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일반물리학(SERWAY) 문제풀이Ⅱ

김희수 교수

단국대학교 대학원 응용물리학과 석사과정
단국대학교 대학원 응용물리학과 박사졸업

학력

단국대학교 대학원 응용물리학과 석사과정
단국대학교 대학원 응용물리학과 박사졸업

강의경력

단국대학교
현) 유니와이즈 전임교수

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교육 대상: 🎓 **대학 신입생/편입생(공대·자연대)**: 일반물리학 I를 처음 이수하거나 재수강하며 개념과 문제풀이를 단기간에 정리하고 싶은 학생.
📚 **물리·수학 기초 보강 희망자**: 벡터·미분적분과 물리 공식을 연결해 다단계 계산형·그래프 해석형 문제를 안정적으로 해결하고 싶은 학습자.
🏃 **실업계/특성화고 및 전과 준비생**: 대학 커리큘럼을 처음부터 체계적으로 따라가며 중간·기말 대비를 확실히 하고 싶은 학생.
🔬 **과학고/자사고·심화 학습자**: 대학 수준의 엄밀함으로 역학·파동·열역학을 선행/심화하고 싶은 학습자.
🏅 **자격시험 대비자**: 전기기사·전자기사·기계기사·소음진동기사·신재생에너지발전설비기사 등 물리 기초가 요구되는 국가기술자격 준비생.
교재정보 및 참고문헌: 📘 **주교재 (PDF 제공)**:
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📖 **참고 문헌 (선택)**:
- 『최신대학물리학 I』(Serway, Principles of Physics: A Calculus-Based Text, 5th, 북스힐 번역본)
- 『일반물리학(최신 개정판)』(Halliday·Resnick·Walker, 범한서적주식회사 번역본)
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커리큘럼

총 12개 챕터, 25강으로 구성되어 있습니다.

