2015학년도 대학입학전형 모의평가 출제영역 및 채점기준

시험유형	인문사회계	자연계
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1. 출제의도 및 문제해설

[제시문1] 인간이 동물들보다 뛰어난 점은 언어의 사용과 정보의 저장과 전달 능력일 것이다. 정보의 전달에서도 가장 기본이 되는 것은 소리(음파)이다. 파동의 기본적인 현상인 간섭과 정상파를 이용한 공명현상에 의한 악기와 음의 사용은 인간에게 가장 기본이 되는 원리이다. 정상파가 생기는 원리를 기타줄을 이용하여 이해하고 있는 정도를 측정하고자 하였다.

[제시문2] 현대 문명에서 에너지 문제가 제일 시급한 것 같다. 특히 전기에너지의 사용은 현대 인류문명을 매우 크게 발전시켰다. 현대 문명에서 고 효율의 전기에너지 사용은 각종 신소재의 개발로 많은 효과를 이루고 있다. 그 중 가장 대표적인 예가 [eqn: p-n]접합 이루어진 발광다이오드([eqn: L`E`D``])와 트랜지스터의 사용이다. 광다이오드에서 전기에너지가 빛 에너지로 전환되는 현상과 빛 에너지를 이용하여 전기에너지로 전환할 수 있는 태양전지는 매우 중요한 개념이다. 또한 에너지 전환관계는 고등학교 교육과정에서 매우 중요하게 취급하고 있다. 학생들이 반도체의 기본개념과 에너지 전환에서의 상호관계를 이해하고 있는 정도를 고등학교 교육과정의 범주에서 출제되었다.

2. 종합평가 기준

문항	평가영역	평가내용	난이도	배점	세부배점	출제영역
						교과목	교과서 개념
1-1	지식	파동의 주기	하	5	5	물리1	파동의 간섭 정상파
					3
					3
1-2	이해	파동의 전파	중	5	5	물리1	파동의 발생과 전파
					3
1-3	적용	진동수	중	5	5	물리1	소리의 간섭과 공명
					3
					1
1-4	응용	정상파의 조건	상	5	5	물리1	줄에서의 정상파
					3
					2
2-1	지식	에너지준위		3	3	물리1	발광다이오드
					1
2-2	응용	플랑크상수		6	6	물리1	에너지 전환
					4
					2
2-3	이해	발광다이오드 태양전지		4	4	물리1	에너지전환
					3
3-1	지식	순방향전압		3	3	물리1	정류특성
3-2	이해	순방향전압		4	4	물리1	정류특성
					2
소계				40

모범답안 및 세부 채점기준

1-1>

[eqn: v= {lambda } over {T}][[eqn: f` lambda `]]

[eqn: v]는 파동의 속력, [eqn: T]는 파동의 주기, [eqn: f]는 파동의 진동수, 그리고 [eqn: lambda]는 파장이다.

[eqn: v]=150 m/s, [eqn: lambda =]0.5 m 이다.

[eqn: T= {lambda } over {v} = {1} over {300}]초([eqn: s`])

1-2>

1-3>

[eqn: v=f BULLET lambda]

[eqn: v]는 파동의 속력, [eqn: f]는 파동의 진동수, 그리고 [eqn: lambda]는 파장이다.

[eqn: v]=150 m/s, [eqn: lambda =]0.5 m 이다. 그러므로 (문항 1-1)의 진동수는 [eqn: f= {v} over {lambda } =]300 Hz이다.

한 옥타브 높은 음의 진동수는 2[eqn: TIMES f]=600 Hz. [ [eqn: f prime `=2 TIMES f`=`600`Hz``]]

파동의 속력은 2[eqn: TIMES v]=300 m/s. [ [eqn: v` prime `=`2 TIMES v`=`300`m/s`]]

파동의 파장은 [eqn: lambda =]0.5 m 이다.

1-4>

정상파 조건 : [eqn: v=f BULLET {lambda } over {2n}]

[eqn: v]는 파동의 속력, [eqn: f]는 파동의 진동수, 그리고 [eqn: lambda]는 파장이다. 여기서 [eqn: n]은 정수이다.

