지름이 줄어들 때 안쪽에서 벌어지는 일
통합과학 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 관측 자료 — 우주 공간의 같은 가스 덩어리를 아주 긴 시간 간격을 두고 다섯 번 측정했다(지름은 상댓값, 온도는 중심부 K). ㄱ: 지름 10 · 온도 100만 / ㄴ: 지름 10000 · 온도 10 / ㄷ: 지름 1 · 온도 1500만 / ㄹ: 지름 1000 · 온도 100 / ㅁ: 지름 100 · 온도 1만. ㄷ 이후 세 번 더 측정했더니 지름은 1, 1, 1로 같았고 온도도 1500만 근처를 유지했다. 한편 재료가 훨씬 적은 다른 덩어리 ㅅ은 지름 1까지 줄어든 뒤 중심 온도가 200만에서 더 오르지 않았고, 그 뒤로는 점점 어두워지기만 했다. 예제: 가스 덩어리 ㄱ~ㅁ의 다섯 번 측정값 (비교용: 재료가 훨씬 적은 덩어리 ㅅ)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①관측 자료의 다섯 측정값을 지름이 큰 것부터 순서대로, 기호만 [칸 A]에 적어 보세요.
- ②[칸 A]에 적은 순서 그대로 각 측정값의 중심 온도를 [칸 B]에 옮겨 적어 보세요.
- ③[칸 B]에서 바로 앞 값보다 온도가 몇 배로 뛰었는지 각 값 아래에 작게 적어 보세요.
- ④중심 온도가 1000만을 처음 넘은 측정값의 기호에 ◯표 하고, [칸 C]에 적어 보세요.
- ⑤④ 이후 세 번의 측정에서 지름이 어떻게 되었는지 [칸 D]에 한 줄로 적어 보세요.
- ⑥덩어리 ㅅ의 자료를 읽고, 가장 높았던 중심 온도를 [칸 E]에 적어 보세요.
칸 A — 지름이 큰 것부터 늘어놓은 순서(기호)
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 A]와 [칸 B]를 나란히 놓고 보면, 지름이 줄어드는 동안 중심 온도는 어떻게 변했나요? 두 값 사이의 관계를 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 지름이 ___배로 줄어들 때마다 중심 온도는 ___ 때문에 …
(2)이 관계는 이 덩어리에서만 생긴 우연일까요, 어느 덩어리에서도 생기는 규칙일까요? 다른 덩어리 P의 자료(지름 5000일 때 20, 지름 5일 때 300만, 지름 0.5일 때 2000만)로 직접 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. P의 자료로 확인해 보니 …
(3)덩어리 ㅅ도 지름 1까지 똑같이 줄어들었는데 [칸 E]의 값은 [칸 B]의 마지막 값과 크게 달랐습니다. 무엇 때문에 이런 차이가 생겼을지 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 한 일을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 다섯 측정값을 빠짐없이 순서대로 늘어놓고, 온도 옮겨 적기·배수 계산·표시 지시를 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 지름과 온도의 관계에 자기 가설과 이유를 붙였고, 다른 자료로 직접 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
지름이 줄어들 때 안쪽에서 벌어지는 일 · 각 20점 · 총 100점
안내 — 다음 물음에 답하시오.
1.별이 탄생하는 장소인 성운이 무엇인지, 주로 어떤 물질로 이루어져 있는지 쓰시오.
2.성운 → 원시별 → 주계열성으로 이어지는 별의 탄생 과정을, 중력 수축과 중심부 온도 변화를 넣어 설명하시오.
3.원시별이 주계열성이 되는 기준이 되는 중심부 온도는 약 몇 K이며, 그 온도에서 시작되는 반응은 무엇인지 쓰시오.
4.질량이 태양의 약 0.08배보다 작은 천체는 수축해도 별이 되지 못한다. 이 천체를 무엇이라 하며, 별이 되지 못하는 까닭은 무엇인지 쓰시오.
5.주계열성이 된 뒤에는 크기가 더 이상 줄어들지 않고 오랫동안 일정하게 유지된다. 그 까닭을 두 힘의 관계로 설명하시오.
정답
1. 성운은 성간 물질(가스와 우주 먼지)이 모여 있는 구름으로, 주성분은 수소와 헬륨이다. 별은 성운에서 밀도가 특히 높고 온도가 낮은 부분이 중력으로 뭉치면서 탄생한다.
2. 성운의 밀도 높은 부분이 자체 중력으로 수축하면 위치 에너지가 열로 바뀌어 중심부 온도가 올라가고 원시별이 된다. 수축이 계속되어 중심부 온도가 약 1000만 K에 이르면 수소 핵융합 반응이 시작되고, 이때부터 주계열성이 된다.
3. 약 1000만 K, 수소 핵융합 반응(수소 4개가 헬륨 1개로 바뀌며 에너지 방출)
4. 갈색 왜성. 질량이 작아 중력 수축으로 얻는 열이 부족해 중심부 온도가 약 1000만 K에 이르지 못하므로 수소 핵융합 반응을 시작하지 못한다.
5. 안쪽으로 당기는 중력과, 핵융합으로 데워진 내부 기체가 바깥으로 밀어내는 압력(기체 압력·복사압)이 서로 균형을 이루기 때문이다(정역학 평형).