2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 물 리 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 물 리 Ⅰ. 개요 ·················································································································· 1 1. 수시모집 일반전형 고사 개요 ········································································ 1 2. 수시모집 일반전형 알아보기 ·········································································· 2 Ⅱ. 기출문제 ··········································································································· 6 1. 물리학 ············································································································ 6 2. 교직 적성·인성 ···························································································· 33 Ⅲ. 전공 영역별 학습자료 ···················································································· 35 1. 물리학Ⅱ 빈출 개념정리 ·············································································· 35 2. 물리학Ⅰ 내용정리 ······················································································· 58 3. 교육쟁점 관련 읽기자료 ·············································································· 86 Ⅳ. 문항분석 및 해설 ··························································································· 95 1. 기출문제 ······································································································ 95 [물리] 제시문 면접 프로그램 자료집 Ⅰ. 개요 1 수시모집 일반전형 고사 개요 수시모집에서 면접의 유형은 학교생활기록부 내용을 바탕으로 서류내용 확인 및 관련내용을 근거로 지원 전공에 대한 관심 등을 확인하는 서류 기반 면접과 제시문을 이용하여 질의응답을 통해 사고력이나 학업에 대한 역량을 측정하는 제시문 기반 면접으로 구분할 수 있다. 이 중 제시문 기반 면접은 지원자의 학업 역량을 평가하고자 하는 목적이 더 크며 제시문 기반 면접을 시행하는 주요 대학으로는 서울대, 서울교대, 고려대, 연세대 등이 있다. 서울교대의 경우 제시문을 통해 종합적 사고력, 창의적 사고력 등을 종합적으로 평가하는 반면, 서울대, 고려대, 연세대와 같이 서류기반과 제시문 기반을 병행하여 실시하는 두가지 유형 으로 분류할 수 있다. 서울대의 경우 입학전형에서 가장 많은 인원을 선발하는 수시모집 일반전형은 제시문을 기반으로 한 면접·구술고사로 모집단위에 따라 지정된 교과나 영역의 공동문항을 통해 전공 및 학업능력을 평가한다. 특히, 서울대 일반전형은 면접위원과의 대화를 통해 사고가 이어지는 과정을 평가하기 때문에 문제 정답의 여부가 당락을 크게 좌우하지 않는다. 이러한 특성으로 인해 서울대 일반전형 구술면접은 일반적인 대학 면접과 달리 평가자와 학생이 대화를 하는 형식이다. 사실, 면접에서 문제를 해결하지 못하거나 풀이 과정 중 막힌 상태에서 평가위원의 질문을 들었을 때 수험생 입장에서 당황스러울 수 있으나 이는 문제를 해결하기 위한 단서를 제공하는 것으로 당황하기보다는 질문 의도에 집중할 필요가 있다. 즉 평가자라는 생각 보다는 문제해결과 사고 과정을 돕는 조력자로 생각한다면 면접에 대한 부담감이 줄어들 것이다. 물론, 제시문의 난이도는 대학 논술고사와 비슷한 수준으로 매우 높은 난이도라 할 수 있으나 실제 모든 문항은 고교 정규교육과정 내에서 출제되고 있기 때문에 고교 정규교육과정 내용을 충실히 이수했다면 무리 없이 해결할 수 있다. 실제로 서울대 ‘아로리’에 소개된 ‘면접 우수자가 들려주는 면접 이야기에 의하면 일반전형 면접·구술고사의 경우 문항에 대한 정답보단 다양한 사고 및 풀이 과정이 중요하고, 기본기에 충실했다면 무리 없이 문제를 해결할 수 있다는 점을 강조하고 있다. 그러나 단기간의 준비로는 면접에 대한 대비가 불가능하다. 서울대 아로리에 공개된 자연계열 일반전형 합격생들의 말에 따르면 수능을 목적으로 한 정형화된 풀이방법 익히기, 텍스트 위주의 암기 등 패턴화된 학습에 익숙해지기 보다는 개념 위주로 학습, 관련 사례를 떠올리며 책도 읽어보면서 친구들과 토론하는 활동, 개념을 말로 풀어 설명해보거나 서로 가르쳐본 경험이 실질적으로 서울대 구술준비였다고 입을 모아 이야기한다. 또한 평소에 어떤 개념에 대해 깊이 생각하고자 했던 태도나 다양한 풀이 과정에 대한 토의, 시간이 오래 걸리더라도 풀이 과정을 보지 않고 스스로 해결하고자 하는 시도 등이 결국 제시문을 잘 파악 하고 해결하는 데 도움이 되었다고 한다. 전라남도교육청 1 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 그러므로 각 교과 수업을 통해 해당과목의 내용을 깊이 이해하고 소화하는 학습태도가 필요하며, 학습 과정 속에서 관련 도서를 찾아 읽고, 토론 탐구 과제 등 학습활동을 하면서 깊이 있는 학습경험을 하는 게 중요하다. 2 수시모집 일반전형 알아보기 1. 제시문 활용 면접 수시모집 일반전형의 면접과 구술고사에서는 제시문을 활용한 면접문항이 사용된다. 일반전형 1단계 합격자들에게 제시문과 그에 따른 관련 문항이 제공되고 모집단위별 30분/45분 동안 답변을 준비하여 진행된다. 또한 수시모집 일반전형 면접과 구술고사의 문항은 고등학교의 정규교육과정 범위 안에서 출제 되며. ‘학년도별 대학 신입학생 입학전형 안내’ 를 통해 모집단위(단과대학, 학부, 학과 등)별로 평가되는 분야나 과목을 제시하고, 각 모집단위별로 안내된 분야의 제시문과 문항을 활용하여 지원자의 전공적성과 학업능력을 평가한다. 가. 지원자 1명을 대상으로 하여 복수의 면접위원이 면접 실시 나. 주어진 제시문과 질문을 바탕으로 지원자의 학업능력을 평가 다. 15분 내외/ 답변 준비시간 별도 부여(30분 또는 45분) (미술대학, 음악대학, 수의과대학, 의과대학, 치의학대학 평가 시간 상이) 2. 출제 문항 활용 모집단위 면접 및 구술고사는 고등학교 교육과정상의 기본 개념 이해를 토대로 단순 정답이나 단편 지식이 아닌 종합적인 사고력을 평가하는 데 중점을 두고 있다. 주어진 제시문과 질문을 바탕으로 면접위위원과 수험생 사이의 자유로운 상호작용을 통해 문제해결 능력과 논리적이고 창의적인 사고력을 종합적으로 평가한다. 모집단위 사회 과학 대학 자연 과학 대학 인문대학 전 모집단위 (경제학부 제외) 경제학부 ㆍ인문학, 사회과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 (영어 또는 한자 활용 가능) 시간 답변준비 면접 30분 내외 ㆍ사회과학, 수학(인문) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 (영어 또는 한자 활용 가능) 수리과학부 ㆍ수학(자연) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 통계학과 물리·천문 물리학전공 ㆍ물리학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 학부 천문학전공 화학부 생명과학부 지구환경과학부 2 평가내용 www.jne.go.kr ㆍ화학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 ㆍ생명과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 유형 ①~③ 중 택 1 ① 물리학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 ② 화학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 ③ 지구과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 15분 내외 45분 내외 [물리] 모집단위 간호대학 유형 ①~② 중 택 1 ① 화학, 생명과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 45분 내외 ② 인문학, 사회과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가(영어 또는 한자 활용 가능) 30분 내외 ㆍ사회과학, 수학(인문) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 (영어 또는 한자 활용 가능) 30분 내외 공과대학 ㆍ수학(자연) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 45분 내외 식물생산과학부 산림과학부 ㆍ사회과학, 수학(인문) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 (영어 또는 한자 활용 가능) ㆍ수학(자연) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 물리교육과 ㆍ물리학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 화학교육과 ㆍ화학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 생물교육과 ㆍ생명과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 지구과학교육과 ㆍ지구과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 소비자학 ㆍ사회과학, 수학(인문) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 전공 (영어 또는 한자 활용 가능) 소비자 아동학부 아동가족학ㆍ인문학, 사회과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가(영어 전공 또는 한자 활용 가능) 식품영양학과 의류학과 약학 대학 약학계열 30분 내외 ㆍ생명과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 식품․동물생명공학부 ㆍ화학, 생명과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 유형 ① 화학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 응용생물화학부 ①~② 중 택 1 ② 생명과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 조경·지역시스템공학부 ㆍ수학(자연) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 바이오시스템·소재학부 교육학과 국어교육과 영어교육과 독어교육과 ㆍ인문학, 사회과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 불어교육과 (영어 또는 한자 활용 가능) 사회교육과 역사교육과 지리교육과 사범 윤리교육과 대학 체육교육과 수학교육과 ㆍ수학(자연) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 생활 과학 대학 시간 답변준비 면접 경영대학 농경제사회학부 농업 생명 과학 대학 평가내용 ㆍ화학, 생명과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 유형 ①~② 중 택 1 45분 내외 30분 내외 45분 내외 30분 내외 45분 내외 ① 화학, 생명과학 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 45분 내외 ② 사회과학, 수학(인문) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가(영어 또는 한자 활용 가능) 30분 내외 ㆍ수학(자연) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 15분 내외 45분 내외 ① 인문학, 수학(인문) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가(영어 또는 한자 활용 가능) 자유전공학부 유형 ①~③ 중 택 1 ② 사회과학, 수학(인문) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 (영어 또는 한자 활용 가능) 30분 내외 ③ 수학(인문), 수학(자연) 관련 제시문을 활용하여 전공적성 및 학업능력 평가 전라남도교육청 3 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 3. 영역별 출제범위 가. 제시문별 출제 범위 수학(인문) 수학, 수학I, 수학II, 확률과 통계 수학(자연) 수학, 수학I, 수학II, 확률과 통계, 미적분, 기하 물리학 통합과학, 과학탐구실험, 물리학I, 물리학II 화학 통합과학, 과학탐구실험, 화학I, 화학II 생명과학 통합과학, 과학탐구실험, 생명과학I, 생명과학II 지구과학 통합과학, 과학탐구실험, 지구과학I, 생명과학II 나. 공동 출제 문항 비활용 모집단위 • 수의과대학 모집단위 평가내용 및 방법 ㆍ수의학을 전공하는 데 필요한 자질과 적성, 인성 등을 평가함 수의과대학 ㆍ다양한 상황 제시와 생명과학과 관련된 기본적 학업 소양을 확인함 ㆍ제출서류 내용 확인(1개, 10분) 및 상황 제시(4개, 각 10분) ㆍ총 5개 면접실에서 진행함(50분 내외) ※ 면접시간 내 상황 숙지를 위한 답변준비 시간을 부여할 수 있음 • 의과대학 모집단위 의과대학 평가내용 및 방법 ㆍ의학을 전공하는 데 필요한 자질, 적성과 인성을 평가하며, 제시문에 영어가 활용될 수있음 ㆍ상황/제시문 기반 면접과 서류 기반 면접을 복수의 면접실에서 진행함(60분 내외) ※ 상황 숙지를 위한 답변준비 시간을 별도로 부여할 수 있음 • 치의학대학원 치의학과 모집단위 평가내용 및 방법 ㆍ치의학을 전공하는 데 필요한 자질과 적성, 인성 등을 평가하며, 제시문에 영어 또는 한자가 치의학대학원 치의학과 활용될 수 있음 ㆍ다양한 상황 제시와 제출서류 내용을 확인함 ㆍ면접실 당 10분씩 총 4개 면접실에서 진행함(40분 내외) ※ 상황 숙지를 위한 답변준비 시간을 별도로 부여할 수 있음 4 www.jne.go.kr [물리] 다 사범대학 교직적성·인성면접 가) 평가내용: 학과 적성, 교사가 갖추어야 할 기본적인 자질과 인성, 교직에 대한 이해등 나) 평가방법 (1) 지원자 1명을 대상으로 하여 복수의 면접위원이 15분 내외로 실시함 (2) 답변 준비시간: 15분 내외 (3) 면접 및 구술고사와 동일한 일정으로 시행함 4. 자주 출제된 개념(2016~2022) 영역 핵심개념 시공간과 운동 힘과 운동 힘 역학적 에너지 전기 전기와 자기 자기 열과 에너지 파동 에너지 전환 파동의 성질 빛과 현대 물리 물질의 이중성 미시 세계의 운동 물리학Ⅰ ∙ 동시성 ∙ 질량-에너지 등가성 ∙ 뉴턴 운동 법칙 ∙ 운동량 보존 ∙ 충격량 물리학Ⅱ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ 등가 원리 중력 렌즈 효과, 블랙홀 가속 좌표계 2016년 [문제 1] 2018년 [문제 1] 등가속도 운동 포물선, 단진자운동 2019년 [문제 1] 2022년 [문제 2] 천체의 운동 ∙ 힘의 합성과 분해 ∙ 물체의 평형 ∙ 역학적 에너지 보존 ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ 원자와 전기력 에너지 준위 고체의 에너지띠 전기 전도성 반도체, 다이오드 전류에 의한 자기장 물질의 자성 ∙ 전자기 유도 ∙ 내부 에너지 ∙ 열효율 기출문항 2017년 [문제 1] 2020년 [문제 1] 2021년 [문제 2] 2018년 [문제 1] ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ 전하와 전기장, 전기력선 정전기 유도 유전 분극 전기 저항 트랜지스터, 바이어스전압 전류에 의한 자기장 자기력선 2017년 [문제 1] 2018년 [문제 2] 2019년 [문제 2] 2021년 [문제 1] 2016년 [문제 2] 2020년 [문제 1] ∙ 유도 기전력 2021년 [문제 1] ∙ 열의 일당량 2020년 [문제 1] 2017년 [문제 2] ∙ 파동의 요소 ∙ 파동의 간섭 ∙ 광통신 ∙ 파동의 굴절과 간섭 ∙ 전자기파 ∙ 빛의 이중성 ∙ 빛의 입자성 ∙ 물질의 이중성 ∙ 입자의 파동성 2019년 [문제 2] 2020년 [문제 2] 2022년 [문제 1] 2017년 [문제 2] 2017년 [문제 2] ∙ 불확정성 원리 2019년 [문제 2] 2020년 [문제 2] ※ 2015 개정교육과정의 범위와 수준을 벗어난 내용은 제외함 전라남도교육청 5 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 제시문 면접 프로그램 자료집 Ⅱ. 기출문제 1 물리학 가 2022학년도 문제 1. 빛의 굴절 효과에 의해 물체를 확대 또는 축소하여 볼 수 있는 광학 기기들 중 대표적인 예로 볼록 렌즈가 있다. 또한, 볼록 렌즈를 이용한 물체의 상은 광선 추적을 이용해 알아볼 수 있다. 아래의 모든 문제에서 렌즈 방정식을 적용할 수 있으며, 렌즈 자체의 두께는 무시한다. 문제의 물음 에 답하시오. 1-1. [그림 1]과 같이 두께를 무시할 수 있고 초점 거리 가 6 cm인 볼록 렌즈가 점 O 에 놓여 있다. 또한, 점 O 로부터 8 cm 떨어진 점 A에는 축 방향으로 3 cm, 축 방향으로 2 cm 길이의 두 물체 , 의 시작점이 놓여 있다. 볼록 렌즈에 의해 생기는 물체 , 의 상을 광선 추적 및 렌즈 방정식을 이용하여 시작점의 위치, 상의 크기, 상의 방향을 구하시오. 또한, 각 상의 종류는 실상인 지 허상인지 판명하시오. [그림 1] 물체 , 와 볼록 렌즈 6 www.jne.go.kr [물리] 1-2. [그림 2]는 물체의 위치에 따라 볼록 렌즈에 의한 상을 관찰하는 실험을 나타낸다. 물체는 크기가 매우 작은 발광 물체이다. 초점 거리가 이고 지름이 인 볼록 렌즈에 의해 스크린 위에 완벽하 게 또렷한 상이 맺히도록 하는 물체의 위치는 점 A이다. 이때 볼록 렌즈와 스크린 사이의 거리는 이다. 물체를 점 A에서 ∆만큼 떨어진 점 A′ 으로 옮기면 스크린 위에는 원형 상이 생긴다. 이 상의 지름이 이하일 때 우리의 눈은 이를 또렷한 상으로 인식한다. 점 O 를 원점이라고 하고, 축 위에서 물체를 점 A로부터 + 방향으로 이동시킬 때 우리의 눈이 상을 여전히 또렷한 상으로 인식하는, 점 A로부터 가장 멀리 떨어진 물체의 좌표를 구하고자 한다. 이를 , , , 만을 이 용하여 표현하시오 (단, > , > 이다.). [그림 2] 물체를 점 A에서 +방향으로 이동시킬 때 볼록 렌즈에 의한 상 전라남도교육청 7 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 1-3. [그림 3]처럼 두 개의 볼록 렌즈를 이용해 물체를 확대하여 보여주는 현미경 광학 장치를 만들었 다. 물체 AB가 대물렌즈의 초점 거리 바로 밖의 한 점에 있을 때 접안렌즈의 초점 거리 바 로 안쪽(오른쪽)에 첫 번째 상이 맺히며, 접안렌즈는 이를 거리 만큼 떨어진 곳에 확대된 상을 만든다. 접안렌즈의 중심과 눈 사이의 거리가 일 때, 이 광학 장치의 배율을 , , , , 를 사용하여 표현하시오. (단, 볼록 렌즈가 여러 개 있을 때 최종 상의 배율은 각 볼록 렌즈의 배율의 곱으로 표현된다) [그림 3] 현미경 광학 장치 8 www.jne.go.kr [물리] 1-4. 두 개의 볼록렌즈를 이용하여 문제 1-2처럼 크기가 매우 작은 물체가 만드는 상을 관찰하는 실험 을 수행하고자 한다 ([그림4] 참고). 인간의 눈은 스크린 위에 맺히는 상의 지름이 (=80m = × cm) 이하일 때 또렷한 상과 흐릿한 상을 구별하지 못한다. 즉, 상의 지름이 이하면 우리 의 눈은 모두 또렷한 상으로 인식한다. 물체가 점 A에 있을 때 스크린 위에 또렷한 상이 맺힌다고 하자. 