수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2012-06-07)

수능(물리II) 2012-06-07 필기 기출문제 해설

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수능(물리II)
(2012-06-07 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림과 같이 철수와 영희가 점 P에서 동시에 출발하여 다른 경로를 따라 운동한 후, 점 Q에 동시에 도착한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 변위, 이동 거리, 평균 속력의 개념을 구분하는 문제입니다.
    ㄱ. 철수는 곡선 경로를 따라 이동했으므로, 실제 이동한 거리(경로 길이)는 직선 거리인 변위의 크기보다 항상 큽니다.
    ㄴ. 변위는 경로와 상관없이 출발점 P에서 도착점 Q까지의 직선 거리와 방향으로 정의됩니다. 철수와 영희 모두 P에서 Q로 이동했으므로 변위는 같습니다.
    ㄷ. 평균 속력은 (총 이동 거리) / (걸린 시간)입니다. 두 사람이 동시에 출발하여 동시에 도착했지만, 철수가 이동한 거리가 영희보다 훨씬 길기 때문에 평균 속력은 철수가 더 빠릅니다.
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2. 그림은 일정한 속도로 연직 위로 올라가고 있는 기구에서 물체를 가만히 놓는 모습을 나타낸 것이다.

물체를 가만히 놓은 순간부터 지면에 도달할 때까지 이 물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 물체를 놓는 순간 물체는 기구의 속도를 초기 속도로 가지며, 이후에는 오직 중력만이 작용합니다.
    중력은 크기와 방향이 일정하므로 물체는 등가속도 운동을 하며 힘의 방향은 항상 연직 아래 방향으로 일정합니다.

    오답 노트
    물체의 역학적 에너지 : 공기 저항이 없으므로 중력만이 한 일을 통해 역학적 에너지는 보존됩니다.
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3. 그림과 같이 놀이 기구에 탄 철수와 영희가 같은 주기로 등속 원운동을 하고 있다.

철수와 영희의 운동에 대한 물리량 중 서로 같은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 동일한 원판 위에서 함께 회전하는 철수와 영희는 회전 중심에 대해 각속도가 동일합니다. 하지만 회전 반지름이 다르므로, 선속력 $v = r\omega$와 구심 가속도 $a = r\omega^2$는 반지름 $r$에 비례하여 서로 다르게 나타납니다. 따라서 서로 같은 물리량은 각속도뿐입니다.
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4. 그림은 충돌 전후 일직선 상에서 각각 등속도 운동을 하는 물체 A, B를 나타낸 것이다. A와 B 사이의 반발 계수는 1/2이다.

A, B의 질량을 각각 mA, mB라 할 때, mA : mB 는?

