수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2007-09-06)

수능(물리II)
(2007-09-06 기출문제)

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1. 다음은 동일 직선상에서 운동하고 있는 물체 A, B, C에 대한 설명이다.

A, B, C의 운동을 가장 적절하게 나타낸 것을 <보기>에서 고른 것은? (순서대로 A, B, C)

  1. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄷ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄱ
  5. ㄷ, ㄱ, ㄴ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 A, B, C의 운동을 나타내는 그래프를 보면, A는 등속운동을 하고 있으며, B는 가속운동을 하고 있고, C는 등가속도 운동을 하고 있다. 따라서, A는 일정한 속도로 운동하고 있으므로 그래프에서 직선으로 나타난다. B는 가속도가 존재하므로 그래프에서 곡선으로 나타난다. C는 등가속도 운동을 하고 있으므로 그래프에서 처음에는 곡선으로 나타나다가 나중에는 직선으로 나타난다. 따라서, 보기에서는 A는 직선, B는 곡선, C는 곡선에서 직선으로 변하는 순서로 나타내어져 있으므로 "ㄱ, ㄷ, ㄴ"이 정답이다.
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2. 그림과 같이 일정한 각속도로 회전하는 원판의 중심축으로부터 각각 2m, 3m 떨어진 곳에 고정되어 있는 의자에 철수와 영희가 앉아 있다. 철수와 영희의 질량은 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"은 철수와 영희가 회전하는 원판 위에서 중심축으로부터 떨어진 거리가 다르기 때문에 발생하는 관성 모멘트의 차이로 인해 철수와 영희의 회전속도가 다르게 되어 발생하는 현상을 설명하고 있습니다. "ㄷ"는 철수와 영희의 질량이 같기 때문에 중심축으로부터 동일한 거리에 위치해 있어도 발생하는 관성 모멘트가 같아서 회전속도가 동일하게 유지되는 현상을 설명하고 있습니다.
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3. 그림과 같이 x방향의 일정한 속도로 진행하고 있는 고래 모양차의 꼬리 위에서 철수가 공을 가만히 놓은 것을 차 밖에 정지해 있는 민수가 관찰하였다.

공이 떨어지는 동안 민수에 대한 공의 속도의 x성분과 y성분을 시간에 따라 나타낸 것으로 가장 적절한 것을 <보기>에서 고른 것은? (단, 공기 저항은 무시한다.) (순서대로 x성분, y성분)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄱ
  4. ㄷ, ㄱ
  5. ㄷ, ㄴ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄷ, ㄱ"이다.

    이유는 다음과 같다.

    먼저, 공이 떨어지는 동안 x방향으로는 속도가 일정하게 유지된다. 이는 고래 모양차가 x방향으로 일정한 속도로 진행하고 있기 때문이다. 따라서 x성분의 속도는 일정하게 유지된다.

    그러나 y방향으로는 중력의 영향을 받아 가속도가 발생하게 된다. 따라서 y성분의 속도는 시간에 따라 점점 증가하게 된다.

    따라서 가장 적절한 보기는 "ㄷ, ㄱ"이다.
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4. 그림 (가)와 같은 언덕에서 운동 선수가 A지점에서 0초일때 출발하여 B지점을 거쳐 C지점에 60초일 때 도착하였다. 그림 (나)는 이 운동 선수의 속도의 수직 방향 성분을 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"은 운동 선수가 A지점에서 출발하여 B지점을 지날 때까지는 가속도가 양수이고, B지점 이후에는 가속도가 음수인 것을 나타내므로 옳다. "ㄷ"는 운동 선수가 C지점에 도착할 때 속도가 0이므로 가속도가 0인 지점이라는 것을 나타내므로 옳다. 따라서 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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5. 다음은 영희가 태양과 행성 사이에 작용하는 만유인력 공식을 유도하는 계산 과정의 일부이다. 행성의 질량 m, 속력은 v, 공전 궤도 반지름은 r이다.

계산 과정에서 영희가 사용한 가정을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 영희가 사용한 가정은 "ㄱ, ㄴ"이다.

    가정 "ㄱ"은 행성과 태양 사이의 거리가 일정하다는 것이다. 이는 태양계에서 행성들이 태양 주위를 공전할 때 거리가 일정하게 유지되는 것을 관측할 수 있기 때문이다.

