에너지 높이로 쌓인 층 — 늘 채워진 곳, 절대 없는 사이, 밀어올려야 닿는 곳

물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
학년
이름
점수

안내 — 두 고체 X, Y 속 전자가 가질 수 있는 '높이(에너지, 단위 eV)'를 측정했습니다. 물질 X — 전자가 늘 발견되는 높이 1·2·3·4, 아무리 기다려도 하나도 없는 높이 5·6·7, 큰 힘으로 밀어올린 뒤에야 나타나는 높이 8·9·10. 물질 Y — 전자가 늘 발견되는 높이 1·2·3·4, 그 바로 위 5·6·7·8도 밀어올리면 곧바로 나타남(중간에 빈 높이 없음). 지시를 따라 손으로 직접 정리해 본 뒤, 결과를 여러분의 말로 해석하고 성찰하여 서술하세요.  예제: 물질 X (사이가 있는 고체) (비교용: 물질 Y (사이가 없는 고체))

1

활동 — 순서대로 해 보기

30점
  1. 물질 X에서 전자가 '늘 발견되는 높이' 값을 모두 [칸 A]에 옮겨 적어 보세요.
  2. 물질 X에서 '밀어올린 뒤에야 나타나는 높이' 값을 모두 [칸 B]에 적어 보세요.
  3. [칸 A]와 [칸 B] 사이에서 한 번도 나타나지 않는 높이 값을 모두 [칸 C]에 적어 보세요.
  4. [칸 A]의 가장 큰 값과 [칸 B]의 가장 작은 값의 차를 구해 [칸 D]에 적어 보세요.
  5. [칸 C]에 적은 높이마다 ×표를 하고, 왜 ×인지 한 단어로 옆에 적어 보세요.
  6. 물질 Y로 ①~③을 다시 하고, 사이에 나타나지 않는 높이가 있는지 [칸 E]에 적어 보세요.
칸 A — 물질 X에서 전자가 늘 발견되는 높이
칸 B — 물질 X에서 밀어올린 뒤에야 나타나는 높이
칸 C — 그 사이에 한 번도 없는 높이
칸 D — 위·아래 높이의 차
칸 E — 물질 Y에서 사이에 없는 높이
2

해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기

40점

(1)[칸 C]에 적은 높이(5·6·7)에는 전자가 왜 하나도 없을까요? 여러분의 말로 가설을 세워 써 보세요. (15점)

✎ 그 값들은 전자가 ___ 수 없는 높이라서 …

(2)[칸 D]에서 구한 '사이의 폭'은 물질마다 다를까요? 물질 X·Y 말고 다른 고체 하나를 스스로 정해 그 폭이 넓을지 0일지 예상하고, 이것이 이 둘만의 우연인지 어떤 고체에서도 나타나는 규칙인지 이유와 함께 쓰세요. (15점)

✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 정한 고체 ___는(은) …

(3)물질 Y는 물질 X와 무엇이 달랐나요? 그 차이 때문에 두 고체의 성질(예: 전기가 얼마나 잘 흐를지)이 어떻게 달라질지 여러분의 생각을 쓰세요. (10점)

3

성찰 — 활동을 내 것으로 만들기

30점

(1) 순서 다시 짜기 — 이 활동을 처음 하는 친구에게 나라면 어떤 순서로 시킬지 쓰고, 왜 그 순서인지 한 문장으로 이유를 붙이세요. 지워도 되는 단계가 있다면 그것도 쓰세요. (15점)

(2) 이름 붙이기 — 오늘 다룬 '늘 채워진 아래 층', '전자가 절대 없는 사이', '밀어올려야 닿는 위 층' 세 가지를 각각 한 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 물리 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)

평가 기준
활동 수행 (30점)각 칸의 높이 값을 빠짐없이 옮기고, 차 계산과 ×표·반복 지시를 정확히 수행함상 · 중 · 하
해석 (40점)자기 가설에 이유를 붙였고, 다른 고체를 직접 정해 폭을 예상한 근거가 있음상 · 중 · 하
성찰 (30점)순서 재설계에 이유가 있고, 세 부분 각각에 알맞은 이름을 짝지음상 · 중 · 하
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연습 문제

에너지 높이로 쌓인 층 — 늘 채워진 곳, 절대 없는 사이, 밀어올려야 닿는 곳 · 각 20점 · 총 100점
학년
이름
점수

안내 — 1쪽에서 스스로 세운 개념을 이번에는 반복해서 적용해 봅니다. 풀이 과정을 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.

1.고체의 에너지띠는 전자가 채워진 원자가띠, 그 위의 전도띠, 둘 사이의 띠틈으로 이루어진다. 세 부분의 이름을 쓰고 각각에 전자가 있는지(채워짐/거의 없음/존재 불가)를 쓰시오.
2.상온에서 전자가 대부분 채워져 있는 띠의 이름과, 그 바로 위에서 대체로 비어 있는 띠의 이름을 각각 쓰시오.
3.전자가 띠틈 안의 에너지 값을 가질 수 있는가? 그렇게 판단한 까닭을 한 줄로 쓰시오.
4.도체·반도체·절연체를 띠틈의 크기가 작은 것부터 큰 순서로 나열하시오.
5.어떤 반도체의 원자가띠 꼭대기가 1.1 eV, 전도띠 바닥이 2.2 eV이다. 띠틈의 크기(eV·J)와 이 띠틈을 넘는 데 필요한 빛의 최소 진동수(Hz)를 구하시오. (1 eV=1.60×10⁻¹⁹ J, h=6.63×10⁻³⁴ J·s)
정답
1. 원자가띠: 전자로 채워짐 / 전도띠: (상온에서) 전자가 거의 없음 / 띠틈: 전자가 존재할 수 없음 2. 채워진 띠 = 원자가띠, 비어 있는 띠 = 전도띠 3. 가질 수 없다. 띠틈은 전자가 존재할 수 없는(허용되지 않는) 에너지 구간이기 때문이다. 4. 도체(띠틈이 없거나 겹침) < 반도체(띠틈이 좁음) < 절연체(띠틈이 넓음) 5. 띠틈 = 2.2−1.1 = 1.1 eV = 1.1×1.60×10⁻¹⁹ = 1.76×10⁻¹⁹ J, 최소 진동수 f=E/h=1.76×10⁻¹⁹/6.63×10⁻³⁴ ≈ 2.66×10¹⁴ Hz
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