2017 학년도대학수학능력시험 과학탐구영역물리 Ⅱ 정답및해설 01. 5 02. 5 03. 1 04. 5 05. 4 06. 2 07. 1 08. 2 09. 3 10. 4 11. 1 12. 3 13. 4 14. 3 15. 3 16. 2 17. 2 18. 5 19. 3 20. 4 1. 뉴턴운동법칙 [ 정답맞히기 ] 철수 : 물체에작용하는알짜힘이 0이면물체의운동상태가변하지않으므로속도는변하지않는다. 영희 : 운동제2법칙에서물체의가속도는질량에반비례하고, 물체에작용하는알짜힘에비례한다. 민수 : 힘은쌍으로작용하며, 이때작용과반작용의관계에있는두힘은방향은반대이고크기는같다. 2. 물체의비열측정열량보존법칙에서고온의물체가잃은열량과저온의물체가얻은열량은같다. 물체의열용량은질량과비열의곱이다. [ 정답맞히기 ] ㄴ. 열량 ( : 열용량, : 온도변화 ) 이다. A가잃은열량과열량계속의물이얻은열량은같으므로열용량은온도변화에반비례한다. A의온도변화는 70 이고, 물의온도변화는 14 이므로 A의열용량은열량계속의물의열용량보다작다. ㄷ. 열용량 ( : 비열, : 질량 ) 이다. A의질량과열량계속의물의질량은 300g 으로같으므로비열은 A가물보다작다. [ 오답피하기 ] ㄱ. ( 다 ) 에서온도가높은 A가잃은열량과온도가낮은열량계속의물이얻은열량은같다. 3. 전기력점전하 A, B, C가 D에작용하는전기력의합 AD BD CD 이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. 오른쪽그림과같이 D를양 (+) 전하로가정하면 A는음 (-) 전하이고, C는양 (+) 전하이다. 마찬가지로 D를음 (-) 전하로가정하면, B와 D 사이에는인력이작용하게되므로 C와 D 사이에는인력, A와 D 사이에는척력이작용하여야하므로 A 는음 (-) 전하이고, C는양 (+) 전하이다. 따라서 A가 B 에작용하는전기력은인력이다. 정답 1 [ 오답피하기 ] ㄴ. C는양 (+) 전하이다. (-) (+) AD CD (+) (+) BD ㄷ. B와 D 사이의거리보다 C와 D 사이의거리가크므로 C와 D 사이에작용하는전기력 ( CD ) 은 B와 D 사이에작용하는전기력 ( BD ) 보다크다. 따라서전하량은 C가 B보다크다. 1
4. 볼록렌즈에의한상 렌즈공식 ( : 물체와렌즈사이의거리, : 상과렌즈사이의거리, : 렌즈 의초점거리 ) 이고, 배율 이다. [ 정답맞히기 ] ㄴ. 물체와렌즈사이의거리는 이고, 렌즈와상사이의거리는 이 므로상의크기는물체의크기의 배이다. ㄷ. 에서렌즈의초점거리는 이다. [ 오답피하기 ] ㄱ. 상이물체의반대편에만들어졌으므로볼록렌즈에의한상은실상이다. 5. 레이저 [ 정답맞히기 ] ㄱ. 전자의에너지가높은상태에서낮은상태로전이할때빛이방출되므로들뜬상태의전자를만들기위해에너지공급원에서매질에에너지를공급한다. ㄷ. 유도방출된빛은진동수와위상이같아중첩되어증폭된다. [ 오답피하기 ] ㄴ. 자발방출된빛의위상은다르다. 6. 축전기의전기용량 [ 정답맞히기 ] 진공에서유전율을 이라고하면, ( 가 ) 에서축전기의전기용량은 이다. ( 나 ) 에서는극판사이가진공인축전기와유전상수가 2( 유전체의유전 율 ) 인축전기두개가병렬로연결된것과같다. 따라서 ( 나 ) 에서축전기의전 기용량은 이다. 따라서 이다. 정답 2 7. 운동량보존과도플러효과 [ 정답맞히기 ] A와 B는탄성충돌을하므로운동량과운동에너지가보존된다. A와 B의질량을각각, 충돌후 A와 B의속도를각각 A, B 라고하자. 운동량보존에서 A B 이므로 A B ( 식 1) 이고, 운동에너지보존에서 A B 이므로 A B ( 식 2) 이다. 식 1과 2를연립하면충돌후 A의속력은왼쪽방향으로 이고, B의속력은오른쪽방향으로 이다. 충돌 전 A와 B는가까워지므로진동수는 이고, 충돌후 A와 B는멀어 지므로진동수는 이다. 정답 1 2
