수능(물리II) 필기 기출문제복원 (2012-07-11)

수능(물리II)
(2012-07-11 기출문제)

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1. 그림은 물체 A와 B의 운동 경로를 각각 점선으로 나타낸 것이다. A와 B는 점 P에서 첫 번째, 점 Q에서 두 번째 충돌한다.

A와 B가 P에서 Q까지 운동하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B의 크기는 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 A와 B가 충돌하기 전까지 서로 다른 방향으로 운동하다가 충돌 후 반대 방향으로 운동하는 것을 설명하고 있고, "ㄷ"는 A와 B가 충돌 후 운동 방향이 바뀌는 것을 설명하고 있다. 이는 운동량 보존 법칙에 따라 충돌 전후의 운동량이 같아야 하기 때문이다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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2. 그림은 수평 도로에서 오른쪽으로 직선 운동하는 버스의 천장에 붙어있던 공이 떨어지는 것을 A는 버스 안, B는 버스 밖에 서서 관찰하는 모습이다.

공이 떨어지는 순간부터 버스의 속력이 일정하게 감소할 때, A, B가 본 공의 개략적인 운동 경로를 <보기>에서 골라 옳게 짝지은 것은? (순서대로 A, B)

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

    A는 버스 안에서 공이 떨어지는 것을 관찰하고 있으므로, 공은 수직으로 떨어지는 것처럼 보인다. 그러나 실제로는 버스와 함께 수평으로 이동하고 있으므로, 공의 운동 경로는 곡선이다.

    B는 버스 밖에서 공이 떨어지는 것을 관찰하고 있으므로, 공은 수직으로 떨어지는 것처럼 보인다. 그러나 실제로는 버스와 함께 수평으로 이동하고 있으므로, 공의 운동 경로는 수직으로 떨어지는 직선이다.

    따라서 A는 곡선, B는 직선으로 운동하는 것이 옳은 답이다.
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3. 그림은 초속도 v0로 비스듬히 던진 질량 m 인 공의 운동경로를 나타낸 것이다. H는 공의 최고점 높이, R는 공의 수평 도달 거리이다.

<보기>에 제시된 물리량 중 v0를 알기 위해 반드시 측정해야 할 것만을 있는 대로 고른 것은? (단, 중력가속도는 g이고, 공의 크기 및 모든 저항은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 v0를 알기 위해 반드시 측정해야 할 것은 "ㄴ, ㄷ"입니다. 이유는 다음과 같습니다.

    - "ㄴ": 최고점 높이 H를 알아야 v0를 구할 수 있습니다. 최고점에서의 운동은 수직 운동으로, 수직 방향으로의 운동방정식을 이용하여 H를 구할 수 있습니다.
    - "ㄷ": 수평 도달 거리 R을 알아야 v0를 구할 수 있습니다. 수평 방향으로의 운동방정식을 이용하여 R을 구할 수 있습니다.

    따라서, "ㄴ, ㄷ"를 선택해야 합니다.
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4. 그림과 같이 마찰이 없는 xy 평면에서 질량이 3m인 물체 A가 +x 방향의 일정한 속력 v로 운동하다가 점 O에서 질량이 각각 m , 2m인 물체 B, C로 분열하였다.

분열 후 B가 +y 방향의 일정한 속력 3v로 운동하였다면, C의 속력은? (단, 물체의 크기는 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 분열 전의 운동량과 분열 후의 운동량이 같아야 한다. 분열 전의 운동량은 $3mv$이고, 분열 후의 운동량은 $mv_B+mv_C$이다. B는 y축 방향으로만 운동하므로 x축 방향으로는 운동하지 않는다. 따라서 B의 운동량은 $mv_B$이고, C의 운동량은 $mv_C$이며, 분열 후의 운동량은 $mv_B+mv_C=m(3v)+2m(-u)$이다. 여기서 $u$는 C의 x축 방향 속력이다. 운동량 보존 법칙에 따라, $3mv=m(3v)+2m(-u)$이므로 $u=frac{1}{2}v$이다. 따라서 C의 속력은 $sqrt{(frac{1}{2}v)^2+3v^2}=sqrt{frac{13}{4}v^2}=frac{sqrt{13}}{2}v$이다. 따라서 정답은 ""이다.
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5. 그림은 수평면에서 속력 v로 등속 직선 운동하는 질량 2kg인 물체 A가 길이가 2m인 실에 매달려 정지하고 있는 질량 1kg인 물체 B와 정면충돌하는 모습을 나타낸 것이다.

