2010학년도 수시모집 논술고사(자연 2) < 2009. 11. 14(토) 15:40 자연계 2교시 >
			감독위원 확 인
모집단위		전형유형	일반학생전형
수험번호		성 명
□ 답안작성 유의사항 가. 답안작성 시간은 120분이며, 분량 제한은 없습니다. 나. [문제 1]부터 [문제 4]까지 각각의 문제번호를 쓰고 순서대로 답안을 작성해야 합니다. 다. 흑색 또는 청색 필기구를 사용해야 합니다.(연필 사용가능) 라. 답안지에 답안과 관계없는 인적사항 관련 내용을 작성·표기하는 경우 결격처리합니다. 마. 문제당 배점은 동일합니다. 바. 답안지와 문제지 해당란에 본인의 인적사항(모집단위, 수험번호, 성명)을 기재하고, 감독위원의 날인을 받아야 합니다.

[문제 1] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오(25점).

<제시문 1-1> 생물체의 유전정보는 DNA 핵산을 구성하는 4종류의 염기서열에 의해 결정된다.

<제시문 1-2> 생명체의 유전정보는 DNA로부터 또 다른 핵산인 mRNA에 전달되며 이러한 mRNA는 단백질로  번역된다.

<제시문 1-3> 염색체를 구성하는 이중가닥 DNA를 95oC에서 충분히 가열하면 단일가닥으로 분리된다. 그 후   천천히 온도를 낮추면 DNA는 단일가닥에서 이중가닥의 DNA를 재형성하게 된다. 이 과정에서 단일가닥의 양이 전체 DNA 양의 50%가 되는 온도를 Tm이라고 정의한다.

[문제 1-i] 최근 과학자들은 온천에 서식하는 기존에 보고되지 않은 새로운 세균을 분리하였다. 분리된   세균의 염색체 DNA를 추출하고 95oC에서 충분히 가열하여 단일가닥으로 만든 후, 유전자 A의 정보를 가지고 있는 mRNA와 결합을 시켜 전자현미경으로 관찰하였다. 그 결과 그림 A와 같이 mRNA-DNA 이중가닥이 형성되지 않는 단일가닥의 염색체 DNA 부위가 존재함을 발견하였다. 그 이유는 무엇인지 추론하시오.

또한 온천에서 분리된 세균의 염색체 DNA를 추출하여 충분히 가열한 후, 온도의 변화에 따른 단일가닥 DNA의 양을 측정하여 그림 B와 같은 그래프를 작성하였다. 이를 이용하여 분리된 세균의 Tm (Tm1으로   표시) 값을 결정하였다. 동시에 대조군으로서 일반적인 호수에 서식하면서 염색체의 길이가 동일한 유사 박테리아의 Tm (Tm2로 표시) 값을 측정하였다. 대조군에 비해 온천에서 분리된 세균의 Tm 값이 높은 이유를 추론하시오. (모든 실험 조건은 동일하다.)

[문제 1-ii] 온천에서 분리된 세균의 유전자들 중에서 유전자 A는 5,000개의 염기로 이루어진 DNA이다.  유전자 A를 잘라 500개의 염기만을 갖는 모든 가능한 DNA 조각들을 만들었다. 이 때 같은 염기서열을 갖는 조각은 존재하지 않는다고 가정한다. 이 DNA 조각들 중 10개의 조각만을 선택할 때 유전자 A를 완벽하게 포함할 수 있는 확률은 얼마인지 구하시오. (5,000개의 염기로 이루어진 DNA는 선형이라고 가정한다.)

2010학년도 수시모집

논술고사 (자연 2)

( 자연 2 )                          성균관대학교                           <  / 4 >

[문제 2] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오(25점).

