한 방향으로 모으기, 그리고 0이 되는 온도
통합과학 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 지시대로만 손을 움직이세요. 아래에 나오는 온도는 그 물질에 전기가 흐를 때 받는 방해가 완전히 사라지는 온도입니다. 예제: 화살표 12개와 네 물질(4 K~203 K) (비교용: 액체 헬륨으로만 식힐 수 있는 수은(4 K))
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①다음을 온도가 낮은 것부터 [칸 A]에 적으세요: 수은 4 K, La-Ba-Cu-O 35 K, Y-Ba-Cu-O 92 K, H₂S 203 K.
- ②[칸 A]의 각 물질 옆에 알려진 해(1911, 1986, 1987, 2015)를 짝지어 적으세요.
- ③[칸 A]에서 온도가 77 K보다 높은 것에 ◯, 77 K보다 낮은 것에 △ 표시를 하세요.
- ④[칸 B]에 짧은 화살표 12개를 서로 제각각 다른 방향을 향하도록 흩어지게 그리세요.
- ⑤[칸 C]에 짧은 화살표 12개를 모두 같은 방향으로 나란히 줄 맞춰 그리세요.
- ⑥[칸 A]의 ◯ 개수와 △ 개수를 세어 [칸 D]에 적으세요.
- ⑦◯는 값싼 액체 질소(77 K)로, △는 비싼 액체 헬륨(4 K)으로 식혀야 합니다. 쓰기 쉬운 쪽을 [칸 E]에 적으세요.
- ⑧[칸 B]와 [칸 C] 중 종이 밑의 클립을 더 세게 끌어당길 쪽을 [칸 F]에 쓰세요.
칸 A — 물질 · 온도(낮은 순) · 알려진 해
칸 B — 화살표 12개 ─ 제각각 다른 방향
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 B]와 [칸 C] 중 한쪽이 클립을 더 세게 끌어당긴다면, 화살표 12개의 무엇이 그 차이를 만든 것일까요? 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 12개가 ___ 있을 때는 각각의 힘이 서로 ___하고, ___ 있을 때는 …
(2)①~②에서 나중에 알려진 물질일수록 온도가 높았나요? 이것은 이 네 개라서 생긴 우연일까요, 계속 이어지는 흐름일까요? MgB₂(2001년, 39 K)를 [칸 A]에 끼워 넣어 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 흐름) 쪽에 걸겠다. MgB₂를 넣어 보니 순서가 …
(3)[칸 E]에서 고르지 않은 쪽의 물질들은 무엇 때문에 쓰기 어려운가요? 두 냉각 액체의 온도를 근거로 들어 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) | 화살표 12개를 지시대로 그리고, 네 물질을 온도 순으로 빠짐없이 정리해 표시함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 판단에 이유를 붙였고, 물질 하나를 직접 끼워 넣어 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
한 방향으로 모으기, 그리고 0이 되는 온도 · 각 20점 · 총 100점
안내 — 1쪽에서 스스로 세운 개념을 이번에는 반복해서 적용해 봅니다. 풀이 과정을 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.
1.어떤 물질이 초전도 상태가 되기 시작하는 온도를 무엇이라 하는지 쓰고, 그 온도 이하에서 물질의 전기 저항이 얼마가 되는지 쓰시오.
2.다음 물질 중 액체 질소(끓는점 77 K)만으로 냉각해도 초전도 상태가 될 수 있는 것을 모두 고르시오. (가) 수은 4.2 K (나) Y-Ba-Cu-O 92 K (다) MgB₂ 39 K (라) H₂S(초고압) 203 K
3.과학자들이 임계 온도가 높은 고온 초전도체를 계속 찾는 까닭을 '냉각 비용'과 관련지어 서술하시오.
4.네오디뮴 자석은 철에 어떤 원소들을 첨가하여 만들며, 그 첨가가 철 원자의 무엇을 유지시켜 강한 자석이 되게 하는지 서술하시오.
5.하드 디스크의 헤드를 움직이는 장치, 고출력 소형 스피커, 강력 모터에 공통으로 쓰이는 신소재를 쓰고, 그것이 선택된 까닭을 한 문장으로 쓰시오.
정답
1. 임계 온도 · 전기 저항 = 0
2. (나), (라) — 임계 온도가 77 K보다 높음. (라)는 초고압 조건이 함께 필요함
3. 임계 온도가 높을수록 값싼 액체 질소(77 K) 등으로 냉각할 수 있어 액체 헬륨(4 K)보다 유지 비용이 크게 줄어 실용화에 유리하기 때문
4. 철 원자 사이에 네오디뮴과 붕소를 첨가함 · 철 원자의 자기장 방향이 흐트러지지 않고 한 방향으로 유지되어 강한 자석이 됨
5. 네오디뮴 자석 · 크기가 작아도 매우 강한 자기력을 내어 장치를 소형화할 수 있기 때문