뭉치면 줄어드는 무게
통합과학 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 이 평가지에는 개념 용어가 일부러 빠져 있습니다. 아래 무게표를 보고 지시대로 직접 계산한 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석·성찰해 서술하세요. 정답 문장은 정해져 있지 않고 이유를 붙인 자기 생각이면 됩니다. 무게표 (단위 u) — 양성자 1.0073 · 중성자 1.0087 · 양성자 2개와 중성자 2개가 뭉친 헬륨 원자핵 4.0015 예제: 양성자 2개 + 중성자 2개 → 헬륨 원자핵 (비교용: 뭉치지 않고 한 접시에 담기만 한 경우)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①무게표에서 양성자 2개와 중성자 2개의 무게를 각각 [칸 A]에 쓰고, 넷을 모두 더해 합을 구하세요.
- ②이 4조각이 뭉쳐 하나가 된 헬륨 원자핵의 무게(4.0015)를 [칸 B]에 옮겨 쓰세요.
- ③[칸 A]의 합에서 [칸 B]의 무게를 빼서, 뭉치며 줄어든 양을 [칸 C]에 쓰세요.
- ④중수소(2.0141) 2개가 뭉쳐 3.0160짜리 하나와 1.0087짜리 하나가 될 때 줄어든 무게를 [칸 D]에 쓰세요.
- ⑤양성자 2개·중성자 2개를 뭉치지 않고 접시에 담기만 했을 때의 전체 무게를 [칸 E]에 쓰세요.
- ⑥[칸 C]와 [칸 E]를 견주어, 무게가 줄어든 경우와 그대로인 경우를 한눈에 표시해 두세요.
칸 A — 떨어져 있는 4조각의 무게를 각각 쓰고 모두 더한 합 (u)
칸 B — 4조각이 뭉쳐 하나가 된 헬륨 원자핵의 무게 (u)
칸 D — 다른 재료로 다시 했을 때 줄어든 무게
칸 E — 뭉치지 않고 접시에 담기만 했을 때의 무게
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 C]처럼 4조각이 하나로 뭉치자 무게가 줄었습니다. 줄어든 무게는 어디로 사라졌을까요? 이 뭉침에서 엄청난 빛과 열이 터져 나온다는 사실과 연결해 여러분의 생각을 쓰세요. (15점)
✎ 줄어든 무게는 사라진 게 아니라 ___(으)로 바뀐 것 같다. 왜냐하면 …
(2)[칸 C]와 [칸 D] 두 경우 모두에서 무게가 줄었나요? 무게가 주는 것은 이 재료라서 생긴 우연일까요, 뭉치는 어떤 경우에도 생기는 규칙일까요? 무게표 밖의 값을 스스로 하나 더 정해 뭉침을 흉내 내 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 정한 값 ___와 ___로 해 보니 …
(3)[칸 E]는 [칸 C]와 무엇이 달랐나요? 똑같은 4조각인데 접시에 담기만 했을 때는 무게가 그대로였습니다. 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) | 무게표의 값을 빠짐없이 옮겨 더하고 빼며, 줄어든 양과 그대로인 양을 정확히 구함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 무게가 줄어든 까닭을 근거를 들어 자기 말로 설명하고, 우연/규칙을 다른 사례로 검증함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 활동 순서를 스스로 재구성하고, 자신의 경험에 알맞은 이름(용어)을 연결함 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
뭉치면 줄어드는 무게 · 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.핵반응에서 나타나는 '질량 결손'이 무엇인지 설명하시오.
2.중수소(2.0141 u)와 삼중수소(3.0160 u)가 반응하여 헬륨 원자핵(4.0015 u)과 중성자(1.0087 u)가 될 때 질량 결손을 구하시오.
3.질량 결손이 0.0199 u인 핵반응에서 방출되는 에너지 E를 E = Δmc²로 구하시오. (1 u = 1.66×10⁻²⁷ ㎏, c = 3×10⁸ ㎧)
4.다음 중 질량-에너지 관계로 큰 에너지를 방출하는 현상을 모두 고르시오. ㉠ 태양에서 수소가 헬륨으로 융합 ㉡ 물이 끓어 수증기가 됨 ㉢ 우라늄 원자핵이 분열 ㉣ 나무가 연소
5.어떤 핵반응에서 9.0×10⁻¹³ J의 에너지가 방출되었다. 이때 줄어든 질량 Δm을 구하시오. (c = 3×10⁸ ㎧)
정답
1. 핵반응 후 입자들의 질량 합이 반응 전보다 줄어드는데, 이때 줄어든 질량 차이를 질량 결손이라 한다.
2. 0.0199 u ( = 5.0301 − 5.0102 )
3. 약 3.0×10⁻¹² J (Δm ≈ 3.30×10⁻²⁹ ㎏)
4. ㉠, ㉢ (핵반응만 질량 결손으로 큰 에너지 방출 · ㉡ 상태변화·㉣ 화학반응은 질량 변화가 무시할 만큼 작음)
5. 1.0×10⁻²⁹ ㎏ ( = 9.0×10⁻¹³ ÷ 9×10¹⁶ )