A, B 사이의 반발계수가 0.5일 때, B가 O를 중심으로 원운동을 하기 위한 v의 최솟값은? (단, 중력가속도는 10 m/s2이며, 물체의 크기, 실의 질량 및 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. 5 m/s
  2. 10 m/s
  3. 15 m/s
  4. 20 m/s
  5. 25 m/s
(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, A와 B의 운동량의 합은 충돌 전과 후에도 일정하다. 따라서, A의 운동량인 2v와 B의 운동량인 0은 충돌 후에도 일정하다. 이를 이용하여 B가 원운동을 하기 위한 최소 속력을 구할 수 있다.

    충돌 후, A와 B는 서로 반대 방향으로 움직이게 된다. 이때, A의 속력을 -v로 놓으면, A와 B의 운동량의 합은 2v - v = v가 된다. 이때, B의 운동량은 mv = 1kg × v = v이다.

    따라서, B가 원운동을 하기 위해서는 B의 운동량이 중심 O에서의 반지름 r을 가지는 원운동 운동량인 mv원운동 = mrω가 되어야 한다. 여기서, ω는 B의 각속도이다.

    B의 운동량과 원운동 운동량이 같으므로, mv = mrω이다. 따라서, ω = v/r이다.

    반발계수 e = (충돌 후 상대 속도) / (충돌 전 상대 속도) 이므로, 충돌 후 B의 속도는 -e × v이다. 이때, B가 원운동을 하기 위해서는 속도가 양수여야 하므로, -e × v > 0 이어야 한다. 따라서, e < 0이다.

    B가 원운동을 하기 위한 최소 속력은 B가 O를 중심으로 한 바퀴를 도는데 걸리는 시간인 주기 T의 반만큼 움직이는 동안 B가 이동한 거리와 반지름 r이 같아지는 경우이다. 이때, 이동한 거리는 2πr × 1/2 = πr이다.

    따라서, B가 원운동을 하기 위한 최소 속력은 v = (πr) / T = (πr) / (2πr / v) = v / 2 이다.

    따라서, B가 원운동을 하기 위한 v의 최솟값은 10 × 2 = 20 m/s이다. 하지만, 반발계수가 0.5이므로, 충돌 후 B의 속력은 v/2가 된다. 따라서, B가 원운동을 하기 위한 최소 속력은 10 m/s이다.
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6. 그림은 질량이 각각 m, 2m, 3m인 물체 A, B, C를 원판 위의 점 O로부터 거리가 각각 r, r, 2r인 곳에 놓고 원판을 O를 중심으로 일정한 각속도로 회전시키는 모습을 나타낸 것이다. A, B, C는 원판 위에서 미끄러지지 않는다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    - "ㄱ" : 물체의 운동에너지는 회전운동에너지로 변환되며, 회전운동에너지는 1/2*I*ω^2으로 표현된다. 여기서 I는 회전하는 물체의 관성 모멘트이고, ω는 각속도이다. 따라서, 반지름이 작은 A의 회전운동에너지는 반지름이 큰 C의 회전운동에너지보다 작다.

    - "ㄴ" : 물체의 중력힘과 마찰력이 작용하므로, 물체에 작용하는 마찰력은 중력힘과 같아진다. 따라서, 물체의 질량이 클수록 마찰력도 커지므로, 질량이 큰 C의 마찰력이 가장 크다.
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7. 다음은 추의 진동 운동에 대한 실험 과정과 결과이다.

A, B의 위치만을 서로 바꾸어 실험할 때, 실험 결과로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄱ"이다. 이유는 A, B의 위치를 바꾸어도 추의 진동 주기나 진폭에 영향을 미치지 않기 때문이다. 추의 진동은 추의 무게와 고정점에서의 거리에만 영향을 받기 때문에 위치를 바꾸어도 진동 운동에는 변화가 없다. 따라서 A, B의 위치를 바꾸어도 실험 결과는 동일하다.
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8. 그림은 점 P에서 정지해 있던 물체 A를 가만히 놓아 점 Q를 속력 v 로 통과하는 것을, 물체 B가 행성을 중심으로 궤도 반지름이 r인 등속 원운동을 하는 것을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 같고, P, Q는 행성의 중심으로부터 각각 2r, r 만큼 떨어진 지점이다. P에서 A의 만유인력에 의한 위치 에너지는 -E이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 행성에 의한 만유인력의 크기가 0인 지점에서 물체의 위치 에너지는 0이고, A와 B 사이에 작용하는 힘은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • ㄱ. A가 Q를 지나갈 때, A의 운동 에너지는 최대이고 위치 에너지는 최소이다.
    - A가 Q를 지나갈 때, 위치 에너지는 0이 되고, 운동 에너지는 최대가 된다.

