보는 자리에 따라 달라지는 두 일의 순서
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: 빠르게 날아가는 우주선 한가운데서 빛이 퍼져 나가 앞뒤 벽의 두 장치에 닿는 일 (비교용: 땅 위에 멈춰 선 기차 한가운데서 빛이 퍼져 나가 앞뒤 벽의 두 장치에 닿는 일)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①우주선 한가운데에서 빛이 앞뒤로 퍼져 나가는 그림을 그리고, 앞벽 장치를 A, 뒷벽 장치를 B로 적으세요.
- ②우주선 안에 탄 사람이 되어, 빛이 A와 B까지 간 거리를 재어 [칸 A]에 두 값을 적으세요.
- ③그 사람에게 빛이 A와 B에 닿는 순간이 어떻게 보일지 한 문장으로 [칸 A] 아래에 적으세요.
- ④이번엔 밖의 멈춘 별에 선 사람이 되어, 우주선이 오른쪽으로 달리는 동안 A벽과 B벽이 각각 어디로 움직이는지 화살표로 표시하세요.
- ⑤그 사람이 보기에 빛이 A까지 간 거리와 B까지 간 거리를 비교해 [칸 B]에 '더 길다/더 짧다'로 적으세요.
- ⑥두 장치 중 빛이 먼저 닿는 쪽을 골라 [칸 C]에 적고, 두 사람의 답이 어떻게 갈렸는지 [칸 D]에 적으세요.
- ⑦멈춰 선 기차로 ②~⑥을 다시 해 보고, 먼저 닿는 쪽이 있는지 없는지를 [칸 E]에 적으세요.
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)같은 하나의 일을 두고 두 사람의 답이 갈렸습니다. 둘 중 한 사람이 틀린 것일까요, 아니면 둘 다 맞을 수 있을까요? 여러분의 말로 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 ___ 쪽에 걸겠다. 왜냐하면 빛이 간 ___이(가) 두 사람에게 ___기 때문에 …
(2)이 갈림은 우주선이라서 생긴 우연일까요, 빠르게 움직이는 어떤 것에서도 생기는 규칙일까요? 달리는 버스·엘리베이터 같은 다른 상황을 하나 직접 골라 확인한 결과와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 상황 ___에서 해 보니 …
(3)[칸 E]의 멈춘 기차 결과는 [칸 C]와 무엇이 달랐나요? 무엇 때문에 그 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) 물리 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 두 처지에서 각각 거리를 비교하고, 먼저 닿는 쪽 표시 지시를 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 가설에 이유를 붙였고, 다른 상황을 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
보는 자리에 따라 달라지는 두 일의 순서 · 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.특수 상대성 이론 이전에는 시간을 어떤 값으로 보았는지, 그리고 특수 상대성 이론에서는 시간을 어떻게 보는지 각각 한 문장으로 쓰시오.
2.빠르게 달리는 우주선 한가운데의 광원에서 빛이 퍼질 때, ㉠ 우주선 안의 관찰자와 ㉡ 우주선 밖 정지한 행성의 관찰자가 각각 두 검출기의 빛 도달을 어떻게 판단하는지 쓰시오.
3.위 상황에서 두 관찰자의 판단이 갈리는 까닭을 광속과 검출기까지의 거리로 설명하시오.
4.길이 300 m인 우주선의 한가운데 광원에서 빛이 나올 때, 우주선 안의 관찰자가 측정한 빛의 도달 시간을 구하시오. (광속 3.0×10⁸ m/s)
5.위 우주선이 밖의 관찰자에 대해 0.6c로 달릴 때, 그 관찰자가 보기에 빛이 뒤쪽 검출기와 앞쪽 검출기에 닿는 데 걸리는 시간을 각각 구하고 어느 사건이 먼저인지 쓰시오. (우주선 길이는 150 m 절반값 그대로 사용)
정답
1. 이전: 시간은 누구에게나 똑같이 흐르는 절대적이고 변하지 않는 값. 특수 상대성 이론: 시간은 상대적이어서 상황(관찰자)에 따라 달라진다.
2. ㉠ 두 검출기에 빛이 동시에 도달 → 두 사건 A, B는 동시에 일어난다. ㉡ 왼쪽(뒤쪽) 검출기에 빛이 먼저 도달 → 사건 B가 먼저 일어난다.
3. 빛의 속력은 두 관찰자 모두에게 같은데, 밖의 관찰자에게는 우주선이 진행하므로 뒤쪽 검출기가 빛에 다가오고 앞쪽 검출기는 멀어져 빛이 간 거리가 달라지기 때문이다.
4. 150 m ÷ (3.0×10⁸ m/s) = 5.0×10⁻⁷ s (두 검출기 모두 같음)
5. 뒤쪽: 150/(1.6×3.0×10⁸) = 3.125×10⁻⁷ s, 앞쪽: 150/(0.4×3.0×10⁸) = 1.25×10⁻⁶ s → 뒤쪽 사건이 먼저 일어난다.