제의도] 쿨롱의 법칙, 전기장을 이해한다.

ㄱ. 전하의 부호가 반대이므로 인력이 작용한다.
ㄴ. 전기장 방향은 단위 (+)전하가 받는 전기력의 방향으로 P점에서는 왼쪽이다.
ㄷ. 전기장 세기는 거리의 제곱에 반비례하고, 점전하의 전하량 크기에 비례하므로 전하량이 작은 B에 가깝고, 전하량이 큰 A에 서 먼 지점인 B의 오른쪽에 있다. 따라서 점전하 B로부터 오른쪽으로 AB사이의 거리 2배되는 지점에서 전기장의 세기가 0이다.

11. [출제의도] 제시된 회로에서 미지의 저항을 계산한다.

ㄱ. 휘트스톤 브리지에서 검류계에 전류가 흐르지 않으면 검류계를 중심으로 대각선으로 곱한 저항 값은 서로 같다. 4×3=2×[eqn: R_{ x}],  [eqn: R_{ x}]=6(Ω)
ㄴ. 검류계에 전류가 흐르지 않을 때 두 지점의 전위는 같다.
ㄷ. 2Ω과 4Ω의 전압 강하가 같다.

12. [출제의도] 축전기의 연결, 전기용량을 이해한다.

ㄱ. 병렬연결이므로 A와 B의 전압은 같다.
ㄴ. [eqn: Q=CV] 이므로 용량이 큰 B의 전하량이 많다.
ㄷ. [eqn: E= {1} over {2} CV ^{2}] 저장된 에너지는 용량이 더 큰 C가 크다.

13. [출제의도] 자기장 내에서 운동하는 전하의 운동을 이해한다.

ㄱ. 플레밍의 왼손 법칙에 의해 P는 (+)전하, Q는 (-)전하로 대전되어 있음을 알 수 있다.
ㄴ. 구심력이 자기력의 크기와 같으므로 원운동하는 Q의 대전입자의 속도는 P의 2배이다.
[eqn: qvB= {mv ^{2}} over {r} ~~ -> ~~v= {Bqr} over {m} ~~ -> ~~`v ~ PROPTO ~ r]  구심력은 Q는 P의 2배이다.
ㄷ. [eqn: T= {2 pi r } over {v }] 주기는 같다.

14. [출제의도] RLC회로에서 임피던스, 전류, 소비전력을 구한다.

ㄱ. [eqn: Z= sqrt {R ^{2} +(X _{L} -X _{C} ) ^{2}}], [eqn: Z= sqrt {3 ^{2} +(20 -16) ^{2}}=5]

ㄴ. [eqn: I= {V} over {Z} = {100} over {5} =20]

ㄷ. 축전기나 코일에서  소비하는 전력은 0이다.

15. [출제의도] 전자기파의 특성과 발생을 이해한다.

ㄱ, ㄴ. 교류이므로 자기장과 전기장은 시간에 따라 변한다.

ㄷ. 전기장과 자기장은 서로 수직이다.

16. [출제의도] 원자 모형의 발전 과정에 대해 이해한다.

원자의 모형은 톰슨, 러더퍼드, 보어의 순서로 발전되며 제안되었다. 밀리컨은 기름방울 실험으로 전자의 전하량을 측정하였다.

17. [출제의도] 보어의 원자 모형을 수소 원자에 적용한다.

그림 (가)는 n=2, n=3 일 때 전자 궤도 모습이다.

따라서, 그림 (나)에서 필요한 에너지는 (-1.5) -(-3.4)=1.9(eV)가 된다.

18. [출제의도] 방사성 원소의 붕괴 과정을 이해하고 동위원소를 구분한다.

ㄱ. [eqn: alpha 선]의 본질은 헬륨 원자핵이다.
ㄴ. [eqn: beta선]은 핵 속에서 전자가 방출되는 것이다.
ㄷ. A 원자를 [eqn: {} _{z} ^{A} X](A, Z는 각각 질량수, 원자번호)라 하면
이고, [eqn: {} _{z} ^{A} X]와 [eqn: {} _{z} ^{A-4} X]는 원자번호 같고 질량수가 다르므로 동위원소이다.

[eqn: {} _{z} ^{A} X]

[eqn: {} _{z+1} ^{A} X]

[eqn: {} _{z-1} ^{A-4} X]

[eqn: {} _{z} ^{A-4} X]

[eqn: alpha 선]

[eqn: beta선]

[eqn: beta선]

19. [출제의도] 밀리컨 기름 방울 실험을 적용한다.

ㄱ. 중력과 전기력이 반대 방향으로 작용하므로 (-)전하를 띤다.
ㄴ. 중력과 전기력이 평형을 이룬다. [eqn: mg= q V overd]
ㄷ. 기름 방울이 띠는 전하량은 전자 전하량의 정수배를 가진다.

20. [출제의도] 핵자의 발견과 핵반응식을 설명한다.

[eqn: rm _{7} ^{14} N~~+~~ _{2} ^{4} He~~ -> ~~ _{8} ^{17} O~~+~~_{1} ^{1} H]
[eqn: rm _{4} ^{9} Be~~+~~ _{2} ^{4} He~~ -> ~~ _{6} ^{12} C~~+~~_{0} ^{1} n]