빠르게 달릴수록 무거워지는 물체, 그리고 작은 알갱이에 잠든 큰 힘
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: 빛의 빠르기에 가까운 물체 (비교용: 일상 속 느린 물체)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①[칸 A]에 '같은 힘을 주면 물체가 빨라지는 정도는 지금 빠르기와 상관없다'는 예상을 옮겨 적으세요.
- ②[칸 B]에 '물체가 빠를수록 같은 만큼 더 빠르게 만들기가 어렵다'는 실제 실험 결과를 옮겨 적으세요.
- ③[칸 A]와 [칸 B]를 나란히 놓고 서로 어긋나는 점을 찾아 [칸 C]에 한 문장으로 적으세요.
- ④빠르기가 빛의 0.1·0.5·0.9배일 때 묵직함 배수가 1.005·1.15·2.29로 커집니다. 변화 방향을 [칸 D]에 화살표로 그리세요.
- ⑤'별에서 빛·열을 내는 것'과 '발전소·폭탄에 쓰이는 것'을 [칸 E]에 위·아래로 나누어 적으세요.
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)④에서 빠르기가 커질수록 '묵직함 배수'가 커졌습니다. 이 배수가 빛의 빠르기에 가까워질 때 얼마나 커질지, 표의 숫자로 짐작해 이유와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 0.9배에서 이미 ___배였으니, 빛의 빠르기에 가까워질수록 …
(2)[칸 A](계산의 예상)와 [칸 B](실제)가 왜 어긋났을까요? 무엇 때문에 계산만으로는 맞지 않았는지 여러분의 생각을 쓰세요. (15점)
✎ 계산은 빠르기와 상관없다고 했지만 실제로는 ___ 때문에 …
(3)[칸 E]에서 두 사례를 나눈 기준은 무엇이었나요? 두 사례에 공통으로 들어 있는 것은 무엇일지 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 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 예상과 실제를 정확히 옮기고, 비교·분류·화살표 지시를 빠짐없이 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 표의 숫자에 근거해 변화를 짐작했고, 어긋난 까닭에 자기 이유를 붙임 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
빠르게 달릴수록 무거워지는 물체, 그리고 작은 알갱이에 잠든 큰 힘 · 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.정지 질량이 2 kg인 물체의 정지 에너지 E=m₀c²를 구하시오. (c=3×10⁸ m/s)
2.질량·에너지 동등성 E=mc²에서, 아주 작은 질량이 바뀔 때 큰 에너지가 나오는 까닭을 c²의 크기로 설명하시오.
3.빠르기 v로 움직이는 물체의 질량은 m=γm₀, γ=1/√(1−v²/c²)이다. v=0.6c일 때 γ를 구하시오.
4.정지 질량이 10 kg인 물체가 v=0.6c로 움직일 때의 질량을 구하시오.
5.질량·에너지 동등성의 예인 핵반응 중, 태양과 같은 별에서 빛과 열을 내는 반응의 이름을 쓰시오.
6.핵분열 반응이 이용되는 예를 두 가지 쓰시오.
정답
1. E = 2 × (3×10⁸)² = 1.8×10¹⁷ J
2. c²=9×10¹⁶ (m/s)²으로 매우 크므로, 작은 질량 m이라도 mc²은 매우 큰 에너지가 된다
3. γ = 1/√(1−0.36) = 1/√0.64 = 1.25
4. m = γm₀ = 1.25 × 10 = 12.5 kg
5. 핵융합 반응
6. 원자력 발전, 원자 폭탄