고급 물리학

1. 개요[편집]

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2015 개정 교육과정 과학과의 전문 교과로, 과학 계열 고등학교 또는 일반계 고등학교 2~3학년때 배운다.[1]
내용이 일반물리학과 매우 유사하다.

2. 고급 물리학[편집]

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2.1. 역학[편집]

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• 물리량을 벡터량과 스칼라량으로 구분하고 벡터의 연산(내적, 외적)을 할 수 있다.
• 속도의 의미를 이해하고 미분을 이용하여 표현할 수 있으며, 등가속도 운동에서 위치, 속도, 가속도 사이의 관계를 설명할 수 있다.
• 지표면 근처에서 일어나는 포물선 운동을 분석할 수 있다.
• 단진동의 의미를 알고, 단진자의 주기에 영향을 주는 변인을 찾아낼 수 있다.
• 용수철 진자의 주기를 정량적으로 계산할 수 있다.
• 일과 운동 에너지와의 관계, 보존력과 퍼텐셜 에너지와의 관계를 유도하고 그 의미를 설명할 수 있다.
• 안정 평형과 불안정 평형을 퍼텐셜 에너지 곡선을 통해 해석할 수 있고, 중력 퍼텐셜 에너지와 탄성 퍼텐셜 에너지를 설명할 수 있다.
• 보존력을 정의하고, 보존력의 특성과 예를 설명할 수 있다.
• 역학적 에너지 보존 법칙을 사용하여 물체에 보존력이 작용하는 경우의 운동을 해석할 수 있다.
• 입자계의 운동에서 질량 중심을 정의하고, 질량 중심의 운동을 벡터로 표현할 수 있다.
• 입자계에서 뉴턴 법칙을 적용하여 운동량 보존 법칙을 유도하고 그 의미를 설명할 수 있다.
• 운동량 보존 법칙이 적용되는 여러 가지 충돌 현상을 찾아 토의할 수 있다.
• 병진 운동과 회전 운동을 비교하고, 회전 운동에서 각변위, 각속도, 각가속도 사이의 관계를 수식으로 표현할 수 있다.
• 회전 관성, 각운동량, 돌림힘(토크) 등의 정의를 이용하여 회전 동역학에 관한 법칙들을 유도할 수 있다.
• 천체의 운동을 포함한 일상생활의 다양한 운동에서 각운동량 보존 법칙이 적용되는 예를 찾아 토의할 수 있다.
• 케플러의 세 가지 운동 법칙을 이용하여 행성의 운동을 분석할 수 있다.
• 케플러 법칙을 이용하여 인공위성의 궤도, 속도를 구할 수 있다.
• 기체의 내부 에너지와 온도, 압력 등을 분자 운동 모형으로 설명할 수 있다.
• 이상 기체 방정식을 통해 이상 기체의 특성을 설명할 수 있다.
• 열역학 제1법칙을 통해 열과 일의 출입에 따른 일상생활의 다양한 열역학 과정을 설명할 수 있다.
• 엔트로피의 개념을 알고 열역학 제2법칙을 적용하여 자연 현상을 설명할 수 있다.
• 사회적 현상을 엔트로피 관점으로 설명할 수 있는 사례를 제시하고 사회 현상을 분석하는 데 물리학 법칙을 이용할 수 있다.
• 경제 현상, 네트워크 이론, 뇌과학, 생태계 등을 비선형 물리학으로 해석하는 사례를 수집･분석하여 복잡계 물리학의 활용을 토의할 수 있다.

2.2. 전자기학[편집]

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• 대칭적 전하 분포에서 가우스 법칙을 이용하여 전기장을 구할 수 있다.
• 전기장, 전위, 전기력선의 관계를 알고, 정전기 차폐와 등전위면 등을 설명할 수 있다.
• 도체와 유전체의 내부와 외부의 전기장을 예측할 수 있다.
• 전기 쌍극자의 의미를 알고, 전기장과 전위를 구할 수 있다.
• 평행판 축전기의 직렬연결과 병렬연결에 따른 전기 용량 변화를 계산할 수 있다.
• 평행판 충전기에서 유전체의 역할을 이해하고, 평행판 축전기의 전기 용량을 계산할 수 있다.
• 키르히호프 법칙을 이용하여, 다양한 회로 내 전류, 전압을 예측할 수 있다.
• 비오-사바르 법칙을 이용하여 전류에 의한 자기장을 예측할 수 있다.
• 직선 및 원형 전류에 의한 자기장, 솔레노이드 내부의 자기장을 암페어 법칙을 이용하여 구할 수 있다.
• 유도 기전력, 자기 선속의 개념을 알고, 패러데이 법칙과 렌츠 법칙을 설명할 수 있다.
• 자체 유도 계수(인덕턴스)의 개념을 알고, RL회로에서 전류의 변화를 그래프로 나타내고 설명할 수 있다.
• 교류 전기의 발생 원리를 이해하고, 교류 기전력의 주기적 변화를 예측할 수 있다.
• 용량 리액턴스와 유도 리액턴스의 뜻을 알고, 이를 이용하여 교류 회로에서 임피던스를 계산할 수 있다.
• LC회로와 RLC회로에서 전기 진동과 공진 현상을 이해하고, 이것이 활용한 예를 들 수 있다.
• 전자기파의 파동 방정식을 유도하고, 맥스웰 방정식의 과학사적 의미에 대해 토의할 수 있다.
• 전자기파의 발생 원리를 이해하고, 전자기파의 성질과 종류를 구별할 수 있다.
• 청각과 시각 기관의 작동 원리를 물리적으로 설명할 수 있다.
• 인체의 구조를 역학, 전자기학 등으로 해석하고, 체지방 측정기의 원리를 이해할 수 있다.
• 영상 의학 장치(X-ray, CT, MRI, PET 등)에 적용되는 물리학의 원리를 설명할 수 있다.