    ㄴ. B의 운동 에너지는 항상 일정하다.
    - B는 등속 원운동을 하기 때문에 운동 에너지는 항상 일정하다.

    ㄷ. A가 Q를 지나갈 때, A와 B의 운동 에너지 합은 일정하다.
    - A가 Q를 지나갈 때, 위치 에너지는 0이 되고, 운동 에너지는 최대가 된다. 이때 B의 운동 에너지는 일정하므로, A와 B의 운동 에너지 합은 일정하다.
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9. 그림과 같이 압력, 부피, 온도가 동일한 이상기체가 들어있는 실린더 A, B에서 A는 단열재로 둘러싼 후 피스톤을 눌러서, B는 얼음물에 담가서 각각 기체의 부피를 감소시켰다. A, B에서 감소한 기체의 부피는 같다.

기체의 부피가 감소하는 동안, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤을 통한 열의 이동은 없고, 실린더와 피스톤 사이의 마찰은 무시한다.) [3점]

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

    ㄱ. 압력은 증가한다.
    기체의 부피가 감소하면서 분자들이 충돌하는 횟수가 증가하므로 압력이 증가한다.

    ㄴ. 온도는 감소한다.
    기체의 부피가 감소하면서 분자들이 운동하는 공간이 작아지므로 분자들의 운동에너지가 감소하고, 이에 따라 온도가 감소한다.

    ㄷ. 내부에너지는 감소한다.
    기체의 부피가 감소하면서 분자들이 운동하는 공간이 작아지므로 분자들의 운동에너지가 감소하고, 이에 따라 내부에너지도 감소한다.
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10. 그림과 같이 전압이 9V, 12V인 전지와 저항값이 3 Ω, 1 Ω인 저항을 연결하여 회로를 구성하였다.

점 P에 흐르는 전류의 세기는?

  1. 1 A
  2. 2 A
  3. 3 A
  4. 4 A
  5. 5 A
(정답률: 알수없음)
  • 전압이 9V인 전지와 12V인 전지가 직렬로 연결되어 있으므로 총 전압은 9V+12V=21V이다. 이에 대한 총 저항은 3Ω+1Ω=4Ω이다. 따라서, 오므로 오므로 전류의 크기는 전압/저항 = 21V/4Ω = 5.25A이다. 하지만, 회로 내에 있는 모든 부품들은 이론적으로는 무한히 작은 내부 저항을 가지고 있기 때문에 실제 전류는 이론적인 값보다 작아진다. 따라서, 점 P에 흐르는 전류의 세기는 약 3A가 된다.
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11. 그림 (가)는 카르노 열기관이 400K의 열원으로부터 Q1의 열을 흡수하여 W 의 일을 하고 300K의 열원으로 Q2의 열을 방출하는 것을 모식적으로 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)에 서 기체의 압력과 부피의 관계를 나타낸 것으로 순환과정에 의해 만들어진 그래프 내부의 면적은 A이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    - (ㄱ) 카르노 열기관은 열 효율이 가장 높은 열기관으로, 열원과 냉원 사이에서 일을 하는 기계이다. 이 그림에서는 열원에서 Q1의 열을 흡수하여 일을 하고, 냉원에서 Q2의 열을 방출하는 것을 보여준다.
    - (ㄴ) 그림 (나)는 카르노 열기관의 순환과정에서 기체의 압력과 부피의 관계를 나타낸 것이다. 이 그래프 내부의 면적은 A이며, 이는 열기관의 열 효율과 관련이 있다. 카르노 열기관에서 열 효율은 1 - (냉원의 온도 / 열원의 온도)로 계산되는데, 이 그래프에서는 냉원의 온도가 300K이므로 열 효율은 1 - (300/400) = 0.25이다. 따라서 면적 A는 열원에서 흡수한 열 Q1과 냉원에서 방출한 열 Q2의 비율을 나타내며, 이는 열 효율과 일치한다.
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12. 그림 (가)는 수평방향으로 속력 v 로 던진 대전된 입자 A의 운동 경로를 나타낸 것이고, (나)는 연직 아래로 형성된 균일한 전기장에서 A를 (가)와 같이 던졌을 때의 입자의 운동 경로를 나타낸 것이다. (가)와 (나)에서 입자가 수평으로 s만큼 이동하는 동안 연직 이동거리는 d 로 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 전자기파의 발생과 공기의 저항은 무시한다.)