물체를 - 방향으로 무한히 멀리 떨어진 점으로부터 점 A를 향해 이동시킬 때, 상의 지름이 이 되는 순간 물체와 점 A 사이의 거리는 몇 cm인지 유효 숫자 첫째 자리까지 구하시오. (단, 첫 번째 볼록 렌즈를 통과한 모든 광선은 두 번째 볼록 렌즈를 통과한다. 또한 ≪ 일 경우 ≃ 의 근사가 가능하다.) [그림 4] 두 개의 볼록 렌즈에 의한 상의 관찰 전라남도교육청 9 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 문제 2. 수소 원자, 태양 주위를 공전하는 지구, 그리고 먼 우주의 블랙홀 주위를 공전하는 별의 궤 도운동을 비교해보자. 수소 원자는 전자와 양성자가 전기력으로 결합하여 있고, 나머지는 중력으로 결합하여 있다. 아래의 문제에서, 수치 계산은 [표 1]을 참고하여 유효 숫자 한 자리까지 구하여라. [표 1] 물리 상수표 10 www.jne.go.kr 빛의 속력 ×m s 플랑크 상수 × J s 중력 상수 × N m kg 쿨롱 상수 × N m C 전자의 전하량 × C 양성자의 전하량 × C 전자의 질량 × kg 양성자의 질량 × kg 태양의 질량 Msun × kg 지구의 질량 Mearth × kg 양성자의 반지름 × m 보어 반지름 × m [물리] 2-1. 수소 원자를 이루는 전자와 양성자의 전하량이 실제 값의 10,000배로 커졌을 때의 전자의 궤도 반지름을 보어의 원자모형을 이용하여 계산하고, 이 상황이 물리적으로 가능한지 설명하라. (전자는 크기가 없는 점입자로 생각한다.) 2-2. 중력 법칙을 이용하여 기술하는 지구의 공전운동에 보어의 원자모형을 적용해보자. 보어 반지름에 해당하는 값을 구하고, 궤도 반지름이 태양과 지구 사이 거리인 1 AU = ×m 가 되는 양자 수 을 구하여라. 또한 +1 상태와 상태의 궤도 반지름의 차이를 구하여라. (원자모형의 전 기력 대신에 중력, 쿨롱 상수 대신에 중력 상수, 전하량 대신에 질량을 이용하라.) 2-3. 수소 원자의 전자가 어느 순간 빛을 흡수하거나 방출하여 궤도운동 속력이 배로 줄었을 때, 보 어의 원자모형을 이용하여 전자의 궤도 반지름이 원래의 몇 배가 되는지 계산하라. 이때 전자가 빛을 흡수하는지 방출하는지 판단하고, 이 빛의 진동수를 구하여라. (빛의 진동수는 수치 계산 없 이 물리 상수들로 표현하여도 좋다.) 2-4. 지구가 태양 주위를 반지름이 = 1 AU 인 궤도로 원운동을 하다 어느 순간 궤도운동 속력이 배로 줄었다고 하자. 케플러 법칙에 의하면 지구는 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도로 운동 하며, 지구가 태양으로부터 떨어진 거리가 일 때 공전 속력이 , 떨어진 거리가 일 때 공전 속력이 라고 하면 = 가 성립한다. 이를 이용하여 태양으로부터 원일점과 근일점까지 의 거리를 각각 구하고, 타원 궤도운동의 주기를 구하여라. (중력 퍼텐셜 에너지는 전기력에 의한 퍼텐셜 에너지에서 쿨롱 상수 를 대신 중력 상수 , 전하량 대신 질량을 이용하여 구할 수 있 다. 지표면 근처에서의 중력 퍼텐셜 에너지 는 사용하지 않는다.) 2-5. 블랙홀을 중심으로 원운동을 하는 별을 관측하여 블랙홀을 발견하고자 한다. 블랙홀의 질량 은 별의 질량 에 비해 훨씬 크고, 별의 속력과 공전 주기는 각각 , 이다. 이들은 지구로부터 너무 멀어서 별의 궤도운동을 직접 관측할 수는 없지만, 지구에서 관측된 별빛의 진동수가 별의 운동에 따라 변할 것이다. 충분히 긴 시간 동안 관측했을 때, 별빛의 진동수가 시간에 따라 어떻게 변하는지 정량적으로 기술하라. 블랙홀의 존재와 질량을 어떻게 알아낼 수 있는가? (우주의 팽창이 나 상대론적 효과는 무시하라. 지구와 블랙홀은 정지해 있고, 지구에서 본 별의 시선 방향은 별의 궤도평면 위에 있다고 가정하라. 빛의 속력이 인 음파처럼 다룰 수 있고, 필요하다면 다음 근사를 사용하라.) ≪ 이면 ≃ 전라남도교육청 11 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 나 2021학년도 문제 1. 록 콘서트에서 전기 기타 연주가 청중에게 소리로 전달되는 과정의 전자기적 원리에 대해 생각해 보자. 연주자가 기타 줄을 튕기면, 줄의 진동은 픽업 앰프에서 교류 신호로 바뀐 후 트랜지 스터에서 증폭된다. 그리고 스피커가 이 증폭된 교류 신호를 다시 공기의 진동으로 바꾸어 청중에게 전달한다. 이 과정의 각 단계에 관하여 다음 물음에 답하시오. 1-1. 아래 그림 (가)처럼, 코일이 감긴 자석들로 구성된 픽업 앰프는 전자기 유도를 통해 기타 줄의 진 동을 교류 신호로 변환한다. 신호를 효과적으로 바꾸려면 줄을 아래 그림 (나)에 묘사된 두 물질 중 어느 것으로 만드는 것이 더 적절한지 답하고 그 이유를 설명하시오. 단, (나)는 외부 자기장이 없는 상태에서 관찰한 것이다. 12 www.jne.go.kr [물리] 1-2. 번 감은 코일을 통과하는 자기 선속 가 시간 에 따라 아래 그림처럼 변화하는 경우, 코일 에 유도되는 교류 신호의 형태, 진폭 및 진동수가 어떻게 될지 답하시오. 이를 바탕으로 기타 음의 높이와 세기가 픽업 앰프에서 유도된 교류 신호의 진동수와 진폭에 어떤 영향을 미치는지 유추하시오. 1-3. 증폭 회로를 만들기 위해 준비한 트랜지스터가 p-n-p형인지, n-p-n형인지 판별하고자 한다. 이 를 위해 아래 그림처럼 발광 다이오드(LED) 두 개를 사용하여 회로를 만들었다. 만약 2번 LED에 만 불이 들어온다면, 이 트랜지스터는 어느 종류인지 답하고 그 이유를 트랜지스터 내부 A, B, C 영역에서의 전하 나르개의 움직임 및 다이오드의 정류 작용과 연관 지어 설명하시오. 단, 이미터와 컬렉터를 서로 바꾸더라도 이 트랜지스터는 잘 작동한다고 가정한다. 전라남도교육청 13 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 1-4. 트랜지스터를 이용해 아래 그림 (가)처럼 회로를 구성하여 픽업 앰프와 스피커를 연결하였다. 여기 서 저항 의 값은 고정되어 있고, 저항 의 값은 전극의 접속 위치를 조절하여 바꿀 수 있다. 기타 주자가 조용한 곡을 연주할 때는 그림 (나)처럼 증폭 신호가 본래 형태를 잘 유지하였으나, 격렬한 곡을 연주할 때는 그림 (다)처럼 증폭 신호의 형태가 바뀌어 기타의 음색이 변질되었다. 이 러한 현상의 발생 원인을 트랜지스터의 스위칭 작용으로 설명하고, 기타의 음색 변질을 방지하기 위해 저항 를 어떻게 바꾸어야 할지 정성적으로 설명하시오. 1-5. 위 회로에 포함된 축전기 과 는 각각 픽업 앰프와 스피커에 직류가 흐르는 것을 방지하여 부품의 손상 및 불필요한 전력 소모를 막는다. 이제 이 회로를 사용하여 전기 기타보다 낮은 음역 을 연주하는 전기 베이스 기타의 소리를 스피커로 내보내는 경우를 생각해 보자. 이때 베이스 기타 의 낮은 음들이 지나치게 작게 들린다면, 축전기 를 구성하는 금속판 사이의 거리 를 조정하여 소리가 보다 잘 들리도록 할 수 있다. 이를 위해 거리 를 늘려야 할지, 줄여야 할지 답하고 그 이유를 정성적으로 설명하시오. 14 www.jne.go.kr [물리] 문제 2. 공기 중 물체의 움직임에 관한 1차원 충돌 모형을 생각해 보자. 이때, 질량이 인 공기 입자가 정지한 상태로 의 간격을 두고 무한히 놓여 있다. 이는 평균 밀도가 인 공기를 단순화한 1차원 모형이다(아래 그림 참조). 더 큰 질량 을 가진 물체가 처음 속도 로 이 공기 입자들과 충돌할 때, 물체에 공기 입자들이 작용하는 평균적인 힘을 계산함으로써 공기 저항을 기술 할 수 있다. 모든 충돌 전후로 운동 에너지는 보존되고, 별도의 외력은 없으며, 물체와 공기 입자들 의 크기는 무시할 수 있다고 가정한다. 또한 물체와 공기 입자가 오른쪽으로 움직일 때 그 속도를 양수로 표시하기로 하자. 아래 물음에 답하시오. 공기 입자 물체 ... a ... 2-1. 첫 번째 충돌 직후에 나타나는 물체 속도 과 공기 입자 속도 을 구하시오. 2-2. 위 문제에서 물체와 충돌한 공기 입자를 a 라 부르기로 하자. 물체가 번의 충돌을 거친 직후 움 직이는 속도 과 공기 입자 a 가 번의 충돌을 거친 직후 움직이는 속도 을 각각 구하시오. 2-3. 이제 이 보다 훨씬 크다고 가정하자. 물체의 첫 충돌 직전부터 번째 충돌 직전까지 걸리는 시간을 라고 할 때, 이 시간 동안 물체에 가해지는 평균 힘 를 로 표현 하시오. 이때, 에서 가 보다 훨씬 크다면 로 근사할 수 있다. 전라남도교육청 15 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2-4. 시간 동안 물체가 처음 속도 그대로 움직인다면, 물체가 이동하는 구간에 있는 공기 입자의 총 질량은 이다. 이 값이 물체의 질량 보다 ① 매우 작은 경우와 ② 매우 큰 경우로 나 누어 를 근사하여 구하시오. 그리고 ③ 실제 공기 중에서 kg 인 물체가 공기 입자로부터 받는 평균 힘을 s 동안 측정한다면, 물체의 속도가 ms인 경우에 비해 ms일 때 물체가 받는 평균 힘의 크기가 몇 배로 증가할지 근사적으로 구하시오. 이때, 에서 가 보다 훨씬 크다면 로 근사할 수 있으며, ≈ kgm 라고 가정한다. 16 www.jne.go.kr [물리] 다 2020학년도 문제 1 – 2015 개정교육과정의 범위와 수준을 벗어나 제외함. 문제 2. 슬릿 사이의 거리가 인 이중 슬릿에서 만큼 떨어진 곳에 스크린이 있다. 단, 이 보다 충분히 크다고 가정하고 각 슬릿의 폭은 무시한다. 2-1. 길이가 이고 한쪽 끝이 닫힌 관 속에서 공기가 진동하는 음원이 있다. 이 음원이 기본 진동수의 음을 낼 때 그 진동수를 구하고 스크린 위에서 소리가 크게 들리는 극대점 사이의 거리를 구하시 오. 단, 음속은 로 한다. 전라남도교육청 17 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2-2. 문제 2-1에서 음원이 의 속력으로 스크린을 향해 움직일 때 스크린 위에서 소리가 크게 들리는 극대점 사이의 거리는 어떻게 변하는지 구하시오. (단, 이고 음원은 에 비해 충분히 먼 곳 에서 접근한다고 가정한다.) 2-3. 정지 상태에서 전압 로 가속된 전자를 하나씩 이중 슬릿에 통과시키는 실험을 무수히 반복할 때 스크린 위에서 전자가 많이 분포하는 극대점 사이의 거리를 구하시오. 전자의 질랑은 , 기본 전하량은 , 플랑크 상수는 이다. 2-4. 동일한 에너지를 가지는 전자선을 결정에 쏘는 실험을 생각해 보자. 결정에서 튀어 나온 전자의 각 도에 따른 분포를 통해 어떻게 전자의 파동성을 증명할 수 있을지 설명하시오. 18 www.jne.go.kr [물리] 라 2019학년도 문제 1 - 2015 개정교육과정의 범위와 수준을 벗어나 제외함. 문제 2 – 2015 개정교육과정의 범위에 대해 일부 벗어남. 2-1. 아래 그림과 같이 퍼텐셜 에너지 가 인 영역은 이고 나머지 영역은 ∞인 1차원 상자가 있다. 이 상자에 전자 11개를 다음과 같은 조건으로 차곡차곡 채울 때, 마지막 전자 가 들어가는 에너지 준위는 얼마인가? 1. 상자 내부는 에너지가 양자화 되어 있으며 바닥상태 에너지 는 eV 이다. 2. 전자의 스핀 양자수는 또는 이다. 3. 전자 사이의 전기적인 상호작용 또는 중력과 같은 외부 힘은 무시한다. 4. 전체 에너지가 최소가 되도록 전자를 채운다. 2-2. 이 상자에 아래 그림과 같은 에너지 분포를 갖는 빛을 쪼여주었다. 빛에 의해 들뜬상태로 올라간 전자는 자발방출을 통해 빛을 내보낸다. 이때 상자에서 나올 수 있는 빛의 에너지는 얼마인가?(단, 하나의 전자가 한번 들뜬상태로 전이한 후 원래의 에너지 준위로 돌아오며 빛을 내보내는 경우만을 생각한다.) 전라남도교육청 19 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2-3. 문제 2-2의 과정을 통하여 상자에서 나온 빛을 일함수가 eV 인 물질의 표면에 쪼여주었다. 표 면에서 방출된 광전자의 운동에너지는 얼마인가? 2-4. 양자물리에 의하면 전자는 입자와 파동의 이중성을 가진다. 문제 2-3의 결과로 나온 전자를 아래 그림과 같이 한 번에 하나씩 이중 슬릿을 통과시키는 실험을 한다. 다음 각각의 경우에 대하여 그 결과를 개략적으로 설명하시오. (a)하나의 전자가 이중 슬릿을 지나 스크린의 평면에서 발견될 수 있는 확률분포, (b)전자 한 개가 스크린에 도달한 후 스크린의 평면에 나타나는 결과, (c)이러 한 실험을 무수히 많이 반복하였을 때 스크린의 평면에 나타나는 결과.(단, 은 보다 충분히 크다고 가정한다.) 20 www.jne.go.kr [물리] 마 2018학년도 문제 1 - 2015 개정교육과정의 범위와 수준을 벗어나 제외함. 문제 2. [2-1 ~ 2-3] 다음 그림은 저항 , 코일 , 축전기 가 교류 전원 장치 에 직렬로 연결되어 있는 전기회로를 나타낸다. 축전기의 두 극판은 넓이가 이고 극판 사이의 거리는 이다. 또한, 축전기 극판 사이를 긴 유전체의 일부분이 채우고 있다. 이 유전체는 길이가 일정한 마디의 배열로 이루어져 있고 각 마디의 유전율은 또는 이다. 2-1. 유전체의 유전율에 따라 다음의 두 경우가 가능하다. 유전율 과 인 마디가 극판 사이에 위치 할 때의 전기 용량을 각각 , 라고 할 때, 과 를 구하시오. 두 유전체 마디의 경계가 극 판 사이에 위치하는 경우는 무시한다. 전라남도교육청 21 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2-2. 위 회로의 전원장치는 sin의 교류전압을 회로에 걸어주고 있다. , 인 각각의 경우에 대하여 주파수 에 대한 교류전류의 진폭 의 변화를 개략적으로 그리고 공진 주파수와 의 최댓값을 구하시오. 2-3. 아래 그림과 같이 유전체가 방향으로 1초에 한 마디씩 움직이는 경우를 생각해 보자. 각 마디는 축전기 극판 사이에 1초간 머무르다가 다음 마디로 즉시 넘어가며, 두 마디의 경계가 축전기에 위 치하는 경우는 무시하기로 한다. 일 때 문제2-2에서 구한 공진 주파수를 라고 하자. 또 한 교류전원의 주파수 를 로 고정시키면 회로에는 sin의 교류 전류가 흐른다고 한다. 이때 의 그래프를 0초에서 5초까지 개략적으로 그리고 설명하시오. 단, 는 Hz보다 충분히 크다고 가정한다. 22 www.jne.go.kr [물리] 문제 2. [2-4 ~ 2-5] 아래 그림과 같이 원래 전기회로의 코일 에 연철심을 넣고 2차 코일 ′ 을 의 감은 수와 같게 감았다. 또한 2차 코일과 직렬로 다이오드와 축전기 ′ 이 달려있다. 2-4. 1차 코일 에 걸리는 전압을 , 2차 코일 ′ 에 걸리는 전압을 라고 하자. 교류전원의 주파수 를 로 고정시키면 sin이다. 문제2-3과 같은 방식으로 유전체 마디가 축전기 극판 사이를 1초에 한 마디씩 지나갈 때 sin의 그래프를 시간 0 초에서 5초까지 개략적으로 그리고 설명하시오. 단, 는 1 Hz보다 충분히 크다고 가정한다. 2-5. 다이오드와 축전기를 지난 출력 전압을 라고 했을 때, 의 시간에 대한 그래프를 시 간 0초에서 5초까지 개략적으로 그리고 설명하시오. 전라남도교육청 23 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 바 2017학년도 제시문 문제 1. 반경 의 원형 루프( )가 수직으로 세워져 있고, 이 루프에 동일한 전하량을 갖는 구슬 두 개가 꿰어져 있 다. 구슬 1은 최하점( )에 고정되어 있고, 구슬 2는 루 프를 따라 마찰 없이 움직일 수 있다. 전기력과 중력에 의해 구슬 2는 루프의 어느 위치에서 평형을 이루게 될 것이다. 구슬 2의 질량은 , 중력가속도는 이며, 쿨롱 법칙의 비례상수는 이다. 1-1. 구슬 2가 루프의 중간점 ( )에서 평형을 이루기 위한 전하량( )을 구하시오. 1-2. 문제 1-1의 상태에서 두 구슬의 전하량을 서서히 증가시켜서 구슬 2의 위치를 중간점 에서 최 고점 까지 점진적으로 올리는 상황을 생각해보자. 이때 구슬 2가 루프의 최고점 에서 평형을 이루기 위해 필요한 최소의 전하량( )을 구하시오. 이때 구슬 2에 작용하는 전기력과 중력 사이의 크기 비는 얼마인가? (참고) sin sin cos cos sin 1-3. 두 구슬의 전하량을 문제 1-2에서 구한 값의 두 배로 늘렸다. 이때 점 근방에서 루프를 따라 구슬 2를 약하게 밀어주면( 가 충분히 작으면) 단진동을 하게 된다. 이 단진동의 주기를 , , 의 함수로 구하시오. 24 www.jne.go.kr [물리] 문제 2. [그림 2-1]과 같이 영의 이중슬릿 실험을 생각하여 보자. 편광판과 슬릿 를 통과한 단일 파장 인 편광된 빛은 이중슬릿 과 를 동시에 지나 스크린에 도달한다. 편의상, 슬릿 에서 스크린의 중심 의 방향을 축으로, 종이면에 수직인 방향을 축으로 생각하자. 이때 스크린에는 [그림 2-2]와 같은 밝고 어두운 무늬가 반복되는 빛의 간섭무늬가 나타난다. [그림 2-3]은 스크린에서의 위치 에 따라 변화하는 빛의 세기를 개략적으로 보여준다. [그림 2-1] [그림 2-2] [그림 2-3] 전라남도교육청 25 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2-1. 아래의 그림과 같이 슬릿 과 앞면에 편광축이 방향인 편광판을 각각 놓았다. 이때 스크린에 서의 위치 에 따라 변화하는 빛의 세기를 개략적인 그림으로 나타내고 이유를 설명하시오. 2-2. 문제 2-1의 경우와 달리 아래의 그림처럼 슬릿 앞면의 편광축은 방향을 유지한 채, 앞면의 편광축을 방향으로 돌려놓았다. 이때 스크린에서의 위치 에 따라 변화하는 빛의 세기를 개략적 인 그림으로 나타내고 이유를 설명하시오. 26 www.jne.go.kr [물리] 2-3. 문제 2-2에서처럼 이중슬릿 바로 앞면에 방향 및 방향의 편광판을 각각 놓은 상태에서 편광축 이 축과 인 편광판으로 스크린을 덮었을 때 스크린에서의 위치 에 따라 변화하는 빛의 세기 를 개략적인 그림으로 나타내고 이유를 설명하시오. 2-4. 양자물리에 의하면 빛(또는 광자)은 파동성과 입자성의 이중성을 가지고 있다. 문제 2-2의 실험 장치를 이용하여 광자를 한 개씩 보내면서 실험을 진행한다고 하자. 이때 스크린에 위치한 관찰자 는 스크린에 도착하는 광자가 이중슬릿 가운데 어느 쪽을 통과하였는지 알아낼 수 있는가? 그 이유 를 설명하시오. 2-5. 이번에는 문제 2-3의 실험 장치를 이용하여 광자를 한 개씩 보내면서 실험을 진행한다고 하자. 이 때 스크린에 위치한 관찰자는 스크린에 도착하는 광자가 이중슬릿 가운데 어느 쪽을 통과하였는지 알아낼 수 있는가? 그 이유를 설명하시오. 전라남도교육청 27 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 사 2016학년도 문제 1. 다음 그림과 같이 길이 m의 그네가 놓여 있다. 그네의 질량은 무시할 수 있고, 그네를 타는 사람의 질량은 kg 이다. 그네를 타는 사람의 질량 중심은 그네 발판에 있다. 지구의 중력가 속도는 kg·m s 이고, 공기저항은 고려하지 않는다.(모든 계산은 유효숫자 두 자리로 답하시오.) 1-1. 그네타기를 하는 경우 진폭이 50cm 때, 최대 진폭에서의 복원력과 그네 줄에 작용하는 장력을 구 하고, 그네타기 운동의 주기를 구하시오. 1-2. 그네 앞에서 친구가 5개의 야구공을 던지고 그네에 있는 사람이 야구공을 받는다고 할 때, 언제 받으면 가장 효율적으로 그네의 진폭을 키울 수 있을까? 이 조건에서 5개의 야구공을 모두 받은 후의 최대 진폭은 얼마인지 설명하시오. (야구공 하나의 질량은 200g이고, 야구공을 받을 때 야구 공의 속도는 90 kmh 이다.) 28 www.jne.go.kr [물리] 1-3. 아래 그림과 같이 서울과 부산에 각각 큰 탑을 세우고, 그 사이를 직선경로의 진공터널로 연결하여 진공열차를 건설하려고 한다. 공기저항과 마찰을 무시하고 중력에 의해 진공열차가 서울에서 부산 까지 도달하는데 걸리는 시간이 몇 분인지 계산하시오. 서울-부산 간의 거리( km )는 지구 반지름의 길이( km )에 비해 충분히 작다. 지구는 완전한 구형으로 생각하고, 자전 효과 는 무시한다. 전라남도교육청 29 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 문제 2. 다음 그림과 같이 지름의 길이가 인 반원 모양의 동일한 도체판 두 개가 마찰이 없고 수 평한 절연판 위에 수직하게 놓여있다. 두 두체판은 아래 양 꼭짓점과 가장 위 부분에 가늘고 딱딱한 금속 막대로 서로 연결되어 있다. 각 금속 막대의 길이는 이며, 그 저항은 이다. 두 도체판 사이 의 거리는 금속 막대의 길이로 항상 유지되면, 금속 막대 길이 는 도체판의 지름의 길이 보다 매우 작다고 하자. 절연판에 수직인 위쪽 방향( 방향)으로 자기장이 의 크기로 주어진 상황에서, 물체가 방향으로 속력 로 등속도 운동을 하고 있는 경우를 생각해보자. 초기에 물체는 전기적 으로 중성이었고, 물체의 움직임은 절연된 실은 이용하여 조절하였다. 2-1. 물체가 움직이기 시작할 때, 두 도체판을 연결하는 금속 막대에 전류가 흐르게 된다. 전류가 발생 하는 이유를 설명하고, 각 금속 막대에 흐르는 초기 전류의 크기와 그 방향을 구하시오. 2-2. 