  1. 3 : 1
  2. 2 : 1
  3. 1 : 1
  4. 1 : 2
  5. 1 : 3
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙과 반발 계수 공식을 사용하여 질량비를 구합니다. 충돌 전 A의 속도는 $1\text{m/s}$, B의 속도는 $-3\text{m/s}$이며, 충돌 후 A의 속도는 $-v$, B의 속도는 $1\text{m/s}$입니다.
    반발 계수 $e = \frac{v_{B}' - v_{A}'}{v_{A} - v_{B}} = \frac{1 - (-v)}{1 - (-3)} = \frac{1+v}{4} = \frac{1}{2}$에서 $v = 1\text{m/s}$입니다.
    운동량 보존 법칙: $m_A(1) + m_B(-3) = m_A(-1) + m_B(1)$
    이를 정리하면 $2m_A = 4m_B$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $m_A : m_B = \frac{4}{2}$
    ② [숫자 대입] $m_A : m_B = 2 : 1$
    ③ [최종 결과] $m_A : m_B = 2 : 1$
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5. 그림은 xy 평면에서 운동하는 물체 A와 B의 위치를 x, y 성분으로 시간에 따라 각각 나타낸 것이다. A와 B는 질량이 서로 같고, 1 초일 때 충돌한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그래프를 통해 A와 B의 속도를 분석합니다. A는 $x$축 그래프에서 $x=4$로 일정하고 $y$축 그래프에서 기울기가 $4\text{m/s}$이므로 $\vec{v}_A = (0, 4)$입니다. B는 $x$축 기울기가 $4\text{m/s}$, $y$축 기울기가 $4\text{m/s}$이므로 $\vec{v}_B = (4, 4)$입니다.
    ㄱ. A의 $x$성분 속도가 $0$이고 $y$성분 속도가 일정하므로, $x$방향으로는 정지해 있는 상태가 맞습니다. (단, 전체적으로는 $y$방향으로 운동 중이나 문맥상 $x$축 기준 정지 상태를 의미함)
    ㄴ. 충돌 후 두 물체가 한 덩어리가 되거나 완전 비탄성 충돌을 한다면 속력이 같아지며, 운동량 보존 법칙에 의해 최종 속도는 $\frac{(0,4) + (4,4)}{2} = (2, 4)$로 서로 같아집니다.
    ㄷ. 충돌 전후의 운동 에너지 합이 같으려면 탄성 충돌이어야 합니다. 문제의 조건과 그래프 상의 속도 변화가 탄성 충돌의 조건을 만족하므로 옳은 설명입니다.
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6. 그림 (가)는 수평면에서 서로 수직인 방향으로 직선 운동을 하는 자동차 A와 B가 동시에 점 P와 Q를 각각 통과하는 순간의 모습을 나타낸 것이다. P 와 Q 사이의 거리는 3m이다. 그림 (나)는 (가)의 순간부터 A에 대한 B의 속도의 크기 vAB 를 시간에 따라 나타낸 것이다. A는 3m/s 의 일정한 속도로 운동한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 상대 속도의 개념을 이용하여 B의 속력을 분석합니다. A의 속도는 $v_A = 3\text{m/s}$ (x방향)입니다. 상대 속도 $\vec{v}_{AB} = \vec{v}_B - \vec{v}_A$이며, B는 y방향으로 운동하므로 $v_{AB} = \sqrt{v_B^2 + v_A^2}$입니다.
    ㄱ. $0.5\text{s}$일 때 $v_{AB} = 5\text{m/s}$이므로, $5^2 = v_B^2 + 3^2$에서 $v_B^2 = 16$, 즉 $v_B = 4\text{m/s}$로 옳은 설명입니다.
    ㄴ. $0\text{s}$부터 $1\text{s}$까지 $v_{AB}$가 $5\text{m/s}$로 일정하므로 $v_B$ 역시 $4\text{m/s}$로 일정합니다. 따라서 이동 거리는 $4\text{m/s} \times 1\text{s} = 4\text{m}$로 옳은 설명입니다.
    ㄷ. $1\text{s}$이후 $v_{AB} = 3\text{m/s}$가 되려면 $3^2 = v_B^2 + 3^2$에서 $v_B = 0$이어야 합니다. 즉, B는 $1\text{s}$에 정지합니다. $2\text{s}$일 때 A는 $P$로부터 $3\text{m/s} \times 2\text{s} = 6\text{m}$이동했고, B는 $Q$에서 $4\text{m}$이동 후 정지했습니다. 두 지점 사이의 거리는 $\sqrt{(6-3)^2 + 4^2} = \sqrt{3^2 + 4^2} = 5\text{m}$로 옳은 설명입니다.
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7. 그림과 같이 수평면에서 물체 A는 실에 연결되어 일정한 속력 v 로 원궤도를 따라 운동하고, 물체 B는 원궤도 상의 한 점에 정지해 있다. A와 B의 질량은 m으로 같고, 원궤도의 반지름은 r 이다. A와 B는 충돌 후 한 덩어리가 되어 같은 궤도에서 등속 원운동을 한다.

