表紙（物理）

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1 수험번호 성 명 2014 년일본공과대학학부유학생파견선발시험 물리 (90 분 100 점 ) 주의 1 시험시작의지시가있을때까지열지마시오. 2 해답은해답용지의지정된난안에알아보기쉽게기입하시오. 3 해답에한글이포함되면채점되지않습니다.

2 문제 1 다음글을읽고물음에답하시오. 물음 A 질량이 kg 인우주쓰레기 ( 우주파편 ) 가그림 1A 와같이지구의중심으로부터반지름이 m 인원궤도를돌고있다. 지구의질량은 kg, 만유인력상수는 N m 2 /kg 2 이며무한히먼곳 ( = ) 을중력에의한위치에너지의기준으로한다. 궤도상의접선방향으로우주쓰레기를지구에서무한히먼곳으로날려보내기위해필요한최소에너지 J 는얼마인가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오. 그림 1A

3 물음 B 어떤종류의박쥐는주파수 48 khz 의초음파를내서물체에반사되는그초음파를감지하면서비행경로를결정한다. 조용히멈춰있는박쥐가초음파를내고나서 s 후에동굴벽에반사된초음파를들었다고하자. 이초음파의파장는얼마이고벽에서박쥐까지의거리는몇 m 인가? 가장가까운것을하나골라그번호를해답란에기입하시오. 단, 공기중의음속은 340 m/s 라고하자. 1 = 7.1 m, = 1.87 m 2 = 7.1 m, = 0.94 m 3 = m, = 0.94 m 4 = m, = 1.87 m 5 = m, = 0.94 m 6 = m, = 1.87 m 2

4 물음 C 마찰이없이움직이는피스톤을갖춘실린더에 1 몰의단원자분자로구성된이상기체를넣었다. 압력 Pa 와부피 m 3 를그림 1B 와같이 A B C A 로천천히변화시켰다. A B 는정적변화, B C 는등온변화, C A 는정압변화이다. 상태 A 의온도를 1 K, 상태 B, C 의온도를라고하자. 기체상수는 J/(mol K) 이다. 그림 1B 상태 A 에서 B 로변할때외부에서기체에가한열량 Q AB J 와상태 C 에서 A 로변할때외부에서기체에한일 W CA J 에대해바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오. 1 Q AB = ( ),W CA = ( ) 2 Q AB = ( ),W CA = ( ) 3 Q AB = ( ),W CA = ( ) 4 Q AB = ( ), W CA = ( ) 5 Q AB = ( ),W CA = ( ) 6 Q AB = ( ), W CA = ( ) 물음 D 질량이 1.5 kg 인물체가있다. 이물체의질량의는구리이고나머지는 철로구성되어있다. 이물체의온도를섭씨 C 에서 C 로올리려면몇 J 의열이필요한가? 가장가까운것을하나골라그번호를해답란에기입하시오. 구리와철의비열은각각 J/(g K),0.482 J/(g K) 이다 J J J J J J 3

5 물음 E 평면에서점의좌표를 (, ) 로나타낼때, 두점전하 + 와 가그림 1C 와같이평면위의 (1,0) 과 ( 1,0) 에놓여있다고하자. 좌표 (1,2) 에있는점 P 와같은전위 ( 등전위 ) 를갖는점은축위의어느영역에있는가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오. 그림 1C 1 2 < < < < 0 3 = < < < < 2 6 > 2 4