충분히 오랜 시간이 지난 후, 금속 막대에 흐르는 전류의 크기와 각각의 도체판에 대전된 전하량을 구하시오. 이 경우, 물체의 등속도 운동을 유지하기 위해 필요한 외부 힘의 크기를 구하시오. 30 www.jne.go.kr [물리] 2-3. 두 도체판을 연결하는 가는 금속 막대가 딱딱하지 않고 탄성계수 를 갖는 경우를 고려하자. 물체 가 등속도운동을 충분히 오래하여 평형 상태에 도달하였을 때, 두 도체판 사이의 거리와 각각의 도 체판에 대전된 전하량을 구하시오. 2-4. 절연판의 절연 기능이 손상되어 두 개의 도체판이 지면과 전기적으로 연결되었다. 이 상태로 물체 가 오랜 시간 동안 등속도 운동을 하게 되었다고 하자. 각각의 도체판에 대전된 전하량과 각 금속 막대에 흐르는 전류의 크기를 구하시오. 등속 운동을 유지하기 위해 필요한 외부 힘의 크기를 구하 시오. 전라남도교육청 31 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 아 정시모집 제시문 [문제 1] 제시문을 읽고 문제에 답하시오. 다음 그림과 같은 간단한 원자 모형을 고려해 보자. 의 전하를 가진 원자핵 주위를 의 전하와 질량 을 가진 전자가 원자핵으로부터 거리 을 유지하며 속력 로 원운동하고 있다. 원자핵은 고정되어 있으며 원자핵 주위를 도는 전자는 축을 중심으로 한 공전운동만 할 수 있다. 1-1. 원자핵과 전자 사이의 전기력만을 고려하여 운동방정식을 기술하시오. 1-2. 외부 자기장 를 축 방향으로 더해 주었다고 가정하자. 전자의 속력 변화를 구하시오. (자기장 을 더해준 후에 원자핵과 전자의 거리 은 변하지 않았고, 속력의 변화 는 에 비해 매우 작 다고 가정한다.) 1-3. 외부 자기장 에 의한 원자 내 전류의 변화를 구하고, 전류의 변화에 의해 원자핵 주변에 생기는 자기장의 변화의 방향이 외부 자기장과 같은 방향인지 반대 방향인지를 확인하시오. 32 www.jne.go.kr [물리] 2 교직 적성·인성 ※ 사범대학 교직 적성·인성 면접 기출문제는 비공개인 관계로 응시생의 면접후기를 토대로 작성함. 가 2017학년도 제시문 영상세대의 의존성에 관한 제시문(의사체험과 관련된 내용) 의사체험이란 영상매체나 뉴미디어를 통한 간접적인 체험으로, 실생활에서 경험하는 직접적인 체험과 반대되는 개념임. [출처] 2017학년도 면접후기자료집(광주교육청, 부산교육청) [문제1] 자신이 영상세대라고 생각하는가? 의사체험의 긍정적인 면과 부정적인 면을 모두 서술하시오. [문제2] 영상매체를 활용한 수업방식을 고려해 본다면 어떤 것이 있을지 서술하시오. [문제3] 의사체험의 한계를 극복할 수 있는 방안은 무엇인지 서술하시오. (추가질문) 고등학교 재학기간 3년 동안에 의사체험 외에 실생활을 통해 사유를 깊게 할 수 있었던 경험 을 말해보라. (추가질문) 의사체험이 제시문에서는 영상매체 위주로 설명되어 있는데 본인이 알고 있는 또 다른 의사 체험의 방법은 없나요? (추가질문) 주변에 친구들 보면 스마트폰 많이 보잖아요. 그게 친구들한테 공부에 어떤 영향을 미치는 것 같나요? (추가질문) 학생들이 사회적, 정서적으로 발달하려면 어떤 방법이 있을까요? 전라남도교육청 33 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 나 2016학년도 제시문 1. 창의력 증진의 필요성과 창의 양성 교육에 대한 지문 2. 위의 지문과 관련하여 교사로서 학생의 창의력을 증진시킬 수 있는 방법 제시 예) 학생이 자유롭게 질문을 할 수 있는 환경을 만들어야 한다. 학생의 질문을 무시하지 않고 신중하게 답해야 한다, 학생에게 아무리 이상한 것이라도 질문하는 것은 나쁜 것이 아니라는 인식을 심어준다, 학생의 지적 호기심을 자극해야 한다. 등 [출처] 2016학년도 서울대 수시일반전형 면접 내용 및 후기(영어교육과 교직인적성 인성면접 포함)|작성자 용팔이 [문제1] 위에 제시된 12가지 중 창의 양성 교육을 위해 교사에게 반드시 필요하다 생각되는 자질 2가지와 그 이유를 서술하시오. [문제2] 학생들의 창의력을 증진하기 위해 교사가 실천할 수 있는 방안을 구체적으로 서술하시오. [문제3] 창의적인 학생들의 양성을 위해서는 교사가 창의적이어야 한다고 생각하는지에 대해 서술하시오. 다 그 외(기출년도 불분명) 1. 사교육으로 인한 공교육의 붕괴 관련 2. 교사의 전문성 관련 제시문 [문제 1] 사람들이 교사가 되려고 하는 현실적인 동기와 이상적인 동기를 구분하여 설명하시오. [문제 2] 똑똑한 사람들이 교사가 많이 되고 있는데도 사명감 있는 교사가 적다는 말이 나오는 이유를 제시하시오. [문제 3] 교사들의 사명감을 키울 수 있는 방안을 제시하시오. 34 www.jne.go.kr [물리] 제시문 면접 프로그램 자료집 Ⅲ. 전공 영역별 학습 자료 1 가 물리학Ⅱ 빈출 개념 정리 돌림힘 1) 돌림힘(토크): 물체에 작용한 힘이 물체를 회전시킬 수 있는 능력 가) 돌림힘의 크기는 팔의 길이와 힘의 크기의 곱이다. × 나) 돌림힘의 단위: 길이의 단위인 m와 힘의 단위인 N의 곱을 사용한다. 즉, N·m가 돌림힘의 단위이다. 다) 돌림힘의 크기 ① 지레의 팔과 힘이 수직: sin ② 지레의 팔과 힘이 비스듬할 때: sin ③ 지레의 팔과 힘이 나란할 때: sin 돌림힘의 크기 라) 돌림힘의 이용: 지레, 축바퀴, 도르래 등 2) 지레와 축바퀴: 지레나 축바퀴를 이용하면 작은 힘으로 무거운 물체를 들 수 있다. 지레 축바퀴 물체를 일정한 속도로 들어 올리는 동안 돌림힘의 추를 일정한 속도로 끌어올리는 동안 돌림힘의 합 합이 0이다. 이 0이다. 전라남도교육청 35 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 나 평면에서의 운동 1) 수평으로 던진 물체의 운동 가) 수평 방향으로 처음 속도 의 크기로 던져진 물체는 수평 방향으로 의 크기로 등속도 운동을 하고 연직 방향으로 등가속도 운동을 한다. (단, 공기 저항은 무시한다.) 나) 시간 초 후 속도( ) ① 수평 방향: = , 연직 방향: ② 시간 초 후 속도( ): = 다) 시간 초 후 이동한 거리 ① 수평 방향으로 이동한 거리: ② 연직 방향으로 이동한 거리: 라) 물체 경로: 마) 지면에 도달하는 데 걸리는 시간(자유 낙하하는데 걸린 시간): 사) 공이 수평으로 이동한 거리(): 아) 지면에 닿을 때 속력( ): 수평으로 던져진 물체의 운동 36 www.jne.go.kr [물리] 2) 비스듬히 위로 던진 물체의 운동 가) 수평 방향으로 만큼 각을 가지고 처음 속도 의 크기로 비스듬히 던져진 물체는 수평 방향으로 cos 의 크기로 등속도 운동을 하고 연직 방향으로는 처음 속도가 sin 인 등가속도 운동을 한다. (단, 공기 저항은 무시한다.) 나) 시간 t 초 후 속도( ) (1) 수평 방향: cos , 연직 방향: sin (2) 시간 t 초 후 속도( ): = cos sin 다) 시간 t 초 후 이동한 거리 (1) 수평 방향으로 이동한 거리: cos (2) 연직 방향으로 이동한 거리: sin 라) 물체 경로: tan cos 마) 최고점에 도달하는 데 걸리는 시간(연직 방향의 속도가 0일 때): sin 바) 공이 수평으로 이동한 거리(): sin cos × cos ∙ sin 사) 최고점의 높이 ( ): sin sin sin sin 비스듬히 위로 던져진 물체의 운동 분석 전라남도교육청 37 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 다 단진동 1) 단진동이란 무엇일까? 마찰이나 공기 저항과 같은 힘은 받지 않고 오직 진동을 일으키는 힘만 받아서 운동하는 것을 단진동 이라 한다. 단진동과 유사하게 일어날 수 있는 진동은 단진동의 기본적인 형태에 근사하여 적용해 볼 수 있는데 그네 운동이나 시계추의 운동이 이에 해당한다. 단진동은 원운동하는 물체의 그림자 운동이 주기 적으로 직선 왕복 운동한다는 것을 이용하여 기본식을 유도할 수 있다. ∙ 단진동의 변위: sin sin ∙ 단진동의 속도: cos ∙ 단진동의 가속도: sin ∙ 단진동의 복원력: sint ∙ 단진동의 주기: 38 www.jne.go.kr [물리] 2) 단진동 운동의 적용 진자의 길이가 충분히 길고 진폭이 작을 경우 진자의 운동은 단진동 운동으로 나타낼 수 있다. 진자의 복원력 sin 이므로 단진동 운동의 복원력으로 볼 수 있다. 따라서 sin 이다. 이 식에서 이고, 이다. 주기식을 통해 주기에 영향을 미치는 요소를 알 수 있는데, 추의 질량은 주기에 영향을 주지 않는다. 이것을 진자의 등시성이라 한다. 용수철은 변형이 되었을 때 탄성력이 작용하게 되고, 탄성력은 훅의 법칙을 따라 의 값을 갖 는다. 이 탄성력이 복원력에 해당하므로 단진동의 복원력 식에 적용하면 이고, 가 된다. 따라서 이다. 전라남도교육청 39 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 라 전기장과 전위 1) 전기장의 세기와 방향 가) 전기장: 전하 주위에 전기력이 작용하는 공간 나) 전기장의 세기: 전기장 속의 어느 한 지점에 놓인 단위 양전하(+1C)가 받는 힘의 크기 ① 전기장의 세기: 전기장 속에 전하량이 인 전하를 놓았을 때 이 전하가 받는 전기력의 크기 가 이면, 이 지점에서의 전기장의 세기 는 다음과 같다. (단위: N/C) ② 점 전하가 만드는 전기장의 세기: 전하량이 인 점전하가 만큼 떨어진 지점에 만드는 전기 장의 세기 는 다음과 같다. 다) 전기장의 방향: 전기장 속의 어느 한 지점에 단위 양전하(+1C)를 놓았을 때, 이 전하가 받는 힘의 방향, 양(+)전하에서 나와 음(-)전하로 들어간다. 라) 전기장에서 전하가 받는 전기력 ① 전기력의 세기: 전하량에 비례하고 전기장의 세기에 비례한다. ② 전기력의 방향: 양(+)전하는 전기장과 같은 방향, 음(-)전하는 전기장과 반대 방향으로 전기력을 받는다. 양(+)전하 주위에 양(+)전하가 놓여 있을 때 양(+)전하 주위에 음(-)전하가 놓여 있을 때 <전기장의 방향> 마) 두 점 전하가 만드는 전기장: 두 점 전하가 만드는 전기장의 벡터 합 40 www.jne.go.kr [물리] 2) 전위와 전위차 가) 전기적 퍼텐셜 에너지( ): 전기장 내의 전하를 전기장과 반대 방향으로 옮길 때 해 준 일의 양 나) 전위( ): 전기장 내의 기준점으로부터 측정한 단위 양(+)전하가 가지는 전기적 퍼텐셜 에너지. 전기적 퍼텐셜 에너지 를 전하량 로 나눈 값 (단위: J/C 또는 V) 다) 전위차(전압): 전기장 내 두 지점 사이의 전위의 차 ① 두 지점 사이의 전위차: 전하량이 C인 전하를 한 지점에서 다른 지점까지 옮기는 데 한 일의 크기 ② 전위는 기준점에 따라 달라지지만 전위차는 기준점과 상관없다. 라) 평행한 두 금속판 사이의 전기장과 전위 ① 평행한 두 금속판 사이에는 균일한 전기장이 생긴다. ② 전기장의 세기가 E로 균일한 전기장에서 전하 +q가 받는 힘의 크기는 이다. 이때 전 하에 작용하는 힘의 방향이 A → B일 때, B에서 A까지 옮기기 위해서 한 일의 크기 이다. ③ A와 B에서의 전위를 각각 라고 할 때, 두 지점 사이의 전위차 는 다음과 같다. 전라남도교육청 41 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 마 저항의 연결 1) 기전력과 전원 가) 도선이나 전기 소자의 양 끝 사이에 전위차를 만들어주면 전류가 흐른다. 나) 전원이 공급하는 기전력에 의해 전위차가 유지된다. ① 전지: 화학적 에너지로부터 기전력을 얻음 → 직류 전원 ② 발전기: 역학적 에너지로부터 기전력을 얻음 → 교류 전원 2) 옴의 법칙과 소비 전력 가) 옴의 법칙: 저항에 흐르는 전류의 세기 는 저항 양단의 전위차 에 비례하고 저항의 저항값 에 반비례한다. 나) 저항에서 소모되는 전기 에너지 ① 소비 전력( ): 1초 동안 저항에서 소모되는 전기 에너지 ② 전기 에너지( ): 시간 동안 저항에서 소모되는 전기 에너지 3) 저항의 직렬연결 가) 직렬연결: 전류는 하나의 회로를 따라 각 저항을 순차적으로 흐른다. , ∙∙∙ 나) 전체 저항: 저항 개수가 증가하면 회로 전체의 저항값이 증가한다. ∙∙∙ 저항의 직렬연결 다) 소비 전력: 저항의 개수가 증가하면 회로에 흐르는 전류의 세기가 감소하여 회로 전체에서 소모 되는 전력은 감소한다. ∙∙∙ 42 www.jne.go.kr [물리] 4) 저항의 병렬연결 가) 병렬연결: 전류는 나뉜 회로 중 하나를 따라 하나의 저항으로 흐른다. ∙∙∙ , 나) 전체 저항: 저항 개수가 증가하면 회로 전체의 저항값이 감소한다. ∙∙∙ 저항의 병렬연결 다) 소비 전력: 저항의 개수가 증가하면 회로에 흐르는 전류의 세기가 증가하여 회로 전체에서 소모 되는 전력은 증가한다. × ∙∙∙ 5) 저항의 혼합 연결 가) 혼합 연결: 직렬연결과 병렬연결이 혼합된 경우 ① 회로에 흐르는 전류: ② 저항에 걸리는 전압: 나) 직렬연결과 병렬연결을 분리하여 각각의 합성 저항값을 구한 후 단순화 한다. ① 와 병렬연결: ② 과 직렬연결: 저항의 혼합 연결 전라남도교육청 43 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 바 축전기 1) 전기용량 대전되지 않은 두 평행판 사이에서 한 개의 전자를 두 판 사이에서 이동시키기 위해서는 외부에서 일 을 해 주어야 하는데, 이동하지 않고 남아 있는 전체 양전하가 전자를 잡아당기기 때문이다. 이 일이 끝 나고 두 번째 전자를 이동시키는 것은 더 많은 일이 필요하다. 따라서 평행판에 전하가 쌓일수록 전하를 분리시키기 위해서는 많은 에너지가 필요하고, 이 에너지는 축전기에 전기 에너지로 저장된다. 이때 축전 기가 전하를 저장할 수 있는 능력을 전기 용량이라고 한다. 전기 용량은 축전기의 모양과 재료에 따라 정해지며 식은 다음과 같다. ( : 진공의 유전율, : 금속판의 면적, : 금속판 사이 거리) 2) 평행판 축전기 • ( : 평행판 사이 유전체의 유전율) • 3) 축전기의 연결 가) 직렬 연결 나) 병렬 연결 • 각 축전기에 저장된 전하량이 같음. • 총 전압: 각 축전기에 걸린 전위차의 합 • 합성 전기용량 : 44 www.jne.go.kr • 각 축전기에 걸린 전압은 모두 같다. • 저장된 전하의 총량 : 각 축전기에 쌓인 전하를 모두 더한 값 • 합성 전기용량: [물리] 사 트랜지스터 1) 트랜지스터의 종류와 구조 가) 트랜지스터의 종류: p-n-p형 트랜지스터, n-p-n형 트랜지스터 나) 구조: 이미터(E), 베이스(B), 컬렉터(C)의 단자 3개로 구성 ➀ 이미터(Emitter): 베이스와 순방향 전압을 걸어 주는 영역 ➁ 베이스(Base): 트랜지스터 중앙의 좁은 영역 ➂ 컬렉터(Collector): 베이스와 역방향 전압을 걸어 이미터에서 방출된 전하를 모으는 영역 2) 트랜지스터의 원리 - 순방향 전압( EB )를 조절하여 컬렉터에 흐르는 전류의 세기( C )를 조절할 수 있다. 구분 p-n-p형 트랜지스터 n-p-n형 트랜지스터 전류 이미터에서 베이스 방향으로 흐른다. 베이스에서 이미터 방향으로 흐른다. 전압 이미터와 베이스 사이에는 순방향 전압, 컬렉터와 베이스 사이에는 역방향 전압을 걸어 준다. 모습 주요 전하 운반자 원리 양공 전자 • 이미터에서 베이스로 이동하던 대다수의 양공은 컬렉터 쪽의 높은 전압에 끌려 컬렉터 쪽으로 • 컬렉터와 베이스 사이의 전압은 역방향이지만 이미터에서 베이스로 이동하던 대다수의 전자가 이동하고, 소수의 양공만이 베이스 쪽으로 이동 한다. • 컬렉터로 확산된 양공과 BC 에서 공급되는 전자가 계속 결합하므로 베이스에 흐르는 전류보다 컬렉터에 흐르는 전류가 훨씬 크다. ⇨ ≪ , 베이스를 지나 컬렉터 쪽으로 이동한다. • 컬렉터로 확산된 전자와 CB 에서 공급되는 양공이 계속 결합하므로 베이스에 흐르는 전류보다 컬렉터에 흐르는 전류가 훨씬 크다. ⇨ ≪ , 전라남도교육청 45 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 3) 트랜지스터의 작용 가) 증폭 작용: 이미터와 베이스 사이의 전압을 조절하여 컬렉터에 흐르는 전류의 세기를 변화시킴. - 전류 증폭률( ): ( : 베이스 전류, : 컬렉터 전류) 나) 스위칭 작용: 베이스의 전류로 컬렉터의 전류를 제어할 수 있음. 4) 바이어스 전압 - 교류는 순방향 바이어스와 역방향 바이어스가 반복되는데, 항상 순방향 바이어스가 걸리도록 입력 되는 교류 신호에 추가해주는 직류 전압을 바이어스 전압이라고 함. 가) 바이어스 전압이 없을 때 나) 바이어스 전압이 있을 때 5) 전압 분할과 바이어스 전압의 결정 가) 전압 분할: 저항을 이용해 전압을 나누는 것 전체 전류는 , 저항값이 인 저항 양단의 전압은 이다. ⇨ 과 의 크기를 조절하면 원하는 를 얻을 수 있다. 46 www.jne.go.kr [물리] 나) 전압 분할을 이용한 바이어스 전압 결정 ➀ 전류를 증폭하기 위해서는 컬렉터에 연결된 전압 외에 베이스에 연결된 바이어스 전압 가 필요하다. ➁ 저항을 이용한 전압 분할로 바이어스 전압을 조절할 수 있다. ➂ 베이스와 이미터 사이에 걸리는 바이어스 전압 는 베이스 전류가 에 흐르는 전류보다 훨씬 적을 때 직류 전원의 전압 를 저항 로 분할한 전압이다. ➃ 바이어스 전압 : 전라남도교육청 47 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 아 전자기 유도 1) 전자기 유도 가) 유도 전류의 방향(렌츠의 법칙): 외부 자속의 변화를 방해하는 방향으로 유도 전류가 흐른다. 나) 유도 기전력의 크기(페러데이의 법칙) ( : 코일의 수) ① 막대형 도선 • 유도 전류의 방향: 플레밍의 오른손 법칙 • 유도 기전력 ② ㄷ자형 도선 • 유도 전류의 방향: 렌츠의 법칙 • 유도 기전력의 크기 • 유도 전류의 세기 • 도체 막대는 유도 전류로 인해 반대 방향으로 자기력을 받는다. 따라서 도체 막대를 일정한 속력으로 끌어주기 위해서는 다음과 같은 일률이 필요하다. 48 www.jne.go.kr [물리] 2) 상호유도와 상호 인덕턴스 가) 상호유도: 한쪽 코일에 흐르는 전류의 세기가 변하여 근처에 있는 다른 코일에 유도 기전력이 발생 하는 현상 나) 상호유도 기전력 ➀ 1차 코일에 전류 가 변할 때 2차 코일에 유도되는 기전력 ∝ ➁ 2차 코일에 전류 가 변할 때 1차 코일에 유도되는 기전력 ∝ ➂ 이 식에서 비례상수를 이라고 하면, , , 다) 상호 인덕턴스( ): 상호 인덕턴스는 코일의 모양, 감은 수, 위치, 코일의 주위의 물질 등에 의해 결정 된다. 3) 변압기 가) 변압기: 1차 코일에서 전력을 받아 2차 코일에 전달하는 장치 나) 변압기에 걸리는 전압의 비 4) 상호유도의 활용 가) 에너지 전달(무선 충전): 전동칫솔, 휴대전화 무선 충전 등 나) 정보 전달(무선 인식, RFID): 교통카드, 하이패스 등 전라남도교육청 49 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 자 교류회로 1) 전자기파의 발생과 수신 가) 전기장: 시간에 따라 변하는 전기장은 자기장을 유도한다. 나) 자기장: 시간에 따라 변하는 자기장은 전기장을 유도한다. 다) 전자기파가 진행할 때 전기장과 자기장의 변화가 서로를 유도하면서 공간을 퍼져 나간다. 라) 전파 발생 회로에 흐르는 전류의 진동수 = 전파의 진동수 = 전파 수신 회로에 흐르는 전류의 진동수 2) 교류회로와 공명 진동수 가) 저항 ➀ 저항은 교류의 진동수와 관계없이 전류의 세기를 약하게 한다. ➁ 저항을 이용해서 특정 진동수의 전류를 강하게 흐르게 하는 것은 불가능하다. 나) 코일 ➀ 코일의 자체 인덕턴스가 클수록 교류는 잘 흐르지 못한다. (자체 인덕턴스: 코일에 전류가 흐를 때 유도 기전력이 발생하는 정도에 비례한다.) ➁ 코일은 진동수가 큰 전류일수록 잘 흐르지 못하게 한다. 50 www.jne.go.kr [물리] 다) 축전기 ➀ 축전기의 전기용량이 작을수록 교류는 잘 흐르지 못한다. ➁ 축전기는 진동수가 작은 전류를 잘 흐르지 못하게 한다. 라) 교류회로의 공명 진동수(고유 진동수) ➀ 공명 진동수: 회로에서 전류가 가장 강하게 흐를 수 있는 진동수( ) ➁ 공명 진동수는 코일과 축전기에 의해서 결정된다. 코일의 자체 인덕턴스 또는 축전기의 전기용량 증가 → 회로의 공명 진동수 감소 코일의 자체 인덕턴스 또는 축전기의 전기용량 감소 → 회로의 공명 진동수 증가 마) 방송 통신 ➀ 방송 수신 안테나는 여러 진동수의 교류를 동시에 발생시키는 전원장치의 역할을 한다. ➁ 회로의 공명 진동수와 같은 진동수의 전파만이 회로에 강한 전류를 흐르게 한다. → 해당 방송국의 정보만 재생된다. ➂ 방송을 바꿀 때 코일의 자체 인덕턴스 또는 축전기의 전기용량을 변화시켜서 회로의 공명 진 동수를 바꾼다. 전라남도교육청 51 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 차 도플러 효과 1) 음원과 관찰자가 모두 정지해 있을 때 - 음원과 관찰자가 모두 정지해 있을 때 관찰자가 듣는 소리의 진동수는 음원에서 발생한 소리의 진동수와 같다. 