안쪽 에너지가 늘어나는 통과 줄어드는 통

물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점

학년

이름

점수

안내 — 이 평가지에는 교과서 용어가 빠져 있습니다. 지시대로 관찰하고 표시한 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석하고 성찰하여 서술하세요. 정해진 정답 문장은 없으며 이유를 붙인 자기 생각이면 됩니다. 예제: 단단하게 꽉 닫힌 통을 불 위에 올린 상황 (비교용: 두꺼운 담요로 감싼 통에서 마개가 밀려 나가는 상황)

활동 — 순서대로 해 보기

30점

①상황 ㉮: 단단하고 꽉 닫힌 통을 불 위에 올렸을 때 통 안에서 달라지는 것을 [칸 A]에 적어 보세요.
②상황 ㉯: 두꺼운 담요로 감싼 통의 마개가 밀려 나가며 통 안 공간이 커질 때 달라지는 것을 [칸 B]에 적어 보세요.
③두 상황에서 통 안 공간의 크기가 달라졌는지 각각 '그대로 / 커짐'으로 [칸 A]와 [칸 B]에 표시하세요.
④㉮와 ㉯에서 통 안에 담긴 에너지가 늘었는지 줄었는지 화살표(↑ 또는 ↓)로 [칸 A]와 [칸 B]에 표시하세요.
⑤두 상황에서 똑같이 나타난 점을 찾아 [칸 C]에, 서로 다른 점을 찾아 [칸 D]에 적어 보세요.
⑥(안쪽 에너지 변화) = (바깥에서 받은 몫) − (밖으로 내보낸 몫) 으로 두 상황의 셈을 [칸 E]에 각각 쓰세요.

칸 A — ㉮ 통에서 달라진 것 · 공간 크기 · 화살표

칸 B — ㉯ 통에서 달라진 것 · 공간 크기 · 화살표

칸 C — 두 상황의 같은 점

칸 D — 두 상황의 다른 점

칸 E — ㉮·㉯의 셈

해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기

40점

(1)㉮에서는 밖으로 내보낸 몫이 0이 됩니다. 통의 어떤 조건 때문에 그렇게 되는지 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)

✎ 통 안 공간의 크기가 ___ 때문에, 바깥을 밀어 옮긴 것이 ___ 이므로 …

(2)㉯에서는 바깥에서 받은 몫이 0인데도 통 안이 차가워집니다. 그 에너지는 어디로 갔을까요? 여러분이 직접 고른 다른 사례로 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)

✎ 나는 ___ 쪽에 걸겠다. 내가 고른 사례 ___ 로 살펴보니 …

(3)㉮와 ㉯는 통 안 에너지가 서로 반대로 달라졌습니다. 무엇 때문에 그런 차이가 생겼는지 [칸 D]를 근거로 쓰세요. (10점)

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 관찰한 것을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)

평가 기준

활동 수행 (30점)	두 상황의 관찰 결과를 빠짐없이 적고, 공간 크기와 화살표 표시를 정확히 수행함	상 · 중 · 하
해석 (40점)	자기 가설에 이유를 붙였고, 직접 고른 다른 사례로 확인한 근거가 있음	상 · 중 · 하
성찰 (30점)	순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음	상 · 중 · 하

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연습 문제

안쪽 에너지가 늘어나는 통과 줄어드는 통 · 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.부피가 일정한 과정에서 기체가 외부에 한 일 W의 값을 쓰고, 그때 열역학 제1법칙 Q = ΔU + W 가 어떤 식으로 간단해지는지 쓰시오.

2.부피가 일정한 용기 속 기체에 200 J의 열을 가하였다. 기체의 내부 에너지 변화 ΔU를 구하시오.

3.단열 팽창하는 기체가 외부에 150 J의 일을 하였다. 이 기체의 내부 에너지 변화 ΔU를 구하고 온도 변화를 쓰시오.

4.단열 과정에서 Q = ΔU + W = 0 이므로 W = −ΔU 가 된다. 이 식이 뜻하는 바를 기체가 한 일과 내부 에너지의 관계로 설명하시오.

5.압력-부피 그래프에서 상태 변화가 수직선을 따라 위쪽으로 진행하였다. 이 과정의 이름과, 이때 열의 출입 Q가 내부 에너지·일 중 무엇으로 쓰이는지 쓰시오.

6.단열 상태에서 기체를 압축하여 내부 에너지가 80 J 증가하였다. 외부가 기체에 해 준 일의 크기를 구하시오.

정답

1. W = 0 J (부피 변화가 없어 기체가 한 일이 없다) → Q = ΔU 2. ΔU = Q − W = 200 J − 0 J = 200 J (내부 에너지 200 J 증가, 온도 상승) 3. Q = 0 이므로 ΔU = −W = −150 J (내부 에너지 150 J 감소, 온도 하강) 4. 기체가 외부에 한 일은 모두 자신의 내부 에너지에서 나온다. 일을 한 만큼(W > 0) 내부 에너지가 그만큼 줄어(ΔU < 0) 온도가 내려간다. 반대로 단열 압축(W < 0)이면 내부 에너지가 늘어 온도가 오른다. 5. 부피가 일정한 과정(등적 과정). 부피가 변하지 않아 W = 0 이므로 가해 준 열 Q는 전부 내부 에너지 증가(ΔU)로 쓰이며, 압력이 커지므로 온도가 올라간다. 6. Q = 0, ΔU = −W 이므로 W = −80 J. 즉 외부가 기체에 80 J의 일을 해 주었다.

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