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

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

 

 

 

1. 시험 정보

 

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

 

 

 

2. 출제 범위 & 키워드

 

일반물리학 전자기학(정전기·전기장·전위·축전기 및 전기용량 계산)

 

 

📚 키워드

 

 

 

 

 

3. 기출 미리보기

 

 

문제 1. 그림과 같은 회로의 (1) 등가 전기용량을 구하고, (2) 점 a와 b 사이의 전위차를 구하시오.

 

 

 

4. 자료 보기

 

 

[기출 문제] 

 

문제 1. 그림과 같은 회로의 (1) 등가 전기용량을 구하고, (2) 점 a와 b 사이의 전위차를 구하시오. ⸻ 문제 2. 균일하게 대전된 길이 15.0 cm의 절연 막대가 그림과 같이 반원 형태로 구부러져 있다. 막대의 전체 전하는 10.0 μC이다. 반원의 중심 O에서의 전기장의 크기와 방향을 구하시오. ⸻ 문제 3. 평행판 축전기에 대한 문제이다. 도체판에 전하 +Q와 −Q가 각각 분포되어 있을 때, (1) 도체판 사이의 전기장의 크기를 구하고, (2) 두 도체판 사이의 전위차를 구한 뒤, (3) 축전기의 전기용량을 구하시오.

 

 

[정답]

 

1번 풀이(등가 전기용량, a-b 전위차) 병렬: Ceq = C1 + C2 + … 직렬: 1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + … (1) a와 b 사이의 축전기는 전체적으로 병렬연결이면서, 5.0 μF와 10.0 μF의 직렬 연결이 있는 상황으로 본다. 직렬 등가용량: C(직렬) = 1 / (1/10.0 + 1/5.00) = 3.33 μF a와 b 사이의 전체 전기용량(병렬): Cab = 3.33 + 10.0 + 5.00 = 18.3 μF 회로 전체에 대한 전기용량(직렬): Ceq = 1 / (1/10.0 + 1/18.3) = 6.47 μF (2) C = Q/ΔV 이므로 전기용량에 반비례하게 전위차가 나타난다. a와 b 사이의 전위차는 전체 전기용량 6.47 μF 대비 18.3 μF이므로, ΔVab = 15.0 V × (6.47 μF / 18.3 μF) = 5.30 V 따라서 ΔV ∝ 1/C ⸻ 2번 풀이(반원 형태로 구부러진 절연 막대의 중심 O에서 전기장) 막대의 dq에 의한 전기장은 양전하에 대한 사항이므로 dE와 같이 나타난다. 2차원 평면에 존재하므로 각각의 성분으로 나누면 x성분의 크기는 E sinθ, y성분의 크기는 E cosθ이다. 그 중 x성분은 +x방향으로 중첩되어 나타나고, y성분은 대칭성에 의해 서로 상쇄된다. 이를 식으로 표현하면, E = Ex = ∫ dEx = ∫ k (dq/r^2) sinθ 여기서 dq는 선전하밀도를 적용하면 dq = λ dl = λ d(rθ) = λ r dθ (호의 길이는 rθ) 각도를 적용하여 식을 전개하면, E = ∫0^π k (λ r dθ / r^2) sinθ = (kλ/r) ∫0^π sinθ dθ = (kλ/r) [ -cosθ ]0^π = 2kλ/r 계산을 위해 λ를 Q로 바꾸면, λ = Q/(πr) 따라서 전기장의 크기: E = 2kλ/r = 2kQ/(πr^2) 수치 대입: E = (2 × 9.00×10^9 × 10.0×10^-6 × π) / (0.15)^2 = 2.51×10^7 N/C 방향은 +x방향, 즉 오른쪽 방향이다. ⸻ 3번 풀이(평행판 축전기: 전기장, 전위차, 전기용량) 도체판 전면의 전기장의 크기는 가우스 법칙을 이용한다. ΦE = ∮ E · dA = qin/ε0 원기둥 모양의 가우스면(정전기적 평형상태의 도체 참조)을 적용하면, 바깥쪽 면만 전기장과 면적벡터가 나란하고, 안쪽면은 전기장이 0이며, 옆면은 전기장과 면적벡터가 수직이어서 전부 0이 된다. 따라서 ∮ E · dA = E ∫ dA = E(A) = σA/ε0 그러므로 E = σ/ε0 = Q/(ε0 A) (σ = Q/A) 전위차: ΔV = -∫ E · ds = -E ∫ ds = -Ed 전위차의 크기는 Ed 전기용량: C = Q/ΔV = Q/(Ed) = Q/(Qd/(ε0A)) = ε0A/d

 

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