<제시문 2-1> 풍력 발전기는 바람의 에너지를 이용하여 발전기 날개를 회전시켜 전기를 생산하는 장치이다. 어떤  곳에 날개의 회전 면적이 A인 풍력 발전기가 설치될 예정이다. 면적 A에 대해 바람이 속력 [eqn: u_o]로 불고 있을 때,  단위 시간당 지나는 공기 질량은 [eqn: rho A u_o] (단위 : kg/s)이다. 이 때 [eqn: rho]는 공기의 밀도(단위 : kg/m3)이다. 바람의 일률   [eqn: P_o](단위 : W)는 단위 시간당 공기 질량의 운동에너지로부터 구할 수 있다.

[eqn: P _{o} = {1} over {2} rho Au _{o} ^{3}]	⋯⋯ 식(1)

<제시문 2-2> 풍력 발전기가 설치되면 바람의 운동 에너지가 날개에 전달되면서 속력이 감소하게 된다. 이 때 바람의 속력 [eqn: u_o]와 발전기 날개를 지나는 속력 [eqn: u_1], 날개를 빠져나간 속력 [eqn: u_2]는 옆의 그림과 같이 나타낼 수 있다([eqn: u _{o} GEQ u _{1`} ` GEQ u_2 GEQ 0]).

발전기에 전달된 일률 [eqn: P]는 운동에너지와 추진력 두 가지 방식으로 표시할 수 있다. 날개 앞뒤에서 감소한 운동에너지는 날개에 전달된 운동에너지이므로 발전기의 일률은 다음과 같다.

[eqn: P = {1} over {2} rho Au _{1} (u_o ^2 - u_2 ^2 )]	⋯⋯ 식(2)

또한 날개 앞뒤에서 운동량의 변화율 [eqn: rho A u_1 (u_o - u_2 )]에 속력 [eqn: u _{1}]을 곱하면 일률이 되므로 발전기의 일률은 다음과  같은 식으로 표현할 수 있다.

[eqn: P= rho Au _{1} ^2 (u _{o} -u _{2} )]	⋯⋯ 식(3)

이 때, 발전기의 효율 c는 식(1)에 정의된 바람의 일률 [eqn: P_o]에 대해 발전기의 일률 [eqn: P]의 비로 정의된다.

[eqn: c = P over P_o]	⋯⋯ 식(4)

[문제 2-i] <제시문 2-1>과 <제시문 2-2>에 주어진 식들로부터 속력 [eqn: u_o], [eqn: u _{1}], [eqn: u_2] 사이의 관계식을 구하시오. 이를 이용하여 주어진 바람 속력 [eqn: u_o]에 대하여 풍력 발전기의 효율 c ([eqn: P /P _{o}])가 가질 수 있는 최댓값과 이 때의 [eqn: u_1]과 [eqn: u_o]의  비율([eqn: u_1 / u_o])을 구하시오.

[문제 2-ii] 풍력 발전기를 설치하기 위해 바람의 속력을 일정시간 간격마다 측정하였다. 그 결과 0 m/s에서 최대 20 m/s에 대해 그림과 같은 속력의 분포를 나타내는 확률밀도함수 [eqn: f(u_o )]를 얻었다.

[eqn: f(u_o )=au_o (20-u_o )],   [eqn: a= 3 over {4 times 10^3}]

이 함수를 이용하여 발전기 일률 [eqn: P]의 평균값을 구하시오. 이 때  발전기의 효율 c는 속도에 관계없이 0.2로 일정하고, 공기의 밀도 [eqn: rho]는 1 kg/m3, 발전기 날개의   회전면적 A는 10,000 m2이다.

[문제 3] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오(25점).

<제시문 3-1> 최근 화석연료에서 발생하는 온실가스의 배출을 줄이기 위한 직접적인 방법으로 발전소에서 발생 되는 대량의 이산화탄소를 땅 밑의 공간이나 바다의 분지에 주입하여 저장하는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다. 이를 위해서 연소가스에 포함된 이산화탄소를 분리 포집한 뒤 높은 압력에서 액체 상태로 만든 후, 파이프나 선박을 통해 저장 공간까지 수송하여 주입한다.