충돌 후 한 덩어리가 된 물체의 운동에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 질량이 $m$으로 같은 두 물체가 충돌하여 한 덩어리가 되었으므로, 운동량 보존 법칙에 의해 충돌 후 속력 $v'$는 $\frac{mv + m \times 0}{2m} = \frac{v}{2}$가 됩니다.
    ㄱ. 충돌 후 속력은 $\frac{v}{2}$이므로 $\frac{v}{3}$이라는 설명은 틀렸습니다.
    ㄴ. 주기는 $T = \frac{2\pi r}{v'} = \frac{2\pi r}{v/2} = \frac{4\pi r}{v}$이므로 $\frac{\pi r}{v}$라는 설명은 틀렸습니다.
    ㄷ. 구심력의 크기는 $F = \frac{(2m)(v')^2}{r} = \frac{2m(v/2)^2}{r} = \frac{2m \times \frac{v^2}{4}}{r} = \frac{mv^2}{2r}$이므로 옳은 설명입니다.
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8. 그림과 같이 물체 A가 수평면에 대해 45° 의 방향으로 속력 v 로 던져지는 순간에 물체 B가 건물 옥상에서 수평 방향으로 20m/s의 속력으로 던져진다. A와 B는 점 P에서 충돌한다.

v 는? (단, A와 B는 동일 연직면 상에서 운동하며, 공기 저항과 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. 30m/s
  2. 20√2 m/s
  3. 20m/s
  4. 10√2 m/s
  5. 10m/s
(정답률: 알수없음)
  • 두 물체가 점 P에서 충돌하려면 수평 방향과 연직 방향의 위치가 동시에 같아야 합니다. B의 수평 속도가 $20\text{m/s}$이므로, 충돌 시간 $t$ 동안 B가 이동한 수평 거리 $x_B = 20t$입니다. A의 수평 속도는 $v \cos 45^{\circ}$이므로 $x_A = v \cos 45^{\circ} t$입니다. 두 물체의 수평 거리 합은 $100\text{m}$이므로 $v \cos 45^{\circ} t + 20t = 100$입니다. 또한, 연직 방향에서 B는 $50\text{m}$ 높이에서 자유 낙하하고 A는 $v \sin 45^{\circ}$의 초기 속도로 던져졌으므로, 충돌 시 연직 위치가 같아야 합니다. $50 - \frac{1}{2}gt^2 = v \sin 45^{\circ} t - \frac{1}{2}gt^2$에서 $v \sin 45^{\circ} t = 50$이 성립합니다. $v \cos 45^{\circ} = v \sin 45^{\circ}$이므로 수평 식에 대입하면 $50 + 20t = 100$에서 $t = 2.5\text{s}$입니다. 이를 $v \sin 45^{\circ} t = 50$에 대입하여 $v$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $v = \frac{50}{\sin 45^{\circ} \times t}$
    ② [숫자 대입] $v = \frac{50}{\frac{1}{\sqrt{2}} \times 2.5}$
    ③ [최종 결과] $v = 20\sqrt{2}$
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9. 그림과 같이 질량이 각각 2m, m인 인공 위성 A, B가 지구를 중심으로 등속 원운동을 하고 있다. A와 B의 운동 에너지는 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 지구로부터 거리가 무한대인 곳에서 만유 인력에 의한 위치 에너지는 0 이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 인공위성의 등속 원운동과 에너지 관계를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. 운동 에너지 $K = \frac{1}{2}mv^{2}$이고, 원운동 조건 $\frac{mv^{2}}{r} = \frac{G M m}{r^{2}}$에서 $mv^{2} = \frac{G M m}{r}$ 입니다. 따라서 $K = \frac{G M m}{2r}$ 입니다. $K_{A} = K_{B}$이므로 $\frac{2m}{r_{A}} = \frac{m}{r_{B}}$가 되어 $r_{A} = 2r_{B}$가 성립합니다.
    ㄴ. 케플러 제3법칙에 의해 $T^{2} \propto r^{3}$ 입니다. $r_{A} = 2r_{B}$이면 $T_{A} = \sqrt{2^{3}} T_{B} = 2\sqrt{2} T_{B}$가 되어 2배가 아닙니다.
    ㄷ. 만유인력 위치 에너지 $U = -\frac{G M m}{r}$ 입니다. $U_{A} = -\frac{G M (2m)}{2r_{B}} = -\frac{G M m}{r_{B}}$이고 $U_{B} = -\frac{G M m}{r_{B}}$이므로 두 에너지는 같습니다.
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10. 그림 (가)는 용수철에 연결된 물체가 평형 위치에 있는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 물체를 당겼다 놓아 진동시킬 때, 물체의 속도 v 를 평형 위치로부터의 변위 x에 따라 나타낸 것이다.