6 문제 2 다음글을읽고물음에답하시오. 해답은문제의끝에있는보기중에서바른것을골라그기호를해답란에기입하시오. 충분한길이를가진고무줄의장력은고무줄의길이가원래길이 ( 고무줄이힘을받지않을때의길이 ) 보다길때에는 ( 비례상수 ) ( 변위 ) 와같은크기의복원력을발생시키며원래길이보다짧은경우에는힘을전혀미치지않는다. 이런이상적인성질을가지며충분한길이를가진고무줄 1 ( 원래길이, 비례상수 ) 과고무줄 2 ( 원래길이, 비례상수 2 ) 를준비하여아래그림과같이두고무줄의한쪽끝에질량이인추를연결하고고무줄 1 의다른쪽끝을수평면의왼쪽벽에, 고무줄 2 의다른쪽끝을수평면의오른쪽벽에고정한다. 좌우벽사이의간격은두고무줄의원래길이의합보다길며, 이길이를 + + 라고하자. 추는마찰이없는수평면위를고무줄의방향으로만운동한다. 이하, 추의좌표를로하고고무줄 1 의길이가원래길이일때를 = 0 으로하며오른쪽방향을양의방향으로한다. 추의크기와고무줄의무게는무시하며, 비교를위해용수철 ( 용수철상수 ) 에달린질량인추가단진동할때의주기를라고하자. 0 x l 1 물음 A 추가두고무줄의힘에의해정지하고있을때, 고무줄 1 의늘어난길이는의몇배인가? 물음 B 손으로추를평형상태에서좌표 = 2로이동시킨후조용히놓았더니추가단진동을하였다. 이주기운동에대해 (1) 추의진폭은의몇배인가? (2) 추의주기은의몇배인가? 보기중에서바른것을각각골라그기호를해답란에기입하시오. 그런다음손으로추를좌표 = 0 으로이동시킨후조용히추를놓았더니운동중에고무줄이느슨해지기때문에추는단진동과는다른주기를갖는주기적인운동을하였다. 다음의물음 C, D, E 에서는이운동에대해답하시오. 물음 C 추가 (1) 가장왼쪽으로이동할때와 (2) 가장오른쪽으로이동할때의좌표는각각의몇배인가? 보기중에서바른것을각각골라그기호를해답란에기입하시오. 5

7 물음 D 추가움직이기시작한후고무줄 2 가처음으로느슨해지기시작할때까지의시간은물음 B 에서구한주기의몇배인가? 물음 E 추가하는주기적인운동의주기는물음 B 에서구한주기의몇배인가? 보기

8 문제 3 다음글을읽고물음에답하시오. 그림과같이외부와단열되어있고동일한열용량 C J/K 를가진 2 개의유리구용기 A, B 가있다. 각각의용기에는동일한용적 V m 3 의공간이있으며용적을무시할수있는가는유리관으로연결되어있다. 처음에용기 A, B 는동일한온도 T K 를가지며밸브는닫혀있다. 용기 A 에는 n mol 의단원자분자로구성된기체가들어있고용기 B 는진공상태이다. 각물음에서용기안의기체의온도는용기의온도와같으며가는유리관과밸브의열용량은무시하기로한다. 기체상수는 R J/(mol K) 이다. 용기를열원에접촉시켜용기 A 와 B 의온도가 2T K 로될때까지천천히데운후용기를열원에서멀리했다. 물음 A 용기및기체에가해진총열량은얼마인가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오 밸브를천천히연후충분한시간이경과했다. 물음 B 용기 A, B 의기체의압력은얼마인가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오 다시용기를열원에접촉시킨후밸브를열어용기 A 의온도를 3T K, 용기 B 의온도를 2T K 로유지하였다. 7

9 물음 C 용기 A, B 의기체의압력은얼마인가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오 물음 D 용기 A, B 의기체의내부에너지는처음상태에서얼마나변하였는가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오 다음으로용기를열원에서멀리한후충분한시간이경과하였더니용기 A 와 B 의온도는같아졌다. 물음 E 이때용기의온도는얼마인가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오

10 문제 4 다음글을읽고물음에답하시오. 그림 4A 와같이 2 장의무색투명하고평평하며두꺼운유리판을겹쳐놓은뒤한쪽끝은접촉시키고다른쪽끝에는철사를끼운다. 이때 2 장의유리판이이루는각도는매우작다. A 쪽에서두장의유리중아래의유리판에수직으로파장인단색광을입사한후 A 쪽에서바라보았더니철사와평행한밝고어두운줄무늬가보였다. 그림 4A 물음 A 밝고어두운줄무늬를만든빛은그림 4A 의 a, b, c, d 중어느두면에서반사된빛인가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오. a 는위의유리판의윗면, b 는위의유리의아랫면, c 는아래유리판의윗면, d 는아래유리판의아랫면이다. 1 a, b 2 a, c 3 b, c 4 b, d 5 a, d 물음 B 물음 A 의정답인두면에서빛이반사될때, 입사광에대해반사광의위상은변하는가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오. 1 a 위상변화없음, b 위상변화있음 2 a 위상변화있음, b 위상변화없음 3 a 위상변화없음, c 위상변화있음 4 a 위상변화있음, c 위상변화없음 5 b 위상변화없음, c 위상변화있음 6 b 위상변화있음, c 위상변화없음 7 b 위상변화없음, d 위상변화있음 8 b 위상변화있음, d 위상변화없음 9 a 위상변화없음, d 위상변화있음 10 a 위상변화있음, d 위상변화없음 9