<제시문 3-2> 순수한 물질의 상태는 온도와 압력에   의해 결정된다. 그림은 절대온도(단위 : K)와 압력(단위 : kPa)에 따라 이산화탄소가 고체, 액체, 기체 중에서 어떤 상태로 존재할 것인지 나타내는 그래프이다. 예를 들어  1기압(101.3 kPa, 여기에서 1 kPa은 1000 Pa 또는 1,000 N/m2), 15oC에서 이산화탄소는 기체 상태로 존재한다.

[문제 3-i] 다음 그림은 우리나라 주변 바다의 수심을 나타낸 것이다. 화력 발전소나 제철소에서 포집된  이산화탄소를 주입하여 저장할 후보지 A, B, C 세 곳을 검토하고자 한다. <제시문 3-1>과 <제시문 3-2>를 바탕으로 세 후보지의 타당성을 분석하여 적절한 후보지를 선정하고 그 이유를 기술하시오.

[문제 3-ii] 태양계 밖에서 발견된 한 행성은 지구와는 대기환경이 매우 다르다. 이 행성은 지표면에서의  기압이 1,000 kPa 정도로 지구의 10배에 달하고 대기의 주요 성분은 이산화탄소로 확인되었다. 이 행성의 극지방에서 계절에 따른 지표면의 온도는 여름에 최고 20oC, 겨울에는 최저 -73oC까지 변한다. <제시문 3-2>를 읽고 이 행성의 극지방 지표면에서 여름과 겨울 사이에 일어나는 이산화탄소의 상태 변화를 추론하시오. 이 때 이 행성의 대기압은 1,000 kPa로 일정하다.

[문제 4] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오(25점).

<제시문 4-1> 취수장에 모아진 물에는 작은 점토 입자가 분산되어 있다. 그 이유는 각 점토 입자의 표면이 (-)나 (+) 중 한 가지 전하로만 존재해서 이동이 비교적 자유로운 물속에서 같은 전하끼리 서로 정전기적으로 반발하고 있기 때문이다. 여기에 전해질을 넣어 주면 점토 입자와 반대 전하를 띤 이온이 정전기적 인력에 의해 다가와 점토 표면을 둘러싸게 된다. 그 결과 점토 입자는 전체적으로 중성이 되어 다른 점토 입자들과 서로 잘 뭉쳐지게 되는데 이러한 현상을 엉김이라고 한다.

<제시문 4-2> 제타포텐셜은 용매 상에 퍼져있는 콜로이드 입자의 분산성을 측정하는데 사용된다. 콜로이드 입자 표면의 제타포텐셜 값이 -20 mV 보다 작거나, +20 mV 보다 클 경우 콜로이드 입자는 정전기적 반발력이 크기  때문에 엉김 현상이 발생하지 않는다.

<제시문 4-3> 스테아르산 이온은 극성인 카복실 음이온 머리(—COO-)와 긴 비극성 꼬리(CH3(CH2)16—)를 갖고  있다. 스테아르산의 머리는 물에 용해되는 반면에, 비극성 탄화수소 꼬리는 기름에 용해된다. 이러한 부류의 이온 들은 수용액 상에서 친수성 부분의 정전기적 반발력, 소수성 부분의 반데르발스 인력으로 인하여 마이셀을 형성한다. 이 때 형성되는 마이셀의 상대적인 크기와 굴곡을 표현하기 위해 그림에 표현된 충전 모형(packing model)을 이용할 수 있다. 충전상수([eqn: k```=`` {V} over {A TIMES L}]) 값은 원뿔대의 머리 표면적(A), 높이(L), 그리고 부피(V)로 표현되며, 수용액 상에서 [eqn: 0<k LEQ1]의 조건을 만족한다.

[문제 4-i] 콩을 잘게 갈은 용액에 간수(MgCl2)를 넣어서 두부를 제조할 수 있다. 두부가 형성되는 과정을  제타포텐셜 개념을 활용하여 논리적으로 기술하시오.

[문제 4-ii] <제시문 4-3>의 그림처럼 마이셀이 형성된 용액에 충분히 많은 전해질을 첨가한다면 마이셀의 형태가 어떻게 변화할 지 <제시문 4-3>에 기술된 충전상수 값을 활용하여 예측하시오.