진동의 주기는?

  1. π/2초
  2. π초
  3. 3π/2초
  4. 2π초
  5. 4π초
(정답률: 알수없음)
  • 속도-변위 그래프가 원형인 경우, 이는 단조화 진동의 위상 공간 궤적을 나타냅니다. 원의 반지름 $A$는 진폭이며, 최대 속력 $v_{max} = A$임을 알 수 있습니다.
    단조화 진동에서 최대 속력 공식 $v_{max} = A\omega$를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $v_{max} = A\omega$
    ② [숫자 대입] $A = A\omega$
    ③ [최종 결과] $\omega = 1$
    주기 $T$는 $\frac{2\pi}{\omega}$이므로, $T = \frac{2\pi}{1} = 2\pi$초가 됩니다.
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11. 그림 (가)는 질량 m인 물체가 반지름 R 인 행성의 표면에서 연직 윗방향으로 v 의 속력으로 발사되는 것을 나타낸 것이다. 물체는 행성 중심으로부터의 거리 r 가 2R 인 곳까지 올라갔다가 떨어진다. 그림 (나)는 만유 인력에 의한 물체의 위치 에너지를 r 에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙과 만유인력의 원리를 이용하는 문제입니다.
    ㄱ. 행성 표면($r=R$)에서의 역학적 에너지는 $\frac{1}{2}mv^2 - E_0$이고, 최고점($r=2R$)에서의 역학적 에너지는 $-\frac{E_0}{2}$입니다. 두 에너지가 같으므로 $\frac{1}{2}mv^2 - E_0 = -\frac{E_0}{2}$에서 $\frac{1}{2}mv^2 = \frac{E_0}{2}$가 되어 $v = \sqrt{\frac{E_0}{m}}$이 맞습니다.
    ㄴ. 역학적 에너지는 보존되므로 어느 지점에서나 최고점에서의 에너지인 $-\frac{E_0}{2}$와 같아야 합니다. 따라서 $r=\frac{3}{2}R$에서 역학적 에너지가 $-E_0$라는 설명은 틀렸습니다.
    ㄷ. 중력 가속도는 거리의 제곱에 반비례합니다. $r=2R$에서의 가속도는 표면($r=R$)일 때보다 $\frac{1}{2^2} = \frac{1}{4}$배가 되므로 맞습니다.
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12. 그림은 원래 길이가 L0 이고 용수철 상수가 각각 k, 2k인 용수철에 물체 A, B를 연결하여 손으로 잡고 있는 모습을 나타낸 것이다. 동시에 가만히 놓으면 A, B는 각각 단진동을 한다. A, B의 질량은 각각 2m, m이다.

A와 B의 변위 x를 시간에 따라 개략적으로 나타낸 그래프로 가장 적절한 것은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 단진동의 주기 $T = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}$를 이용하여 $A$와 $B$의 주기 관계를 분석합니다.
    물체 $A$의 주기는 $T_A = 2\pi \sqrt{\frac{2m}{k}}$이고, 물체 $B$의 주기는 $T_B = 2\pi \sqrt{\frac{m}{2k}} = 2\pi \sqrt{\frac{0.5m}{k}}$입니다.
    따라서 $T_A$와 $T_B$의 비율은 $\frac{T_A}{T_B} = \sqrt{\frac{2m/k}{m/2k}} = \sqrt{4} = 2$가 됩니다.
    즉, $A$의 주기가 $B$의 주기보다 2배 길기 때문에, 그래프에서 $A$의 한 파장이 $B$의 두 파장과 일치하는 가 가장 적절합니다.
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13. 그림 (가), (나)와 같이 각각 1 몰의 이상 기체가 동일한 실린더 안에서 절대 온도 T0 인 평형 상태에 있다. 실린더 바닥면과 피스톤 사이의 거리는 각각 h0 과 3/4 h0 이다.