커리큘럼
제목	강의시간	상세내용
19장. 전기력과 전기장
[1강] 전기력과 전기장 (1)	0: 59: 32
전기력과 전기장 기본 원리 및 문제 풀이 • 쿨롱의 법칙: 전하 간 전기력 계산, 전하 재분배 및 전기력 평형 분석 원리 이해 • 전기장 분석: 점전하 배열 및 연속 전하 분포에 의한 전기장 벡터 합산, 적분 활용 방법론 학습 • 문제 해결: 전기장 0점 탐색 및 대칭성을 이용한 전기장 성분 상쇄 기법 적용 훈련
[2강] 전기력과 전기장 (2)	1: 08: 09
전기력과 전기장 문제풀이 * 전기장 및 전기력 원리: 점전하, 균일 전기장 내 입자 운동 분석(F=QE, A=QE/M) 및 힘의 평형 조건 활용. * 가우스 법칙 응용: 다양한 대칭 전하 분포(선, 면, 원통, 구)에서의 전기장 및 전기선속 계산 방법 이해. * 전하 분포 특성: 도체/부도체 전기장, 유도 전하, 중첩 원리를 통한 복합 전기장 해석.
20장. 전위와 전기용량
[3강] 전위와 전기용량 (1)	0: 55: 25
일반물리학(SERWAY) 문제풀이: 전위와 전기용량 (1) • 전위차 개념 및 계산: 균일 전기장 내 전위차 계산, 에너지 보존을 통한 전하 입자 가속 속력 및 위치에너지 변화 분석. • 전기장-전위 관계: 전위 함수로부터 전기장 성분 유도, 대전된 구형 도체 내부 및 외부의 전위와 전기장 특성 이해. • 대전 입자 시스템: 점전하 배열 및 고리 중심축 전위 계산, 도체와 절연체 충돌 시 에너지 및 속력 변화 비교.
[4강] 전위와 전기용량 (2)	0: 48: 37
전위와 전기용량 문제풀이 및 유전체 영향 분석 • 전위 수치 해석: 불균일 선전하 적분 및 도선 구조별 스칼라 합산을 통한 전위 분포 도출 • 축전기 조합 및 모델링: 직·병렬 등가 전기용량 산출 및 가변공기축전기의 판 수($2N-1$)에 따른 회로 분석 • 유전체 영향 및 역학: 유전 상수($\kappa$) 적용 시 전기용량 증가 및 계의 에너지·전위차 감소 원리 규명
21장. 전류와 직류회로
[5강] 전류와 직류회로 (1)	0: 57: 47
전류와 직류회로 기본 개념 및 문제 풀이 • 전류 및 직류회로 기초 물리량: 전류, 유동속력, 전류밀도, 저항, 비저항의 정의 및 온도 의존성 계산 원리. • 옴의 법칙 및 전력 소모 분석: 옴의 법칙을 활용한 전류·전위차·저항 계산 및 전력 소모, 에너지 관계 이해. • 복합 직류회로 해석: 키르히호프 법칙으로 전위차·전류 계산, 휘스턴 브릿지로 미지 저항 측정.
[6강] 전류와 직류회로 (2)	0: 49: 05
강의요약 제목: 전류와 직류회로 심화 키르히호프 법칙 및 에너지 변환 • 키르히호프 법칙: 고리 및 접합 법칙을 활용한 직류회로의 미지 전류, 전압, 기전력 분석 및 계산 • 등가저항: 복잡한 직병렬 회로의 합성저항 단순화 및 전류, 전위차 계산 • 전력·에너지 변환: 최대 전력 소모, 에너지 공급·흡수·보존 원리 적용 및 회로 에너지 흐름 분석
[7강] 전류와 직류회로 (3)	0: 41: 35
전류와 직류회로 연습문제 풀이 • 키르히호프 법칙: 전류 규칙 및 고리 법칙을 적용하여 복잡 직류회로의 전류, 전압 분석 및 미지량 계산 • RC 직렬 회로: 시간 상수($\tau=RC$)를 활용한 축전기 충전/방전 특성 및 시간에 따른 전류, 전하, 전압 변화 계산 • 직류회로 해석: 축전기의 직류 정상 상태 개방 회로 동작과 전류 음의 값 물리적 의미를 통한 종합적 회로 분석
22장. 자기력과 자기장
[8강] 자기력과 자기장 (1)	0: 47: 31
자기력과 자기장 문제풀이 • 자기력 방향 결정: 플레밍 법칙·벡터 외적을 통한 대전 입자 자기력의 방향 및 크기 계산 원리 • 자기장 내 입자 운동: 자기력-구심력 평형 기반 원운동 궤도, 속도 선택기, 질량 분석기, 사이클로트론 작동 원리 • 전류의 자기 작용: 전류 도선 자기력 계산, 직사각형 코일의 자기 쌍극자 모멘트와 토크 발생 메커니즘
[9강] 자기력과 자기장 (2)	1: 04: 03
자기력 및 자기장 문제풀이 * 자기 모멘트 및 토크: 전류 고리의 자기 모멘트(μ=NIA)와 자기장 내 토크(τ=μBsinθ) 계산 원리 및 방향 결정. * 다양한 전류 자기장: 직선·원형 도선, 동축 케이블, 솔레노이드 내부 자기장(비오-사바르, 앙페르 법칙) 적용 및 정량적 분석. * 자기력 상호작용: 평행 도선 간 힘 및 도체 고리에 작용하는 알짜 자기력(플레밍 왼손 법칙), 벡터합을 통한 시스템 거동 해석.