    가정 "ㄴ"은 행성의 속력이 공전 궤도에서 일정하다는 것이다. 이는 행성이 태양 주위를 공전할 때 일정한 속력으로 움직인다는 것을 관측할 수 있기 때문이다.

    따라서, 이 두 가정을 바탕으로 만유인력 공식을 유도할 수 있다.
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6. 그림 (가)와 같이 동일한 용수철에 연결된 물체 A, B를 각각 L, 2L만큼 당겼다가 가만히 놓았더니 각각 단진동하였다. 그림 (나)는 A, B의 변위를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, A, B와 수평면 사이의 마찰, 용수철 질량 및 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - A, B의 진동 주기는 각각 L, 2L이므로 주파수는 A가 B보다 2배 높다.
    - 그림 (나)에서 A, B의 진폭은 각각 L, 2L이므로 A의 진폭이 B의 진폭의 절반보다 작다.
    - 따라서 A의 진폭이 작아서 B의 진폭에 영향을 미치지 않고, A와 B는 서로 독립적으로 단진동한다.
    - 따라서 그림 (나)에서 A와 B의 운동은 각각 sin 함수와 cos 함수로 나타낼 수 있다.
    - 따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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7. 그림 (가)는 1몰의 단원자 분자 이상기체가 절대 온도 T인 상태에 있는 모습을 나타낸 것이다. (가)의 이상기체에 열을 가했더니 그림 (나)와 같이 이상기체의 부피가 2배가 되었다. 이 과정에서 외부로의 열 손실은 없다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 기체상수는 R이고, 대기압은 일정하며, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (가)에서의 상태는 이상기체의 상태방정식을 이용하여 PV=nRT로 나타낼 수 있다.
    - (나)에서 부피가 2배가 되었으므로, V' = 2V 이다.
    - 이때, 외부로의 열 손실이 없으므로, 열역학 제1법칙에 의해 Q = 0 이다.
    - 이를 이용하여 이상기체의 상태방정식을 다시 쓰면, P'V' = nRT 이다.
    - V' = 2V 이므로, P' = P/2 이다.
    - 따라서, (ㄱ)은 부피가 2배가 되면 압력이 절반으로 감소한다는 가스법칙에 대한 설명이다.
    - (ㄴ)은 이상기체의 상태방정식에서 PV=nRT이므로, P와 V가 반비례 관계에 있음을 나타낸다. 따라서, 부피가 2배가 되면 압력이 절반으로 감소한다는 것을 (ㄱ)에서 보였으므로, (ㄴ)도 옳은 설명이다.
    - 따라서, 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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8. 그림은 일정량의 이상기체의 상태가 A→B→C의 과정을 따라 변할 때 압력과 부피의 관계를 나타낸 것이다. A에서의 온도 T1은 B, C에서의 온도 T2보다 낮다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 모두 맞는 설명은 "ㄱ, ㄴ"이다.
    - A에서 B로 가는 과정에서 압력은 일정하게 유지되고 부피가 감소하므로, 이는 등압감량과정이다.
    - B에서 C로 가는 과정에서 부피는 일정하게 유지되고 압력이 증가하므로, 이는 등부피증압과정이다.
    따라서, 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 모두 맞는 설명이다.
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9. 그림과 같이 저항, 축전기, 전지, 스위치를 이용하여 회로를 구성하였다.

스위치를 닫아 축전기가 완전히 충전되었을 때 이 축전기에 충전된 전하량은? (단, 전지의 내부 저항은 무시한다.) [3점]

  1. 0.3 × 10-5C
  2. 0.6 × 10-5C
  3. 1.2 × 10-5C
  4. 1.5 × 10-5C
  5. 1.8 × 10-5C
(정답률: 알수없음)
  • 축전기에 충전된 전하량은 전하량 보존 법칙에 따라 축전기에 충전된 전하량과 전지에서 공급된 전하량이 같다. 따라서, 축전기에 충전된 전하량을 구하기 위해서는 전지에서 축전기로 공급된 전하량을 구해야 한다.

    전지에서 축전기로 공급된 전하량은 $Q = CV$ 로 구할 수 있다. 여기서 $C$는 축전기의 용량이고, $V$는 전지의 전압이다. 전지의 전압은 6V이고, 축전기의 용량은 $C = frac{Q}{V}$ 이므로, $Q = CV = frac{1}{2} times 10^{-6} text{C}$ 이다.