추의 무게는? (단, 기체 상수는 R이고, 피스톤과 실린더 사이의 마찰은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 추의 무게(추가 가하는 추가 압력 $\Delta P$)를 구합니다. 실린더 단면적을 $S$라고 하면 부피 $V = S \times h$입니다.
    ① [기본 공식] $\Delta P = P_{나} - P_{가} = \frac{nRT_0}{S \times h_{나}} - \frac{nRT_0}{S \times h_{가}}$
    ② [숫자 대입] $\Delta P = \frac{1 \times RT_0}{S \times \frac{3}{4}h_0} - \frac{1 \times RT_0}{S \times h_0} = \frac{4RT_0}{3Sh_0} - \frac{3RT_0}{3Sh_0} = \frac{RT_0}{3Sh_0}$
    ③ [최종 결과] 추의 무게 $W = \Delta P \times S = \frac{RT_0}{3h_0}$
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14. 그림은 1kg의 물체 A를 2kg의 액체 B에 넣은 후, A와 B의 온도를 시간에 따라 나타낸 것이다. A와 B의 처음 온도는 각각 80℃와 20℃이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 열은 A와 B 사이에서만 이동한다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 열평형 상태에 도달하는 과정의 에너지 보존과 열용량을 분석합니다.
    ㄱ. 외부와의 열 교환이 없으므로 물체 $A$가 잃은 열량은 액체 $B$가 얻은 열량과 같습니다.
    ㄴ. 열용량 $C = mc$입니다. $A$의 온도 변화는 $80 - 40 = 40^{\circ}C$이고, $B$의 온도 변화는 $40 - 20 = 20^{\circ}C$입니다. 같은 열량 $Q$가 이동했을 때 $\Delta T$가 $A$가 2배 더 크므로, 열용량은 $B$가 $A$보다 2배 더 큽니다.
    ㄷ. $Q = mc\Delta T$에서 $A$의 열량 $1 \times c_A \times 40$과 $B$의 열량 $2 \times c_B \times 20$이 같아야 합니다. $$40c_A = 40c_B$$ 이므로 비열 $c_A$와 $c_B$는 같습니다.
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15. 그림은 일정량의 이상 기체의 상태가 A→B→C로 변할 때 압력과 부피의 관계를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 각 지점의 상태를 분석합니다.
    ㄱ. $A$의 $PV$ 값은 $3P \times V = 3PV$이고, $B$의 $PV$ 값은 $2P \times 2V = 4PV$입니다. $PV$ 값이 클수록 온도가 높으므로 $B$에서의 온도가 $A$보다 높습니다.
    ㄴ. $C$의 $PV$ 값은 $P \times 3V = 3PV$입니다. $A$와 $C$의 $PV$ 값이 같으므로 온도가 같고, 이상 기체의 내부 에너지는 온도에만 비례하므로 내부 에너지는 서로 같습니다.
    ㄷ. 기체가 한 일은 $P-V$ 그래프 아래의 면적입니다. $A \to B$과정의 면적은 $\frac{(3P+2P)}{2} \times (2V-V) = 2.5PV$이고, $B \to C$과정의 면적은 $\frac{(2P+P)}{2} \times (3V-2V) = 1.5PV$로 서로 다릅니다.
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16. 그림은 뚜껑이 열린 향수병에서 향기가 퍼지는 현상에 대해 철수, 영희, 민수가 대화하는 모습을 나타낸 것이다.

옳게 말한 사람만을 있는 대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 민수
  3. 철수, 영희
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 향수병에서 향기가 퍼지는 현상은 무질서도가 증가하는 방향으로 진행되는 비가역 과정입니다. 따라서 비가역적이라는 철수의 말과 열역학 제2법칙(엔트로피 증가의 법칙)으로 설명 가능하다는 영희의 말은 옳습니다. 반면, 엔트로피가 감소한다는 민수의 말은 법칙에 위배되므로 틀렸습니다.
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17. 그림은 시간 t = 0 일 때 세기가 E1 로 균일한 전기장 영역(x<0)의 점 P에 양(+) 전하를 가만히 놓았더니, 전하가 +x방향으로 운동하는 것을 나타낸 것이다. 이 전하는 t=t0 일 때 세기가 E2 로 균일한 전기장 영역(x>0)으로 입사하고, t=3t0 일 때 속력이 0이 된다.

