[기출문제] 한국외대 글로벌캠 일반물리학(대학물리학) 2025-2 기말 기출문제 (정답 포함)

한국외대 글로벌캠 일반물리학(대학물리학) 2025-2 기말 기출문제 (정답 포함)

 

 

 

1. 시험 정보

 

학교/과목	한국외대 글로벌캠/일반물리학(대학물리학)
시험명	2025-2 기말
교수명	서금영 교수님
문항수/형식	풀이형 3문제
정답/해설	✅ 있음
파일형식	-

 

 

 

2. 출제 범위 & 키워드

 

일반물리학 전자기학(자기장 계산·전류에 의한 자기력·전자기 유도 및 운동기전력)

 

 

📚 키워드

 

 

 

 

 

3. 기출 미리보기

 

 

아래 그림에서 직선 및 원형으로 구성된 도선에 흐르는 전류가 5.0 A이고, 원형 도선의 반지름은 a가 2.5 cm일 때 점 O에서의 자기장의 크기는 얼마인가?

 

 

 

4. 자료 보기

 

 

[기출 문제] 

 

아래 그림에서 직선 및 원형으로 구성된 도선에 흐르는 전류가 5.0 A이고, 원형 도선의 반지름은 a가 2.5 cm일 때 점 O에서의 자기장의 크기는 얼마인가? (μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A) ⸻ 아래 그림처럼 I₁ = 5.00 A의 전류가 흐르는 긴 직선 도선과 I₂ = 10.0 A가 흐르는 직사각형 도선과 같은 평면에 놓여 있다. 그림에서 l = 0.450 m, a = 0.150 m, c = 0.100 m이다. 직선 도선이 만드는 자기장에 의해 직사각형 도선에 작용하는 알짜힘의 크기와 방향을 구하시오. ⸻ 그림과 같이 회로가 구성되었다고 하자. 저항 R은 6.00 Ω, 자기장 B는 2.50 T (면에 수직, 안쪽 방향), 막대 길이는 l = 1.20 m이다. 막대는 마찰 없이 미끄러진다고 할 때, (1) 2.00 m/s의 속력으로 오른쪽으로 막대를 움직이기 위한 외력 F_app의 크기를 구하시오. (2) 저항에 공급되는 전력은 얼마인가?

 

 

[정답]

 

[문제 1 해설] 각 도선 구간에 대해 Biot–Savart 법칙을 적용한다. Biot–Savart 법칙은 전류에 의해 생성되는 자기장을 구하는 식으로, dB = (μ₀ / 4π) · (I d⃗s × r̂) / r² 이다. ① 직선 도선 부분 점 O에서 직선 도선의 각 미소 구간 d⃗s에 대해, 위치벡터 r̂과 d⃗s가 나란하므로 d⃗s × r̂ = 0 이다. 따라서 직선 도선은 점 O에서 자기장을 만들지 않는다. ② 원형 도선 부분 원형 도선에서는 모든 미소 구간이 점 O에서 동일한 방향의 자기장을 만든다. 이 경우 자기장의 크기는 B = (μ₀ / 4π) ∮ (I ds sinθ) / r² 이다. 원형 도선에서는 ds ⟂ r 이므로 sinθ = 1, 또한 r = a, ds = a dθ 이다. 따라서 B = (μ₀ / 4π) · (I / a²) ∮ a dθ = (μ₀ I / 4πa) ∮ dθ 원은 전체 각도가 2π이므로, B = (μ₀ I / 4πa) · 2π = μ₀ I / (2a) 수치 대입: B = (4π × 10⁻⁷ × 5.0) / (2 × 2.5 × 10⁻²) ≈ 3.1 × 10⁻⁵ T ⸻ [문제 2 해설] 직선 도선이 만드는 자기장에 의해 직사각형 도선에 작용하는 힘을 구한다. 자기력은 벡터량이므로 각 변에 작용하는 힘을 나누어 계산한다. 자기력의 기본식은 F⃗ = I L⃗ × B⃗ 이다. 직선 도선에서 거리 r만큼 떨어진 점의 자기장은 B = μ₀ I₁ / (2πr) 이다. 직사각형 도선의 네 변에 작용하는 힘을 F₁, F₂, F₃, F₄로 두면, 위쪽 변과 아래쪽 변에 작용하는 힘은 크기가 같고 방향이 반대이므로 서로 상쇄된다. 따라서 y방향 알짜힘은 0이다. x방향 힘만 고려하면, ΣFₓ = F₃ − F₁ 이다. 각각에 대해 자기력을 계산하면, F₁ = I₂ l B(r = c) F₃ = I₂ l B(r = c + a) 따라서 ΣFₓ = I₂ l [ μ₀ I₁ / (2π(c + a)) − μ₀ I₁ / (2πc) ] 정리하면, ΣFₓ = (μ₀ I₁ I₂ l / 2π) [ 1/(c + a) − 1/c ] 수치 대입: ΣFₓ = (4π × 10⁻⁷ × 5.00 × 10.0 × 0.450) / (2π) × [1/(0.100 + 0.150) − 1/0.100] = −2.0 × 10⁻⁴ N 크기는 2.0 × 10⁻⁴ N이며, 방향은 왼쪽이다. ⸻ [문제 3 해설] (1) 막대를 일정한 속도로 움직이기 위한 외력 막대가 자기장 속에서 움직이면 유도기전력이 발생한다. 유도기전력은 ε = B l v 이다. 회로에 흐르는 전류는 I = ε / R = (B l v) / R 이다. 막대에 작용하는 자기력은 F_B = I l B 이므로, F_B = (B l v / R) · l B = B² l² v / R 속도가 일정하므로 합력은 0이고, F_app = F_B 이다. 수치 대입: F_app = (2.50)² × (1.20)² × 2.00 / 6.00 = 3.00 N (2) 저항에 공급되는 전력 저항에서 소모되는 전력은 P = I² R 이다. I = (B l v) / R 이므로, P = (B² l² v²) / R 수치 대입: P = (2.50)² × (1.20)² × (2.00)² / 6.00 = 6.00 W