    따라서, 축전기에 충전된 전하량은 $1.2 times 10^{-5} text{C}$ 이다.
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10. 그림과 같이 대전된 입자가 균일한 전기장과 균일한 중력장 영역에서 일정한 속도로 A, B 지점을 통과하여 운동하고 있다. 전기장과 중력장의 방향은 -y 방향이고, 입자는 xy평면에서 운동한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 공기 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 입자는 일정한 속도로 운동하므로 운동에너지는 일정하다.
    - 전기장과 중력장이 모두 -y 방향이므로 입자에 작용하는 힘은 y 방향으로만 작용한다.
    - 전기장과 중력장이 모두 균일하므로 입자에 작용하는 힘은 일정하다.
    - 따라서 입자는 등속 운동을 하며 y 방향으로 일정한 가속도를 가진 등가속도 운동을 한다.
    - 이에 대한 운동방정식을 세우면 y 방향으로의 이동거리는 시간의 제곱에 비례한다.
    - 따라서 A, B 지점을 지날 때 입자의 y 좌표는 같다.
    - 하지만 x 좌표는 A, B 지점에서의 입자의 속도가 다르므로 다르다.
    - 따라서 보기 중 "ㄱ"이 옳다.
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11. 그림과 같이 저항과 전지를 이용하여 회로를 구성하였다. 저항 R1, R2, R3에 흐르는 전류의 세기는 각각 I1, I2, I3이다.

이 회로에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 전지의 내부 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 것은 "ㄱ, ㄷ"이다.

    ㄱ. 전류의 크기는 전압에 비례한다.
    - 오옴의 법칙에 따라 전압과 저항의 곱이 전류를 나타내는데, 전압이 같으면 저항이 작을수록 전류가 커진다.

    ㄴ. R1과 R2에 흐르는 전류의 크기는 같다.
    - R1과 R2는 병렬로 연결되어 있으므로, 전압이 같으면 저항이 작은 R2를 통해 더 많은 전류가 흐르게 된다. 따라서 R1과 R2에 흐르는 전류의 크기는 같다.

    ㄷ. R3에 흐르는 전류의 크기는 I1과 I2의 합과 같다.
    - R1과 R2에 흐르는 전류의 크기가 같으므로, 이들의 합인 I1+I2가 R3에 흐르는 전류의 크기와 같다.
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12. 그림과 같이 저항값이 R인 저항, 자체유도계수가 L인 코일, 전기용량이 C인 축전기를 이용하여 (가), (나), (다)의 회로를 구성하였다. (가), (나), (다)에서 교류 전원의 진동수는 이고, 전압의 실효값은 V이다.

(가), (나), (다)에서의 임피던스를 각각 Z, Z, Z라고 할 때, 이를 바르게 비교한 것은?

  1. Z > Z > Z
  2. Z > Z = Z
  3. Z = Z > Z
  4. Z > Z > Z
  5. Z > Z > Z
(정답률: 알수없음)
  • (가) 회로에서 임피던스는 Z = R + jXL = R + jωL 이다. (나) 회로에서는 Z = R + 1/(jωC) = R - j/(ωC) 이다. (다) 회로에서는 Z = R + jXC = R - j/(ωC) 이다. 여기서 XL, XC는 각각 코일과 축전기의 반응성이다.

    따라서 Z = Z > Z 이다. 이유는 (가) 회로에서는 코일의 반응성이 크기 때문에 임피던스가 크고, (나)와 (다) 회로에서는 축전기의 반응성이 크기 때문에 임피던스가 작아진다. 그리고 (나)와 (다) 회로에서는 축전기의 반응성이 같기 때문에 임피던스도 같아진다.
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13. 그림과 같이 종이면에 수직으로 들어가는 방향의 자기장 B1인 영역에 대전된 입자가 입사하여 반지름 r1인 원궤도를 따라 운동한 후, 자기장 B2인 영역에 입사하여 반지름 r2인 원궤도를 따라 운동하였다. B1, B2는 각각 균일하고, r1은 r2보다 작다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 운동하는 동안 대전된 입자는 동일 평면에서 움직였고, 중력의 영향과 전자기파의 발생은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ. 입자는 B1 영역에서 운동할 때, 자기장 방향에 수직한 방향으로 가속되며, B2 영역에서는 자기장 방향과 평행한 방향으로 운동하게 된다.
    - ㄷ. 입자의 운동 반경이 작아지면서, 입자의 속도는 증가하게 된다. 이는 보존력인 로렌츠 힘에 의한 것으로, 로렌츠 힘은 입자의 전하와 속도, 자기장의 세기와 방향에 의해 결정된다.
    - ㄴ. 입자의 운동은 자기장의 세기와 방향에 따라 결정되며, 이는 입자의 운동 반경과 속도에 영향을 미친다. 따라서 B1과 B2의 자기장이 다르므로, 입자의 운동 반경과 속도도 달라지게 된다.
    따라서, 모든 보기가 옳은 것은 아니며, 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 이다.
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14. 다음은 세 가지 원자 모형의 중요한 특징에 대하여 설명한 것이다.

