01 다음은 자기력선에 대한 설명이다. 옳은 것은 ○, 옳지 않은 것은 ×로 표시하시오.

Ⅱ. 물질과 전자기장 / 1. 전자기장

15. 직선 전류에 의한 자기장

소단원 문제

⑴ 자기력선은 자석의 N극에서 나와 S극으로 들어간다.

(     )

⑵ 자기력선은 도중에 끊어지거나 교차하지 않는다.

(     )

⑶ 자기력선의 한 점에 그은 접선 방향이 그 점에서의 자

기장의 방향이다. (     )

⑷ 자기력선이 조밀할수록 자기장이 약하다. (     )

⑸ 지구 자기장에 의한 자기력선은 북극 근처에서 나와

남극 근처로 들어간다. (     )

02 그림과 같이 같은 세기의

전류가 흐르는 두 직선 도선

이 서로 수직으로 놓여 있다.

두 도선에 의한 자기장의 방

향이 같은 지역은?

03 그림은 수평면을 수직

으로 통과하는 긴 직선

도선에 일정한 세기의 전

류가 흐를때, 수평면에 생

긴 자기장의 일부를 자기

력선으로 나타낸 것이다.

P, Q는 수평면 위의 도선

을 지나는 직선 상의 점이고 도선으로부터 거리는 Q가 P보다 크다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 전류의 방향은 b이다. ㄴ. 자기력선 사이의 간격은 도선으로부터 떨어진 거리가 멀어질수록 좁아진다. ㄷ. 자기장의 방향은 P와 Q에서 서로 반대이다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄴ, ㄷ

04 그림과 같이 일정한 전류가 xy 평면에 수직으로 흐를 때, 전류가 만드는 자기장에 의해 도선 주변의 철가루들이 배열되었다. y축 상에 있는 점 r에서 자기장의 방향은 +x이고, 점 p, q는 x축 상에 있다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 지구 자기장은 무시한다.)

	<보 기>
ㄱ. 도선 주변의 철가루는 자화되어 있다. ㄴ. 도선에 흐르는 전류의 방향은 위쪽이다. ㄷ. 자기장의 세기는 p에서가 q에서보다 작다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

05 그림과 같이 무한히 긴 직선 도선 A, B가 점 p, q와 같은 간격 d만큼 떨어져 종이 면에 수직으로 고정되어 있다. A, B에 흐르는 전류의 세기는 각각 [eqn: I_{rmA}], [eqn: I_{rmB}]이고, A, B에 흐르는 전류의 방향은 종이 면에 수직으로 들어가는 방향이다. q에서 전류에 의한 자기장 방향은 화살표 방향이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. [eqn: I_{rmA}>I_{rmB}]이다. ㄴ. q와 B 사이에 전류에 의한 자기장이 0인 지점이 있다. ㄷ. p와 q에서 전류에 의한 자기장 방향은 반대이다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

※ 보기 3번, 4번 같음

06 그림과 같이 직선 도선 주위에 나침반을 놓고 전류를 흘렸더니, 나침반 자침의 N극이 서쪽으로 [eqn: theta]만큼 회전하였다.

[eqn: theta]를 증가시키는 방법을 2가지 설명하시오.

07 다음은 철수가 수행한 전류에 의한 자기장에 관한 실험이다.

[실험 과정]

(가) 그림과 같이

실험 장치를

구성한다.

(나) 스위치를 닫고

나침반 자침의

방향을 관찰

한다.

(다) (가)의 상태에서 전류의 세기는 2배, 방향은 반대가 되도록 바꾸고, (나)를 반복한다.

[실험 결과]

(나)의 결과          (다)의 결과

(가)에서 스위치가 열려 있을 때, 나침반 자침의 방향을 그리시오.

정답과 해설

01  ⑴ ○  ⑵ ○  ⑶ ○  ⑷ ×  ⑸ ×    02 A, C     03 ④

04 ③    05 ⑤    06 전류의 세기를 증가시키거나, 나침반을 도

선에 가깝게 위치시킨다.     07 해설 참조

01

⑴ 자기력선의 방향은 나침반 자침의 N극이 가리키는 방향을 연결한 선이므로 N극에서 나와서 S극으로 들어간다.

⑵ 자기력선은 자기장의 방향을 나타내는 선이므로 한 점에서 두 방향을 나타낼 수 없으므로 겹쳐서는 안된다.

