		2015학년도 대학입학전형 자연계 모의평가 문제지															감독관확인
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		지원학과				수험번호				성명				과목				물리
		【유의사항】 1. 시험시간은 수학 및 과학을 포함하여 100분입니다. 2. 답안은 답안지의 해당 문항 번호에 연필 또는 샤프로 작성하시오. 3. 제목을 쓰지 말고 본문부터 시작하시오. 4. 학교명, 성명 등 자신의 신상에 관련된 사항을 답안에는 드러내지 마시오. 5. 답안 연습은 연습지를 활용하시오. 6. 답안지, 연습지 및 문제지에 필요한 인적사항을 기입하였는지 확인하시오.
		【제시문1】을 읽고 다음 물음에 답하시오. 빛은 공기와 같이 굴절률이 작은 물질에서 속력이 빠르지만 물과 같은 굴절률이 큰 물질에서는 속력이 느려진다. 빛이 굴절률이 작은 물질에서 굴절률이 큰 물질로 진행할 때에는 빛의 속도가 더 느려지면서 굴절각이 입사각보다 항상 작다. 반대로 굴절률이 큰 물질에서 굴절률이 작은로 빛이 진행할 때에는 빛의 속도가 더 빨라지면서 굴절각이 입사각보다 항상 크다. 물속에서 공기 중으로 빛이 진행할 때에는 입사각보다 굴절각이 더 크므로 입사각을 점점 더 크게 하면 굴절각이 90˘가 될 수 있다. 굴절각이 90˘가 된다는 것은 공기 중으로 나가는 빛이 없다는 것과 같다. 이때의 입사각을 임계각이라고 한다. 따라서 입사각을 임계각보다 더 크게 하면 더 이상 공기 중으로 굴절하여 들어가는 빛은 없고, 모든 빛이 물속으로 다시 반사되게 된다. 이러한 경우를 전반사라고 한다. 즉, 굴절되는 빛이 없이 모두 반사된다고 해서 전반사라고 부르는 것이다. 광통신은 현대 첨단 기술로써 빛으로 신호를 보내는 것이다. 광섬유는 빛을 전달하는 매체로 사용될 수 있다. 섬유와 같이 가늘고 휠 수 있다고 하여 섬유라는 말을 붙인 것이다. 광섬유의 표면은 거울이 아니지만, 전반사가 일어나도록 하여 광섬유를 통해 빛을 보낼 수 있다. 광섬유는 투명한 플라스틱으로 만들기도 하지만, 통신용으로는 주로 투명도가 좋은 유리로 만든다. 이러한 유리로 된 가는 투명한 실과 같은 부분을 코어(Core)라고 한다. 코어의 지름은 보통 0.1~1mm로 매우 가늘게 만든다. 이렇게 가는 코어를 보호하기 위해 코어 주변을 유연한 합성수지로 감고 있는데, 이 부분을 클래딩(Cladding)이라고 한다. 광섬유에서 전반사에 의해서 멀리까지 빛을 전송하기 위해서 코어의 굴절률이 클래딩의 굴절률 보다 크다. 이러한 광섬유를 여러 가닥을 함께 모아서 만들어진 것이 광케이블이다. 【제시문2】를 읽고 다음 물음에 답하시오. 솔레노이드 근처에서 자석이 운동하거나 자석 근처에서 솔레노이드가 운동할 때, 솔레노이드에 전류가 발생하는 현상을 전자기유도라고 한다. 회로에 전류가 흐르려면 회로 양단의 전압을 일정하게 유지시키는 기전력이 필요하다. 솔레노이드와 자석의 상대적인 운동은 솔레노이드 양단에 기전력을 만들어 낸다. 이 기전력을 유도 기전력이라 하고, 이 때 흐르는 전류를 유도 전류라고 한다. 1834년 독일의 과학자 렌츠는 유도 전류가 만드는 자기장의 방향이 솔레노이드를 통과하는 자기력선속의 변화를 방해하는 방향이라는 것을 발견하였다. 이것을 렌츠 법칙이라고 한다. 자석이 솔레노이드 속에 가만히 있으면 자기력선속의 변화가 없기 때문에 유도 전류가 흐르지 않는다. 즉 유도 전류는 솔레노이드를 지나는 자기력선속이 변할 때만 흐른다. 전자기 유도에 의해 솔레노이드에 흐르는 유도 전류는 솔레노이드에 도선을 많이 감을수록, 자기력 선속의 시간적 변화율이 클수록 증가한다. 이것을 페러데이 전자기 유도법칙 이라고 한다. 시간 △t동안 자기력선속의 변화가 △Φ이면 유도 기전력 V는 다음과 같이 나타낼 수 있다. V = -N△Φ/△t (N: 도선의 감은 수). 질량이 m인 물체가 속도 v로 움직일 때 운동에너지 K는, K=(1/2)mv2 이다. 