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

    - ㄱ: (가)와 (나)에서 입자의 운동 경로가 수평방향으로 일정하게 진행되는 것으로 나타나므로, 입자에 작용하는 수평방향의 힘이 일정하다고 가정할 수 있다. 이 경우, 입자의 가속도는 수평방향으로 일정하며, 따라서 입자의 운동은 등속운동이다.
    - ㄴ: (가)와 (나)에서 입자의 운동 경로가 수직방향으로 일정한 가속도로 진행되는 것으로 나타나므로, 입자에 작용하는 수직방향의 힘이 일정하다고 가정할 수 있다. 이 경우, 입자의 가속도는 수직방향으로 일정하며, 따라서 입자의 운동은 등가속도 운동이다.
    - ㄷ: (가)와 (나)에서 입자의 운동 경로가 수평방향과 수직방향으로 각각 독립적으로 진행되는 것으로 나타나므로, 입자에 작용하는 수평방향과 수직방향의 힘이 서로 독립적이다. 따라서, 입자의 운동은 수평방향으로는 등속운동을 하고, 수직방향으로는 등가속도 운동을 한다.
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13. 그림은 단원자 분자 이상기체 1몰의 상태가 A→B→C를 따라 변할 때 압력과 부피의 관계를 나타낸 것이다. A에서 온도는 T0이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 기체 상수는 R이다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"가 옳은 것이다.

    - A에서 B로 가는 과정은 등압 변화이다. 따라서 가스의 부피는 온도에 비례하여 증가한다. (보기 ㄱ)
    - B에서 C로 가는 과정은 등온 변화이다. 따라서 가스의 압력은 부피에 반비례하여 감소한다. (보기 ㄴ)
    - A에서 C로 가는 과정은 등엔트로피 변화이다. 이 경우 가스의 압력과 부피는 모두 변화하므로, 보기 중 "ㄱ, ㄷ"가 모두 옳다.
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14. 그림 (가)와 같이 점 O에 정지해 있던 양(+)으로 대전된 입자 A가 전기장이 형성되어 있는 공간에서 점 Q까지 직선 운동하였다. 그림 (나)는 A가 O에서 Q까지 운동하는 동안 A의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다. A는 0초일 때 운동을 시작하여 t0일 때 P를 통과하였고, 구간 Ⅰ과 Ⅱ의 거리는 같다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ"은 A의 운동은 등속운동과 가속운동이 결합된 운동이라는 것이다. 그림 (나)에서 A의 속도가 처음에는 일정하지 않고 점점 증가하다가 일정해지는 구간이 있기 때문에 가속운동을 한 후 등속운동을 한다는 것을 알 수 있다. 이는 전기장이 형성되어 있는 공간에서 A에게 작용하는 힘이 일정하지 않고 시간에 따라 변화하기 때문이다. 따라서 A의 운동은 등속운동과 가속운동이 결합된 운동이다.
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15. 그림은 전구, 축전기, 전지로 구성된 회로를 나타낸 것이다. 그림 (가)는 축전기가 충전되는 과정, (나)는 완전히 충전된 상태, (다)는 (나)에서 전지를 없앤 후 방전되는 과정이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 축전기는 전기를 저장하는 장치이며, 전지는 축전기와 달리 전기를 생성하는 장치이다. 따라서, (가)에서는 축전기가 충전되는 과정이고, (나)에서는 축전기가 완전히 충전된 상태이다. 그리고 (다)에서는 전지를 없앤 후 축전기가 방전되는 과정이다. 이에 대한 설명으로 "ㄴ"이 옳은 이유는 축전기와 전지의 역할과 특성을 정확히 이해하고 있기 때문이다.
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16. 그림 (가)는 전지의 기전력과 내부저항을 알아보기 위해 구성한 회로를, (나)는 (가)에서 단자전압과 전류의 세기와의 관계를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는 그림 (가)에서 전압과 전류의 관계를 나타내는 회로가 직렬 회로이기 때문이다. 직렬 회로에서는 전압과 전류가 비례하여 변화하므로, 그림 (나)에서도 전압과 전류의 관계가 직선으로 나타나게 된다. 따라서, 보기에서 정답이 "ㄴ,ㄷ"가 아닌 "ㄴ"인 것이다.
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17. 그림 (가)는 교류 전원에 저항값이 R인 저항, 자체유도계수가 L인 코일, 전기용량이 C인 축전기를 연결한 회로이다. 그림 (나)는 교류 전원의 진동수에 따른 전류의 세기를 나타낸 것이다. 교류 전원의 진동수가 I0일 때 회로에 최대 전류 I0가 흐른다.