는? (단, 전자기파의 발생은 무시한다.)

  1. 1/4
  2. 1/3
  3. 1/2
  4. 2/3
  5. 3/4
(정답률: 알수없음)
  • 전하가 $E_{1}$ 영역에서 $t_{0}$ 동안 가속된 후, $E_{2}$ 영역에서 $2t_{0}$ 동안 감속하여 정지하는 상황입니다. 가속도와 시간의 관계를 통해 속도 변화량을 분석하면, $E_{1}$ 영역에서의 속도 증가량과 $E_{2}$ 영역에서의 속도 감소량이 같아야 합니다.
    ① [기본 공식] $qE_{1}t_{0} = -qE_{2}(2t_{0})$
    ② [숫자 대입] $E_{1}t_{0} = -2E_{2}t_{0}$
    ③ [최종 결과] $\frac{E_{2}}{E_{1}} = -\frac{1}{2}$
    전기장의 방향이 반대이므로 크기의 비는 $1/2$입니다.
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18. 그림은 어떤 평면에서의 등전위선과 전기력선을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전기력선은 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 향합니다. 화살표 방향이 A에서 B 방향으로 향하므로 점 A의 전위가 점 B보다 높습니다.

    오답 노트
    전기장의 세기 : 등전위선의 간격이 좁을수록 전기장이 강합니다. A 지점의 간격이 B 지점보다 좁으므로 세기가 다릅니다.
    등전위선을 따라 이동하면 전기력(힘)과 이동 방향이 항상 수직($90^{\circ}$)이므로, 전기력이 한 일은 0입니다.
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19. 그림은 고정되어 있는 점전하 q1, q2에 의한 xy평면에서의 전위를 등전위선으로 나타낸 것이다. q1, q2의 위치는 각각 (2d, 0)과 (4d, 0)이고, 점 A와 B의 좌표는 각각 (d, 0)과 (5d, 0)이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 등전위선이 두 전하 사이에서 서로 밀어내는 형태(중앙에 전위가 같은 지점이 존재)를 보이므로, $q_1$과 $q_2$는 같은 극성이 아닌 서로 다른 종류의 전하입니다.
    등전위선의 간격이 $q_1$ 주변에서 더 조밀하므로 전하량의 절대값은 $q_1$이 $q_2$보다 큽니다.

    오답 노트
    전하량은 $q_1$이 $q_2$보다 크므로 틀렸습니다.
    전기장은 등전위선에 수직이며 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 향합니다. A와 B 모두 전하로부터 멀어지는 방향으로 전기장이 형성되므로 방향이 같습니다.
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20. 그림은 균일한 전기장과 -y 방향의 중력장이 동시에 걸린 xy 평면에서 원점에 가만히 놓인 질량 m, 전하량 Q 인 양(+)전하가 점 A를 향해 직선 운동을 하는 모습을 나타낸 것이다. 전기장의 x, y성분은 각각 Ex, Ey이고, A와 B의 좌표는 각각 (2d, 2d), (3d, d)이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 g이고, 전자기파의 발생은 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 양전하가 원점에서 점 A$(2d, 2d)$를 향해 직선 운동을 하려면, 알짜힘의 방향이 $x$축과 $y$축에 대해 동일한 비율(1:1)이어야 합니다.

    오답 노트
    $E_y = \frac{mg}{Q}$ : $y$축 방향 알짜힘이 0이어야 직선 운동을 하는 것이 아니라, $x$축 힘과 $y$축 힘의 비가 좌표의 비와 같아야 하므로 틀렸습니다.
    전기력의 $x$성분은 $QE_x$이며, 이는 $y$축 알짜힘 $QE_y - mg$와 같아야 하므로 $QE_x = QE_y - mg$가 성립합니다.
    전기장 방향은 전위가 낮아지는 방향이며, 전기력선이 $x$축 양의 방향과 $y$축 양의 방향으로 향하므로 A$(2d, 2d)$가 B$(3d, d)$보다 전위가 낮습니다.
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