즉, 도플러 효과는 나타나지 않는다. 2) 음원이 운동하는 경우의 도플러 효과(관찰자는 정지) 가) 음원이 관찰자 A를 향해 다가올 때 ➀ A가 듣는 소리의 속력( ): ➁ A가 듣는 소리의 파장( ): ➂ A가 듣는 소리의 진동수( ): ⇨ 음원이 관찰자 A를 향해 다가올 때 관찰자가 듣는 소리의 진동수 는 음원에서 발생한 소리의 진동수 보다 크다. 나) 음원이 관찰자 B로부터 멀어질 때 ➀ B가 듣는 소리의 속력( ): ➁ B가 듣는 소리의 파장( ): ➂ B가 듣는 소리의 진동수( ): ⇨ 음원이 관찰자 B로부터 멀어질 때 관찰자가 듣는 소리의 진동수 는 음원에서 발생한 소리의 진동수 보다 작다. 52 www.jne.go.kr [물리] 3) 관찰자가 운동하는 경우의 도플러 효과(음원은 정지) 가) 정지한 음원에 관찰자가 다가갈 때 ➀ 관찰자가 듣는 소리의 상대적인 속력(′: ′ ➁ 관찰자가 듣는 소리의 파장( ′ ): ′ ′ ➂ 관찰자가 듣는 소리의 진동수( ′ ): ′ ⇨ 관찰자가 듣는 소리의 진동수는 커진다. 나) 정지한 음원에서 관찰자가 멀어질 때 ➀ 관찰자가 듣는 소리의 상대적인 속력(′: ′ ➁ 관찰자가 듣는 소리의 파장( ′ ): ′ ′ ➂ 관찰자가 듣는 소리의 진동수( ′ ): ′ ⇨ 관찰자가 듣는 소리의 진동수는 작아진다. 4) 도플러 효과의 일반적인 관계식 ± ′ ( : 소리의 속력, : 관찰자 속력, : 음원 속력) ∓ 분자: 관찰자가 음원에 가까워지면 , 멀어지면 분모: 음원이 관찰자에 가까워지면 , 멀어지면 전라남도교육청 53 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 카 빛의 입자성 1) 광전 효과 가) 광전 효과 ➀ 금속 표면에 빛을 쪼이면 전자가 방출되는 현상 ➁ 아인슈타인은 빛은 광양자 또는 광자라는 불연속적인 에너지 입자의 흐름이라는 광양자설로 광전 효과를 설명하였다. 나) 광전 효과 실험 ➀ 광전 효과 실험 장치: 진공으로 된 광전관 속의 음극판에 빛을 쪼였을 때 음극판에서 발생하는 광전자의 수와 광전자의 운동 에너지를 측정할 수 있다. ➁ 광전 효과 실험 과정: 금속판 E에 (-)극을, C에 (+)극을 연결하고 E에 특정 진동수보다 큰 진동 수의 빛을 비추면 전자가 튀어나와 회로에 전류가 흐른다. 이때 전압을 증가시켜도 전류의 세기는 거의 변하지 않는다. 하지만 E에 (+)극을, C에 (-)극을 연결하여 역전압을 걸어주고 전압을 증가 시키면 C에 도달하는 광전자의 수는 줄어들게 되어 광전류의 세기는 감소한다. ➂ 광전류와 광전자: 빛에 의해 금속판에서 튀어나온 전자를 전자라고 하며, 광전자의 이동에 의하여 두 금속 사이에 흐르는 전류를 광전류라고 한다. ➃ 정지 전압: 광전관에 역전압을 걸어주고 광전자가 C극에 도달하지 못해 광전류가 0이 되는 순간 의 C와 E 사이의 전압을 정지 전압( )이라고 한다. ➄ 광전자의 최대 운동 에너지: 정지 전압은 광전자의 최대 운동 에너지에 비례한다. max max 다) 광전 효과 실험 결과 ➀ 광전자는 특정한 진동수 이상의 빛을 쪼일 때에만 방출된다. 이 특정한 진동수를 문턱 진동수라 고 하며, 금속의 종류에 따라 다르다. ② 문턱 진동수 미만의 빛은 아무리 센 빛을 쪼여도 광전자를 방출하지 못한다. ③ 문턱 진동수 이상의 빛을 금속판에 쪼이면 아무리 빛의 세기가 약해도 즉시 광전자가 방출된다. 54 www.jne.go.kr [물리] ④ 빛의 진동수가 같을 때 빛의 세기가 셀수록 광전자를 많이 방출한다. ⑤ 방출된 광전자의 최대 운동 에너지는 빛의 진동수가 커질수록 증가하지만, 빛의 세기에는 관계없다. 라) 광전 효과 그래프: 빛의 세기와 진동수를 각각 달리할 때 전압차에 따라 광전류의 세기가 달라진다. 2) 아인슈타인의 광양자설 - 빛의 입자성 가) 광양자설: 빛은 연속적인 파동의 흐름이 아니라 광자(광양자)라고 부르는 불연속적인 에너지를 가진 입자의 흐름이다. 광양자설에 의해 진동수 와 파장 를 갖는 광자 1개의 에너지는 나) 일함수( ): 금속 표면에서 전자를 방출하는 데 필요한 최소의 에너지로 금속의 종류에 따라 다르다. 문턱 진동수가 인 금속 표면에 진동수가 인 빛을 쪼이면 방출되는 광전자가 갖는 최 대 운동 에너지는 max max 전라남도교육청 55 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 타 물질의 파동성 1) 물질파 이론 가) 물질의 이중성: 전자와 같은 물질은 입자의 성질뿐만 아니라 파동의 성질도 갖는다. ➀ 물질파(또는 드브로이파): 질량을 갖는 물질이 파동성을 가질 때 그 파동을 물질파라고 한다. ➁ 물질파의 파장: 드브로이 파장( )은 물체의 운동량( )에 반비례한다. ➂ 질량 인 입자가 속력 로 움직일 때 물질파의 파장 나) 보어의 양자 조건: 질량이 , 속력이 인 전자가 반지름이 인 원 궤도를 돌 때의 허용 가능한 전자의 궤도는 ⋯를 만족해야 한다. 여기서 을 양자수라고 한다. 다) 가속된 전자의 드브로이 파장 ➀ 드브로이의 정상파 조건: 반지름 r인 원 궤도에 대한 정상파 조건 ⋯ ➁ 가속 전자의 드브로이 파장: 전압 로 가속된 전자의 운동 에너지가 인 경우 이므로 전자의 운동량 , 드브로이 파장 이다. 전자의 드브로이 파장은 가속 전압이 증가할수록 짧아진다. 2) 물질파의 확인-전자 회절 실험 가) 데이비슨·거머의 실험: 그림과 같이 니켈 결정에 가속된 전자선을 쪼였을 때 특정한 각도에서 전자가 많이 산란되는 것을 발견하여 전자의 파동성을 증명하였다. 나) 결정 표면의 원자 간격이 , 파동의 파장이 일 때 결정 표면에서 의 각으로 산란된 두 파동 이 보강 간섭하며 밝은 무늬를 만들 조건은 sin ⋯로 두 파동의 경로차가 파장의 정수배를 만족해야 한다. 다) 톰슨의 전자 회절 실험: 금속박에 전자선을 쪼였을 때 생긴 무늬와 X선을 쪼였을 때의 무늬를 비교하여 드브로이가 예상한 것처럼 전자 의 파동성을 증명하였다. 56 www.jne.go.kr [물리] 파 불확정성 원리 1) 위치와 운동량의 불확정성 원리 가) 하이젠베르크의 불확정성 원리 ➀ 위치와 운동량의 불확정성 원리: 전자의 위치를 보다 정확히 측정하려고 빛의 파장을 매우 짧게 하면 광자의 운동량이 커져서 충돌하는 전자의 운동량에 대한 불확정성은 매우 커진다. 반대로 전 자의 운동량을 보다 정확히 측정하려고 광자의 운동량을 작게 하면 빛의 파장이 길어져 전자의 위 치에 대한 불확정성이 매우 커진다. ➁ 하이젠베르크의 불확정성 원리: 입자성과 파동성을 모두 띠고 있는 물체의 위치와 운동량을 동시 에 정확히 측정하는 것은 원리적으로 불가능하다. 위치와 운동량의 측정에 대한 불확정성 원리를 식으로 표현하면 다음과 같다. ≥ ( , × J ∙s) 나) 보어의 수소 원자 모형과 불확정성 원리 ➀ 보어의 수소 원자 모형에 따르면, 전자는 핵으로부터 반지름이 약 × m인 원 궤도를 약 ms 정도의 속력으로 운동한다. ➁ 위치와 운동량의 불확정성 원리에 따르면 전자의 위치를 매우 정확히 측정해서 를 매우 작 게 하면 전자의 운동량에 대한 불확정도 가 매우 커진다. 마찬가지로 전자의 속력을 매우 정확히 측정해서 를 작게 하면 가 매우 커져 전자의 위치를 정확히 알 수 없다. 2) 현대의 수소 원자 모형 가) 전자구름 모형: 슈뢰딩거는 수소 원자 내 전자의 위치를 정확히 아는 것은 불가능하다며, 단지 전자 가 존재할 수 있는 위치를 확률적으로밖에 알 수 없다고 제안하였다. 전자가 확률적으로 분포한다고 해서 ‘전자구름’모형으로도 불린다. 나) 전자의 확률분포: 전자를 발견할 확률은 유한하고, 그 값은 0과 1 사이이다. 여기서 확률이 0이면 입자를 결코 발견할 확률이 없다는 것이고, 확률이 1이면 항상 발견할 수 있다는 것이다. 전라남도교육청 57 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 물리학Ⅰ 내용정리 2 가 물리학Ⅰ 내용 정리 I. 역학과 에너지 1. 물체의 운동 가. 여러 가지 운동 1) 운동의 분류(다음 분류에 해당하는 예시를 찾아보세요.) 운동의 분류 예시 속력만 변하는 운동 운동 방향만 변하는 운동 속력과 운동방향이 모두 변하는 운동 2) 다음 물리량을 정의하세요. 물리량 정의 변위 이동거리 속도 속력 가속도 나. 힘과 운동 1) 알짜힘과 힘의 평형에 대해 정의하세요. 정의 알짜힘 힘의 평형 2) 뉴턴의 세 가지 운동법칙을 설명하세요. 정의 1. 관성의 법칙 2. 가속도 법칙 3. 작용 반작용법칙 58 www.jne.go.kr [물리] 3) 등속도 운동과 등가속도 운동을 정의하고 식을 작성하세요. 정의 공식 등속도 운동 등가속도 운동 ① 등속도 운동의 시간-속도 그래프와 시간-위치 그래프를 그려보세요. ② 등가속도 운동의 시간-가속도 그래프와 시간-속도 그래프, 시간-위치 그래프를 그려보세요. 다. 힘의 상호작용 - 다음 상황에서 힘의 작용과 반작용을 각각 표시해보세요. 전라남도교육청 59 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 - 다음 사과와 지구, 책상에 작용하는 힘이 각각 누가, 누구에게 작용하는 힘인지 작성하세요. - 힘의 평형과 작용·반작용 관계의 공통점과 차이점을 설명해보세요. 공통점 차이점 힘의 평형 작용반작용 라. 운동량 보존 1) 운동량은 물체의 질량과 물체의 속도의 곱으로 이며 운동량의 단위로는 kg·ms 를 사용 한다. 2) 운동량 보존 두 물체가 서로 충돌할 때 서로에게 작용하는 힘 이외에 마찰이나 공기 저항과 같은 다른 힘이 없다면 충돌 전 후 두 물체의 운동량의 합은 충돌 후 두 물체의 운동량의 합과 같다. - 다음 상황에서 표에 제시된 질문의 답을 각각 작성해 보아라. 60 www.jne.go.kr [물리] 질문 1. 운동량 보존 식을 세워보세요. 2. A와 B의 운동량의 A 변화량을 각각 구해보세요. B 3. 충돌 시간이 일 A 때, A와 B의 충격력을 각각 구해보세요. B 3) 여러 가지 충돌에서 운동에너지 충돌의 종류와 관계없이 운동량은 항상 보존되지만, 물체의 충돌에서 운동에너지는 항상 보존되는 것은 아니다. - 다음 상황에서 운동량의 변화와 운동에너지의 변화를 각각 기술하여라. [상황] 그림과 같이 질량이 3kg인 물체가 정지해 있다가 폭발하여 질량이 1kg, 2kg인 두 물체오 분리되었다. 분리 전 분리 후 운동량 운동에너지 마. 충격량 물체의 운동량 변화는 물체에 작용한 힘과 그 물체에 힘을 작용한 시간에 따라 달라지는데 물체에 작용한 힘과 힘을 작용한 시간의 곱을 충격량이라고 한다. 전라남도교육청 61 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 바. 충격량과 운동량 1) 물체에 힘을 가하여 가속하면 가속도는 이다. 이 식으로 운동량의 변화량이 충격량임을 증명해보아라. 증명 : 2) 힘과 시간에 따른 충격량 힘-시간 그래프에서 ( )은 충격량을 나타낸다. 다음과 같은 달걀 떨어뜨리기 실험에서 시간 에 따라 달걀이 받는 힘은 다음 그래프와 같이 나타난다. 그래프를 참고하여 다음 표의 물리량을 비교하여라. 접시에 달걀을 쿠션에 달걀을 떨어뜨릴 때 떨어뜨릴 때 충격량 운동량의 변화량 충격력 충격 시간 4) 충격을 감소시키는 장치 같은 충격량을 받더라도 충격을 받는 시간을 늘려 충격을 줄일 수 있다. 다음 사례의 충격을 감소시키는 방법을 설명해 보아라. 62 www.jne.go.kr [물리] 충격을 감소시키는 방법 태권도 경기장의 매트 자동차의 에어백 공기가 충전된 포장재 2. 에너지와 열 가. 역학적 에너지 보존 1) 일과 운동에너지 일이란 물체에 힘( 을 가해 힘의 방향으로 거리 만큼 이동할 때 “힘이 물체에 일을 했다.” 라고 표현한다. 식으로 표현하면 이다. 물체에 일을 하게 되면 물체의 에너지는 다양한 형태로 증가하게 되는데 다음 사례는 일이 운동에너지, 중력퍼텐셜에너지, 탄성퍼텐셜 에너지로 증가되는 상황이다. 가) 운동에너지 알짜힘이 물체에 해 준 일만큼 물체의 운동에너지가 증가함을 식으로 표현해 보아라. 식: 나) 중력 퍼텐셜에너지 알짜힘이 물체에 해 준 일만큼 물체의 중력퍼텐셜에너지가 증가함을 식으로 표현해 보아라. 식: 다) 탄성 퍼텐셜 에너지 알짜힘이 물체에 해 준 일만큼 용수철의 탄성퍼텐셜에너지 가 증가함을 식으로 표현해 보아라. 식: 전라남도교육청 63 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2) 역학적 에너지 보존 물체의 운동에너지와 퍼텐셜에너지의 합을 물체의 역학적에너지라고 한다. 가) 중력에 의한 역학적 에너지 보존: 일-운동에너지정리에 따라 물체가 두 지점을 이동하는 동안 중력이 한 일만큼 물체의 운동에너지가 증가한다. 다음 물체의 높이에 따라 운동에너지와 중력 퍼텐셜 에너지의 값을 적어 보아라. 높이 운동에너지 중력퍼텐셜에너지 나) 탄성력에 의한 역학적 에너지 보존: 일-운동에너지정리에 따라 물체가 두 지점을 이동하는 동 안 탄성력이 한 일만큼 물체의 운동에너지가 증가한다. 다음 용수철의 위치에 따라 운동에너 지와 탄성퍼텐셜 에너지의 값을 적어 보아라. 용수철 위치 운동에너지 중력퍼텐셜에너지 나. 열기관과 내부에너지 1) 열기관이란, 열에너지를 일로 전환하는 장치이다. 2) 열기관에서 기체가 하는 일 물체의 운동에서 일은 힘×이동거리로 나타난다. 기체의 운동에서 일은 압력×부피변화로 나타난다. · ·· 기체의 부피가 증가할 때는 기체가 한 일은 +값을 갖고, 기체의 부피가 감소할 때는 기체가 한 일은 – 값을 갖는다. 64 www.jne.go.kr [물리] 3) 기체의 내부에너지 일반적으로 기체의 운동에너지와 퍼텐셜에너지의 총합을 기체의 내부에너지라고 하며 이상기체의 경우 퍼텐셜에너지가 0이기 때문에 기체의 운동에너지의 총합을 기체의 내부에너지라고 한다. 이상기체의 내부에너지는 기체의 평균운동에너지와 비례하고 기체분자 수와 비례한다. 기체의 평 균운동 에너지는 온도에 비례하기 때문에 이상기체의 내부에너지는 온도와 기체 분자의 수에 비 례한다. 4) 열역학 제 1법칙 에너지 보존법칙으로 기체에 열( )을 가하면 기체의 부피가 팽창하여 외부에 일( )을 하고, 기 체의 내부에너지가 증가( )한다. 열역학 제 1법칙을 식으로 나타내보세요. → 열역학과정에는 다음 4가지 과정이 있다. 각각의 과정에서 그래프를 그려보고 열역학 제 1법칙 식을 작성해보세요 전라남도교육청 65 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 등압과정 등적과정 등온과정 단열과정 열역학 제 1법칙 그래프 열역학 제 1법칙 그래프 스털링엔진은 대표적인 열기관으로 등온과정과 등적과정으로 이루어진 순환과정을 통해 일을 한다. 66 www.jne.go.kr [물리] 5) 열기관의 열효율 가) 열효율 열기관은 고열원에서 열을 흡수하여 역학적인 일을 한 후 저열원으로 남은 열에너지를 방출하 는데 열효율이란 열기관이 흡수한 열에너지 중 외부에 한 일의 비율을 나타낸다. 이를 식으로 나타내보아라. ( ) 나) 이상적인 열기관 가역 과정을 전제로 한 열기관으로 고열원에서 흡수한 열이 모두 일에 사용될 수 있는 열기관 으로 카르노 기관이 있다. 카르노 기관은 단열과정과 등온과정으로 순환하며 열효율은 다음과 같이 정리된다. 하지만 저열원의 온도 가 0K이 될 수 없기 때문에 열효율이 100%인 열기관은 존재할 수 없다. 다) 열역학 제 2법칙 에너지의 흐름에서 자연적으로 일어나는 방향이 있음을 나타내는 법칙으로 다음과 같이 표현된다. 1. 열효율이 100%인 열기관은 존재하지 않는다. 2. 모든 자연 현상은 무질서한 정도가 증가하는 방향으로 일어난다. 3. 두 물체가 접촉되어 있을 때 열은 온도가 높은 물체에서 온도가 낮은 물체로 자발적으로 이동한다. 전라남도교육청 67 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 [열역학 관련 문제] [문제 1] 어떤 이상 기체가 단원자 분자로 이루어져 있고 전체 분자 수가 이다. 아래 그림과 같이 이 기체 의 압력 가 유지되면서 부피가 에서 로 변하는 등압 과정에서 내부 에너지 변화 를 구 하는 과정을 제시문 (가)와 (나)에 근거하여 논리적으로 설명하시오. [10점] [문제 2] 어떤 이상적인 스털링 기관의 작동 기체가 단원자 분자로 이루어진 이상 기체이고 전체 분자 수가 이다. 아래 그림과 같이 이 기관의 가열 과정은 작동 기체의 부피 가 유지되면서 작동 기체의 절대 온도가 저열원의 절대 온도 에서 고열원의 절대 온도 로 변하는 동적 과정이며, 압축 과정은 작동 기체의 절대 온도 가 유지되면서 작동 기체의 부피가 에서 로 변하는 등온 과정이다. 이 기관의 팽창 과정 동안, 이 기관으로 유입된 에너지 를 구하는 과정을 제시문 (가)-(라)에 근거하여 논리적으로 설명하시오. [20점] 68 www.jne.go.kr [물리] 관련기출문제: 중앙대 2016 모의논술 (가) 만일 기체를 구성하고 있는 분자가 무작위로 움직이고 서로 힘이 작용하지 않으며, 분자의 크기가 없어 점과 같다고 하자. 이런 기체는 실제 존재하지 않기 때문에 이상 기체라고 하는데, 분자 수가 인 이상 기체의 경우 절대 온도 , 압력 , 부피 사이에는 다음과 같은 식이 성립한다. ( 볼츠만 상수) (나) 모든 기체 분자는 열운동을 하고 있으므로 운동 에너지를 갖는다. 또한 기체분자 사이의 인력에 의한 퍼텐셜 에너지를 갖는다. 기체 분자의 운동 에너지와 퍼텐셜 에너지의 총합을 기체의 내부 에너지라고 한다. 분자 사이의 인력을 무시할 수 있는 이상 기체의 경우 분자 수가 , 절대 온도가 일 때, 내부 에너지 는 다음과 같다. ( 볼츠만 상수) (다) 부피 , 압력 인 이상 기체로 채워진 실린더가 있고 실린더의 피스톤이 자유롭게 움직일 수 있는 경우, 실린더를 가열하여 압력을 일정하게 유지하면서 부피를 만큼 변화시켰을 때 기체가 한 일 는 와 같다. 이것을 그래프로 나타내면 그래프에서 일은 그래프가 그리는 면적에 해당한다. 일반적으로, 어떤 계가 외부로부터 열에 의해 유입된 에너지를 라 하고 계가 한 일을 라고 할 때, 계의 내부 에너지 변화 는 와 같다. (라) 두 개의 피스톤이 기계적으로 연결되어 있는 스털링 기관의 기본적인 작동 사이클은 다음과 같으며, 이상적인 스털링 기관은 두 번의 동적 과정(정적 과정)과 두 번의 등온 과정을 거친다. ◉ 가열 - 고열원에 접촉한 실린더가 가열된다. ◉ 팽창 - 실린더 내의 작동 기체가 팽창하여 피스톤을 민다. ◉ 냉각 - 저열원에 접촉한 실린더가 냉각된다. ◉ 압축 - 실린더 내의 작동 기체가 수축하여 피스톤이 처음 위치로 돌아온다. 전라남도교육청 69 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 3. 시공간의 이해 가. 특수상대성이론 1) 갈릴레이의 상대성 원리 다음 그림에서 영희가 던진 공과 철수가 던진 공을 두 관찰자가 관찰할 때 공의 운동에 대해 서술 하세요. 사건 관찰자 영희가 영희 던진 공 철수 철수가 영희 던진 공 철수 공의 운동 - 철수가 던진 공이 손에 되돌아 오는데 걸린 시간은 영희가 측정한 시간과 철수가 측정한 시간이 동일하다. - 철수가 던진 공의 속력은 영희가 측정한 속력이 철수가 측정한 속력보다 빠르다. → 갈릴레이의 상대성원리는 시간이 절대적이다. - 상대속도 A가 봤을 때 B의 속도 : B가 봤을 때 A의 속도: 상대속도 A가 봤을 때 B의 속도는 로 관찰대상의 속도-관찰자의 속도로 구할 수 있다. 2) 마이컬슨·몰리실험 우주에는 빛의 매질인 에테르가 가득 차 있어 빛의 속력은 에테르의 흐름 방향에 영향을 받을 것 으로 생각해 빛의 속력변화를 측정하여 에테르의 존재를 확인하고자 기획한 실험. 하지만 빛의 속 력변화는 발생하지 않았고 에테르가 없음을 증명하게 된 실험. 70 www.jne.go.kr [물리] 3) 특수상대성 이론 가) 특수상대성 이론의 기본 가정 기본 가정 1. 2. 관성좌표계란 모든 물리법칙이 성립하는 좌표계(공간)으로 한 관성좌표계에 대해 등속으로 운 동하는 모든 좌표계(공간)을 관성좌표계라고 한다. 나) 특수상대성이론의 현상 - 동시성의 상대성: 한 관성좌표계에서 동시인 사건은 다른 관성좌표계에서 동시가 아닐 수 있다. 다음 사건에서 철수가 동시에 측정했다면 민수는 동시에 측정하는지 여부를 밝히고 그 이유를 설명하여라. 정답 전라남도교육청 71 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 - 시간의 상대성: 서로 다른 관성좌표계에서 시간은 다르게 흐른다. 다음 그림은 빛이 우주선의 바닥에서 출발하여 천장의 거울에서 반사되어 돌아오는데 걸리는 시간을 우주선 안의 관찰자와 우주선 밖의 관찰차가 측정하였을 때 다음의 물리량을 비교하여라. 우주선 안의 관찰자 우주선 밖의 관찰자 빛의 속력 빛의 이동거리 빛이 왕복하는데 걸리는 시간 - 길이의 상대성: 서로 다른 관성좌표계에서 길이는 다르게 측정된다. 한 관성좌표계에 대하여 고정된 두 지점 사이의 길이를 고유길이라고 하며 다음 그림과 같이 지구에서 볼 때 지구와 별은 고정되어있으므로 지구에서 별까지 거리는 고유길이 이다. 우주 선 안의 관찰자와 지구의 관찰차가 측정하였을 때 다음의 물리량을 비교하여라. 