2015학년도 대학입학전형 모의평가 출제영역 및 채점기준

1. 출제의도 및 문제해설

[제시문1] 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. 광섬유를 통한 빛의 전송은 전반사와 빛의 굴절로 이해될 수 있다. 광섬유 내부에서 빛의 진행 현상을 이용하여 서로 다른 매질의 경계면에서 굴절과 전반사 현상에 대한 이해하고 있는 정도를 측정하고자 하였다.

[제시문2] 현대 첨단기기의 중요한 부분인 전기자기 소자의 기초 원리 및 이해는 에너지 발생, 저장 뿐만이 아니라 공급의 측면에서 중요한 역할을 하고 있다. 특히 자기장의 변화와 원리 이해는 전기의 발생과 이와 관련된 전자기력 형성에 주요한 요인이다. 자기력과 중력간의 상호간의 관계를 에너지 보존의 관점에서 이해하고 정도를 측정하고자 한다. 또한, 전력과 에너지간의 상관관계를 비교해봄으로서 전자기력의 응용적인 측면도 이해하고자 하였다.

2. 종합평가 기준

문항	평가영역	평가내용	난이도	배점	출제영역
					교과목	교과서 개념
1-1	지식	매질에서의 빛의 파장과 진동수	하	5	물리1	빛의 파장과 진동수
1-2	이해	굴절	하	5	물리1	빛의 굴절
1-3	적용	빛의 진행과 굴절	중	5	물리1	빛의 진행
1-4	응용	전반사	상	5	물리1	전반사
2-1	지식	자기장방향	하	4	물리1	유도전류와 페러데이법칙
2-2	응용	자기력/중력	상	6	물리1	에너지 보존
2-3	이해	등속도 운동	중	5	물리1	에너지전환
2-4	지식	전기에너지	중	5	물리1	전력

모범답안 및 해설

1-1>

[eqn: {c} over {n _{1}} = {lambda } over {n _{1}} TIMES f]

[eqn: c]는 진공에서 빛의 속력, [eqn: n _{1}]는 코어의 굴절률, [eqn: f]는 파동의 진동수, 그리고 [eqn: lambda]는 파장이다.

코어의 파장 : [eqn: lambda '= {lambda } over {n _{1}}],

[eqn: lambda =]600 nm이고 [eqn: n _{1}]=2이므로 [eqn: lambda '=] 300 nm이다.

코어에서의 빛의 진동수 : [eqn: f= {c} over {lambda }]

[eqn: lambda =]600 nm이고 [eqn: c]=3×108 m/s이므로 [eqn: f] = 5×1014 Hz이다.

1-2>

스넬의 법칙 : [eqn: {sin theta _{r}} over {sin theta _{i}} = {n _{i}} over {n _{r}}]

[eqn: {sin theta _{r}} over {sin theta _{1}} = {1} over {2}]이고, [eqn: theta _{r} =sin ^{-1} LEFT ( 0.5 TIMES sin theta _{1} RIGHT )]이다.

또는 [eqn: sin` theta _{r} `=` {1} over {2} sin` theta _{1} ``]으로 표현해도 옳다.

1-3>

1-4>

[eqn: sin theta _{c} = {n _{2}} over {n _{1}}]=[eqn: sin(90 ^{o} - theta _{r} )]

=[eqn: cos theta _{r}]=[eqn: sqrt {1-sin ^{2} theta _{r}}]

그러므로 [eqn: sin theta _{r} = sqrt {1-( {n _{2}} over {n _{1}} ) ^{2}}]이다.

[eqn: theta _{1} `=`90`]일 때 [eqn: theta _{r} `]의 값은 [eqn: sin theta _{r} `= {1} over {n _{1}} `]이고 [eqn: theta _{c} `=`90- theta _{r} ``]에서 [eqn: sin theta _{c} `=`sin(90- theta _{r} `)= {n _{2}} over {n _{1}} `]이다.

[eqn: n _{1} =2`]라고하면 [eqn: theta _{1} `=90`]일 때 [eqn: theta _{r} `=`30`]이고 [eqn: theta _{c} `=`60`]이고 [eqn: n _{2} ` LEQ ` sqrt {3} `]이다.

2-1>

정답) 지면 안쪽

(렌쯔의 법칙에 의해 위쪽으로 향하는 자기력을 얻기 위해서)

2-2>

정답) 20cm

등속도 운동하기 위해서 중력=자기력, mg = IlB -(1)

유도기전력(V) = Blv = IR,       ∴ I = Blv/R -(2)

(1), (2)식으로부터 mg = (Bl)2v/R, ∴v = mgR/(Bl)2

자유 낙하 공식에 의해,

v2 = 2gh = (mgR)2/(Bl)4

h = (mR)2g/2(Bl)4 = [(4 × 10-3 × 0.5)2 × 10]/[2 × (2 × 5 × 10-2)4] = 20cm

2-3>

정답) v=2m/s, I=0.4A

v = (2gh)1/2 = (2 × 10 × 20 × 10-2)1/2 = 2m/s

I = Blv/R = (2 × 5 × 10-2 × 2)/0.5 = 0.4A

2-4>

정답) 2 × 10-3 J

등속도 운동이므로 운동 에너지의 변화량은 0이다. 따라서 중력이 한일은 모두 전기 에너지로 소모된다. 즉, 감소한 위치에너지 = 전류에 의한 열에너지이다.

W = mgl = 4 × 10-3 × 10 × 5 × 10-2 = 2 × 10-3 J

또는 W = I2Rt = I2R(l/v) = 0.42 × 0.5 × (5 × 10-2/2) = 2 × 10-3 J