2.3. 광학[편집]

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• 오목 거울과 볼록 거울에 의한 상을 광선 추적과 거울 방정식을 통해 예측할 수 있다.
• 얇은 볼록 렌즈와 오목 렌즈에 의한 상을 광선 추적과 렌즈 방정식을 통해 예측할 수 있다.
• 현미경, 망원경, 카메라 등 여러 가지 광학 기계의 원리를 조사하여 설명할 수 있다.
• 다양한 파동의 종류를 구별하고, 파동 함수로부터 파수, 진동수, 파동의 속력 등을 구할 수 있다.
• 파동의 간섭 현상을 수학적으로 해석하고, 생활 주변에서 발견할 수 있는 간섭 현상의 예를 찾아 설명할 수 있다.
• 영의 이중 슬릿 실험에서 나타나는 무늬의 특징에 대하여 설명하고, 변인에 따른 변화를 예측할 수 있다.
• 마이컬슨 간섭계 등 산업계에서 이용되는 간섭계에 대해 설명할 수 있다.
• 회절의 원리를 이해하고, 일상생활에서 나타나는 회절 현상의 예를 들 수 있다.
• 단일 슬릿에 의한 회절 실험에서 나타나는 무늬의 특징을 설명하고, 변인에 따른 변화를 예측할 수 있다.
• 이중 슬릿에 의한 회절 무늬 특징을 알고, 다중 슬릿 등에 의한 회절 현상의 분석에 적용할 수 있다.
• 분해능과 수차의 정의를 알고, 광학 기기에 적용하여 설명할 수 있다.
• 편광의 원리를 이해하고, 3D 영상 기술 등 편광이 실생활에 적용되는 사례를 찾아 설명할 수 있다.
• 영상 디스플레이(LCD, PDP, OLED 등)에 적용된 물리학적 원리를 조사하여 설명할 수 있다.

2.4. 현대 물리[편집]

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• 가속 좌표계 안에서 관성력을 도입하여, 가속 좌표계 에서 물체의 운동을 설명할 수 있다.
• 특수 상대성 이론의 가정을 알고 시간 팽창, 길이 수축, 동시성의 상대성에 대해 사고 실험을 통해 설명할 수 있다.
• 특수 상대성 이론을 이용하여 빠른 속도로 움직이는 물체의 질량과 에너지 관계를 설명할 수 있다.
• 일반 상대성 이론의 원리를 바탕으로 중력 렌즈와 블랙홀, 중력에 의한 시간 변화 등을 정성적으로 설명할 수 있다.
• 보어의 양자 가설을 이용하여 수소 원자 모형의 에너지 준위와 스펙트럼의 관계를 설명할 수 있다.
• 1차원 무한 퍼텐셜 상자 속의 입자가 갖는 파동 함수와 에너지 준위를 계산하여 해석할 수 있다.
• 핵분열과 핵융합의 기본 과정을 이해하고, 그 활용 기술의 위험과 안전에 대해 토론할 수 있다.
• 별에서의 핵융합 반응과 플라스마에 대해 설명하고, 현재 진행되고 있는 핵융합 기술 연구에 대한 전망을 토의할 수 있다.
• 네 가지 기본 상호 작용을 알고, 그 크기와 작용 범위를 비교할 수 있다.
• 표준 모형에 있는 쿼크, 렙톤, 매개 입자의 특성을 비교하여 설명할 수 있다.
• 안개상자, 가이거 검출기, CERN의 입자 가속기 등 여러 가지 검출기에 대해 조사하여 발표할 수 있다.
• 반도체를 띠이론으로 이해하고, p형 반도체와 n형 반도체로 제작한 다이오드의 구조와 특성을 설명할 수 있다.
• 레이저의 원리와 응용 분야에 대해 조사하여 발표할 수 있다.
• 나노 튜브와 그래핀 등 신소재의 활용 전망을 조사하여 분석하고, 나노 물리학의 전망을 토의할 수 있다.

3. 관련 문서[편집]

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• 일반물리학
• AP 물리학
• 한국물리올림피아드