우주선 안의 관찰자 지구의 관찰자 고유시간( ) 비고유시간( ) 우주선의 속도 우주선이 지구에서 별까지 가는데 걸리는 시간 지구와 별 사이의 거리 72 www.jne.go.kr [물리] 2) 질량과 에너지 가) 질량 에너지 등가원리: 질량과 에너지가 별개의 양이 아니라 서로 변환될 수 있는 양이다. 질문. 질량 에너지 등가원리를 식으로 나타내보아라. 나) 핵반응: 반응 전후 질량 결손이 발생하며 질량결손에 비례하는 에너지가 발생된다. 질문. 핵반응 전후 보존되는 물리량 두 가지는 무엇인가? ① 핵융합: 두 개 이상의 원자핵이 결합하여 무거운 원자핵이 되는 핵반응 ② 핵분열: 무거운 원자핵이 원래 원자핵보다 가벼운 두 개의 원자핵으로 쪼개지거나 분열되는 핵 반응 Ⅱ. 물질과 전자기장 1. 물질의 구조와 성질 가. 전기력과 원자 1) 전기력과 쿨롱법칙 전하를 가진 입자 사이에 작용하는 힘을 전기력이라고 하는데 같은 종류의 전하 사이에는 척력이 작용하고, 다른 종류의 전하 사이에는 인력이 작용한다. 두 전하 사이에 작용하는 전기력의 크기는 쿨롱의 법칙으로 표현되는데 전하가 , 인 대전체 가 거리 만큼 떨어져 있을 때 작용하는 전기력의 크기를 적어라. 질문. 전기력의 크기는? 전라남도교육청 73 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2) 원자의 구조 원자 개념은 데모크리토스가 처음 제안하였고 돌턴은 물질은 더 이상 쪼개지지 않는 작고 딱딱한 공과 같은 입자, 즉 원자로 이루어져 있다는 원자설을 주장하였다. - 다음 톰슨과 러더퍼드가 발견한 입자와 실험을 쓰고 원자모형을 그려보세요. 톰슨의 원자모형 러더퍼드의 원자모형 발견입자 실험 원자모형 나. 에너지 준위 1) 러더퍼드 원자모형의 문제점 다음 그림을 통해 러더퍼드의 원자모형의 문제점 두 가지를 쓰세요. 가). 나) 74 www.jne.go.kr [물리] 2) 원자의 에너지 준위 러더퍼드의 원자 모형의 문제점을 해결하기 위해서 보어는 새로운 원자모형을 제안했는데 보어 원자모형의 가정을 두 가지 쓰세요. 가) 나) 보어의 원자모형은 전자가 안정한 상태로 존재할 수 있는 궤도가 있고 그 궤도를 양자수 으로 나타냈다. 양자수에 따라 원자 내의 전자는 특정한 에너지를 가지게 되며 이 에너지를 단계적으로 나 타낸 것이 에너지 준위라고 한다. 핵에 가장 가까운 궤도인 양자수가 일 때 전자는 가장 작은 에너지를 가지며 바닥상태라고 하며 ≥ 인 궤도에 있을 때에는 바닥상태보다 큰 에너지를 가지며 들뜬 상태라고한다. 보어의 원자모형은 수소의 선 스펙트럼을 잘 설명하였다. 수소 원자의 스펙트럼계열은 라이먼계열, 발 머계열, 파셴계열로 구분되는데 각각의 계열은 들뜬 상태의 전자가 로, , 으로 전 이하며 방출되는 전자기파를 구분한 것으로 자외선, 가시광선, 적외선 영역의 전자기파가 방출된다. 다. 에너지띠 고체의 에너지띠는 무수히 많은 원자들의 거리가 점점 가까워져 인접한 원자들이 전자의 궤도에 영 향을 주어 나타나는 에너지 준위의 변화이다. 이는 파울리의 배타원리에 의해 발생하며 에너지띠는 원 자들의 에너지 준위가 연속적인 띠처럼 나타난 것이다. 에너지띠에는 원자가전자가 있는 원자가띠와 전 도띠가 있으며 도체, 반도체, 절연체의 에너지의 에너지띠를 각각 그려보고 전기전도성을 비교하세요. 도체 반도체 절연체 에너지띠 전기전도성 전라남도교육청 75 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 라. 반도체와 다이오드 순수반도체는 규소(Si), 저마늄(Ge)과 같이 원자가 전자가 4개이고 이 전자는 고체 내에서 자유롭게 움직일 수 없어 전류가 잘 흐르지 않는 특성이 있다. 반도체에 불순물을 첨가하면 전자 수가 달라져 전기적 성질을 조절할 수 있는데 불순물을 첨가하는 과정을 도핑이라고 한다. 불순물의 종류에 따라 반도체는 p형 반도체와 n형 반도체가 있는데 다음 빈칸을 채워보세요. p형 n형 불순물의 원자가전자 개수 에너지띠 전하운반자 p-n접합 다이오드는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합한 소자로 한 방향으로만 전류를 흐르게 하는 정류작용을 한 다. p형에 (+)극을 연결하고 n형에 (-)극을 연결할 때 전자 와 양공이 p-n접합면을 통과하여 다이오드에 전류가 흐르 고 이 연결을 순방향 전압연결이라 한다. 반면 p형에 (-)극 을 연결하고 n형예 (+)극을 연결할 때 전자와 양공이 접합 면을 통해 이동할 수 없어 전류가 흐르지 않고 이 연결을 역방향 전압이라 한다. 발광다이오드(LED)의 발광원리는 n형의 전자가 p형의 양공을 채우며 빛을 방출하는데 오른쪽에 에너지 띠를 그려 에너지의 방출을 설명해 보세요. 76 www.jne.go.kr 에너지띠 [물리] 2. 전류와 자기장 가. 전류의 자기작용 전류가 흐르는 도선 근처에는 자기장이 생긴다. 자기장의 방향은 전류가 흐르는 방향을 오른손 엄지 손가락을 전류가 흐르는 방향으로 할 때 오른손의 네 손가락이 도선을 감아쥘 때 네 손가락이 가르키 는 방향과 같다. 다음 직선도선, 원형도선, 솔레노이드 도선에서 자기장의 크기에 영향을 주는 물리량 들이 자기장이 비례 혹은 반비례하는지 나타내어라. 직선도선 원형도선 솔레노이드도선 자기장의 방향 자기장의 크기 ∝ ( ) ∝ ( ) ∝ ( ) 솔레노이드에 전류가 흐를 때 솔레노이드 내부에 생기는 자기장의 방향은 오른손의 네 손가락이 전 류가 흐르는 방향으로 감아쥘 때 오른손 엄지손가락이 가리키는 방향이고 자기장의 형태가 막대자석이 만드는 자기장의 형태와 유사하다. 나. 물질의 자성 물질이 자성을 띠는 원인은 원자 내의 전자의 궤도운동과 스핀운동 때문이다. 물체 속에 들어가 있는 원자가 자기장을 가지고 있더라도 각 원자들의 자기장 방향이 불규칙하면 물체는 자기장을 갖지 않거나 약한 자기장을 갖는다. 물체를 구성하는 원자들의 자기장이 비슷한 방향 을 향하고 있으면 물체는 자기장을 갖고 자화, 자기화 되었다고 말한다. 전라남도교육청 77 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 자성의 종류 물질이 자석에 반응하는 성질을 자성이라고 하고, 자성을 가진 물체를 자성체라고 한다. 물질의 자성은 강자성, 상자성, 반자성으로 나눌 수 있으며 다음 표에 빈칸을 채우세요. 자성의 종류 특징 강자성 상자성 반자성 다. 전자기유도 전자기 유도란 자기장의 변화로 유도전류가 발생하는 현상으로 유도전류의 방향은 렌츠의 법칙으로 설명할 수 있고 유도전류의 크기는 패러데이의 법칙으로 설명할 수 있다. - 렌츠의 법칙: 유도전류는 자기선속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다. - 패러데이의 법칙: 단위시간당 자기선속의 변화가 클수록 강한 유도전류가 흐른다. 78 www.jne.go.kr [물리] Ⅲ. 파동과 정보통신 1. 파동과 통신 가. 파동의 성질 1) 파동 한 곳에 생긴 진동이 물질을 따라 주변으로 퍼져나가는 것을 파동이라고 하며 파동이 발생한 곳을 파원, 파동을 전달하는 물질을 매질이라고 한다. 파동은 진동방향과 진행방향에 따라 횡파와 종파로 구분할 수 있다. - 횡파: 진동방향과 진행방향이 수직이며 물결파, 전파, 빛, 지진파의 s파가 이에 속한다. - 종파: 진동방향과 진행방향이 나란하며 음파, 지진파의 p파가 이에 속한다. 다음 파동에서 진폭, 주기, 파장을 표기해보아라. 진폭: 진동 중심으로부터 매질의 최대 변위 파장: 마루와 이웃한 마루, 또는 골과 이웃한 골 사이의 거리 주기: 매질의 한 점이 한 번 진동하는 데 걸린 시간 진동수: 매질의 각 점이 1초 동안 진동하는 횟수 파동의 속력은 단위 시간동안 이동한 거리로 다음과 같이 나타난다. 이동거리 파장 속력 파장·진동수, 시간 주기 2) 파동의 굴절 파동은 성질이 다른 두 매질의 경계면을 지날 때 속력이 변하는데, 이에 따라 파동의 진행 방향이 바뀌는 현상을 파동의 굴절이라 한다. 전라남도교육청 79 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 - 수면파의 굴절 깊은 곳에서 얕은 곳으로 진행하는 수면파가 굴절할 때 다음 표의 물리량의 대소관계를 비교해보 세요. 깊은 곳 얕은 곳 파동의 진동수 파동의 속력 파동의 파장 - 빛의 굴절 매질 1에서 매질 2로 빛이 입사할 때 굴절의 법칙은 다음과 같다. sin sin 80 www.jne.go.kr [물리] 나. 전반사와 광통신 전반사란 굴절률이 높은 매질에서 굴절률이 낮은 매질로 임계각 이상의 입사각으로 빛이 입사할 때 빛이 굴절하지 못하고 모두 반사하는 현상을 말한다. 굴절의 법칙을 이용하여 임계각을 구하는 식을 세워 보세요. → 다. 전자기파 전기장과 자기장은 독립적인 것이 아니라 상호작용을 통해 서로 영향을 주고받는데, 전기장과 자기 장으로 주기적으로 진동하는 파동의 형태가 공간을 퍼져나가는 것을 전자기파라고 한다. 파장의 길이에 따라 전자기파를 분류해 보세요. 파장이 짧아진다. 파장이 길어진다. ← → 전자기파 전자기파의 이용 사례를 들어보세요. 이용사례 감마선 x선 자외선 가시광선 적외선 마이크로파 라디오파 전라남도교육청 81 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 라. 파동의 간섭 1) 파동의 중첩과 독립성 한 매질에서 서로 마주 보며 진행하는 두 파동 A, B가 한 점에서 만나면 겹쳐있는 동안만 파형 이 변하고, 겹치고 난 후에는 다시 원래의 파형으로 진행하는 것을 말한다. 2) 파동의 간섭 - 보강간섭: 두 파동이 서로 중첩될 때 진폭이 커지는 간섭 - 상쇄간섭: 두 파동이 서로 중첩될 때 진폭이 작아지는 간섭 82 www.jne.go.kr [물리] 2. 빛과 물질의 이중성 가. 빛의 이중성 1) 광전효과 금속에 빛을 비추면 금속 내부의 자유 전자가 에너지를 얻어 밖으로 튀어나오는 효과를 광전효과라 한다. 다음 그림은 광전효과실험을 나타낸 것이다. 이 실험의 결과를 제시된 말을 이어 작성해보세요. 광전 효과 실험 결과 1. 일정한 진동수 미만의 빛을 비추면, 2. 같은 진동수의 빛을 비추는 경우 빛의 세기가 셀수록, 2) 전하결합소자(CCD) 우리 눈의 망막과 같은 역할을 하는 빛을 인식하는 장치로 3개의 금속 전 극으로 구성되어 있어 그 위치로 들어오는 빛의 세기에 비례해 전기신호를 만 들어 낸다. 즉, 전하 결합 소자 내부로 빛이 입사하면 광전효과가 일어나 반도 체 내에서 전하-양공 쌍이 형성되고 이때 생성된 전자는 (+)전압이 걸려 있는 전극 아래쪽에 쌓이는데 쌓인 음전하의 양으로 빛의 세기를 측정할 수 있다. 나. 물질의 이중성 1) 물질의 이중성 드브로이는 전자와 같은 입자도 파동의 성질을 가질 것이라 주장하고 드브로이는 질량이 인 입 자가 속력 로 운동할 때 입자의 파동성과 관련된 파동의 파장 를 다음과 같이 나타냈다. 입자가 파동성을 나타낼 때 이 파동을 물질파 속은 드브로이파라고 하며, 를 드브로이 파장이라 한다. 전라남도교육청 83 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 [관련실험] - 데이비슨 거머실험: 니켈 표면에 전자를 입사시켜 반사되어 나온 전자의 수를 관측하였는데 전자의 물질파가 반사되어 나올 때 특정 각도에서 보강간섭이 일어난 것으로 해설할 수 있는 실험 결과를 얻게 됨. - 톰슨의 전자선 회절무늬: 알루미늄박에 x선과 전자선을 입사시켜 각각의 회절무늬를 얻어 입자의 파 동성을 증명함 84 www.jne.go.kr [물리] 2) 전자현미경 전자의 파동적 성질을 이용하면 광학 현미경보다 분해능이 더 좋은 현미경을 만들 수 있다. 현미 경의 분해능은 시료를 관찰할 때 사용하는 파장이 짧을수록 우수하다. - 분해능: 인접한 두 점의 상이 서로 구별될 수 있는 최소한이 조건은 그림 (나)와 같이 한 회절 무늬의 가운데 밝은 무늬의 중심이 다른 회절 무늬의 첫 번째 어두운 무늬의 중심과 일치할 때 이다. - 광학현미경과 전자현미경 비교 광학현미경은 유리 렌즈로 빛의 초점을 모으고, 전자현미경은 전자를 사용하기 때문에 자기렌즈로 전자선을 모은다. 전자현미경은 전자의 운동량을 크게 하여 짧은 물질파를 사용할 수 있기 때문에 광학현미경보다 분해능이 높다. 전라남도교육청 85 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 3 가 교육쟁점 관련 읽기자료 교권침해 ‘교사는 누가 보호해 주나?’ 교권 침해, 10년 새 3배나 증가 교권침해 주체, 학부모 46.7%, 처분권자 23%, 학생 10% 순 송미경 기자 (에듀진 나침반 36.5도 기사 일부 발췌) 지난해 한 고등학교에서 여교사가 학생에게 던져진 책에 얼굴을 맞고, 손으로는 머리를 맞은 사건이 있었다. 당시 여교사는 복도에서 수업을 방해한 B 학생을 훈계하고 있었는데, 그때 학생 A는 훈계하는 교사에게 웃고 장난을 쳤다. 교사가 A에게 “왜 그러느냐, 선생님이 우습냐”고 묻자 A는 “너 하는 꼬라지 가 싸가지가 없다.”, “X같게 굴지마” 라며 욕설을 내뱉으며 교사가 피할 새도 없이 얼굴을 향해 책을 던 졌다. 교사는 책의 모서리로 인중을 맞아 피가 흘러 고개를 숙였는데, 이때 A가 달려와 교사의 머리를 내려쳤다. 학생들이 말려 급하게 사건은 일단락 됐지만, 이후 여교사는 인중이 2cm 정도 찢어져 보건실 에서 응급조치 후 대형 병원에 입원했다. A는 학교에서 징계처분을 받았으나 고소는 학생의 장래를 생각해 취하했다. 그리고 여교사는 본인의 요구에 따라 타 지역으로 전보를 가게 된다. ‘교원의 지위 향상 및 교육활동 보호를 위한 특별법 개정안’이 시행되고 있지만 위 사례와 같은 교육 활동 중 발생하는 폭행·협박·명예훼손·모욕 등의 교권침해 사건이 꾸준히 증가하고 있어, 보다 실효성 있 는 대책 마련이 필요한 것으로 나타났다. 한국교원단체총연합회(회장 하윤수)가 3월 5일 발표한 ‘2016년 교권회복 및 교직상담 결과 보고서’에 따르면 지난해 교총에 접수된 교권침해 상담 사례 건수는 총 572건으로, 10년 전인 2006년 179건에 비해 300%나 증가한 것으로 조사됐다. 교총에 접수된 교권침해사건은 2000년대 중반까지 100건 대였다가 2007년 204건이 접수되며 처음 으로 200건 대를 넘겼다. 이후 2012년 335건으로 300건 대를 넘기 시작해, 2014년에는 439건으로 400건 대를, 지난해인 2016년도에는 572건으로 거의 600건 대에 육박하는 등 7년 연속으로 꾸준히 증가 추세를 보이고 있다. 86 www.jne.go.kr [물리] (중략) 학부모의 부당행위 형태는 '일방적인 학생의 이야기만 듣고 전후사정을 확인하지 않은 채 학교를 찾아 와 교사를 폭행하거나 기물을 파손하는 형태', '학교안전사고에 대한 금전적 보상요구', '학교폭력에 대한 조사 및 학교조치에 대한 불만으로 고소하거나 부당행위를 하는 형태' 등 이었다. 58건의 ‘학생에 의한 피해’ 중에는 ‘폭언·욕설이’ 18건(31.03%)으로 가장 높게 나타났고, 그 다음으로 ‘명예훼손’ 13건(22.41%), ‘교사폭행’ 12건(20.69%), ‘수업방해’ 9건(15.52%), ‘성희롱’ 6건(10.34%) 순으로 나타났다. 132건의 ‘처분권자에 의한 부당 신분피해’는 주로 부당·과다한 징계처분, 사직권고, 보직·담임박탈 등 불합리한 처분, 수업시간 축소나 수업권 배제 등 교육권 침해의 형태로 나타났다. 이 같은 결과에 대해 하윤수 한국교총 회장은 “교총에 접수·처리된 교권침해 건수가 10년 전에 비해 300% 증가하는 등 학교현장의 교권침해가 갈수록 증가하고, 이 중에서도 학생·학부모·제3자에 의한 교 권침해 사례가 매해 가장 높은 비중을 차지하고 있다”고 설명했다. 국회에서는 이 같은 학교현장 및 교육 관계자들의 의견을 반영해 이미 2건의 교원지위법 개정안을 발 의한 상태다. 교총 하회장은 “국회에서 여야 합의로 개정안을 조속히 통과시켜 교원의 정당한 교육활동이 법적으로 보호받을 수 있도록 해야 한다”고 거듭 강조하고, 특히 “학생·학부모·제3자에 의한 교권침해 비중이 높은 만큼 무고성 민원, 진정 등 악성민원으로 교원 및 학교의 부담이 가중되지 않도록 학교민원처리 매뉴얼 보급, 학부모의 올바른 학교 참여 방법 안내 등 교육부·교육청·학교 차원의 노력도 지속적으로 이뤄져야 한다”고 덧붙였다. 전라남도교육청 87 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 나 학생인권 ‘불량학칙’…한겨울에 외투 못입고 점심시간 운동 금지 교육인권단체, 제보사례 공개…소지품검사·복장규제 등 인권침해 우려 김용래 기자(연합뉴스) 일부 지자체가 학생인권조례를 시행하면서 교육현장의 인권의식이 높아졌지만, 여전히 많은 학교가 복 장 규제와 소지품 검사 등 인권 침해 우려가 있는 통제를 일상적으로 하는 것으로 나타났다. 교육·인권단체 모임인 ‘인권친화적 학교+너머 운동본부’는 24일 정동 프란치스코회관에서 ‘불량학칙공 모전’을 열고, 전국의 중·고·교생들로부터 제보 받은 107건의 ‘불량학칙’ 사례를 발표했다. 불합리한 상벌점제, 복장·두발 규제가 대부분이었고, 학생의 집회 참가나 소셜네트워크서비스 활동에 대한 규제들도 포함됐다. 충북의 한 중학교는 외투 착용금지 규정 때문에 한겨울에도 외투를 입지 못하게 했다는 제보가 접수됐 다. 부산의 한 고교생은 귀밑 15㎝로 제한을 둔 두발 규정을 제보했다. 이마저 귀밑 7㎝가 넘어가면 한 갈래로 묶어야 한다고 한다. 부산의 다른 고등학교에는 손톱 길이를 1㎜ 이하로 유지하라는 규정도 있었다. 제보한 학생은 “손톱이 위로 떠서 자라서 짧으면 피가 나는데, 손톱 점검을 할 때마다 짧게 깎아서 고생을 많이 했다”고 토로했다. 지난 2012년 서울시교육청이 교내 집회 허용, 두발ㆍ복장 자율화 등의 내용이 담긴 ‘서울 학생인권조 례안’을 공포하고 있다. 서울의 한 중학생은 친구를 만나러 옆반 교실에 들어갔다가 벌점을 받았다. 이 학교 학칙에는 수업과 타인의 학습을 방해했을 때 벌점을 준다고 규정돼 있는데, 이를 교사가 자의적으로 적용했다고 학생은 지적했다. 울산의 한 고교에서는 교사가 자체 규칙을 만들어 3학년 학생들에게 점심시간에 운동하는 것을 금지하 고, 교과서나 참고서 이외의 책도 읽지 못하도록 했다. 다른 책을 읽다 적발되면 체벌을 했다고 한다. 경남 김해의 한 고교에서도 고 3학생이 축구를 했다고 공을 빼앗기고 벌점을 받았다는 제보가 접수됐 다. 서울의 한 고교는 학칙에는 명시하지 않았지만 담당 교사가 '학교장 추천권'을 들며 공휴일에도 성적 상위권 학생들을 강제로 등교시켜 자습하도록 했다는 제보도 있었다. 이 학교는 건강상 사유로 야간자율 학습을 하지 못해도 학교장 추천전형 대상에서 탈락시키는 등 불이익을 줬다고 한다. 88 www.jne.go.kr [물리] 이외에 경남 창원의 한 고교 등 다수 학교가 성적이 낮으면 학생회장·반장·부반장 자격을 박탈하도록 규정한 학칙으로 학생들의 피선거권을 제한하는 것으로 나타났다. 전주의 한 고교는 학교장의 사전허락 없이는 어떠한 집회에도 참석하지 못하도록 규정했고, 부산의 한 고교도 집회 등 정치행위에 관여하면 퇴학시킨다는 규정을 뒀다. 이 밖에 많은 학생이 명확한 근거도 없이 행해지는 소지품 검사에 대해 불쾌감을 느낀다며 인권침해라 고 입을 모았다. ‘인권친화적 학교+너머 운동본부’는 “여전히 많은 초·중·고교에서 인권침해적이고 시대착오적인 학칙들 이 학생들을 괴롭히고 있다”며 인권의 기준과 원칙이 학교에 스며들 수 있도록 문제 제기를 계속하겠다 고 밝혔다. 이처럼 서울·경기·광주·전북이 학생인권조례를 시행하는 등 학생인권에 사회 전반의 관심이 커졌지만, 여전히 학교들이 구습에 매달린다는 비판이 계속되고 있다. 서울교육청 윤명화 학생인권옹호관은 일부 교사와 학교 책임자들이 사안의 심각성을 안이하게 보고 있 다고 지적했다. 그는 “초·중등교육법도 인권을 강조하는 시대상황에 맞게 바뀌고 있지만, 여전히 체벌과 소지품검사, 불합리한 벌점제 등의 낡은 학칙을 그대로 가져가는 학교들이 많다”고 말했다. 윤 옹호관은 “학생이나 학부모가 혹여 이런 학칙들이 인권을 침해한다고 소송을 벌이면 학교들이 패소 할 가능성이 크다. 학교들이 하루빨리 시대상황에 맞게 학칙을 재정비해야 한다”고 강조했다. 전라남도교육청 89 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 다 절대평가 수능 절대평가, 전면 시행이 답이다 수능 문제 한두 개로 능력 변별은 무의미..패자부활전 기회, 취업 때 주어져야 김재명 기자(에듀진 나침반 36.5도 기사 일부 발췌) 수능 절대평가, 전면 시행이냐 점진 시행이냐 정부가 현재 중학교 3학년이 치를 2021학년도 대학수학능력시험 개편안 발표를 8월로 예정한 가운데, 교육계에서는 수능 절대평가를 전면 도입해야 한다는 요구가 강하게 제기되고 있다. 교육부는 수능 개편안을 두고 전면 시행론과 점진 시행론 사이에서 갈등을 벌이고 있는 모양새다. 전 면 시행론을 주장하는 이들은 2015 개정 교육과정의 취지를 살리기 위해서는 암기 중심의 성적 줄 세우 기를 지양하고 전 과목 절대평가를 통해 경쟁 교육이 아닌 과정 중심의 교육으로 변화해야 한다고 말한 다. 