들어온 양이 모두 움직임으로 바뀌지 못하는 장치
물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 이 평가지에는 개념 용어가 빠져 있습니다. 지시를 따라 손으로 직접 계산해 본 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석하고 성찰하여 서술하세요. 정해진 정답 문장은 없으며, 이유를 붙인 자기 생각이면 됩니다. 예제: 장치 ㉮ (따뜻한 쪽 400 K · 차가운 쪽 300 K) (비교용: 장치 ㉯ (따뜻한 쪽 500 K · 차가운 쪽 300 K))
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①[칸 A]에 장치 ㉮의 값을 적으세요. 따뜻한 쪽에서 받은 양 1000, 차가운 쪽으로 내보낸 양 750.
- ②[칸 B]에 장치 ㉯의 값을 적으세요. 따뜻한 쪽에서 받은 양 800, 차가운 쪽으로 내보낸 양 480.
- ③두 장치 각각 (받은 양 − 내보낸 양)을 계산해 [칸 C]에 적으세요. 이것이 움직임으로 바뀐 양입니다.
- ④[칸 C]의 값을 각 장치가 받은 양으로 나눈 값을 소수로 [칸 D]에 적으세요.
- ⑤[칸 D]의 두 값을 1과 비교해 더 큰 쪽 또는 작은 쪽에 ◯표 하세요.
- ⑥차가운 쪽으로 내보낸 양을 0으로 만들 수 있는지 [칸 E]에 ◯ 또는 ✕로 표시하세요.
- ⑦㉮는 300÷400, ㉯는 300÷500을 계산해 각각 1에서 뺀 값을 [칸 F]에 적으세요.
칸 F — 1 − (낮은 온도 ÷ 높은 온도)
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 D]의 값이 두 장치 모두 1보다 작았습니다. 이 값이 1이 되려면 [칸 C]와 받은 양이 어떤 관계여야 하는지, 그리고 그것이 왜 어려운지 여러분의 말로 쓰세요. (15점)
✎ [칸 D]가 1이 되려면 차가운 쪽으로 내보낸 양이 ___이어야 하는데, 그러면 …
(2)[칸 D]와 [칸 F]의 값을 견주어 보세요. 두 값이 이렇게 나온 것은 이 두 장치에서만 생긴 우연인가요, 어떤 장치에서도 성립하는 규칙인가요? 온도를 직접 바꾸어 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 온도 ___ K와 ___ K로 해 보니 …
(3)㉮보다 ㉯의 [칸 D] 값이 컸습니다. 두 장치의 무엇이 달라서 그런 차이가 생겼는지 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 알아낸 것을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 각 칸의 값을 빠짐없이 계산하고, 비교·표시 지시를 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 가설에 이유를 붙였고, 온도를 직접 바꾸어 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
들어온 양이 모두 움직임으로 바뀌지 못하는 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.열역학 제2법칙의 두 가지 진술을 각각 한 문장으로 쓰시오.
2.고온부에서 1000 J을 흡수하고 저온부로 750 J을 방출하는 열기관이 한 일과 효율을 구하시오.
3.고온부 500 K, 저온부 250 K인 카르노 기관의 효율을 구하고, 고온부에서 600 J을 흡수할 때 한 일을 구하시오.
4.효율이 1인 열기관을 만들 수 없는 이유를 열역학 제2법칙으로 설명하시오.
5.효율이 0.2인 열기관이 고온부에서 900 J을 흡수했다. 저온부로 방출하는 열은 몇 J인가?
정답
1. ① 열은 스스로 고온의 물체에서 저온의 물체로 이동하지만, 그 반대로의 이동은 스스로 일어나지 않는다. ② 효율이 1인 열기관은 존재하지 않는다(열을 모두 일로 바꿀 수 없다).
2. 일 W = 1000 − 750 = 250 J, 효율 e = 250/1000 = 0.25
3. e = 1 − 250/500 = 0.5, W = 600 × 0.5 = 300 J
4. 저온부로 방출하는 열 Q₂가 0이 될 수 없으므로 흡수한 열을 모두 일로 바꿀 수 없다. 따라서 효율은 항상 1보다 작다.
5. W = 900 × 0.2 = 180 J, Q₂ = 900 − 180 = 720 J