8. 자기모멘트와돌림힘 [ 정답맞히기 ] ㄴ. 자기모멘트의크기는 이다. P와 Q의자기모멘트의크기는같고, 면적은 Q가 P의 4배이므로전류의세기는 P Q 이다. 정답 2 [ 오답피하기 ] ㄱ. 사각형도선에앙페르오른나사법칙을적용해보면오른손엄지손가락은 방향을가리키므로 P의자기모멘트의방향은 방향이다. ㄷ. 자기장에의해자기쌍극자가받는돌림힘의크기는 이다. 자기장의세기와자기모멘트의크기가같으므로돌림힘의크기는 ( 가 ) 와 ( 나 ) 에서같다. 9. 로런츠힘 [ 정답맞히기 ] ㄱ. 영역 Ⅰ에서입자에작용하는알짜힘은 0이다. 즉, 전기력과자기력이평형으로이루므로 에서 이다. ㄷ. 전하가자기장속에서원운동을할때, 반지름 이다. 입자 a와 b는전하량과속력이같으므로원운동의 반지름은질량에비례한다. a의원운동의반지름은 이고, 오른쪽그림과같이 b의원운동의반지름은 이다. 따라서질량은 b가 a의 2배이다. [ 오답피하기 ] ㄴ. 영역 Ⅰ에서양 (+) 전하를띤입자에작용하는자기력이 방향이므로자기장의방향은 평면에서나오는방향이다. 영역 Ⅱ에서입자는반시계방향으로원운동을하므로자기장의방향은 평면에수직으로들어가는방향이다. 60 10. 빛의간섭간섭무늬의간격은슬릿간격이좁고, 빛의파장이길수록크다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. 이중슬릿을통과한빛이스크린에서보강간섭하여밝게된다. ㄷ. 과정 ( 다 ) 에서간섭무늬의간격은빛의파장이 일때가 일때보다크므로 이다. 오답피하기 ] ㄴ. 과정 ( 나 ) 에서간섭무늬의간격은슬릿 P일때가 Q일때보다크므로슬릿간격은 P가 Q보다좁다. 11. 빛의굴절 [ 정답맞히기 ] ㄱ. 빛이공기중에서 A로진행할때, 입사각 ( ) 보다굴절각이작으므로빛의속력은공기중에서가 A에서보다크다. 정답 1 오답피하기 ] ㄴ, ㄷ. 이므로 이다. 공기중에서 A로진행할때굴절각을 라고하면, B에서공기중으로진행할때의입사각은 이다. 따라서굴절법칙을적용하면, sin A sin, B sin sin 이고, 이므로굴절률은 A가 B보다크다. 3
12. 광전효과 [ 정답맞히기 ] ㄱ. 광전자의최대운동에너지가클수록정지전압이크다. 따라서광전자의최대운동에너지는 A를비추었을때가 C를비추었을때보다크다. ㄴ. 진동수가같은빛을비출때, 빛의세기가작을수록광전류의최댓값도작다. 따라서단색광의세기는 B가 C보다작다. [ 오답피하기 ] ㄷ. 비추는빛의진동수가클수록광전자의최대운동에너지가크고, 정지전압도크다. 따라서진동수는 A가 B보다크므로파장은 A가 B보다짧다. 13. 양자터널효과 [ 정답맞히기 ] ㄴ. 퍼텐셜장벽의높이와입자의에너지의차가작을수록입자가장벽을투과할확률이크다. 장벽을투과할확률이 A가 B보다크므로입자의에너지는 A B 이다. ㄷ. 질량이같을때입자의에너지가클수록드브로이파장은짧다. 따라서입자의드브로이파장은 A가 B보다짧다. [ 오답피하기 ] ㄱ. 파동함수의절댓값의제곱은확률밀도이다. 인영역에서확률밀도는 A가 B보다크므로입자가장벽을투과할확률은 A가 B보다크다. 14. 보어의수소원자모형 [ 정답맞히기 ] ㄱ. 전자가궤도운동하는원의둘레가드브로이파장의정수배가되어정상파를이룰때전자는전자기파를방출하지않는정상상태에있게된다. ( 가 ) 에서원운동궤도의둘레는전자의드브로이파장의 4배이며양자수는 이다. ㄴ. ( 나 ) 에서원운동궤도의둘레는전자의드브로이파장의 3배이므로양자수는 이다. [ 오답피하기 ] ㄷ. ( 다 ) 는양자수 인상태이고, 수소원자내전자의에너지는 이다. 따라서전자의에너지는 ( 가 ) 일때가 ( 나 ) 일때보다크므로방출되는빛 의진동수는전자가 ( 가 ) 에서 ( 다 ) 로전이할때가 ( 나 ) 에서 ( 다 ) 로전이할때보다크다. 15. 1차원상자에갇힌입자의파동함수파동함수의절댓값의제곱은특정위치에서입자를발견할확률밀도이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. 일때, 파동함수는 을기준으로좌우대칭이므로입자를 발견할확률은 영역과 영역에서같다. ㄷ. 일때입자의드브로이파장은 이고, 일때입자의드브로이파장 은 이므로입자의운동량 ( ) 은 일때가 일때보다작다. 따라서입 자의에너지 ( ) 는 일때가 일때보다작다. 4