(가), (나), (다)의 모형을 제안한 물리학자는? (순서대로 가, 나, 다)

  1. 리더퍼드, 톰슨, 보어
  2. 보어, 리더퍼스, 톰슨
  3. 보어, 톰슨, 리더퍼스
  4. 톰슨, 보어, 리더퍼스
  5. 톰슨, 리더퍼스, 보어
(정답률: 알수없음)
  • 가) 리더퍼드 모형: 전자가 원자 중심 주변을 타원 궤도를 따라 회전하는 것을 제안한 모형. 리더퍼드가 제안함.
    나) 톰슨 모형: 전자가 양성자로 이루어진 구 안에 분포되어 있다는 모형. 톰슨이 제안함.
    다) 보어 모형: 전자가 원자 중심 주변을 고정된 궤도를 따라 돌고 있으며, 이 궤도는 에너지 준위에 따라 결정된다는 모형. 보어가 제안함.

    따라서 정답은 "리더퍼드, 톰슨, 보어" 이다.
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15. 다음은 a입자를 질소 원자핵에 충돌시켰을 때 산소의 동위 원소 원자핵과 양성자가 생성되는 것을 나타내는 핵 반응식이다.

충돌 전후에 보존되는 양을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보존되는 양은 질량과 전하량입니다.

    - 질량 보존 법칙에 따르면, 반응 전후의 총 질량은 변하지 않습니다. 따라서, a입자와 질소 원자핵의 질량과 산소의 동위 원소 원자핵과 양성자의 질량의 합은 반응 전후로 동일합니다. 따라서, "ㄱ"이 보존되는 양입니다.
    - 전하량 보존 법칙에 따르면, 반응 전후의 총 전하량은 변하지 않습니다. 따라서, a입자와 질소 원자핵의 전하량과 산소의 동위 원소 원자핵과 양성자의 전하량의 합은 반응 전후로 동일합니다. 따라서, "ㄴ"이 보존되는 양입니다.
    - 따라서, "ㄱ, ㄴ"이 보존되는 양입니다. 하지만, "ㄷ"는 보존되는 양이 아닙니다.
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16. 그림은 음식을 가열할 때 이용되는 마이크로파에 대해 철수, 영희, 민수가 대화하는 것을 나타낸 것이다.

옳게 말한 사람을 모두 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 철수, 영희
  4. 철수, 민수
  5. 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "철수, 영희"이다.

    철수가 말한 "마이크로파는 음식 안으로 들어가서 가열시키는 것이다"는 말은 옳다. 마이크로파는 전자기파를 이용하여 음식 안으로 들어가서 분자를 진동시켜 열을 발생시키기 때문이다.

    영희가 말한 "마이크로파는 전자파를 이용하여 음식을 가열시키는 것이다"는 말도 맞다. 마이크로파는 전자기파를 이용하여 음식을 가열시키는데, 이는 철수가 말한 것과 같은 내용이다.

    민수가 말한 "마이크로파는 음식을 가열시키는 것이 아니라, 음식 안으로 들어가서 가열시키는 것이다"는 말은 틀리다. 마이크로파는 전자기파를 이용하여 음식 안으로 들어가서 분자를 진동시켜 열을 발생시키기 때문에, 음식을 가열시키는 것과 동시에 음식 안으로 들어가서 가열시키는 것이다.
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17. 다음은 어떤 역사적인 발견에 대해 설명한 글이다.

