달리는 기차에서 내보낸 것을 땅에서 재면 얼마인가
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: 기차에서 쏜 화살 (비교용: 기차에서 비춘 레이저)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①그림 (가)에서 기차에 적힌 값과 화살에 적힌 값을 [칸 A]에 그대로 옮겨 적어 보세요.
- ②[칸 A]의 두 값을 더한 결과를 단위와 함께 [칸 B]에 적어 보세요.
- ③그림 (가)에서 땅에 서 있는 사람이 잰 값을 찾아 [칸 B]의 값과 같은지 ◯, 다른지 ×로 표시하세요.
- ④그림 (나)에서 기차에 적힌 값과 레이저에 적힌 기호를 [칸 C]에 옮겨 적어 보세요.
- ⑤그림 (나)에서 땅에 서 있는 사람이 잰 값을 찾아 [칸 D]에 적고, [칸 C]의 두 값을 더한 것과 같은지 ◯, 다른지 ×로 표시하세요.
- ⑥(가)와 (나) 중 '더하기'가 통한 쪽과 통하지 않은 쪽을 갈라 [칸 E]에 적어 보세요.
칸 A — (가) 기차에 적힌 값 · 화살에 적힌 값
칸 B — (가) 두 값을 더한 결과 · 땅에서 잰 값과 같은가(◯/×)
칸 C — (나) 기차에 적힌 값 · 레이저에 적힌 기호
칸 D — (나) 땅에서 잰 값 · 더한 것과 같은가(◯/×)
칸 E — 더하기가 통한 쪽 / 통하지 않은 쪽
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 B]와 [칸 D]에서 '더하기'의 결과가 갈렸습니다. 무엇이 달라서 한쪽에서만 더하기가 통했다고 생각하나요? 여러분의 말로 쓰세요. (15점)
✎ (가)에서 기차 밖으로 나간 것은 ___이고, (나)에서 나간 것은 ___이기 때문에 …
(2)기차의 값을 100 대신 여러분이 고른 다른 값(예: 50, 300)으로 바꿔 (가)와 (나)를 각각 다시 계산해 보세요. 땅에서 잰 값이 바뀌는 쪽과 바뀌지 않는 쪽이 있나요? 이것은 100이라는 숫자 때문에 생긴 우연일까요, 어떤 값에서도 생기는 규칙일까요? 고른 값과 결과를 함께 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 값 ___로 해 보니 …
(3)(나)에서 기차가 아무리 빨라져도 땅에서 잰 값이 그대로라면, 기차 안 사람이 잰 값과 땅의 사람이 잰 값은 서로 어떤 관계일까요? 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 확인한 사실을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 물리 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 두 그림에서 값을 빠짐없이 옮겨 적고, 더한 값과 잰 값의 일치 여부를 정확히 표시함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 두 경우가 갈린 까닭에 이유를 붙였고, 다른 값을 직접 넣어 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
달리는 기차에서 내보낸 것을 땅에서 재면 얼마인가 · 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.광속 불변 원리를 한 문장으로 서술하시오.
2.속도 100 km/h로 달리는 기차 안에서 기차의 진행 방향으로 기차에 대해 200 km/h로 화살을 쏘았다. 지면에 정지한 관찰자가 측정한 화살의 속도를 구하시오(뉴턴 역학의 속도 합).
3.위와 같은 기차 안에서 진행 방향으로 레이저 빛을 비추었다. 지면에 정지한 관찰자가 측정한 빛의 속도를 구하고, 그 까닭을 쓰시오.
4.다음 중 광속 불변 원리에 어긋나는 서술을 고르시오. (가) 기차가 빨라지면 지면의 관찰자가 측정한 빛의 속도도 커진다 (나) 정지한 관찰자와 움직이는 관찰자가 측정한 빛의 속도는 같다
5.화살의 경우와 빛의 경우에서 지면의 관찰자가 측정한 결과가 달라지는 까닭을 속도 합의 성립 여부로 설명하시오.
정답
1. 관찰자나 광원의 운동 상태와 관계없이 진공에서 측정한 빛의 속도는 항상 c로 일정하다는 원리이다.
2. 100 + 200 = 300 km/h
3. c (약 3×10⁸ m/s). 광속 불변 원리에 따라 광원인 기차의 속도가 더해지지 않으므로 V+c 가 아니라 c 이다.
4. (가)
5. 화살은 기차의 속도와 화살의 속도가 더해져 300 km/h로 측정되지만, 빛은 속도 합이 성립하지 않아 기차의 속도와 무관하게 항상 c로 측정된다.