뜨거운 쪽에서 받아 움직임을 만들고 남은 것을 차가운 쪽으로 흘려보내는 장치
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: 휘발유를 태워 바퀴를 돌리는 자동차 엔진 (비교용: 같은 연료를 쓰지만 바퀴를 조금만 돌리는 낡은 엔진)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①자동차 엔진이 휘발유를 태울 때 ⑴ 엔진이 받는 것 ⑵ 밖으로 빠져나가는 것 ⑶ 바퀴로 전달되는 것을 [칸 A]에 한 줄씩 적어 보세요.
- ②[칸 A]의 세 가지를 '들어오는 것'과 '나가는 것'으로 나누어 [칸 B]에 분류해 적어 보세요.
- ③들어온 양이 1000, 바퀴로 간 양이 300이라면 밖으로 빠져나간 양은 얼마인지 계산해 [칸 C]에 적어 보세요.
- ④[칸 C] 옆에 (바퀴로 간 양 ÷ 들어온 양)을 소수로 계산해 적어 보세요.
- ⑤들어온 양 1000, 밖으로 빠져나간 양 900인 낡은 엔진으로 ③④를 똑같이 반복해 [칸 D]에 적어 보세요.
- ⑥두 엔진 중 같은 연료로 더 많이 움직이는 쪽을 [칸 E]에 쓰고, ④에서 구한 두 소수를 큰 것부터 나란히 배열해 보세요.
칸 A — 엔진이 받는 것 · 빠져나가는 것 · 바퀴로 가는 것
칸 C — 1000·300일 때 빠져나간 양과 나눈 값
칸 D — 1000·900인 엔진의 같은 계산
칸 E — 더 많이 움직이는 쪽과 두 값의 배열
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)③에서 밖으로 빠져나간 양을 계산할 때 여러분이 세운 식을 쓰고, 왜 그 식이 성립한다고 생각하는지 설명해 보세요. (15점)
✎ 들어온 양은 ___와 ___로 나뉘기 때문에 …
(2)④에서 구한 소수는 이 장치의 무엇을 나타낼까요? 들어온 양과 바퀴로 간 양을 여러분이 직접 다른 값으로 골라 다시 계산한 결과와 함께, 이 값이 1을 넘을 수 있을지 없을지 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (넘을 수 있다 / 넘을 수 없다) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 값 ___와 ___로 해 보니 …
(3)⑤의 낡은 엔진은 ③④의 엔진과 무엇이 달랐나요? 밖으로 빠져나가는 양이 0이 되는 장치를 만들 수 있을지, 여러분의 생각을 이유와 함께 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 관찰하고 계산한 것을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것(들어오는 쪽, 나가는 쪽, 나눈 값)에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 들어오는 것과 나가는 것을 빠짐없이 나누고, 두 장치의 계산을 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 가설에 이유를 붙였고, 다른 값을 직접 골라 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
뜨거운 쪽에서 받아 움직임을 만들고 남은 것을 차가운 쪽으로 흘려보내는 장치 · 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 열기관이 고열원에서 1000 J의 열을 흡수하고 저열원으로 700 J의 열을 방출하였다. 이 열기관이 한 일 W와 열효율 e를 구하시오.
2.열기관의 열효율이 e = W/Q1 = 1 - Q2/Q1 로 표현되는 이유를 W = Q1 - Q2 를 이용하여 설명하시오.
3.고열원에서 800 J을 흡수하여 200 J의 일을 하는 열기관이 저열원으로 방출하는 열 Q2와 열효율을 구하시오.
4.열효율이 0.4인 열기관이 500 J의 일을 하였다. 흡수한 열 Q1과 방출한 열 Q2를 구하시오.
5.열효율이 1(100 %)인 열기관을 만들 수 없는 까닭을 Q2와 관련지어 쓰시오.
정답
1. W = Q1 - Q2 = 1000 - 700 = 300 J, e = W/Q1 = 300/1000 = 0.3 (30 %)
2. W = Q1 - Q2 이므로 e = W/Q1 = (Q1-Q2)/Q1 = 1 - Q2/Q1 이다.
3. Q2 = 800 - 200 = 600 J, e = 200/800 = 0.25 (25 %)
4. Q1 = 500/0.4 = 1250 J, Q2 = 1250 - 500 = 750 J
5. e = 1 - Q2/Q1 에서 e = 1 이려면 Q2 = 0 이어야 하는데, 열역학 제2법칙에 따라 저열원으로 열을 전혀 방출하지 않고 흡수한 열을 모두 일로 바꾸는 열기관은 존재할 수 없다.