⑶ 자기력선은 자기장을 연결한 선이므로 한 점에 그은 접선 방향이 그 점에서의 자기장의 방향이다.

⑷ 자기력선이 조밀할수록 자기장의 세기는 강하다.

⑸ 나침반 자침의 N극이 북극을 가리키므로 지구의 북극은 자석의 S극에 해당하고, 남극은 자석의 N극에 해당한다. 따라서 지구 자기장에 의한 자기력선은 남극 근처에서 나와 북극 근처로 들어간다.

02

두 도선을 각각 P, Q라고

할 때 앙페르의 오른손

법칙을 적용하여 각 지역

에서 자기장의 방향을 찾

으면 A, C지역에서 두

도선의 자기장의 방향이

같다.

03

ㄱ. 자기력선이 수평면에서 시계 방향으로 회전하는 동심원이므로 앙페르 법칙을 적용시키면 전류의 방향은 b이다.

ㄷ. 자기장의 방향은 동심원의 화살표가 향하는 방향이다. 따라서 P에서는 뒤쪽, Q에서는 앞쪽이다.

ㄴ. 도선으로부터 거리가 멀어질수록 직선 전류에 의한 자기장의 세기는 감소하므로 자기력선의 밀도가 작아지게 된다. 따라서 자기력선 사이의 간격은 점점 더 벌어진다.

오답 체크

04

ㄱ. 전류에 의한 자기장에 의해 철가루들이 일정한 방향으로 배열되어 있으므로 철가루들은 자화(자기화) 되어 있다.

ㄴ. r에서 자기장의 방향은 [eqn: +x]이므로 앙페르 법칙을 적용시키면 전류의 방향은 위쪽이다.

ㄷ. 직선 전류에 의한 자기장의 세기는 도선으로부터 떨어진 거리에 반비례하므로 자기장의 세기는 p에서가 q에서보다 크다.

오답 체크

05

ㄱ. 앙페르 법칙을 적용해 보면, q점에서 A에 의한 자기장의 방향은 아래쪽, B에 의한 자기장의 방향은 위쪽이다. q에서 합성 자기장의 방향이 아래쪽이므로 전류에 의한 자기장의 세기는 A가 B보다 크다. 도선으로부터 떨어진 거리가 서로 같으므로 전류의 세기

는 A가 B보다 크다.

ㄴ. 도선 A와 B 사이의 선분 상에서는 각각의 전류에 의한 자기장의 방향이 반대이므로 자기장이 0인 지점이 있다. 전류의 세기가 A가 B보다 크므로 자기장이 0인 지점은 전류의 세기가 약한 B 근처에 위치하게 된다. 따라서 q와 B 사이에 자기장의 세기가 0인 지점이 있다.

ㄷ. 전류의 세기가 A가 B보다 크고 p는 A에 가까운 지점이므로 p에서 합성 자기장의 방향은 위쪽이다. 따라서 p와 q에서 자기장의 방향은 반대이다.

06

정답 키워드

직선 전류에 의한 자기장의 세기

모범답안_ 직선 전류에 의한 자기장의 세기를 증가시키면 [eqn: theta]가 커지게 되므로 전류의 세기를 증가시키거나, 나침반을 도선에 가깝게 위치시킨다.

채점 기준

등급	채점 기준	배점(%)
A	전류와 도선으로부터 떨어진 거리에 대해 모두 옳게 설명한 경우	100
B	전류와 도선으로부터 떨어진 거리 중 한 가지만 설명한 경우	50

07

정답 키워드

나침반 자침 N극의 방향 찾기

모범답안_ 직선 도선을 기준으로 (나)의

회전각과 (다)의 회전각이 똑같으므로

남북 방향은 그림과 같이 도선 방향에

대해 왼쪽으로 약간 기울어 있을 것이다.

해설_ 전류의 세기가 [eqn: (나):(다)=1:2]이고 전류에 의한 자기장 세기가 [eqn: (나):(다)=1:2]이므로, 직선 도선을 남

북 방향과 일치되게 설치하였다면 (나)의 자침이 반시계 방향으로 회전한 각도와 (다)의 자침이 시계 방향으로 회전한 각도의 비는 [eqn: 1:2]가 되었을 것이다.

채점 기준

등급	채점 기준	배점(%)
A	나침반 자침의 N극을 도선의 왼쪽으로 기울어져 있는 상태로 그린 경우	100
B	나침반 자침을 직선 도선과 나란하게 그린 경우	40