전면 시행론은 주로 개혁적 성향을 띤 교육계 인사들과 교육 관련 시민단체 등이 지지하고 있다. 반면 점진 시행론을 주장하는 이들은 전 과목 절대평가가 되면 변별력이 떨어져 대학별 고사가 강화되 고, 이 때문에 사교육이 더욱 확대될 것이라고 주장한다. 주로 학생을 선발해야 하는 당사자인 대학과 사 교육 업체 등이 점진 시행론을 지지하는 상황이다. (중략) 하지만 2021 수능 개편안 발표가 과거의 암기 중심 문제풀이식 교육방식을 유지할 것인가, 아니면 2015 개정 교육과정의 취지대로 탐구와 토론 중심의 창의력과 협업능력을 키우는 교육방식으로 변화할 것인가를 결정하는 역사적 모멘텀임을 생각하면, 김 부총리가 수능 전면 개편에 대해 소극적 입장을 보 이고 있는 것은 상당히 우려스러운 부분이다. 더욱이 교육계 내부 반대나 여러 이익집단의 압력 등이 거셀 것이라는 것은 불 보듯 뻔한 상황이었기 에, 김 부총리의 적극적이고 공세적인 대응을 기대했던 이들은 상당히 실망스러워 하는 분위기다. 90 www.jne.go.kr [물리] 라 학교 평가방식 개선 부산교육청, ‘초등학교 객관식평가 전면 폐지’ 4차산업혁명 시대 인재 양성 목표, 2017 하반기 시범 운영 후 2018년 전면 실시 이현호 기자(에듀진 나침반 36.5도 기사 일부 발췌) 부산교육청은 27일, 2018학년도부터 전국 최초로 부산지역 모든 초등학교에서 객관식평가를 전면 폐 지한다고 밝혔다. 이는 학생들이 창의적인 사고를 갖고, 능동적인 학습의 주체가 돼 사교육에 의존하지 않고도 4차산업혁명 시대가 요구하는 미래핵심역량을 갖춘 인재로 성장할 수 있도록 실시된 조치이다. 김석준 교육감은 “현재처럼 정답 고르기 중심의 객관식 평가 비중이 높게 지속되는 한 우리 학생들이 출제자의 의도에 맞는 수동적인 학습자로 남을 수밖에 없고, 암기 중심의 문제풀이식 교육방법에 강점을 가진 사교육에 대한 의존도를 줄이기는 더욱 어렵다”며 전면 폐지의 이유를 밝혔다. 또한, 부산시교육청은 객관식 평가 폐지에 따른 서술·논술 중심 평가방법의 정착을 위해 오는 6월부터 현장의 다양한 의견을 수렴하고 지속적으로 교사와 학부모 연수를 실시할 예정이다. 이 체제가 현장에 정착되면 4차 산업혁명시대에 부합하는 다양성과 창의성을 갖춘 인재를 길러 낼 수 있을 뿐 아니라 사교육의 의존도도 대폭 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 더욱이 학생들에게 미래 핵심역 량을 키워주기 위해 역점과제로 추진 중인 ‘독서·토론교육’도 보다 빠른 시일 내 학교현장에 뿌리내릴 수 있을 것으로 전망된다. 김석준 교육감은 “새로운 평가 체제를 통해 4차 산업혁명시대에 부합하는 다양성과 창의성을 갖춘 인 재로 키워나갈 생각이다”며 “우리 아이들이 배우는 즐거움을 경험하면서, 토론과 질문이 있는 수업을 통 해 문제해결력과 자기학습력을 키워 나갈 수 있도록 하겠다”고 말했다. 전라남도교육청 91 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 초중고 평가혁신, ‘오픈 북 시험’ 실시되나? 조희연 서울시 교육감, “초·중·고 모든 시험에 오픈 북 도입 고민 중” 김재명 기자(에듀진 나침반 36.5도 기사 일부 발췌) 오픈 북 테스트는 시험 시작과 동시에 교재와 노트를 모두 치워야 하는 일반 시험과는 달리 참고자료 의 시험 중 열람을 허용하는 시험으로 주로 대학에서 이루어지는 시험 방식이다. 이런 형태의 시험이 초, 중, 고등학교에서도 실시된다면 어떨까? 조희연 서울시교육감은 10일 서울 종로구 서울시교육청에서 열린 취임 3주년 기자간담회에서 “초·중· 고교 모든 시험에 오픈 북 형태 도입을 고민 중”이라고 밝혔다. 조 교육감은 “창의적 수업을 위해 도입한 ‘질문이 있는 교실’ 정책은 수업혁신의 단계를 넘어 평가방 식을 혁신하기에는 어려운 한계를 지녀 제한적으로 진행됐다”며 “현재 평가혁신의 단계로 접어드는 상황 에서 파격적인 접근방식이 필요하다”고 말했다. 이어, 학교 시험을 오픈 북으로 치르면 어떨지 고민하고 있다”고 밝혔다. 오픈 북 시험은 단순한 암기 력만을 평가하던 기존 방식과 달리, 학생 역량이 드러나는 시험으로 곧 수시 평가체제로 전환하자는 취 지로 보인다. 조 교육감은 “앞으로 평가혁신 태스크포스(TF)를 운영해 오픈 북 시험 도입과 함께 과정중심 평가, 서 술·논술형 평가 등 종합적인 평가혁신에 대해 고민할 것이다. 교사의 평가 자율성을 보장하는 방향으로 제도를 바꿔가겠다”고 말했다. 다만 “오픈 북 테스트 도입에 대해서는 아직 연구가 진행 중으로 완료되 지는 않았다”고 덧붙였다. 오픈 북 시험은 시험 중 책이나 참고자료를 볼 수 있기 때문에 학생들의 암기 부담을 줄일 수 있다. 또한 무조건 찍기나 시험포기 등을 선택하는 학생도 상당히 줄 것으로 예상된다. 하지만 그렇다고 해서 오픈 북 시험이 기존의 시험보다 쉽다고 할 수는 없다. 지엽적인 암기력보다 논 리의 전개, 주장의 타당성이 평가될 수 있기 때문이다. 따라서 오픈 북 시험이 실시된다면 점수를 산출하 는 평가요소도 달라질 전망이다. 92 www.jne.go.kr [물리] 마 4차 산업혁명 4차 산업혁명, 어떻게 대처해야 하나? 임유빈 기자(앱스토리 매거진) 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터, 로봇……. ‘제4차 산업혁명’을 설명하는 여러 용어들이다. 이 러한 기술의 발전으로 우리가 누리게 될 일상의 모습을 상상해보자. 눈을 뜨면 자동으로 불이 켜지고 웨 어러블 기기가 심박수와 혈압을 체크해 오늘의 건강 상태를 알려준다. 스마트폰으로 냉장고 안을 점검하 면 인공지능이 자동으로 야채와 우유를 배달시키고 로봇이 저녁 식사 준비를 돕는다. 지난해부터 전 세 계적으로 주목되고 있는 네 번째 산업혁명은 이미 산업과 일상 분야를 변화시키고 있는 ‘현재 진행형 미 래’가 되었다. 4차 산업혁명이란? 4차 산업혁명이란 인공지능, 로봇기술, 생명과학이 주도하는 차세대 산업혁명을 말한다. 1784년 영국 에서 시작된 증기기관과 기계화로 대표되는 1차 산업혁명, 1870년 전기를 이용한 대량생산이 본격화된 2차 산업혁명, 1969년 인터넷이 이끈 컴퓨터 정보화 및 자동화 생산 시스템이 주도한 3차 산업혁명에 이어 로봇이나 인공지능(AI)을 통해 실재와 가상이 통합되고 사물을 자동적, 지능적으로 제어할 수 있는 시스템 구축이 기대되는 산업상의 변화를 4차 산업혁명이라고 일컫는다. 사물 인터넷(internet of things)을 통해 생산기기와 생산품 간 상호 소통 체계를 구축하고 전체 생산 과정의 최적화를 구축하는 4차 산업혁명은 미국에서는 AMI(Advanced Manufacturing Initiative), 독 일과 중국에서는 ‘인더스트리 4.0’이라고도 한다. 4차 산업혁명은 3차 산업혁명의 정보 통신 기술 기반 위에서 만들어지는데, 융합과 네트워크가 가장 큰 특징이다. 산업 간의 경계가 허물어지고 대량의 정보를 다양한 기기들이 공유할 수 있기 때문이다. 전라남도교육청 93 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 4차 산업 혁명 시대의 미래상은? 4차 산업혁명의 기원은 2011년 독일의 하노버 산업박람회에서 제시된 인더스트리 4.0이다. 독일 연방 정부는 인더스트리 4.0을 통해 미래성장동력을 확보하고자 한다. 세계경제포럼(WEF)의 클라우스 슈바프 회장은 그의 책 <제4차 산업혁명>에서 인더스트리 4.0에 생명과학기술 및 나노테크놀로지의 기하급수적 발전이 더해져 사회의 질적 변화가 도래할 것으로 보았다. 제4차 산업혁명 시대를 간단히 그려보면 사물인터넷을 통해 수집된 빅데이터를 인공지능이 분석·처리 하는 ‘스마트 세상’이다. 다시 말해 정보화 혁명의 확장을 뛰어넘는 아날로그의 완전한 디지털화, 인공지 능화를 의미한다. 어디에서든지 모바일, 인터넷과 연결하여 기기를 조작하고 ‘정보’를 만들어낼 수 있다. 개인비서 로봇이 출근 시간에 맞추어 자율 주행 택시를 예약해 주고 차량을 타자마자 목적지까지 예상 소요시간과 오후 일기예보를 알려주는 일상은 가까운 미래에 우리가 마주하게 될 현실이 될 것이다. 지구촌 모든 사물을 연결한다 ‘사물인터넷(IoT)’을 통한 일상생활의 자동화도 주목된다. 4차 산업혁명 시대에는 거의 모든 현실 세계 의 사물이 지능을 갖춘 ‘사물인터넷(IoT)’으로 진화할 것이다. 현대경제연구원에 따르면 세계 IoT 시장은 2015년 3000억 달러에서 2020년 1조 달러로 연평균 28.8% 성장할 전망이며 국내 IoT 시장도 연평 균 38.5% 성장이 예상된다고 한다. 사물인터넷은 이미 우리 일상 깊숙이 들어와 있다. 최근 새로 지어 지는 아파트들은 가전제품·전기·냉난방을 통신서비스와 연계해 스스로 에너지를 조절하는 시스템을 갖추 고 있는데, 이러한 IoT 기술은 4차 산업혁명을 주도하는 동시에 여러 산업분야를 유기적으로 연결하고 있다. 이외에도 2017년에는 자동차, 건설, 가전, 의료, 환경, 에너지 등 다양한 분야에서 4차 산업혁명의 특 성이 본격적으로 드러나게 될 것이란 전망이다. 과거 산업혁명을 일으켰던 기술들은 사회와 경제 전체로 확산되기까지 많은 시간이 걸렸다. 하지만 4차 산업혁명의 주요 기술들인 인터넷과 컴퓨터 관련 기술 등 은 비교적 빠른 확산이 가능하다. 따라서 비록 당장은 4차 산업혁명이 가깝게 느껴지지 않더라도 어느 순간 변화의 바람은 크게 불 것이고 기존의 사회 경제 질서나 삶의 방식도 송두리째 바뀌게 될 것이다. (생략) 94 www.jne.go.kr [물리] 제시문 면접 프로그램 자료집 Ⅳ. 문항분석 및 해설 1 기출문제 가 2022학년도 문제 1 [문항해설] 1-1. 볼록 렌즈에 의한 상이 맺히는 원리를 이해하고 있는지 평가한다. 1-2. 물체의 위치에 따른 볼록 렌즈에 의한 상과 초점의 관계를 렌즈 방정식을 통해 이해할 수 있는지 평가한다. 1-3. 렌즈 방정식을 통한 볼록 렌즈의 배율을 이해할 수 있는지 평가하고 두 개 의 볼록 렌즈로 구성된 광학 기기의 배율을 구해본다. 1-4. 두 개의 볼록 렌즈로 구성된 광학 기기에서 물체의 위치에 따른 상과 초점의 관계를 유추해 보고 상의 위치를 렌즈 방정식을 통해 알아본다. [출제의도] 1-1. 볼록 렌즈에서 상이 맺히는 과정을 렌즈 방정식을 이용하여 설명할 수 있는가? 초점과 상의 관계를 정성적으로 이해할 수 있는가? 도립상과 정립상을 정성적으로 이해할 수 있는가? 1-2. 볼록 렌즈에서 물체의 위치에 따라 상이 맺히는 변화를 광선 추적과 렌즈 방정식을 통해 이해할 수 있는가? 볼록 렌즈에서 물체의 위치에 따른 초점의 변화를 이해하는가? 1-3. 볼록 렌즈의 배율을 이해하고 있는가? 두 개의 볼록 렌즈로 구성된 광학 기기에서 상의 형성을 이해하고 배율을 구할 수 있는가? 1-4. 볼록 렌즈에서 물체의 위치에 따라 상이 맺히는 변화를 광선 추적과 렌즈 공식을 통해 이해할 수 있는가? 볼록 렌즈로 구성된 광학 기기에서 상의 형성을 이해하고 있는가? 두 개의 볼록 렌즈로 구성된 현미경 광학 장치에서 초점과 상의 관계를 정량적 구할 수 있는가? 전라남도교육청 95 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 [교육과정 출제근거] [핵심 개념] 볼록 렌즈, 볼록 렌즈에 의한 상, 광선 추적, 렌즈 방정식, 배율, 볼록 렌즈의 초점, 실상과 허상 [12물리Ⅱ03-04] 볼록 렌즈에서 상이 맺히는 과정을 도식을 이용하여 설명하고, 초점과 상의 관계를 정량적으로 구할 수 있다. (139쪽) [자료출처] 《물리학Ⅱ》손정우 외, 비상교육, 2018, 160-165, 168 《물리학Ⅱ》강남화 외, 천재교육, 2018, 164-168 《물리학Ⅱ》김성원 외, 지학사, 2018, 191-195 《물리학Ⅱ》김성진 외, 미래엔, 2018, 186-191 《물리학Ⅱ》김영민 외 ㈜교학사, 2018, 190-194 [예시답안] 1-1. [정답] 물체 시작점의 위치 크기 점 O로부터 + 방향으로 cm cm 떨어진 점 점 O로부터 + 방향으로 무한히 cm 떨어진 점 크다 방향 - (도립상) + 상의 종류 실상 실상 [해설] 물체와 렌즈 사이의 거리를 , 상과 렌즈 사이의 거리를 , 볼록 렌즈의 초점 거리를 라고 하면 아 래의 렌즈 방정식과 배율을 구할 수 있다. 렌즈 방정식: 렌즈의 배율: 문제의 조건에서 cm , cm 이다. 96 www.jne.go.kr (1) (2) [물리] 1단계: 물체 에 의한 상 위치: 물체 의 시작 지점과 끝 지점에 의한 상이 맺히는 위치는 수식 (1)에 의해 cm ( cm ) 이다. 크기: cm 이다. 물체 상의 배율은 수식 (2)에 의해 이고, 물체의 크기는 cm 이므로 상의 크기는 cm 이다. 방향: 이고 이므로 물체 상은 도립상이다. 따라서 방향을 가리킨다. 실상/허상: 물체 의 상은 실제로 빛이 모이는 점에 맺히므로 상의 종류는 실상이다. 2단계: 물체 에 의한 상 위치: 물체 의 시작 지점에 의한 상이 맺히는 위치는 cm ( cm ) 이다. 크기: 물체 의 끝 지점은 렌즈의 초점에 놓여 있으므로 수식 (1)에 의해 → ∞ . 즉 + 방향으로 무한히 먼 점에 맺히므로 상의 크기는 무한히 크다. 방향: 상의 시작점이 cm 지점이고 상의 끝점은 + 방향으로 무한히 멀리 위치하므로 물체 상은 방향을 가리킨다. 실상/허상: 물체의 상 모두 실제로 빛이 모이는 점에 맺히므로 상의 종류는 실상이다. 1-2. [정답] 점 A로부터 가장 멀리 떨어진 물체의 좌표: [해설] 문제 1-1의 수식 (1)에 의해 사이에는 의 관계가 성립한다. 물체를 축 위에서 이동시키면 스크린 위에는 점이 아닌 원형 상이 맺힌다. 맺힌 원형 상의 지름이 이하일 경우 우리의 눈은 이를 또렷한 상과 구별하지 못한다. 따라서 또렷한 상이 맺혀 있다고 판단할 수 있는 물체의 최대 이동 거리는 스크린 위에 맺힌 상의 지름이 이 되는 순간이다. 스크린 위에 지름이 인 원형 상이 맺히도록 하는 거리 ∆ 를 ′ 라고 하자. 또렷한 상이 맺히는 위 치는 방향으로 ′ 만큼 이동했다고 하면, 문제 1-1의 수식 (1)에 의해 아래의 관계가 성립한다. ′ ′ (3) 전라남도교육청 97 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 또한, 도형의 닮음 관계에 의해 아래의 식이 성립한다. ′ ′ (4) 수식 (4)를 정리하면 ′ 이고, 이를 다시 수식 (3)에 대입하면 물체가 축을 따라 방 향으로 이동할 수 있는 최대 거리 ′ 는 아래와 같다. ′ 점 A의 좌표는 (5) 이므로 물체가 또렷하게 보이는 가장 멀리 떨어진 점의 좌표는 아래와 같다. MAX ′ (6) 1-3. [정답] [해설] ′ ′ 대물 렌즈에 의한 배율은 으로 표현되며, ′′′′ 접안 렌즈에 의한 배율은 으로 표현된다. ′′ 따라서 현미경의 전체 배율은 아래와 같이 표현된다. 98 www.jne.go.kr (7) [물리] 1-4. [정답] ′ cm mm [해설] 1단계: 주어진 값 사이의 관계식 세우기 대물 렌즈로부터 - 방향으로 거리 만큼 떨어진 위치가 두 볼록 렌즈를 지나 정확한 상을 맺는 지점 이다. 물체를 왼쪽 끝에서부터 대물 렌즈로 가져오는 도중 처음으로 상을 또렷하게 인식하는 지점은 대 물 렌즈로부터 ′ 만큼 떨어진 위치라고 하고, 대물 렌즈와 접안 렌즈는 렌즈로부터 각각 ′ , ′ 거 리에 상을 형성한다고 하자. 그렇다면 볼록 렌즈의 방정식에 의해 아래 식이 성립한다. ′ ′ ′ ′ (8) (9) ′ ′ 또한, 도형의 닮음을 이용하면 , 이므로 이를 통해 아래의 관계식을 추 ′ ′ 가로 얻을 수 있다. ′ ′ ′ ′ (10) 전라남도교육청 99 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2단계: 관계식을 정리해 ′ 에 대한 표현식 얻기 식 (9)를 변형해서 ′ 을 표현하면 아래 식과 같다. ′ ′ ′ ′ (11) 이를 식 (10)에 대입하면 아래의 결과를 얻는다. ′ ′ ′ ′ ′ ′ (12) ′ 식 (12)를 ′ 에 대해 정리하면 식 (13)을 얻는다. ′ (13) × × cm 마지막으로 식 (13)을 식 (8)에 대입하면 ′ 에 대한 표현식을 얻을 수 있다. ′ ′ 100 www.jne.go.kr (14) (15) [물리] 3단계: 주어진 값을 대입해 ′ 의 근삿값 얻기 볼록 렌즈의 방정식을 이용하면 아래 두 식을 통해 cm 와 cm 을 얻을 수 있다. (16) (17) 마지막으로 에 문제에서 주어진 값을 대입하면 ′ 을 구할 수 있다. × ′ × (18) × ≃ × ≃ cm 전라남도교육청 101 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 문제 2 [문항해설] 2-1. 보어의 원자모형을 이해하고 보어 반지름을 수소 원자의 안정성과 연관 지어 생각할 수 있는지 평가 한다. 2-2. 보어의 원자모형을 태양 주위를 공전하는 지구에 적용할 수 있는지 평가한다. 2-3. 보어의 원자모형에서 궤도 반지름과 운동 속력이 양자수에 어떻게 의존하는지를 이해하는지 평가한다. 원자의 에너지 준위를 이해하고, 빛의 진동수와 에너지 사이의 관계를 이해하는지 평가한다. 2-4. 케플러 법칙과 역학적 에너지 보존을 이해하고 이를 통해 타원 궤도 운동을 정량적으로 기술할 수 있는지 평가한다. 2-5. 천체의 운동으로부터 도플러 효과가 생길 수 있음을 이해하고, 이를 천체의 물리량과 연관 지어 이 해할 수 있는지 평가한다. [출제의도] 2-1. 보어의 원자모형을 이해하고 보어 반지름을 수소 원자의 안정성과 연관 지어 생각할 수 있는지 평가 한다. 2-2. 보어의 원자모형을 다른 물리적 상황에 적용할 수 있는지 평가한다. 2-3. 보어의 원자모형과 원자의 에너지 준위, 빛의 진동수와 에너지 사이의 관계를 이해했는지 평가한다. 2-4. 케플러 법칙과 역학적 에너지 보존을 이해하고 이를 통해 타원 궤도 운동을 정량적으로 기술할 수 있는지 평가한다. 2-5. 천체의 운동으로부터 도플러 효과가 생길 수 있음을 이해하고, 이에 영향을 끼치는 변수들을 찾고 근사적으로 기술할 수 있는지 평가한다. [교육과정 출제근거] [핵심개념] 보어의 원자모형, 보어 반지름, 중력, 에너지 준위, 케플러 법칙, 타원 궤도 운동, 역학적에너지 보존 *2015 물리학Ⅰ [12물리Ⅰ02-01] 전자가 원자에 속박되어 있음을 전기력을 이용하여 정성적으로 설명할 수 있다. (127쪽) [12물리Ⅰ02-02] 원자 내의 전자는 불연속적 에너지 준위를 가지고 있음을 스펙트럼 관찰을 통하여 설명할 수 있다. (127쪽) 102 www.jne.go.kr [물리] *2015 물리학Ⅱ [12물리Ⅱ01-05] 구심력을 이용하여 등속 원운동을 설명할 수 있다. (136쪽) [12물리Ⅱ01-06] 행성의 운동에 대한 케플러 법칙이 뉴턴의 중력 법칙을 만족함을 설명할 수 있다. (136쪽) [12물리Ⅱ03-02] 파원의 속도에 따라 파장이 달라짐을 이해하고, 활용되는 예를 찾아 설명할 수 있다. (139쪽) [12물리Ⅱ03-07] 입자의 파동성을 물질파 이론과 전자 회절 실험을 근거로 설명할 수 있다. (139쪽) [12물리Ⅱ03-08] 수소 원자 내에서 전자의 궤도를 고전 역학으로 설명할 수 없음을 불확정성 원리를 사용하여 설명할 수 있다. (139쪽) [자료출처] 《물리학Ⅰ》 김영민 외, ㈜교학사, 109-112 《물리학Ⅰ》 김성진 외, 미래엔, 106-107 《물리학Ⅰ》 손정우 외, 비상교육, 92-96 《물리학Ⅰ》 김성원 외, 지학사, 100-102 《물리학Ⅰ》 강남화 외, 천재교육, 95-97 《물리학Ⅰ》 곽영직 외, 와이비엠, 112-114 《물리학Ⅰ》 송진웅 외, 동아출판, 94-96 《물리학Ⅰ》 이상연 외 ㈜금성출판사, 92-94 《물리학Ⅱ》 김영민 외, ㈜교학사, 41-45, 74-79, 174-178, 210-212 《물리학Ⅱ》 김성진 외, 미래엔, 48-51, 74-76, 166-170, 206-207 《물리학Ⅱ》 손정우 외, 비상교육, 38-43, 66-70, 150-153, 180 《물리학Ⅱ》 김성원 외, 지학사, 50-54, 74-81, 178-181, 213-215 《물리학Ⅱ》 강남화 외, 천재교육, 39-42, 66-70, 154-158, 183-185 전라남도교육청 103 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 [예시답안] 2-1. [정답] 궤도 반지름 × m 새로운 보어 반지름 new × m new 새로운 보어 반지름이 양성자 반지름보다 작아서 안정적인 수소 발생하는 문제 원자가 존재할 수 없다. 전자의 속도가 빛보다 빨라질 수 있어 문제가 생긴다. [해설] 1단계: 전자 궤도 반지름 양성자와 전자의 전하량을 각각 ± 라 하자. 전자는 양성자와의 전기적 인력이 구심력으로 작용하여 원운동을 하므로, 궤도 반지름을 , 운동 속력을 라 하면 (1) 이다. 보어의 양자 가설에 의해, 궤도의 원둘레는 물질파 파장의 정수 배로 ( ⋯) (2) 이다. 식 (1)과 (2)를 연립하면 전자의 궤도 반지름 은 다음과 같다. × m ⋯ (3) 위의 식에서, 문제에서 주어진 조건 를 사용하였다. 