빛 꾸러미를 주고받으며 안쪽·바깥쪽 자리를 옮기는 알갱이
물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 아래 두 그림 상황을 머릿속에 그리며 지시대로 손으로 표시해 보세요. 상황 ㄱ: 중심 둘레를 도는 한 알갱이가 안쪽 고리에서 바깥쪽 고리로 자리를 옮기며 밖에서 온 빛 꾸러미 하나를 받아들입니다. 상황 ㄴ: 알갱이가 바깥쪽 고리에서 안쪽 고리로 옮겨 가며 빛 꾸러미 하나를 내보냅니다. 고리마다 정해진 값이 붙어 있습니다(안쪽=2, 바깥쪽=5). 개념 용어는 일부러 빼 두었으니 이유를 붙인 자기 생각으로 서술하세요. 예제: 안쪽 고리에서 바깥쪽 고리로 옮겨 가며 빛 꾸러미를 받아들이는 알갱이 (비교용: 바깥쪽 고리에서 안쪽 고리로 옮겨 가며 빛 꾸러미를 내보내는 알갱이)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①[칸 A]에 상황 ㄱ에서 알갱이가 어느 고리에서 어느 고리로 옮겼는지 화살표로 그려 보세요.
- ②상황 ㄱ에서 알갱이가 빛 꾸러미를 받아들였는지 내보냈는지 [칸 A] 아래에 적어 보세요.
- ③[칸 B]에 상황 ㄴ의 옮긴 방향을 화살표로 그리고, 빛 꾸러미를 받았는지 냈는지 함께 적어 보세요.
- ④[칸 A]와 [칸 B]를 비교해 옮긴 방향과 빛 꾸러미를 받고 냄의 관계를 [칸 C]에 한 문장으로 적어 보세요.
- ⑤안쪽 고리 값 2와 바깥쪽 고리 값 5의 차를 구해 [칸 D]에 적어 보세요.
- ⑥상황 ㄱ·ㄴ에서 주고받은 빛 꾸러미의 크기가 [칸 D]의 값과 어떻게 이어지는지 [칸 E]에 적어 보세요.
칸 A — 상황 ㄱ 관찰 — 옮긴 방향과 빛 꾸러미를 받고 냄
칸 B — 상황 ㄴ 관찰 — 옮긴 방향과 빛 꾸러미를 받고 냄
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)옮긴 방향과 빛 꾸러미를 받고 냄 사이의 관계가 이 두 상황만의 우연일까요, 어떤 옮김에서도 성립하는 규칙일까요? 다른 옮김 상황을 스스로 하나 만들어 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 만든 상황은 ___ 고리에서 ___ 고리로 옮기니 …
(2)상황 ㄱ과 ㄴ은 무엇 때문에 하나는 빛 꾸러미를 받아들이고 다른 하나는 내보냈을까요? 여러분의 생각을 쓰세요. (15점)
✎ ㄱ은 값이 낮은 자리에서 ___ 자리로 갔고, ㄴ은 그 반대라서 …
(3)주고받은 빛 꾸러미의 크기가 왜 두 고리 값의 합이 아니라 차와 이어질까요? [칸 D]를 근거로 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 다룬 것을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 스스로 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 두 상황에서 옮긴 방향과 빛 꾸러미를 받고 냄을 정확히 표시하고, 두 고리 값의 차를 바르게 구함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 가설에 이유를 붙였고, 다른 옮김 상황을 직접 만들어 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
빛 꾸러미를 주고받으며 안쪽·바깥쪽 자리를 옮기는 알갱이 · 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.전자가 에너지 준위 사이를 옮겨 다니는 현상을 무엇이라 하는지 쓰고, 에너지를 흡수하는 경우와 방출하는 경우를 각각 준위의 높낮이로 설명하시오.
2.전자가 양자수 m인 궤도에서 n인 궤도로 전이할 때, 방출 또는 흡수되는 광자의 에너지를 나타내는 식을 쓰시오.
3.전자가 m < n 인 궤도로 전이하면 광자의 에너지를 흡수하는가, 방출하는가? 이유와 함께 쓰시오.
4.전자가 에너지 준위 −3.4 eV에서 −13.6 eV로 전이할 때 방출되는 광자의 에너지를 eV와 J으로 구하고, 진동수를 구하시오. (h=6.63×10⁻³⁴ J·s, 1 eV=1.6×10⁻¹⁹ J)
5.전자가 진동수 4.0×10¹⁴ Hz인 광자를 흡수하여 전이하였다. 이 광자의 에너지는 몇 J인가? (h=6.63×10⁻³⁴ J·s)
정답
1. 전이. 낮은 준위→높은 준위로 이동할 때 에너지(광자)를 흡수, 높은 준위→낮은 준위로 이동할 때 방출한다.
2. E_광자 = hf = |Eₘ − Eₙ|
3. 흡수. m<n은 낮은 준위(m)에서 높은 준위(n)로의 이동이므로 에너지를 흡수한다.
4. E=|−3.4−(−13.6)|=10.2 eV=1.632×10⁻¹⁸ J, f=E/h=2.46×10¹⁵ Hz (높은→낮은 준위이므로 방출)
5. E=hf=6.63×10⁻³⁴×4.0×10¹⁴=2.652×10⁻¹⁹ J