일반물리학(대학물리학)

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

쏴리리

2026.04.15 13:21

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

등가전기용량, 직렬/병렬 축전기, 전위차, 쿨롱법칙, 선전하 전기장, 대칭성, 평행판 전기장 E=σ/ε₀, 전위차 V=Ed, 정전용량 C=ε₀A/d

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.

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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.

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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

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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.

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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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