(가)와 (나)에 들어갈 것으로 옳은 것은? (순서대로 가, 나)

  1. a선, 중성자
  2. 음극선, 양성자
  3. 음극선, 전자
  4. X선, 양성자
  5. X선, 전자
(정답률: 알수없음)
  • 이 발견은 (가) 음극선과 (나) 전자에 관한 것이다.

    음극선은 전기장이 가해지면 음극에서 발생하는 전자를 가속시켜 양극으로 이동시키는 선이다. 이때 전자는 음극선을 따라 이동하며, 이러한 전자를 우리는 전자선이라고 부른다.

    따라서 이 발견은 음극선과 전자의 관계를 밝힌 것으로, 전자의 존재와 성질을 이해하는 데 큰 역할을 하였다.
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18. 그림은 마찰이 없는 수평면 위에서 물체 A가 정지해 있는 물체 B를 향해 6m/s의 속력으로 운동하는 것을 나타낸 것이다. A와 B가 정면 충돌한후, B는 마찰이 없는 면에서 운동하다가 마찰이 있는 면으로 들어간다. B는 경계선을 지난 순간부터 1초 후 경계선으로부터 2m 떨어진 지점을 통과한다. 마찰이 있는 면과 B사이의 운동마찰계수는 0.2이다.

A와 B 사이의 반발계수는? (단, 중력가속도는 10m/s2이며, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. 0.1
  2. 0.2
  3. 0.4
  4. 0.5
  5. 0.6
(정답률: 알수없음)
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19. 그림은 수소 원자의 전자가 양자수 n=3인 상태에서 n=2인 상태로 n=2인 상태에서 n=1인 상태로 전이하면서 파장이 각각 λ1, λ2인 빛을 방출하는 것을 보어의 원자 모형에 따라 모식적으로 나타낸 것이다. 전자의 에너지는 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 모두 옳은 것은 "ㄴ, ㄷ"이다.
    - λ1은 n=3에서 n=2로 전이할 때 방출되는 빛의 파장이고, λ2는 n=2에서 n=1로 전이할 때 방출되는 빛의 파장이다.
    - 전자의 에너지는 전자의 위치에 따라 결정되는데, n=3일 때의 에너지가 n=2일 때의 에너지보다 높으므로 전자가 n=3에서 n=2로 전이할 때 에너지가 방출되고, n=2일 때의 에너지가 n=1일 때의 에너지보다 높으므로 전자가 n=2에서 n=1로 전이할 때도 에너지가 방출된다.
    - 전자가 전이할 때 방출되는 빛의 파장은 전자의 에너지 차이에 의해 결정되는데, 이는 빛의 주파수와 직접적으로 관련이 있다. 따라서 λ1과 λ2는 전자의 에너지 차이에 따라 결정된다.
    - 전자의 에너지는 전자의 위치에 따라 결정되는데, n=3일 때의 에너지가 n=2일 때의 에너지보다 높으므로 전자가 n=3에서 n=2로 전이할 때 에너지가 방출되고, n=2일 때의 에너지가 n=1일 때의 에너지보다 높으므로 전자가 n=2에서 n=1로 전이할 때도 에너지가 방출된다. 따라서 "ㄴ, ㄷ"이 모두 옳은 것이다.
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20. 그림과 같이 세기가 B인 균일한 자기장이 중력장과 같은 방향으로 있는 영역에서 양(+)으로 대전된 물체가 실에 매달린 채 각속도 ω로 등속 원운동한다. 물체의 전하량은 q이고, 질량은 m이다. 실이 연직 방향과 이루는 각도는 θ이고, 물체의 천장에서 볼 때 시계방향으로 운동한다.

물체의 원궤도 반지름 r는? (단, 중력가속도는 g이고 공기저항과 전자기파의 발생은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 물체에 작용하는 힘은 전자기력과 중력이다. 이 두 힘의 합력이 방향을 바꾸지 않고 물체를 원운동시키므로, 전자기력과 중력이 서로 상쇄된다. 따라서 전자기력과 중력이 같은 크기를 가진다. 전자기력은 F = qvBsinθ, 중력은 F = mg이므로, qvBsinθ = mg이다. 또한, 원운동에서 운동방향과 수직인 방향의 가속도는 v²/r이므로, qvBcosθ = mv²/r이다. 이 두 식을 풀면 r = mv/qBsinθ이다. 따라서 정답은 ""이다.
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