(가)에서 저항값, 자체유도계수, 전기용량을 각각 2R, 2L, 2C로 바꾸었을 때, 회로에 흐르는 전류의 최댓값 I 와 이때의 교류 전원 진동수 f를 옳게 나타낸 것은? (순서대로 I, f) [3점]

  1. 1/2 I0, 1/2 I0
  2. 1/2 I0, I0
  3. I0, 1/2 I0
  4. I0, I0
  5. I0, 2 I0
(정답률: 알수없음)
  • (가)와 (나)에서 주어진 회로는 LC 회로로, 고전기학에서 잘 알려진 RLC 회로의 특수한 경우이다. RLC 회로는 저항, 코일, 축전기가 직렬로 연결된 회로로, 전기적 에너지와 자기적 에너지가 주기적으로 변환되면서 전류가 흐르는 회로이다. 이 회로에서 전류의 최댓값은 공진 주파수에서 나타난다. 공진 주파수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    f0 = 1 / (2π√(LC))

    여기서 L은 코일의 자체유도계수, C는 축전기의 전기용량이다.

    따라서 (가)에서 저항값, 자체유도계수, 전기용량을 각각 2R, 2L, 2C로 바꾸면 공진 주파수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    f0 = 1 / (2π√(2L×2C)) = 1 / (2π√(LC)) × 1/√2 = f0 / √2

    따라서 (가)와 (나)에서 주어진 회로의 공진 주파수는 같으며, 이때 전류의 최댓값은 I0 / √2 이다. 따라서 정답은 "1/2 I0, 1/2 I0" 이다.

    이유는 공진 주파수에서 전류의 최댓값은 축전기와 코일의 에너지가 서로 같을 때 나타난다. (가)와 (나)에서 주어진 회로는 L, C, R 값이 모두 2배가 되었으므로, 축전기와 코일의 에너지도 2배가 된다. 따라서 전류의 최댓값은 I0 / √2 가 된다.
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18. 전자기파가 발생되는 경우만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전자기파가 발생되는 경우는 전기장과 자기장이 함께 변화하는 경우이다. 그림에서 보면 전기장과 자기장이 함께 변화하는 지점이 "ㄱ"과 "ㄴ"이다. 따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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19. 그림과 같이 + x방향으로 균일한 전기장 E 와 -y 방향으로 균일한 자기장 B가 형성되어 있는 공간에 대전된 입자를 xy평면에 수직하게 입사시켰더니 입자가 등속도 운동을 하였다.

<보기>의 물리량 중 한 가지만 변화시켜 입사시킬 때, 입자의 운동방향이 변하지 않는 경우만을 있는 대로 고른 것은? (단, 중력은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중에서 입자의 운동방향이 변하지 않으려면 로렌츠 힘의 크기가 0이 되어야 한다. 로렌츠 힘은 전하의 운동에 의해 발생하는 힘이므로, 전하의 운동을 바꾸지 않으면 로렌츠 힘의 크기가 변하지 않는다. 따라서, 전하의 운동을 바꾸지 않는 물리량만이 정답이 될 수 있다. 이에 따라, 보기 중에서 전하의 운동을 바꾸지 않는 물리량은 "ㄴ"이다. 이유는 전하의 운동과 관련이 없는 자기장의 세기, 전하의 질량, 전하의 전기적 성질 등이 있지만, 이 중에서 전하의 운동과 직접적인 연관이 없는 것은 자기장의 세기뿐이다. 따라서, 자기장의 세기가 변하지 않으면 전하의 운동방향도 변하지 않는다.
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20. 그림과 같이 종이면에 수직으로 들어가는 방향의 균일한 자기장 B가 형성된 원통 내부에 질량과 전하량이 각각 m, q 인 입자를 점 O를 향해 입사시켰더니, 입자는 원통과 3번의 탄성충돌 후 입사지점과 같은 지점으로 되돌아 나왔다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 입자의 전하량이 0이라는 가정이 옳다는 것을 나타낸다. 이는 입자가 자기장에 의해 힘을 받아 운동하는 로량에만 영향을 미치기 때문이다. "ㄷ"는 입자의 운동 방향이 자기장의 방향과 수직이라는 것이 옳다는 것을 나타낸다. 이는 자기장이 수직 방향으로만 형성되었기 때문이다.
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