11 물음 C 그림 4A 에사용된유리판의폭가 85 mm 일때파장이 640 nm 인단색광을입사하였더니밝고어두운줄무늬를볼수있었다. 이때인접한밝은줄무늬사이의간격은 0.40 mm 이었다. 유리판사이에끼운철사의지름에대해가장가까운답을하나골라그번호를해답란에기입하시오 mm mm mm mm mm 물음 D 철사를제거하고 2 장의유리가붙어있는한쪽끝에서 75 mm 떨어진곳에지름 mm 인머리카락을끼우고파장이 600 nm 인단색광을입사하였더니, 이때에도밝고어두운줄무늬를볼수있었다. 이때관측되는인접한밝은줄무늬사이의간격은얼마인가? 가장가까운답을하나골라그번호를해답란에기입하시오 mm mm mm mm mm 10

물음 E 그런다음머리카락을제거하고 2 장의유리판사이에굴절률인무색투명한액체를소량넣은후유리판을가볍게눌러평행하게하였다. 이상태에서그림 4B 처럼유리에수직으로단색광을입사하였다. 이때파장을연속적으로변화시키면서투과광의강도를측정하였더니그림 4B 와같이파장와함께강도가변화했다.

12 물음 E 그런다음머리카락을제거하고 2 장의유리판사이에굴절률인무색투명한액체를소량넣은후유리판을가볍게눌러평행하게하였다. 이상태에서그림 4B 처럼유리에수직으로단색광을입사하였다. 이때파장을연속적으로변화시키면서투과광의강도를측정하였더니그림 4B 와같이파장와함께강도가변화했다. 어떤강도의마루와그다음마루의파장을각각, ( < ) 라고하고굴절률은파장에따라변하지않는다고하자. 2 장의유리판사이의간격에대해바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오. 그림 4B 1 = ( ) 2 = ( ) 3 = ( ) 4 = ( ) 5 = ( ) 6 = ( ) 11

13 문제 5 다음글을읽고물음에답하시오. 아래의그림과같이진공상태에서전극 A, B 사이에 3.4 kv 의전압을걸면음극 A 에서전자가튀어나온다. 그림과같이 x 축과 y 축을정하면, 전자는전극 A, B 사이의전기장에의해 x 축의양의방향으로가속되어그일부는양극 B 를통과했다. 그후 xy 면에수직인자기장에의해점 O 를중심으로하는원운동을시작해그림위의점 C 에도달했다. 전류계에흐르는전류는 500 ma 이었다. 전자의전하의크기를 C, 비전하를 C/kg, 자속밀도를 10 mt 이라고하자. 단위에주의하여다음물음에답하시오. 중력의영향은무시한다. 물음 A 전극 B 에도달한직후전자의속도는몇 cm / s 인가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오. 단, 음극에서방출된최초속도는무시한다 물음 B 전자의원운동의반지름은몇 cm 인가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오 물음 C 점 C 에도달한전자수는초당얼마인가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오

14 전자의궤도위에있는점 C 에부피 10 cm 3 인구리공을놓았더니구리공의온도가상승했다. 전자의운동에너지가모두열에너지로바뀌어구리공의온도가상승한것으로가정하자. 물음 D 구리공에주어지는열에너지는초당몇 J 인가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오 물음 E 구리공의온도는초당몇 K 상승하는가? 바른것을하나골라그번호를해답란에기입하시오. 구리의비열은 0.40 J/(g K), 밀도는 9.0 g/cm 3 이라고하자

. 0.. Planck : sec : sec : : m in radian m in ln sec 심장 발 기압

. 0.. Planck : sec : sec : : sec sec A . 0.. Planck : sec : sec : : m in radian m in ln sec 심장 발 기압 . 0. sec π . 0.. Planck : sec : sec : : sec sec sec sec . 0.. Planck : sec : sec : : m p = 1u=931.5 MeV