운동에너지의 단위는 일의 단위와 같다. 퍼텐셜 에너지는 물체가 어떤 특정한 위치에서 힘을 가해 기준이 되는 위치로 돌아갈 때까지 힘이 한 일로서 일을 할 수 있는 에너지이다. 퍼텐셜 에너지는 탄성 퍼텐셜 에너지, 중력 퍼텐셜 에너지, 전기 퍼텐셜 에너지 등이 있다. 물체를 지표면에서 위로 들어 올리기 위해서는 중력이 작용하기 때문에 물체에 일을 해야 한다. 이렇게 물체가 특정한 위치로 올라가 있을 때 가지는 에너지가 중력 퍼텐셜 에너지이다. 질량이 m인 물체를 지표면에서 높이 h만큼 일정한 힘으로 들어 올리면 물체는 표면을 기준으로 무게 mg만큼의 일정한 힘으로 높이 h만큼 이동한 것이다. 따라서 U=mgh만큼의 중력 퍼텐셜 에너지 U를 가지게 된다. 여기서 g는 중력 가속도이다. 전기에서 단위 시간당 전환된 전기 에너지를 전력이라고 하며, 이는 전기적 일률에 해당한다. 전력 P는 전압V와 전류I의 곱으로 표시한다. 전력의 단위로는 W(와트)를 사용하며 1W는 1V의 전압에 1A의 전류가 흐를때의 일률이다. 이것은 1초 동안 1J의 역학적 일을 하는 것과 같다. 일반적으로 가정에서 사용하는 전기에너지는 전력과 공급시간의 곱으로 kWh 또는 J로 나타낸다. (뒷면에 계속) 【문항1】 아래 그림은 진공에서 광섬유로 빛이 [eqn: theta _{1}]각도로 입사하여 광섬유의 코어를 통과한 후, [eqn: theta _{2}]각도로 나오는 것이다. 광섬유의 코어와 클래딩의 굴절률은 각각 [eqn: n_{ 1}]과 [eqn: n _{2}]이다. (단, 진공에서 빛의 속력은 3×108 m/s이다.) 1-1. 진공에서 입사된 빛의 파장이 600 nm이고 코어의 굴절률 [eqn: n_{ 1}]=2 일 때, 코어에서의 빛의 파장과 진동수는 얼마인가? 풀이를 위한 식을 세우고, 정답을 쓰시오. (5점) 1-2. 광섬유로 빛이 [eqn: theta _{1}]각도로 입사하여 굴절률 [eqn: n_{ 1}]=2인 코어로 진행될 때, 진공과 코어의 경계면서 굴절되는 각도를 구하는 문제이다. 풀이를 위한 식을 세우고, 해답을 유도하시오. (5점) 1-3. 입사된 빛이 코어에서 전반사하지 못하고 클래딩으로 빠져나가는 경우에, 빛의 진행 경로를 광섬유의 코어와 클래딩을 그리고 빛의 진행 경로를 그리시오. (5점) 1-4. 광섬유는 매우 길게 수평으로 놓여져 있고, 코어의 굴절률 [eqn: n _{1} `=`2`]일 때, 진공에서 코어속으로 입사각 [eqn: theta _{1} `]의 크기에 관계없이 코어에서 클래딩으로 빠져나가는 빛이 없이 전반사 할 수 있는 클래딩의 최대 굴절률의 값을 구하시오. 풀이를 위한 식을 세우고, 해답을 유도하시오. (단, 광섬유의 길이는 매우 길다고 가정한다.) (5점) 【문항2】 아래 그림은 한변의 길이가 5cm인 정사각형의 구리 코일을 높이 h에서 자기장(B)이 2T인 영역 (4각점선 구역 내)으로 자유 낙하시킨다. 구리 코일의 전기 저항은 0.5Ω이고 질량은 4 gram이다. 중력 가속도(g)는 10m/s2이다. 2-1. 구리코일이 자유낙하하여 균일한 자기장에 입사되는 순간의 속력이 [eqn: v`]이었고, 자기장 속으로 들어가는 동안 코일에는 반시계방향의 일정한 세기의 전류가 흘렀다면 자기장의 방향은 어느쪽인가? (4점) 2-2. 코일이 자기장에 들어가는 동안 [eqn: v`]의 등속도로 운동하기 위해서 코일을 떨어뜨리는 높이 h는 몇 cm인가? (6점) 2-3. 이 때 속도 [eqn: v`]의 크기(m/s)와 코일에 흐르는 전류의 세기(A)는 각각 얼마인가? (5점) 2-4. 자기장에 코일이 완전히 들어갈 때까지 코일에 흐르는 전류가 한 일은 몇 J 인가? 에너지 보존법칙을 이용하라. 여기서 등속도 운동이므로 운동 에너지의 변화량은 0이다. (5점)
		* 주의사항 : 문제지, 연습지, 답안지에 필요한 인적사항을 기입하였는지 확인하시오.