23장. 패러데이의 법칙, 유도계수 및 교류회로
[10강] 패러데이의 법칙, 유도계수 및 교류회로 (1)	0: 59: 22
패러데이 법칙, 유도 기전력, 자기력 연습문제 풀이 • 패러데이 유도 법칙 및 렌츠의 법칙: 자기 선속 변화 기반 유도 기전력, 유도 전류 계산 및 방향 결정 원리 학습 • 전자기 유도 현상 응용: 슬라이딩 막대, 회전 코일 등 다양한 시스템에서 발생하는 외력, 전력, 자기력 분석 • 정량적 문제 해결: 자기 선속 적분, 미분 방정식 등 수학적 기법 활용 및 시스템별 물리적 조건에 따른 계산 방식 이해
[11강] 패러데이의 법칙, 유도계수 및 교류회로 (2)	1: 01: 15
일반물리학 문제풀이 46강 요약: 패러데이 법칙, 유도계수 및 교류회로 (2) • 전자기 유도 기본 원리: 패러데이 법칙, 렌츠의 법칙 기반 유도 전기장 및 기전력 계산, 인덕터 자체 유도 현상 분석 • RL 직렬회로 분석: 시간 상수, 키르히호프 법칙을 이용한 전류 변화 및 에너지 저장/소모 동적 특성 이해 • 교류회로 및 자기장 에너지: RMS/최대값 관계, 유도 리액턴스, 위상 차이, 솔레노이드 자기장 에너지 계산 원리 적용
[12강] 패러데이의 법칙, 유도계수 및 교류회로 (3)	0: 48: 24
AC 회로 문제 풀이: 리액턴스, 임피던스, 공진 및 전력 • AC 회로 리액턴스/임피던스: 유도/용량 리액턴스와 임피던스의 정의, 계산, 주파수 의존성을 통한 AC 회로의 저항 특성 분석. • 위상각 및 위상자 분석: 전류와 전압 간 위상각 계산, 유도성/용량성 회로 특성 파악, 위상자를 활용한 전압 합성 및 회로 해석. • 공진 현상/평균 전력: 공진 진동수 계산과 이때의 임피던스, 전류, 위상각 특성 이해, RLC 회로의 평균 전력 계산 및 전력 인자 활용.
24장. 전자기파
[13강] 전자기파 (1)	0: 48: 18
일반물리학 전자기파 문제풀이 • 맥스웰 방정식: 변화하는 전기장에 의한 자기장 유도(앙페어-맥스웰 법칙), 변위전류 및 가우스 법칙을 이용한 전자기장 분석. • 전자기파 특성: 파동 방정식 해 증명, 매질 내 속도($v=c/\sqrt{\kappa}$)와 유전상수 관계, 전기장-자기장 진폭($E_{max}/B_{max}=c$) 관계. • 로렌츠 힘: 전기장 및 자기장 하에서 하전 입자의 운동량 변화 및 가속도 계산.
[14강] 전자기파 (2)	0: 42: 28
전자기파 문제풀이 (SERWAY) * 전자기파 핵심 개념: 포인팅 벡터, 전기장, 자기장의 직교성 및 벡터 연산을 통한 에너지 전달, 운동량 계산. * 복사압 원리: 빛의 압력을 이용한 힘, 가속도 도출 및 태양돛 가속과 같은 응용 문제 해결 절차. * 편광 현상: Malus의 법칙 기반 빛의 세기 변화, 다중 편광 필터를 이용한 편광면 회전 및 최적 조건 분석.
25장. 빛의 반사와 굴절
[15강] 빛의 반사와 굴절 (1)	0: 35: 48
빛의 반사 및 굴절 문제 풀이와 개념 적용 • 빛의 굴절 및 반사 기본 법칙: 스넬의 법칙과 반사의 법칙 적용, 매질 변화에 따른 빛의 파장, 진동수, 속력 변화 분석. • 브루스터 각 정의 및 유도: 반사광선과 굴절광선이 수직인 편광각($\tan\theta_B = n$)의 개념과 유도 과정 이해. • 내부 전반사 및 임계각: 굴절각 90° 조건의 임계각 원리, 빛 및 음파의 전반사 발생 조건 및 특성 분석.
[16강] 빛의 반사와 굴절 (2)	0: 49: 08
빛의 반사와 굴절 연습문제 풀이 • 빛의 반사와 굴절 현상: 스넬의 법칙과 전반사 원리를 이용한 빛의 경로 및 광학 현상 분석. • 광학 응용 및 자연 현상: 프리즘, 신기루, 액체 속 물체 가시성 등 실제 사례에서의 굴절률과 임계각 계산. • 광섬유 전반사: 수용원뿔과 굽힘 최소 반지름 결정을 통한 빛의 효율적 전송 조건 파악.
26장. 거울과 렌즈에 의한 상의 형성
[17강] 거울과 렌즈에 의한 상의 형성 (1)	0: 46: 41
