가해진 열이 두 갈래로 나뉘어 쓰이는 과정
물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 이 평가지에는 개념 용어가 일부러 빠져 있습니다. 지시를 따라 손으로 직접 해 본 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석하고 성찰하여 서술하세요. 정답 문장이 정해져 있지 않으니, 이유를 붙인 자기 생각이면 됩니다. 예제: 통 속 알갱이를 데워 막이 밀려 나가는 경우 (비교용: 막을 못으로 고정해 밀려 나가지 못하는 경우)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①긴 통 한쪽에 움직이는 막이 있고 왼쪽에서 열이 들어가는 그림을 보고, 열이 들어간 뒤 달라지는 것을 [칸 A]에 두 가지 적어 보세요.
- ②[칸 A]에 적은 두 가지를 '막이 밖으로 밀려 나간 것'과 '알갱이가 더 빠르게 흔들린 것'으로 나누어 [칸 B]에 각각 적어 보세요.
- ③가로축이 통 속 공간의 크기, 세로축이 막을 누르는 세기인 그래프에서 선이 가로로 곧게 놓인 구간을 찾아 [칸 C]에 그 선의 모양을 그려 보세요.
- ④[칸 C]의 곧은 선 아래에서 공간이 커진 만큼을 색칠하고, 그 색칠한 부분의 가로 길이와 세로 길이를 [칸 D]에 적어 보세요.
- ⑤[칸 D]의 가로와 세로를 곱한 값을 계산해 [칸 D] 아래에 적고, 그 값이 ②의 두 가지 중 어느 쪽과 짝이 되는지 ◯표 하세요.
- ⑥이번에는 막을 못으로 고정해 밀려 나가지 못하게 한 경우를 상상하고, ②의 두 가지 중 무엇이 사라지는지 [칸 E]에 적어 보세요.
칸 A — 열이 들어간 뒤 달라진 것 두 가지
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)통에 들어간 열은 어디로 갔나요? [칸 B]의 두 갈래를 이용해 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 들어간 열은 일부가 ___에 쓰이고, 나머지는 ___에 쓰였기 때문에 …
(2)④에서 색칠한 부분의 넓이가 막을 밀어낸 정도와 같다는 것은 이 그림에서만 생긴 우연일까요, 곧은 선이 나오는 어떤 경우에도 생기는 규칙일까요? 세로 길이나 가로 길이를 여러분이 직접 다른 값으로 바꿔 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 세로를 ___, 가로를 ___로 바꿔 보니 …
(3)⑥의 [칸 E]는 원래 경우와 무엇이 달랐나요? 무엇 때문에 그런 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) | 달라진 것을 두 갈래로 빠짐없이 나누고, 그래프에서 색칠·계산 지시를 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 가설에 이유를 붙였고, 값을 직접 바꿔 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
가해진 열이 두 갈래로 나뉘어 쓰이는 과정 · 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.이상 기체에 대한 열역학 제1법칙을, 공급한 열 Q·내부 에너지 변화 ΔU·기체가 한 일 W 를 써서 식으로 나타내시오. 또 압력이 일정할 때 W 를 압력 P 와 부피 변화 ΔV 로 나타내시오.
2.압력이 2.0×10⁵ Pa 로 일정하게 유지되는 동안 기체의 부피가 0.003 m³ 에서 0.005 m³ 로 늘어났다. 기체가 외부에 한 일을 구하시오.
3.위 2번 과정에서 기체에 공급된 열이 1000 J 이었다면, 이 기체의 내부 에너지 증가량은 얼마인가?
4.압력-부피 그래프에서 등압과정이 어떤 모양의 선으로 나타나는지 쓰고, 기체가 한 일이 그래프의 무엇에 해당하는지 쓰시오.
5.압력 1.0×10⁵ Pa 로 일정한 상태에서 기체의 부피가 0.02 m³ 만큼 줄어들었다. 이때 기체가 한 일을 구하고 그 부호의 의미를 쓰시오.
6.부피가 일정하게 유지되는 과정에서 기체에 열 Q 를 공급했다. 이때 기체가 한 일과 내부 에너지 변화를 각각 쓰시오.
정답
1. Q = ΔU + W, 압력이 일정할 때 W = PΔV = P(V₂ - V₁)
2. W = PΔV = 2.0×10⁵ × 0.002 = 400 J
3. ΔU = Q - W = 1000 - 400 = 600 J
4. 압력이 일정하므로 가로축에 나란한 수평선으로 나타나며, 기체가 한 일은 그 수평선 아래 V₁~V₂ 구간의 직사각형 넓이(W = PΔV)와 같다.
5. W = PΔV = 1.0×10⁵ × (-0.02) = -2000 J. 부호가 음(-)이므로 기체가 일을 한 것이 아니라 외부가 기체에 2000 J 의 일을 해 준 것이다.
6. ΔV = 0 이므로 W = PΔV = 0, 따라서 ΔU = Q (공급한 열이 모두 내부 에너지 증가로 쓰인다).