가능한 정상파의 진동수 : [eqn: f= {2v} over { lambda } n]

고정점을 [eqn: P``]에서 [eqn: R``]로 옮겼을 때 양끝은 마디가 되어야 하므로 기본 진동의 파장은 [eqn: lambda prime `=` {3} over {4} `m``]이고 속력 [eqn: v`=`150`m/s`]이므로 [eqn: v`=`f` TIMES ` lambda prime ``]에서 최소 진동수[기본진동수]는 [eqn: f`=` {v} over {lambda prime } `=` {150} over {{3} over {4}} =`200`Hz``]이다.

2-1>

정답) 빨강색, 노랑색, 녹색 순서로 빛을 내기 시작한다.

이유는? 파장이 긴 경우, 띠간 에너지 틈의 크기는 작으며 따라서 상대적으로 낮은 전압이 인가 되었을 때 전자와 양공의 결합으로 빛을 내기 시작한다.

2-2>

정답) 플랑크 상수 h (eV/f )= 5.52 x 10-34 Js 이다.

LED는 빛을 내기 위해서는 최소 구동 전압(Vturn on 또는 V)이 필요하다. 띠간격 에너지(Eg)와 Vturn on와의 관계는 Eg = eVturnon+ΔE이다. eVturnon은 n형에서 p형으로 전자가 이동하기 위해 필요한 에너지로, Ephoton = hf = eVturn on+ΔE의 관계가 있다. 여기서 ΔE는 LED의 종류에 따라서 달라지는 상수이다. 실험에서는 플랑크 상수를 측정하기 위해서 다른 색깔의 LED를 이용하여 각각의 Vturnon을 측정하여 eVturn on과 f 에 관한 그래프에서 기울기 즉 플랑크상수 h를 구할 수 있다.

2-3>

정답) p-n 접합 태양전지: 빛 -> 전자·양공이 형성 -> 전자는 n층, 양공은 p층으로 이동 -> 기전력 발생.

(p-n 접합 다이오드에 빛을 쪼이면 빛의 일부가 반도체에 흡수되면서 전자·양공을 만든다. 이들은 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로, 양공은 p층으로 각각 이동하여 p-n 반도체 사이에 에너지가 발생한다.)

LED: p-n 접합 다이오드에 순방향 전원 (p:+, n:-) 연결 -> n형에 전자, p형에 양공 이동, 결합 -> 에너지 차만큼 빛 발생

(p-n 접합 다이오드에, p형 반도체에 (+)극을 n형 반도체에 (-)극을 걸어주어 (순방향 연결) n형으로 전자가 p형으로 양공이 이동한다. 도핑이 강하고 전류가 충분하면 전자와 양공은 매우 가까이 있게 되고 결합이 일어나 에너지차 만큼 빛이 발생한다.)

3-1>

정답) b의 경우: 불이 켜진다.

(p-n 접합 다이오드는 p형 반도체에 (+), n형 반도체에 (-)를 연결할 경우 (순방향 연결) 전류가 흐른다. 따라서 a에 연결되었을 경우는 전류가 흐르지 않아 전구에 불이 켜지지 않고(역방향 연결), b의 경우는 전류가 흘러 불이 켜지며, c의 경우는 D 다이오드가 역방향으로 연결되어 있어 전류가 흐르지 않는다.)

3-2>

정답) .a,b 경우: 불이 꺼졌다 켜졌다를 반복한다.

.c의 경우: 불이 안켜진다.

(p-n 접합 다이오드는 순방향으로 전지에 연결된 경우에 전류가 흐르고 역방향으로 연결된 경우에는 전류가 흐르지 않는 정류 특성이 있다. 따라서 다이오드의 p형 반도체에 (+)가 연결된 경우만 전류가 흐른다. a에 스위치를 연결할 경우, p형 반도체에 (+)로 연결되었을 때 전류가 흐르고 (-)가 연결되었을 때 전류가 흐르지 않는다. b의 경우는 a와는 반대이다. a, b의 경우 전구의 불은 켜졌다 꺼졌다를 반복하며 그 주기는 사용한 진동수에 의존한다. 충분히 낮은 진동수의 교류전원 사용으로 전구의 불이 켜지고 꺼지는 것이 확인 가능하다. c의 경우는 C, D, 중에 한 개는 항상 역방향으로 전압이 걸린 상태이며 불은 켜지지 않는다.)