2단계: 새로운 보어 반지름 위에서 구한 식 (3)에 을 대입하면 새로운 보어 반지름 new 을 얻는다. × m new 104 www.jne.go.kr (4) [물리] 3단계: 발생하는 문제 새로운 보어 반지름이 양성자의 반지름 m 보다 작으므로 안정적인 수소 원자가 존재할 수 없다. 2-2. [정답] 보어 반지름 × m 양자수 × 궤도 반지름 차이 m [해설] 1단계: 보어의 원자모형을 적용했을 때 지구의 궤도 반지름 문제에서 제시한 대로, 전기력 대신 중력, 전하량 대신 질량, 쿨롱 상수 대신 중력 상수 를 이용 하자. 지구의 궤도 반지름은 다음과 같다. ⋯ ⊙⊕ (5) 2단계: 보어 반지름에 해당하는 지구의 궤도 반지름 보어 반지름에 해당하는 값은 상태의 궤도 반지름으로, 식 (5)에 을 대입하면 다음과 같다. × m ⊙⊕ (6) 3단계: AU 에 해당하는 양자수 식 (5)로부터, 궤도 반지름이 AU × m 가 되는 양자수 은 다음과 같다. × (7) 4단계: 과 상태의 궤도 반지름 차이 궤도 반지름은 양자수 의 제곱에 비례하므로, 궤도 반지름 차이는 다음과 같다. ≃ m 위의 식에서, (8) 이 에 비해 매우 크므로, ≃ 으로 근사했다. 전라남도교육청 105 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2-3. [정답] 궤도 반지름 변화 배로 증가 ( 은 배로 증가) 빛 흡수/방출 여부 흡수 흡수한 빛의 진동수 × Hz [해설] 1단계: 궤도운동 속력의 의존 문제 2-1에서 구한 전자의 궤도 반지름 식 (3)에 을 대입하면 전자의 궤도 반지름은 ( ⋯) (9) 이다. 식 (2)에서 주어진 양자 가설 ( ⋯) (10) 에 식 (9)를 대입하면, 운동 속력은 다음과 같다. ∝ (11) 운동 속력이 에 반비례하므로, 궤도운동 속력이 배가 되면 양자수 은 배가 된다. 2단계: 궤도 반지름의 의존 식 (9)에서 전자의 궤도 반지름은 양자수 의 제곱에 비례하므로, ∝ (12) 전자의 궤도 반지름은 배가 된다. 3단계: 총 역학적 에너지의 의존 전자의 에너지는 운동에너지와 퍼텐셜 에너지의 합으로 다음과 같다. ( ⋯) 106 www.jne.go.kr (13) [물리] 이 2배인 상태로 전이했을 때 에너지는 ( ⋯) (14) 만큼 증가하므로, 전자는 빛을 흡수하고 그 진동수 는 다음과 같다. ⋯ (15) 2-4. [정답] 원일점까지의 거리 AU 근일점까지의 거리 AU 주기 년 년 ≃ 년 ≃ 달 [해설] 1단계: 속력이 줄어든 지점이 원일점 태양 주위를 원운동을 하던 지구의 궤도운동 속력이 갑자기 줄면, 케플러 제1법칙(타원 궤도 법칙)에 따라 지구는 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도운동을 하고, 에너지가 줄었으므로 그 지점은 타원 궤도 의 원일점이 된다. 따라서 원일점까지의 거리는 AU 이다. 그림으로 표현하면 다음과 같다. 전라남도교육청 107 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2단계: 면적 보존 법칙으로 근일점 속력 태양-원일점 거리가 태양-근일점 거리의 배( )라고 하자. 원래 지구가 의 속력으로 태양 주 × 위를 공전하고 있었으면, 에 의해 근일점에서의 공전 속력은 가 된다. 3단계: 역학적 에너지 보존으로 근일점 거리 를 구하기 위해 역학적 에너지 보존을 이용한다. 역학적 에너지는 운동에너지와 중력 퍼텐셜 에너지 의 합이므로 원일점과 근일점에서 각각 다음과 같다. ⊙⊕ ⊙⊕ ⊕ (원일점) ⊙⊕ ⊙⊕ ⊕ (근일점) (17) (18) 위의 식 (17)과 (18)에서, 지구와 태양 사이의 중력이 구심력으로 작용하므로 지구의 속력 를 다음 식을 이용하여 대체하였다. ⊕ ⊙⊕ (19) 식 (17)과 (18)는 같아야 하므로, 에 대한 이차방정식을 풀면 (∵ ) (20) 이다. (이차방정식을 풀었을 때 나오는 다른 해 은 원일점에 해당한다.) 즉, 근일점까지의 거리 는 AU 이다. 108 www.jne.go.kr [물리] 4단계: 타원 궤도의 긴반지름 초점으로부터 원일점까지의 거리가 , 근일점까지의 거리가 인 타원 궤도는 아래 그림과 같다. 초점에서부터 원일점까지의 거리와 근일점까지의 거리의 합이 타원 궤도의 긴반지름의 배가 된다. 따 라서 긴반지름은 AU (21) 로, 원운동을 할 때의 반지름의 배로 작아진다. 5단계: 타원 궤도운동 주기 케플러 제3법칙(조화 법칙)에 따르면 주기의 제곱은 타원 궤도의 긴반지름의 세제곱에 비례한다. 따라 서 원운동일 때에 비해 궤도운동 주기는 배가 된다. 원운동일 때의 주기가 년이므로 타원 운동 주기는 다음과 같다. 년 년 ≃ 년 ≃ 달 (22) 전라남도교육청 109 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2-5. [정답] 진동수 변화 폭 max min ≃ 진동수 변화 주기 주기는 별의 운동 주기 와 같음 블랙홀 질량 [해설] 1단계: 별의 궤도운동에 의한 별빛의 도플러 효과 도플러 효과에 의해, 관측된 별빛의 진동수는 별이 의 속력으로 지구에 가까워질 때 최대, 멀어질 때 최소이다. 별빛의 원래 진동수를 , 관측된 별빛의 진동수의 최댓값과 최솟값의 차이를 라 하면, 도플러 효과에 의해 다음이 성립한다.(여기서, 별의 속력 는 광속 에 비해 매우 작다고 가정하여 근사했다.) ≃ (23) 2단계: 도플러 효과의 주기 관측된 별빛의 진동수가 바뀌는 주기는 별의 궤도운동의 주기 와 같다. 3단계: 와 를 블랙홀 질량으로 환산 별의 공전 궤도 반지름을 이라 하면, 별과 블랙홀 사이의 중력이 구심력으로 작용하므로 (24) 이다. 따라서 별의 운동 속력 와 주기 는 다음과 같이 표현된다. , (25) 도플러 효과의 관측을 통해 주기 와 를 알아냈을 때, 식 (23)과 (25)를 연립하면 블랙홀의 질량 을 얻을 수 있다. (26) 따라서 빛의 진동수 변화량 와 그 주기 를 관측하면 블랙홀의 존재와 그 질량 을 알아낼 수 있다. 110 www.jne.go.kr [물리] 나 2021학년도 문제 1 [문항해설] 1-1. 상자성체와 강자성체의 차이를 이해하고 있는지 평가한다. 1-2. 자기선속이 시간변화와 유도 기전력이 어떤 관계를 가지는지 전자기 유도 법칙을 이용하여 설명 할 수 있는지 정성적으로 평가한다. 1-3. p-n-p형 트랜지스터와 n-p-n형 트랜지스터의 전하 나르개의 움직임의 차이를 이해하고 있는지 평가한다. 1-4. 트랜지스터의 스위칭 작용을 이해하고 있는지 평가한다. 저항의 크기를 변화시켜서 바이어스 전압을 조절할 수 있음을 이해하고 있는지 평가한다. 1-5. 축전기의 금속판 거리를 변화하였을 때에 전기용량이 어떻게 변하는지 묻고, 전기용량이 변했을 때에 축전기에 들어오는 교류신호가 어떻게 변하는지 평가한다. [출제의도] 물질의 자성과 전자기 유도 현상을 이해하고 있는지 종합적으로 평가한다. 자기 선속의 변화와 유도 기전력의 관계를 전자기 유도 법칙을 이용하여 설명할 수 있는지 평가한다. 반도체의 특성과 다이오드 및 트랜지스터의 원리를 이해하고 있는지 종합적으로 평가한다. 트랜지스터의 스위칭 작용 및 증폭 작용의 원리를 이해하고 있는지 평가한다. 축전기의 원리 및 교류 회로에서의 물리적 효과를 이해하고 있는지 평가한다. [교육과정 출제근거] [개념] 강자성체, 상자성체, 전자기 유도, 트랜지스터의 스위칭 작용 및 증폭작용, 바이어스 전압 축전기, 교류회로 《물리학Ⅰ》- (2) 물질과 전자기장 (가) 물질의 자성 (나) 전자기 유도 《물리학Ⅱ》- (2) 전자기장 (가) 트랜지스터 (나) 축전기 (다) 전자기 유도 [자료출처] * 2015 개정교육과정 교과서 《물리학Ⅰ》 김영민 외, 교학사, 136~150, 119~124 《물리학Ⅰ》 손진웅 외, 동아출판, 120~131, 104~109 《물리학Ⅰ》 손정우 외, 비상교육, 120~131, 104~109 《물리학Ⅰ》 곽영직 외, 와이비엠, 139~149, 121~127 《물리학Ⅰ》 이상연 외, 금성출판사, 118~131, 100~105 전라남도교육청 111 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 《물리학Ⅰ》 김성진 외, 미래엔, 134~147, 114~121 《물리학Ⅰ》 김성원 외, 지학사, 131~143, 112~119 《물리학Ⅰ》 강남화 외, 천재교육, 125~135, 107~113 《물리학Ⅱ》 김영민 외, 교학사, 317~145, 115~120, 121-128, 180-189 《물리학Ⅱ》 김성진 외, 미래엔, 136~141, 112~117, 118-125, 172-181 《물리학Ⅱ》 손정우 외, 비상교육, 122~127, 102~105, 106-111, 154-159 《물리학Ⅱ》 김성원 외, 지학사, 143~149, 119~125, 126-132, 183-190 《물리학Ⅱ》 강남화 외, 천재교육, 126~131, 105~109, 110-115, 159-163 [예시답안] 1-1. 물질 1이 더 적절하다. 그 이유는 다음과 같다. 물질 1은 자기 구역별로 원자 자석이 정렬되어 있는 강자성체이고, 외부 자기장과 같은 방향으로 강 한 자성을 띤다. 이 물질로 구성된 줄의 진동은 코일을 통과하는 자기 선속을 크게 변화시키므로 교류 신호를 발생시키는 데 효과적이다. 반면, 물질 2는 원자 자석마다 무작위적인 방향을 향하는 상자성체이다. 이 물질은 외부 자기장과 같 은 방향으로 약한 자성만을 띤다. 이 물질로 구성된 줄의 진동은 코일을 통과하는 자기 선속에 미치는 영향이 적어 교류 신호를 발생시키는 데 효과적이지 않다. 1-2. 패러데이 전자기 유도 법칙에 따르면, 번 감은 코일에서 시간 동안 자기 선속이 만큼 변할 때 코일에 발생하는 교류 신호의 유도 기전력은 이다. 이를 적용하면 코일에 발생하 는 유도 기전력은 아래 그림처럼 진폭이 , 진동수가 인 직사각형 모양의 교류 신호가 된다. 기타 음이 높을수록 픽업 앰프의 코일을 통과하는 자기 선속의 진동수가 크고, 기타 음이 셀수록 자 기 선속의 진폭이 크다. 따라서 위 결과로부터 기타 음이 높을수록 픽업 앰프에 유도되는 교류 신호의 진동수와 진폭이 크고, 기타 음이 셀수록 교류 신호의 진폭이 크다는 것을 유추할 수 있다. 112 www.jne.go.kr [물리] 1-3 이 트랜지스터는 n-p-n형이다. 이는 트랜지스터 내부의 전하 나르개의 움직임과 다음과 같이 연관되어 있다. C와 B 사이의 순방향 바이어스 전압으로 인해 C의 전자가 B로 이동한다(아래 그림 참조). B의 얇은 두께로 인해 위 전자 중 대다수는 A까지 확산하고, A의 단자로 들어오는 전류를 발생시킨다. B로 이동해 온 전자 중 소수가 B의 단자로 들어오는 전류를 발생시킨다. 이 전류는 다이오드의 정류 작용으로 인해 2번 LED만 통과할 수 있고, 1번 LED에서는 차단된다. 1-4 트랜지스터는 이미터와 베이스 사이 전압이 정해진 값(아래 그림의 ) 이상일 때만 증폭된 전류를 컬렉터로 흐르게 하고, 그 외의 경우에는 전류를 컬렉터로 흘려보내지 않는다. 이를 트랜지스터의 스위 칭 작용이라고 한다. (나)의 경우, 이미터와 베이스 사이에 걸린 바이어스 전압( )의 크기가 입력 신호의 진폭에 비해 충 분히 커서 스위칭 작용이 일어나지 않는다. 따라서 입력 신호가 왜곡 없이 증폭된다. (다)의 경우, 입력 신호의 진폭에 비해 가 충분히 크지 않으므로, 스위칭 작용에 의해 증폭 신호 의 파형이 왜곡된다. (다)에서 증폭 신호의 파형이 왜곡되는 것을 막기 위해서는 를 증가시켜 스위칭 작용이 일어나는 것을 방지하면 된다. 이를 위해서는 가변저항 의 값을 증가시켜 이미터와 베이스 사이에 더 높은 가 걸리도록 하면 된다. 1-5. 금속판 사이의 거리 를 줄이면 되고, 그 이유는 다음과 같다. 축전기는 교류의 진동수가 작을수록 그 흐름을 더 많이 방해한다. 이로 인해 낮은 음은 높은 음에 비해 회로에서 전기 신호가 약하게 나타난다. 축전기의 전기 용량을 증가시키면 축적된 전하량이 전류의 흐름을 덜 방해하게 되어 낮은 진동수의 신호가 약해지는 현상을 줄일 수 있다. 금속판 사이의 거리 를 줄이면 축전기의 전기 용량이 증가한다. 전라남도교육청 113 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 문제 2 [문항해설] 2-1. 탄성 충돌의 특징을 이용해 1차원에서의 충돌 이후 속력을 구할 수 있는지 평가한다. 2-2. 1차원 충돌에서의 운동량 보존을 이용해 제시된 상황에서 충돌 과정을 유추하고 각 충돌 직후의 속도를 구할 수 있는지 평가한다. 2-3. 운동량의 변화로부터 물체에 가해진 평균 힘을 구할 수 있는지 평가한다. 2-4. 초기 속도에 따른 힘의 변화를 식을 통해 이해할 수 있는지 평가한다. [출제의도] 1차원 탄성 충돌에서 충돌 후 속도를 구할 수 있는가? 1차원 충돌을 이해하고 이를 토대로 주어진 상황에서 1차원 충돌의 과정들을 설명할 수 있는가? 운동량의 변화로부터 물체에 가해진 평균 힘을 구할 수 있는가? 다른 두 조건에서 힘의 차이를 이해하는가? [교육과정 출제근거] [개념] 운동량 보존, 역학적 에너지의 보존, 운동량, 충격량, 평균 힘 《물리학Ⅰ》- (1) 역학과 에너지 (가) 운동량 보존 법칙, (나) 충격량과 운동량, (다) 역학적 에너지 보존 《물리학Ⅱ》- (1) 역학적 상호작용 (가) 역학적 에너지 보존 [자료출처] * 2015 개정교육과정 교과서 《물리학Ⅰ》 김영민 외, 교학사, 43~49, 50~54, 《물리학Ⅰ》 손진웅 외, 동아출판, 28~33, 34~38 《물리학Ⅰ》 손정우 외, 비상교육, 29~33, 34~41 《물리학Ⅰ》 곽영직 외, 와이비엠, 31~36, 37~43 《물리학Ⅰ》 이상연 외, 금성출판사, 30~33, 34~37 《물리학Ⅰ》 김성진 외, 미래엔, 32~39, 40~45 《물리학Ⅰ》 김성원 외, 지학사, 31~36, 37~43 《물리학Ⅰ》 강남화 외, 천재교육, 32~36, 37~41 114 www.jne.go.kr [물리] [예시답안] 2-1 , - 풀이 운동량 보존에 따라 이므로 (1) 이다. 또한 운동에너지의 보존에 따라 이므로 (2) 이다. 식 (1)을 식 (2)에 대입하면 이다. 여기서 ≠ 이므로, 이다. 이를 정리하면 충돌 직후 물체의 속도는 (3) 이고, 그 값을 식 (2)에 대입하면 충돌 직후 공기 입자의 속도는 (4) 이다. 전라남도교육청 115 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2-2 는 홀수 는 짝수 - 풀이 충돌 회수 물체 0 1 2 3 ... ... 4 5 ... 0 ( ) 충돌 공기 회수 입자 ( ) a 0 1 0 2 3 0 ... ① 물체의 경우, 공기 입자 a 와의 충돌을 반복하며, 한 번 충돌할 때마다 속도는 배가 된다. 따라서 이다. ② 공기 입자 a 의 경우, 홀수 번째 충돌에서는 물체와 충돌하여 오른쪽으로 일정한 속도로 움직이다가 짝수 번째 충돌에서는 다른 공기 입자와 충돌하여 정지하는 과정을 반복한다. 위 표를 참고할 경우 홀수 번째 충돌 직후 는 홀수 이므로 다음 식이 성립한다. 116 www.jne.go.kr 는 홀수 는 짝수 [물리] 2-3 - 풀이 식 (3)에 따라 물체는 한 번 충돌할 때마다 다음과 같이 속도가 변한다. 충돌후 충돌전 충돌전 (5) 그림에서 물체의 충돌 전 속도가 이므로 번 충돌한 이후에 물체의 속도는 가 된다. 이때 물체가 만큼의 거리를 가는 데 걸리는 시간은 다음과 같다. 따라서 이고 식을 정리하면 ∴ 이다. 그러면 번 충돌한 이후 물체의 속도는 이므로 속도의 변화 는 전라남도교육청 117 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 (6) 이다. 이 때, 에서 이 보다 훨씬 크므로 ≈ 이다. 식 (7)을 식 (6)에 대입하면 (7) 이다. 따라서 다음 식이 성립한다. (8) 그러므로 물체에 가해진 평균 힘은 다음과 같다. 118 www.jne.go.kr (9) [물리] 2-4 ① ② 의 크기는 ms일 때가 ms일 때보다 약 4배 크다. ③ - 풀이 ① 문제 2-3에 의해 이다. 이때 ≈ 으로 근사할 수 있다. 이를 정리하면 이다. ② 만약 가 보다 훨씬 크다면 ①과 반대로 ≈ 으로 근사할 수 있다. 이다. 이를 정리하면 ③ 만약 kg 이고, m s라면 ≈ kg 이다. 은 공기의 밀도 보다 훨씬 크므로 ①의 상황이며, 물체가 받는 평균 힘 는 근사적으로 속도의 제곱에 비례 하게 된다. 따라서 의 크기는 ms일 때가 m s일 때보다 약 4배 크다. 전라남도교육청 119 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 다 2020학년도 문제 2 [문항해설] 2-1. 한쪽 끝이 닫힌 관에서 정상파가 만들어지는 조건을 이용하여 파장을 구하고 이중슬릿에 의한 파 동의 보강간섭을 하는 위치를 구할 수 있는지를 평가하는 문제이다. 2-2. 음원의 운동으로 인한 도플러 효과로 파장의 변화를 구할 수 있는지를 평가하는 문제이다. 2-3. 물질의 이중성으로 전자의 파동성으로 인한 이중슬릿 간섭무늬의 보강간섭 위치를 구할 수 있는 지를 평가하는 문제이다. 2-4. 데이비슨 거머실험을 통한 전자의 파동성 증명을 이해하고 있는지 평가하는 문제이다. [출제의도] 한쪽 끝이 닫힌 관에서 정상파가 만들어지는 조건을 이용하여 파장을 구하고 이중슬릿에 의한 파동이 보강간섭을 하는 위치를 구할 수 있는지를 평가한다. 음원의 속도에 따라 도플러효과로 파장이 변화됨을 인식하고 파장의 변화를 정량적으로 구할 수 있는지 평가한다. 드브로이파를 이용해 전자의 파동성을 인식하고 이중슬릿의 보강간섭 위치를 정량적으로 구할 수 있는 가를 평가한다. 데이비슨 거머실험을 통해 전자의 파동성의 근거를 인식하고 전자의 파동성으로 실험결과를 해석할 수 있는가를 평가한다. [교육과정 출제근거] [개념] 파동의 요소, 파동의 간섭, 물질의 이중성, 도플러효과 《물리학Ⅰ》- (3) 파동과 정보통신 - (가) 파동과 통신, (나) 빛과 물질의 이중성 《물리학Ⅱ》- (3) 파동과 물질의 성질 - (가) 전자기파와 통신, (나) 빛과 물질의 이중성 [자료출처] * 2009개정교육과정 교과서 김영민 외, 《물리Ⅰ》, 교학사, 173-176, 179-180, 189-195, 199쪽 곽성일 외, 《물리Ⅰ》, 천재교육, 157-158, 164-166쪽 김영민 외, 《물리Ⅱ》, 교학사, 184-186, 192-196, 206-208, 211-213쪽 곽성일 외, 《물리Ⅱ》, 천재교육, 184-186, 196-19, 202-204쪽 120 www.jne.go.kr [물리] [예시답안] 2-1 한쪽 끝이 닫힌 관에서는 닫힌 쪽이 정상파의 마디가 되고 열린 쪽이 정상파의 배가 된다. 따라서 아래 그림과 같이 기본 진동의 파장은 이고 기본 진동수는 이다. 아래 그림에서 스크린까지의 거리 이 슬릿 사이의 거리 보다 충분히 큰 경우 두 슬릿을 통과한 파동의 경로차는 스크린 위의 점 ≅ 으로 근사할 수 있다. 두 슬릿을 통과한 파동이 스크린 위에서 보강 간섭을 하려면 경로차가 파장이 정수배가 되어야 하므로 보강간섭을 하는 조건은 ≅ … 이다. 따라서 소리가 크게 들리는 극대점의 위치는 이고 이다. 2-2 음원이 의 속력으로 스크린 쪽으로 움직이면 슬릿을 통과하여 스크린에 도달하는 소리의 파장 ′ 은 만큼 짧아지므로 ′ 이다. 따라서 극대점 사이의 거리는 ′ ′ 이 되어 의 비율로 줄어든다. 전라남도교육청 121 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2-3 정지 상태에서 전압 로 가속된 전자의 운동에너지는 전기장이 한 일 와 같으므로 운동량이 인 입자는 에 의해 이고 극 을 가진다. 따라서 드브로이 파장은 대점 사이의 거리는 이다. 2-4 전자선을 결정에 쏘면 일반적인 파동과 마찬가지고 보강 간섭을 일으키는 각도로 전자가 많이 산란된다. 이러한 관찰을 통해 전자의 파동성을 증명할 수 있다.(데이비슨 거머 실험) 122 www.jne.go.kr [물리] 라 2019학년도 문제 2 [문항해설] 2-1. 1차원 상자 안의 양자화된 에너지 준위를 구하고 파울리 배타 원리를 이해하여 전자를 채울 수 있는지 평가하는 문제이다. 2-2. 파울리 배타 원리를 적용하고, 들뜬상태의 전자가 원래의 에너지 준위로 떨어질 때 나오는 빛의 에너지를 구할 수 있는지 평가하는 문제이다. 2-3. 광전효과를 이해하고 있는지 평가하는 문제이다. 2-4. 물질의 입자와 파동의 이중성을 이해하여 이중 슬릿을 통과한 전자의 확률분포를 관측하는 과정을 설명할 수 있는지 평가한다. [출제의도] 원자의 에너지 준위가 양자화 되었음을 인식하고 에너지 준위를 설명할 수 있는지 평가한다. 원자의 에너지준위가 양자화 되었음을 인식하고, 들뜬상태에서 전자가 전이할 때 방출되는 빛의 에너지를 설명할 수 있는지 평가한다. 광전효과를 이해하고 있는지 평가한다. 