[ 오답피하기 ] ㄴ. 일때, 에서와 에서파동함수의절댓값의제곱이 같으므로입자를발견할확률밀도는같다. 16. 단진동 [ 정답맞히기 ] 용수철상수를 라고하면, 에서용수철에저장된퍼텐셜에너지 는 이고평형위치를지나는순간 A 와 B 의운동에너지는 이므로평형 위치를지나는순간속력은 = 에서 이다. 단진동을하는 A 의 진동주기는 이므로 이다. 평형위치를지나는순간부터 A 는단 진동을하고 B 는등속도운동을한다. 따라서단진동하는 A 가시간 0 에서 까지이 동한거리는 이고, B가이동하는거리는 이다. 그러므로 일때, A와 B 사이의거리는 이다. 정답 2 17. 포물선운동 [ 정답맞히기 ] A 를 p 에서던진속력의연직성분은, 수평성분은 이다. p 에 서최고점까지올라가는높이는 이므로 이다. p에서최고점까지올라가는 데걸리는시간은 이고, 최고점에서 r 까지내려오는데걸리는시간은 이 므로 A 가 p 에서 r 까지이동하는데걸린시간은 이다. 따라서수평방향으로이 동한거리는 이다. 이시간동안에 B가이동한거리도 이므로 에서 B 의가속도의크기는 이다. 정답 2 18. 교류회로진동수가 일때, 교류전원의최댓값 V R L C 에서 R V, C V이고, 용량리액턴스가유도리액턴스보다크므로 L V이다. 즉, 용량리액턴스 ( C ) 는유 도리액턴스 ( L ) 의 2배이다. C 라고하면, L 이다. 진동수가 일때, 용량 리액턴스는 C 이고, 유도리액턴스는 L 가된다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. 진동수가 일때와 일때, 용량리액턴스와유도리액턴스의차는같으므로회로의임피던스가같다. 따라서전류의최댓값은같다. ㄴ. 전류의최댓값은같고, 용량리액턴스는 a에연결했을때가 b에연결했을때의 2 5
배이므로축전기에걸리는전압도 2배가되어충전되는전하량의최댓값도 2배이다. ㄷ. 회로의공명진동수를 이라고하면, 공명진동수에서용량리액턴스와유도 리액턴스가같으므로 에서 이다. 따라서회로의공명진동수는 이다. 19. 열역학법칙 [ 정답맞히기 ] ( 가 ) 에서 a의부피를 이라고하면, b의부피도 이다. ( 가 ) 에서 a와 b의내부에너지의합은 가 이고, 이다. ( 나 ) 에서 a와 b의온도를각 각 a, b 라고하면 ( 나 ) 에서 a와 b의내부에너지의합은 나 a b 이고, a의부피가 이면 b의부피는 이다. 따라서 a, b 이므로 나 이다. a에가한열량 는 a와 b의내부에너지를증가시키므로 나 가 이다. 20. 운동량보존과등가속도운동 [ 정답맞히기 ] 충돌후 A, B의속도의, 성분크기를각각 A, A, B, B 라하자. 탄성충돌이므로운동량보존과운동에너지보존을적용하면, [ 운동량보존 ] 축성분 : A B 에서 A B ( 식 1) 축성분 : A B ( 식 2) [ 운동에너지보존 ] A A B B ( 식 3) A는전기장영역에서 방향으로는등속도운동을하고 P에서만나기위해서는 A B 이므로, 식 2에서 A B 이다. 식 1과 A B 을식 3에 대입하여정리하면 A, B 이다. B가 방향으로이동한거리는 이므로 P까지이동하는데걸린시간은 이 다. A는전기장이없는영역에서 축과나란한방향으로이동한거리가총 이므로 시간은 이다. 따라서 A가전기장영역에서운동한시간은 이다. A 가전기장영역에들어가는순간속도와나오는순간속도의 성분은각각, 이며, 가속도가 ( 방향 ) 인등가속도운동을하므로 이다. 따라서 이다. 6