빛의 반사 및 굴절을 이용한 상 형성 문제풀이 • 평면 거울 상 형성: 전신을 비추는 최소 거울 높이 계산 원리 및 물체-상 거리/배율 특성 이해. • 구면 거울 상 형성: 거울 방정식($1/p+1/q=1/f$)과 배율($M=-q/p$) 공식을 활용, 오목/볼록 거울의 상(위치, 크기, 실상/허상, 정립/도립) 판별. • 굴절면 상 형성: 평면/구면 굴절면 상 위치 공식($n_1/p+n_2/q=(n_2-n_1)/R$) 적용, 굴절률 및 R 부호 규약을 통한 겉보기 깊이 계산 및 상의 실재성 분석.
[18강] 거울과 렌즈에 의한 상의 형성 (2)	0: 41: 26
일반물리학 거울 렌즈 상 형성 문제풀이 • 광학 상 형성 원리: 굴절면 및 렌즈 방정식을 활용하여 상의 위치, 배율, 특성(실상/허상, 정립/도립)을 분석. • 렌즈 제작자 공식: 렌즈 굴절률과 곡률 반지름 부호 규약을 통한 초점거리 계산 및 주변 매질 변화에 따른 렌즈 초점거리 변화 원리. • 광학계 부호 규약: 물체/상 거리, 곡률 반지름 부호로 상의 종류 판별; 거울의 초점거리가 매질에 독립적인 특성 이해.
27장. 파동광학
[19강] 파동광학 (1)	0: 55: 16
파동광학 이중슬릿 및 박막 간섭 현상 문제풀이 • 파동광학 간섭 원리: 영의 이중슬릿 및 얇은 박막에서 경로차($\delta$), 위상차($\phi$) 관계를 통한 보강/상쇄 간섭 조건 분석. • 이중슬릿 간섭 계산: 극대/극소 무늬 위치 및 빛의 세기를 작은 각도 근사, 파장, 슬릿 간격으로 산출. • 얇은 박막 간섭 조건: 경계면 반사 위상 변화 및 광학적 경로차($2nT$)를 고려하여 보강/상쇄 간섭 조건 적용.
[20강] 파동광학 (2)	0: 42: 29
파동광학 주요 문제 풀이 및 개념 적용 * 파동광학: 간섭, 회절, 분해능 등 빛의 파동성을 기반으로 한 핵심 원리 및 응용 문제 풀이 * 간섭/회절 조건: 얇은 막 간섭(위상 변화, 경로차) 및 단일 슬릿/회절 격자의 극대·극소 조건 분석 * 레일리 분해능: 원형 개구부의 최소 분해각(레일리 조건)을 이용한 광학계 및 시각 분해능 측정
28장. 양자물리학
[21강] 양자물리학 (1)	0: 51: 39
양자물리학 문제풀이: 흑체복사, 광전효과, 콤프턴 산란 • 흑체복사 현상: 빈의 변이 법칙 기반 온도 및 스펙트럼 분석 원리 이해. • 광전효과 분석: 일함수, 차단 주파수, 정지전위, 최대 전하량 등 광전효과 방정식 적용 및 계산. • 콤프턴 산란 이해: 운동량 및 에너지 보존 법칙을 통한 콤프턴 이동, 광자-전자 산란 현상 정량적 분석.
[22강] 양자물리학 (2)	0: 47: 15
일반물리학(SERWAY) 양자물리학 (2) 문제풀이 • 콤프턴 산란·드 브로이 파장: 광자-전자 상호작용 분석, 입자의 파동성 기반 현미경 분해능 및 에너지 계산. • 양자 파동 위상속력·군속력: 비상대론적·상대론적 입자 속도 관계 증명 및 물질파 분산 특성 이해. • 이중 슬릿 간섭·하이젠베르크 불확정성 원리: 양자 입자 파동성, 간섭 무늬, 위치-운동량 불확정도와 미시/거시 세계 차이 분석.
[23강] 양자물리학 (3)	0: 35: 31
양자물리학 문제풀이: 불확정성, 파동함수, 에너지 • 하이젠베르크 불확정성 원리: 위치 및 운동량 불확도 관계 정의 및 최소 불확도 계산 • 양자 파동함수: 확률 밀도 계산, 드 브로이 파장 등 관련 물리량 도출, 슈레딩거 방정식 해 증명 • 1차원 양자 우물 모델: 에너지 준위 양자화 원리 이해 및 광자 방출 파장 산출
29장. 원자물리학
[24강] 원자물리학	1: 05: 55
원자물리학 문제풀이 요약: 양자역학 기초와 응용 * 원자물리학 기초: 고전 원자 모델 한계 분석 및 양자역학 기반 원자 에너지 준위, 전자 전이 원리 이해 * 양자적 특성: 양자수(n, l, ml, ms) 기반 궤도 각운동량 양자화, 파동 함수 규격화 및 전자 존재 확률 계산 * X선 발생 원리: 특성 X선, 브렘스슈트랄룽 생성, X선 파장 계산 및 최소 전압 조건 적용
30장. 핵물리학
[25강] 핵물리학	0: 39: 50
핵물리학 연습문제 풀이 • 알파 입자 물리: 에너지 보존 법칙 기반 금 원자핵 최단 접근 거리 계산 및 드 브로이 파장으로 러더퍼드 산란의 입자성 분석. • 핵분열 및 방사성 붕괴: 단위핵자당 결합에너지 변화로 핵분열 에너지 계산, 붕괴 상수와 반감기를 활용한 방사능 변화 및 붕괴 핵 수 예측. • 핵반응과 에너지: 질량 결손 및 질량-에너지 등가 원리로 알파 붕괴 방출 에너지 산출, 질량수·원자 번호 보존 법칙 기반 미지 핵종 식별.