기초물리학실험2 기말고사 2007.12.05.(수) 18:00~19:30

1. 1)전기 3대 수동 소자인 저항(R), 커패시터(C), 인덕터(L) 구매 시 알아야 할 3대 규격(숫자 제외)은 각각 무엇인지를 구하여 표1에 채워 넣어라. 그리고 이 3대 소자의 색표기나 숫자표기에 사용하는 물리량의 세부 단위(예 [eqn: mH] 등)도 각각 구하여 표1에 채워 넣어라.

표1 전기 3대 수동 소자 규격

구분	기본 값 및 단위	색표기 및 숫자표기 단위	상대 오차[%]	정격
저항(R)	저항값[[eqn: OMEGA]]			정격 전력[W]
커패시터(C)
인덕터(L)		[eqn: μH]

2)전기 3대 수동 소자인 저항(R), 커패시터(C), 인덕터(L) 의 지배식을 각각 제시하라.

3)이 지배식을 실험으로 보이는 실험 방법 및 과정을 설명하고 피 측정소자로 47옴/0.25W 저항, 30[eqn: μF]/15V 커패시터, 72[eqn: mH]/0.1A 인덕터 로 예상되는 실험결과를 그래프로 각각 제시하라.

2. 1)쿨롱 법칙을 제시하고, 동일한 전하량으로 대전시킨 풍선 2개로 이 쿨롱 법칙을 측정하는 방법과 전하량을 구하는 방법을 설명하라.

2)이 측정 및 분석 결과 1개 풍선의 전하량이 1E-7[C]을 구하였다. 이 전하가 만드는 전장(electric field)을 구하는 방법과 예상되는 결과(전장은 벡터이므로 크기와 방향)를 제시하라.

3. 1)평행한 2개 전극이 부착된 도전성 종이(텔레델토스 종이)와 2개의 일정 간극 전압 프로브로 2차원 전장을 구하는 원리를 전압과 전장의 관계로 설명하라.

2)전극 간격이 0.1[m]인 양 전극에 전원 전압을 +y 방향으로 +20[V]를 인가하였다. 1[cm] 간극 x 방향 및 y 방향전압 프로브로 측정 예상되는 전압(크기)과 전장(크기 및 방향)은 각각 얼마일까?

3)전기 가우스법칙을 제시하고 본 실험 결과에서 전기 가우스법칙을 보이는 방법과 예상되는 결과를 제시하라.

4. 1)자장의 근원과 비오-사바르 법칙을 제시하고 이를 실험으로 보이는 방법을 설명하라.

2)앙페르 법칙을 제시하고 5[A] 무한 직선 전류에서 이 앙페르법칙을 실험으로 보이는 방법을 설명하고 예상되는 결과를 제시하라. 3)자장의 정의와 SI 단위를 제시하고 자장을 측정하는 원리를 자장의 로렌츠 힘 측정 방법으로 설명하라.

5. 1)패러데이 유도법칙을 제시하고 직경 0.1[m] 64[turn] 솔레노이드와 직경 0.03[m] 자장 크기 0.05[T] 자석으로 이 패러데이 유도법칙을 실험으로 보이는 방법을 설명하고 예상되는 결과를 제시하라.

2)패러데이 유도법칙을 응용한 AC 발전기 원리를 직접 실험한 실험장치로 설명하라. 출력 전압 및 주파수가 회전자의 각속도와 어떤 관계가 있는지 실험 결과로 설명하라.

3)피 측정 동축케이블의 전파속력을 측정하는 방법을 설명하라. 이 측정 결과, 길이 L=10[m] 케이블에서 왕복 전파 지연시간 td=100[nsec]를 얻었다. 이 케이블의 전파속력은 얼마인가? 또 굴절률 n 은 얼마인가?

6. 1)공기 중의 광속 측정 방법을 설명하라. 이 측정 결과, 길이 L=4[m] 공기에서 왕복 전파 지연시간 td=27[nsec]를 얻었다. 공기 중 광속은 얼마인가?

2)전자파의 반사법칙과 굴절법칙(스넬법칙)을 각도(입사각, 반사각, 굴절각)관계와 입출사면관계를 제시하라.

3)아크릴 D 형 렌즈로 반사법칙과 굴절법칙을 측정하는 원리를 설명하고 그 측정결과 파장 650[nm] 광원에서 굴절률 n아크릴=1.5을 얻었다. 아크릴에서의 이 파장에서의 광속은 얼마일까?

4)가장 완벽한 거울(대표적인 응용: 반사프리즘 및 광섬유)인 내부 전반사는 왜 외부반사에서는 안 생길까? 공기-아크릴 경계의 예상되는 임계각은 얼마일까?

7. 1)유리 프리즘의 분산에 의한 태양광 적외선 가시광선 자외선 스펙트럼 측정방법을 설명하라. 그 결과 보라색 빛과 빨강색 빛에서의 유리 굴절률의 대소(크고 작음)를 제시하라.

2)빛의 파동성을 확실히 보여준 영의 간섭 실험(2중 슬릿)방법을 설명하라. 이 실험 결과 슬릿 간격 0.1mm, 슬릿과 스크린 거리 4[m] 광원의 파장 650[nm]일 때 예상되는 간섭 무늬 간격은 얼마일까?

3)공기-산화규소-실리콘 박막 간섭실험으로 청색 반사광을 관찰하였다. 수직으로 백색광을 비추고 간섭 차수가 1 이라면 산화규소 박막의 두께는 얼마일까?

8. 1)단일 슬릿, 원형 구멍, 면도날 회절체의 회절 실험 방법을 설명하고 예상되는 회절 무늬를 제시하라. 2)25[cm] 거리에 책을 두고 독서할 때 회절에 의한 우리 눈으로 볼 수 있는 가장 작은 글씨의 크기는 얼마일까? 눈을 원형 구멍회절체로 보고 사용파장은 550[nm]로 가정하라.

2)CD로 만든 간이형 반사 회절격자로 태양광 스펙트럼 분석하는 방법을 설명하라. 프리즘 스펙트럼 분석결과와의 차이점은?

3)실리콘 결정에 파장 0.1[nm] x-ray를 비췄더니 30도의 1차 회절각을 얻었다. 실리콘의 격자 주기는 얼마일까?

9. 1)전자파의 편파(편광)에 대하여 설명하라.

2)말러스 법칙을 실험으로 보이는 방법을 설명하고 이를 응용하여 가변 광감쇠를 만드는 방법을 제시하라.

3)전자파에서 블루스터법칙이 왜 존재하는지를 전자파의 특성인 횡파(transverse wave)로 설명하라.

4)점광원에서 광세기 대 거리 역 제곱법칙을 설명하고 이를 실험으로 보이는 방법을 제시하라. 점광원 대신 선광원 또는 면광원이라면 어떻게 달라질까?