[기출문제] 서울과학기술대 일반물리학(대학물리학) 2024-2 중간 기출문제 (정답 포함)

  *첨부된 PDF 파일에 문제의 그림, 정답, 해설이 모두 포함되어 있습니다

1번

그림과 같이 반지름이 R인 부도체 구가 양전하 Q로 균일하게 대전 되어있다.

부도체 구로부터 무한대만큼 떨어진 거리에서의 전위를 0으로 둔다.

부도체 구의 표면(r = R)에 양전하 q를 띠고 질량이 m인 입자를 가만히 정지 상태로 두었더니, 이 입자는 가속되면서 무한대까지 멀어져 갔다. 이 입자가 무한대에 이르렀을 때 이 입자의 속력을 구하시오.

2번

n몰의 단원자 분자 이상 기체가 그림과 같이 A → B → C → A의 순환과정을 거친다.
여기서 A → B는 온도가 T₀인 등온과정, B → C는 등압과정, C → A는 등적과정이다.
(온도가 T인 n몰의 단원자 분자 이상기체의 내부에너지는 E_int = 3/2 nRT이다. 여기서 R은 기체상수이다.)

3번

온도가 –20℃인 300g의 얼음을 물 300g이 담긴 구리 열량계에 넣었더니 열평형이 되었을 때의 온도가 10℃였다.
열량계와 그 안에 담긴 물의 처음 온도는 20℃였다.
구리 열량계의 질량은 얼마인가?

4번 

어떤 열기관이 매 순환 과정에서 225℃의 고온 저장고로부터 200 J의 에너지를 열로 받아서
25℃의 저온 저장고로 180 J의 에너지를 열로 내보낸다.
(절대영도는 –273℃로 계산한다.)

5번

그림과 같이 온도 380 K인 2몰의 단원자 분자 이상기체가 분리막으로 인해 용기 전체 부피의 절반에 해당하는 영역에 갇혀 있다.
이후 분리막이 터져서 기체가 자유 팽창하여 용기 전체로 퍼졌다.
(온도가 T인 n몰의 단원자 분자 이상기체의 내부에너지: E_int = 3/2 nRT. 기체상수 R = 8 J/mol·K로 계산.)

6번

카르노 열기관을 거꾸로 작동시켜서 난방용 열펌프를 만들었다.
이 열펌프는 600 K인 고온 저장고와 300 K인 저온 저장고 사이에서 작동한다.

7번 

그림과 같이 반지름 a = 6 cm인 부도체 원형고리에 총 전하 Q = 10 μC가 균일하게 대전되어 있다.
(고리는 y–z 평면에 놓여 있으며 고리의 중심축을 x축으로 한다.)

8번

두께가 d이고 표면적이 아주 크며, 알짜전하가 0인 도체 판이 있다.
이러한 도체 판에 외부에서의 균일한 전기장(크기 E)이 표면에 수직인 방향으로 작용하게 되면,
음의 전하는 왼쪽 표면에, 양의 전하는 오른쪽 표면에 분포하게 되면서 정전기적 평형상태에 이르게 된다.
이때, 도체 표면에 분포하는 전하에 대한 표면전하밀도의 크기를 문제에서 주어진 문자를 활용해서 구하시오.

9번

두 개의 대전된 도체 구껍질이 같은 중심을 공유한 채 그림과 같이 놓여있다.
안쪽 구껍질에 대전된 총 전하가 –8Q, 바깥쪽 구껍질에 대전된 총 전하가 +3Q이며,
구껍질은 정전기적 평형상태를 유지하고 있다.
이 경우, 각 구껍질 표면에 분포하는 전하량은 어떻게 되는지 부호까지 포함하여 답하시오.

10번 

그림과 같이 길이가 a인 얇은 부도체 막대가 x축 위에 놓여 있다(막대의 왼쪽 끝은 x = 0에 위치).
막대에는 전하량 Q가 고르게 분포하고 있다.
P점은 막대 오른쪽 x축상의 x = b인 지점이다.

11번

그림과 같은 전기 쌍극자가 있다. (답은 반드시 “통분”해서 적으시오.)

쌍극자가 있는데 추가로 전하량이 Q인 제3의 전하가 P의 위치에 있으면, 세 전하로 이루어진 계의 전기적 위치에너지는 얼마인가?

이제 R의 위치가 x = 2a라고 하자. 쌍극자만 있는데 추가로 전하량이 Q인 제3의 전하를 R에 가져다 놓기 위해 해줘야 하는 일은 얼마인가?

12번

그림과 같이 중심을 같이하는 Q로 대전된 반지름이 a인 도체 구와
–Q로 대전된 반지름이 b인 얇은 도체 구껍질로 이루어진 축전기가 있다.
이 축전기의 전기용량을 구하시오.
(Q > 0이고, 전기용량은 양의 값임을 주의할 것)