간섭현상과 물질의 입자와 파동의 이중성을 이해하여 설명할 수 있는지 평가한다. [교육과정 출제근거] [개념] 에너지 준위, 슈뢰딩거 방정식, 파울리 배타 원리, 불연속적 스펙트럼, 광전효과, 빛의 방출, 물 질의 입자와 파동의 이중성, 파동의 회절과 간섭 《물리Ⅰ》 - (2) 물질과 전자기장 - (나) 물질의 구조와 성질 《물리Ⅰ》 - (3) 정보와 통신 - (가) 소리와 빛 《물리Ⅱ》 - (3) 파동과 빛 - (가) 파동의 발생과 전달 《물리Ⅱ》 - (4) 미시세계와 양자현상 - (가) 물질의 이중성 《물리Ⅱ》 - (4) 미시세계와 양자현상 - (나) 양자물리 [자료출처] 김영민 외, 《물리Ⅰ》, 교학사, 138-142, 203-206쪽 곽성일 외, 《물리Ⅰ》, 천재교육, 125-127, 176-178쪽 김영민 외, 《물리Ⅱ》, 교학사, 206-208, 281-286, 294-298, 31-314, 318-320쪽 곽성일 외, 《물리Ⅱ》, 천재교육, 203-204, 262-26, 276-278, 294-295, 304쪽 전라남도교육청 123 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 [예시답안] 2-1 길이가 인 1차원 상자에 허용된 에너지 준위는 슈뢰딩거 방정식의 해에 따라 ⋯와 같다. 전자의 두 가지 스핀 양자수를 고려하면 파울리 배타 원리에 따라 하나의 에너지 준위에 전자를 두 개씩 채울 수 있다. 따라서 전체 에너지를 최소화하기 위해 가장 낮은 에너지 준위부터 전자 11개를 차곡차곡 채울 경우 11번째 전자는 인 에너지 준위에 들어간다. 이 에너지 준위는 eV 이다. 2-2 어떤 에너지 준위를 채우고 있는 전자를 들뜬상태로 만들기 위해서는 에너지 준위 차이와 쪼여준 빛 의 에너지가 같아야 하고 파울리 배타 원리에 의해 들뜬상태에 전자가 차 있지 않거나 최대 한 개만 차 있어야 한다. 또한 문제의 조건에 따라 전자가 원래의 에너지 준위로 떨어지면 자발 방출하는 경우만을 생각한다. 이러한 조건을 만족하는 에너지 전이는 에서 사이의 전이, 그리고 에서 사이의 전이이다. 따라서 나올 수 있는 빛의 에너지는 eV 와 eV 의 두 가지이다. 2-3 일함수가 eV 이므로 문제 2-2에서 나온 빛 중 에너지가 eV 인 빛은 전자를 물질에서 방출시 키지 못하고 에너지가 eV 인 빛만이 전자를 방출시킨다. 광전자는 표면에서 방출되었으므로 빛이 에 너지와 일함수의 차이가 모두 운동에너지로 변환된다. 따라서 그 값은 eV eV eV 이다. 124 www.jne.go.kr [물리] 2-4 전자는 파동성을 가지고 있기 때문에 이중 슬릿 실험을 하면 스크린에 도달하기 전의 확률분포는 그 림 (a)와 같이 도달할 확률이 위치에 따라 다른 간섭무늬의 모양을 가진다. 전자 한 개가 실제 스크린 에 도달한 경우 전자는 (a)의 확률 분포에 따라 어떠한 지점에서 발견되고 이는 그림 (b)와 같이 발견 된 지점에 밝은 점으로 나타나게 된다. 이러한 실험을 무수히 많이 반복할 경우 그 결과는 그림 (c)와 같이 전자가 많이 발견된 부분은 밝고, 전자가 드물게 발견된 부분은 어두운 무늬형태로 나타난다. 전라남도교육청 125 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 마 2018학년도 문제 1 [문항해설] 자연의 구성 물질과 상호작용에 대한 현재적 시각인 표준모형의 이해도를 질문한다. 표준모형의 기본입자 가운데 하나인 뮤온이 다른 입자로 바뀌는 현상에 관여하는 표준모형의 기본 상호 작용을 질문한다. 일반적인 두 물체의 2차원 탄성 충돌 과정을 운동량 및 에너지 보존 개념을 이용하여 분석하고 충돌과 정 에서 에너지의 변화를 질문한다. 뮤온이 물질 속에서 전자와 탄성 충돌할 때 잃어버릴 수 있는 운동에너지의 최댓값을 질문한다. 원자력 발전에서 고속 중성자가 감속재 속에서 에너지를 잃어버리며 느려지는 과정에 대한 정성적인 이 해여부를 질문한다. [출제의도] 4가지 상호작용과 기본입자에 대한 표준모형을 설명할 수 있는지를 평가함. 2차원 탄성충돌 현상을 운동량 보존 및 에너지 보존 개념을 이용하여 설명할 수 있는지를 평가함. 2차원 탄성 충돌 현상을 운동량 보존 및 에너지 보존 개념을 이용하여 설명할 수 있는지 평가함 원자 로의 종류와 작동원리를 설명하는지를 평가함. [교육과정 출제근거] 《물리Ⅰ》(1) 시공간과 우주 - (가) 시간, 공간, 운동 《물리Ⅰ》시공간과 우주 - (나) 시공간의 새로운 이해 《물리Ⅰ》에너지의 발생 - (가) 에너지의 발생 《물리Ⅱ》(1) 운동과 에너지 - (가) 힘과 운동 [자료출처] 김영민 외,《물리Ⅰ》교학사, 47-50, 55-57, 72, 90-93, 282-283, 292-295 곽성일 외,《물리Ⅰ》천재교육, 36, 42-44, 60, 77-82, 244-245, 249-251 김영민 외,《물리Ⅱ》교학사, 53-60 곽성일 외,《물리Ⅱ》천재교육, 28, 37-43 126 www.jne.go.kr [물리] [예시답안] 1-1. 기본 입자에는 쿼크 6개, 렙톤 6개가 있다. 쿼크 렙톤 위 쿼크(u) 맵시 쿼크(c) 꼭대기 쿼크(t) 아래 쿼크(d) 야릇한 쿼크(s) 바닥 쿼크(b) 전자 뮤온 타우 전자 중성미자 뮤온 중성미자 타우 중성미자 기본 상호작용에는 4가지가 있다. 기본 상호작용은 매개입자에 의해 일어난다. 종류 설명 매개입자 중력 질량을 가진 물체 사이에 작용하는 상호작용 중력자 전자기력 전기력과 자기력을 합한 이론 광자 약한 상호작용 베타 붕괴와 같은 중성자가 양성자로 변하는 과정에서 사용 보손 강한 상호 작용 핵자나 쿼크 사이에 작용하는 상호작용 글루온 1-2. 4가지 기본 상호작용 가운데 소립자가 다른 소립자로 변하는 붕괴 과정에 관여하는 힘은 약한 상호 작용이다. 따라서 뮤온을 다른 입자로 바꾸는 상호작용은 약한 상호 작용이다. 1-3. 충돌 후 물체 A의 속력을 , 물체 B의 속력을 라고 하면 탄성 출돌 과정에서 운동량과 에너지 보존 법칙을 이용하여 다음 식을 얻을 수 있다. cos cos sin sin ⋯ ⋯ ⋯ 물체 A가 잃어버리는 운동에너지는 ∆ ⋯ (1), (2), (3) 식을 연립하여 풀면, (4) 식은 ∆ 이며 ∆의 최대값은 cos , 인 경우이며 그 최대값은 ∆max 전라남도교육청 127 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 1-4. 뮤온의 질량은 전자 질량의 약 200배이므로 을 대입하면, ∆max ≃ 이므로 전자와의 1회 충돌에서 최대 약 2%의 운동에너지를 잃는다. 1-5. 중성자는 전자보다 약 2000배 질량이 커서 전자와의 충돌에서는 에너지를 거의 잃어버리지 않는 다. 따라서 중성자는 감속재 속의 원자핵들과 충돌하여 에너지를 주로 잃어버린다. 중성자는 자신 과 질량이 비슷한 양성자와 충돌할 때 에너지를 가장 많이 잃어버릴 수 있어 양성자를 포함한 감 속재가 효율적이다. 양성자를 많이 포함한 물질로는 물, 파라핀 등을 생각할 수 있다. 문제 2 [문항해설] 유전체 마디가 축전기 사이를 채울 때의 전기용량을 주어진 변수를 사용하여 구할 수 있는지 평가하는 문제이다. 공진 주파수를 유도계수, 전기용량으로 표현하고 각기 다른 전기용량에 대해 전기회로에 흐르는 전류의 크기를 정성적으로 팦ㄴ별할 수 있는지 평가하는 문제이다. 유전율 마디가 일정 규칙으로 움직일 때 공진 조건이 변화함에 따라 진폭의 변화함을 이해하는지 평가 하는 문제이다. 변압기의 원리로부터 유도전압이 생성되는 원리와 진폭계산을 할 수 있는지 평가하는 문제이다. 신호 복조과정에 쓰이는 다이오드와 축전기를 이용한 정류과정에 대해 정성적으로 이해하는지 묻는 문제 이다. 고등학교 물리교육과정의 핵심개념 중 하나인 p-n 다이오드의 정류작용에 의한 그래프를 이해하고, 이를 핵심개념 중 하나인 축전기의 축전작용과 융합하여 정류-직류과정을 추론할 수 있는지를 평가한다. [출제의도] 축전기의 전기용량을 구하고 유전율에 따라 변화하는 값을 계산할 수 있는지 평가함. RLC 직렬 회로에서 일어나는 공진 주파수를 계산할 수 있고 공진 현상을 개략적으로 설명할 수 있는지 평가함. RLC 회로에서 공명진동수가 변화할 때 진폭이 변화하는 것을 정성적으로 설명할 수 있는지 묻는 문제임. 패러데이 법칙을 이용해 변압기 코일의 상호유도 전압을 계산할 수 있는지 묻는 문제임. p-n 다이오드의 정류 작용과 축전기를 이용해 교류신호를 직류신호로 바꾸는 과정을 설명할 수 있는지 평가함. 128 www.jne.go.kr [물리] [교육과정 출제근거] 《과학》제2부. 과학과 문명 - (1) 정보통신과 신소재 《물리Ⅰ》(2) 물질과 전자기장 - (가) 전자기장 《물리Ⅰ》(2) 물질과 전자기장 - (나) 물질의 구조와 성질 《물리Ⅰ》(3) 정보와 통신 - (나) 정보의 전달과 저장 《물리Ⅱ》(1) 전기와 자기 - (가) 전하와 전기장 [자료출처] 정완호 외,《과학》교학사, 240-241 조현수 외,《과학》천재교육, 211 곽영직 외,《과학》더텍스트, 282-283 김영민 외,《물리Ⅰ》교학사, 131-133, 147-150, 227, 231-238, 240-241, 274, 278-279 곽성일 외,《물리Ⅰ》천재교육, 114-119, 134-137, 194-195, 210-211, 242 김영민 외,《물리Ⅱ》교학사, 131-138, 159-160, 163-169, 231-235 곽성일 외,《물리Ⅱ》천재교육, 114, 120, 123-126, 142- 147, 160-165, 166-173 [예시답안] 2-1. (1) , (2) 평행한 축전기의 전기용량은 극판의 넓이에 비례하고 극판 사이의 거리에 반비례하며 비례상수는 유 전율이다. 이다. 2-2. 교류회로에서 와 의 관계는 는 교류 임피던스, 은 용량 리액턴스, 은 유도 여기서 리액턴스이다. 따라서 는 로 구할 수 있다. 공진 주파수는 임피던스 중 리액턴스 성분이 0이 되는 주파수이므로 일 때 공진이 일어남을 알 수 있다. 따라서 , 일 때 각각 공진 주파수는, , 전라남도교육청 129 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 로 구할 수 있고 이다. 는 가 공진 주파수와 같을 때 최댓값을 가지며 그 값은 max 이므로 그래프의 개형으로는 2-3. 문제 2-2에 의하여 유전율이 일 때의 전류의 진폭이 최댓값 을 갖게 된다. 유전율이 인 마디에서는 공진 조건을 만족하지 못하고, 전류의 진폭이 로 최대 전류가 작아진다. 진동수 는 1Hz보다 충분히 크므로 5초안에 담겨있을 수 있다. 그러므로 그래프 개형은 130 www.jne.go.kr [물리] 2-4. 1차 코일과 2차 코일의 감은 수가 같으므로 패러데이 전자기 유도 법칙을 적용하면 전압의 크기는 같다. 따라서 sin sin로 1차 코일과 같은 전압이 걸린다. 이를 개략적으로 그리면, 2-5. 다이오드의 정류작용에 의해 한 쪽 방향으로 흐르는 전류는 흐르지 않으므로 의 그래프는 축전기가 있기 때문에 보강효과에 의해 교류전류를 직류전류로 바꿔주는 역할을 할 수 있다. 따라서 대략적인 의 개형으로는 전라남도교육청 131 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 바 2017학년도 문제 1 [문항해설] 물체에 작용하는 역학 및 전자기학 법칙 및 단진동의 이해도를 통해 창의적 문제 해결 능력과 논리적 사고력을 평가함. [출제의도] 물체에 작용하는 역학 및 전자기학 법칙을 올바로 이해하고 이를 주어진 모델에 제대로 적용함으로써 해당 시스템을 물리적으로 잘 분석할 수 있는지 알아봄. 대표적 물리현상 중의 하나인 단진동의 이해도를 평가함. [교육과정 출제근거] 《물리Ⅰ》(1) 시공간과 우주 - (가) 시간, 공간, 운동 《물리Ⅰ》(2) 물질과 전자기장 - (가) 전자기장 《물리Ⅱ》(1) 운동과 에너지 - (가) 힘과 운동 [자료출처] 김영민 외,《물리Ⅰ》교학사, 23-24, 38-39, 42, 46, 64-65, 107, 109-112, 315-316쪽 곽성일 외,《물리Ⅰ》천재교육, 21, 25, 34-36, 50, 92-93, 274-276쪽 김영민 외,《물리Ⅱ》교학사, 14-17, 39-46쪽 곽성일 외,《물리Ⅱ》천재교육, 14-20, 25-26, 52-54쪽 [예시답안] 132 www.jne.go.kr [물리] 구슬 2에 작용하는 중력과 전기력 등 모든 힘의 합이 0이어야하므로 전기력의 수직방향 성분의 크기 와 중력의 크기가 같고 방향이 반대여야 한다. 또한 구슬 1과 구슬 2 사이의 거리를 을 이용하여 나 sin cos cos 로 표현할 수 있다. 타내면 1-1. 일 때 구술 2에 작용하는 전기력은 이며, 전기력의 수직성분과 중력의 크기가 cos 이다. 같고 방향이 반대이므로 그러므로 cos 이며, 에서 평형을 이루기 위해 필 1-2. 1-1과 같은 방법으로 sin cos 요한 최소의 전하량 이다. 전기력×cos =중력 이므로 전기력: 중력 = 1: cos 이다. 1-3. 입자의 전하량이 2배가 되었을 때 전기력의 크기는 4배가 되므로 구슬 2가 받는 축 방향의 힘의 크기는 이다. 진자의 길이는 이므로 단진동의 주기는 이다. 또는 복원력 sin ≃ , 에 대입한다. 문제 2 [문항해설] 파동의 간섭현상, 편광현상, 빛의 이중성(파동성과 입자성)에 대한 이해를 바탕으로 한 창의적 문제 해 결 능력을 평가함. [출제의도] 파동의 간섭현상, 빛의 본성에 대한 이해를 학습하는 편광현상, 나아가 현대물리학을 이해하는데 기초 개념인 양자 개념을 뒷받침하는 빛의 이중성 (파동성과 입자성)의 세 가지 교육과정을 융합한 문제. 물리학의 넓은 분야에 대한 종합적인 이해를 바탕으로 한 창의적인 사고를 평가함. 전라남도교육청 133 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 [교육과정 출제근거] 이중 슬릿 실험, 빛의 간섭, 편광, 빛의 이중성 《물리Ⅱ》(3) 파동과 빛 - (가) 파동의 발생과 전달 《물리Ⅱ》(3) 파동과 빛 - (나) 빛의 이용 《물리Ⅱ》(4) 미시세계와 양자현상 - (가) 물질의 이중성 《물리Ⅱ》(4) 미시세계와 양자현상 - (나) 양자물리 [자료출처] 김영민 외, 《물리Ⅱ》교학사, 184-186, 188-189, 206-208, 254-255, 281-290쪽 곽성일 외, 《물리Ⅱ》천재교육, 184-187, 190-191, 193, 203-204, 240-241, 262-268쪽 [예시답안] 2-1. 45도 편광판을 통과한 빛이 다시 나란한 방향으로 놓인 평광판을 통과하면 이중슬릿을 통과하는 빛 의 세기가 문제의 처음 조건보다 약해진다. 그러므로 그림 2-3의 결과와 비교했을 때 간섭무늬간격은 변화가 없고, 간섭무늬의 최대 밝기가 보다 작은 형태로 나타낼 수 있다. 2-2. 서로 다른 방향으로 진동하는 두 빛은 간섭무늬를 형성하지 않으므로 일반적인 밝기의 빛이 나타나는 형태를 보인다. 2-3. 두 빛이 스크린 근처에서 45도 편광판을 통과함으로써 동일한 위상을 갖기 때문에 간섭무늬가 다시 만들어진다. 그러나 편광판을 통과하는 빛의 세기가 2-1봐 하기 때문에 2-1의 결과보다 간섭무늬의 최대 밝기가 더 작아진다. 2-4. 알 수 없다. 광자를 한 개씩 보낸다 하더라도 슬릿을 통과할 때는 파동성을 보이기 때문에 간섭무늬 를 형성한다. 즉, 정확히 어떤 슬릿을 통과하는 지 확정할 수 없다. 만약 광자가 어떤 슬릿을 통과하는 지 관찰한다면 불확정성에 의해 어떤 슬릿을 통과하는 지 그 위치를 확정지을 수 있으나 파동성을 띠지 않게 되어 간섭무늬를 형성할 수 없다. 2-5. 위와 같음. 134 www.jne.go.kr [물리] 사 2016학년도 문제 1 [문항해설] 단진동, 운동량 보존법칙 등을 통해 물체의 운동을 분석하는 능력을 평가함. [출제의도] 단진동의 복원력을 이해하고, 단진동의 주기를 계산할 수 있는지 물음. 운동량 보존 법칙을 응용하여, 단진동에서의 진폭과 속도 사이의 관계를 이해하고 있는지 평가하고자 함. 제시된 물리적 상황으로부터 단진동을 유추할 수 있는지 알아봄. [교육과정 출제근거] 운동량 보존법칙, 에너지 보존, 단진동(단진자의 운동) 《물리Ⅰ》(1) 시공간과 우주 - (가) 시간, 공간, 운동 《물리Ⅱ》(1) 운동과 에너지 - (가) 힘과 운동 [자료출처] 김영민 외, 《물리Ⅰ》교학사, 47-50, 52-57쪽 곽성일 외, 《물리Ⅰ》천재교육, 36-38, 42-44쪽 김영민 외, 《물리Ⅱ》교학사, 53쪽 곽성일 외, 《물리Ⅱ》천재교육, 39-43, 51-55쪽 [예시답안] 1-1. 단진자에 작용하는 힘은 중력과 장력이 있으며, 최고점에서의 알짜 힘은 궤적의 접선 방향이므로 중력을 아래 그림과 같이 분해해 생각할 수 있다. · cos ·알짜힘 sin 최대 진폭에서의 복원력 = sin × × N 장력 cos × ∴ 주기 = N × ⋯ 초 전라남도교육청 135 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 1-2. 운동량 보존법칙에 의해 최저점에서 공을 받을 때 속력의 변화가 가장 크다. 최저점이 아닌 지점에서 는 그네의 운동량과 야구공의 속도벡터가 나란한 방향이 아니므로 충돌 후 속력의 변화가 최고점일 때보 다 작다. 야구공을 받기 전 최저점에서 속력을 라 하면 이므로 ms (1-1에서 , , ) 최저점에서 사람의 운동량: , × kg․ms 5개의 동을 받은 후 사람의 운동량을 라고 하면 × × , kg․ms 공 5개를 받은 후 속력을 라고 한다면, kg × 이므로 는 약 ms 이다. ∴ max 이므로 최대진폭은 약 m 이다. 1-3. 제시된 그림을 뒤집으면 진공열차를 단진자의 운동으로 생각할 수 있다. × 그 때 주기는 초이다. 서울 - 부산까지 도달하는 데 걸린 시간은 주기의 절반이므로 초 ≃ 42분 ※ 다른 풀이 ※ 진공열차에 작용하는 복원력은 sin이므로 sin , , 136 www.jne.go.kr [물리] 문제 2 [문항해설] 로런츠힘, 축전기의 전기용량, 충전과 방전 등 전자기학과 관련된 다양한 법칙과 원리를 통해 창의적 문 제 해결 능력과 논리적 사고력을 평가함. [출제의도] 자기장 속에서 운동하는 전하가 받는 로런츠 힘을 이해하고 있는지 알아봄. 축전기의 충전 원리를 이해하고, 축전기에 저장되는 전하량과 두 판 사이에 유도되는 전기장 사이의 관 계를 이해하고 있는지 알아봄. 충전된 두 도체판 사이의 전기력과 탄성력이 평형을 이루는 사실을 이용해 두 도체판 사이의 거리를 계 산할 수 있는지 물어봄, 접지 개념을 이해하고, 접지된 이후의 물리적 상황을 상상할 수 있는지 물어봄. [교육과정 출제근거] 로런츠 힘, 홀 효과, 평행판 축전기, 탄성력, 전기력, 대전체의 접지 《물리Ⅰ》(2) 물질과 전자기장 - (가) 전자기장 《물리Ⅱ》(1) 운동과 에너지 - (가) 힘과 운동 《물리Ⅱ》(2) 전기와 자기 - (가) 전하와 전기장 《물리Ⅱ》(2) 전기와 자기 - (나) 전류와 자기장 [자료출처] 김영민 외,《물리Ⅰ》교학사, 115-116쪽 곽성일 외,《물리Ⅰ》천재교육, 101쪽 김영민 외,《물리Ⅱ》교학사, 35-38, 125-130, 131-132, 147-151쪽 곽성일 외,《물리Ⅱ》천재교육, 54, 106-108, 113-115, 150-151쪽 [예시답안] 2-1. 자기장 속에 도선을 속력 로 잡아당길 때 전하량 인 도선 속의 자유 전 자도 자기장 의 속력 로 같이 움직이게 된다. 그러므로 도선 속의 전자는 의 힘을 받아 방향으로 이동한다. 따라서 도선에는 방향으 로 유도 전류가 흐른다. 금속 막대의 기전력은 이므로 각 금속 막대에 흐르는 초기 전류의 크 기 이고, 방향은 이다. 전라남도교육청 137 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 2-2. 충분한 시간이 지난 후, 도체판의 전기용량만큼 전하가 채워지면 더 이상 전하의 이동이 없으므로 금 속 막대에 흐르는 전류의 세기는 0이다. (도체판에 쌓인 전하에 의한 전위차 = 도선의 운동에 의한 기전력) 전류가 흐를 때, 도선에 방향으로 자기력이 작용하지만 전류의 세기가 0므로 도선이 받는 자기력 은 0이다. 그러므로 등속 운동을 하기 위한 외부 힘의 크기도 0이다. 도체판은 축전기라 할 수 있으며 ≫이므로 도체판에 대전된 전하량에 의해 형성된 전기장 는 균 일하다고 할 수 있다. 그러므로 도체판 사이의 전위차 이다. 도체판에 저장된 전하량은 이므로 2-3. 평형 상태에 도달했을 때 전기력=탄성력이다. 평행판 축전기에서 , 가 성립하므로 ( 도체판의 면적) 도체판에 작용하는 전기력 이며, 에 2-2에서 구한 전하량을 대입해 정리하면 이다. 평형 상태에 도달했을 때 두 도체판 사이의 거리: 라 하면 평형 상태일 때 금속 막대에 작용하는 탄 성력은 )이므로 , ∴ 2-4. 2-1의 상황과 같으므로 각 금속 막대에 흐르는 전류는 이다. 금속 막대에 방향으로 전류가 흐르므로 각 도선은 방향으로 자기력을 받아 자기력 , 도선이 3개이므로 방향으로 의 자기력이 작용한다. 따라서 등속도를 유지하기 위해서는 방향으로 만큼의 힘이 필요하다. 138 www.jne.go.kr 2023학년도 대입 수시모집 대비 제시문 면접 프로그램 자료집 물 리 발행일┃2022. 11. 발행처┃전라남도교육청 주 소┃전남 무안군 삼향읍 어진누리길 10 전 화┃061-260-0114 Fax┃061-260-0117 www.jne.go.kr