전기가 흐르는 동그란 고리 둘레에서 나침반이 가리키는 규칙 찾기

물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
학년
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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: 동그란 고리에 전기가 흐를 때 (비교용: 곧게 편 줄에 전기가 흐를 때)

1

활동 — 순서대로 해 보기

30점
  1. 줄을 동그란 고리로 구부려 전기를 흘린 모습을 [칸 A]에 그리고, 둘레 여러 곳에 나침반을 놓았을 때 바늘이 향한 방향을 화살표로 그려 보세요.
  2. 이번에는 줄을 곧게 편 채로 전기를 흘린 모습을 [칸 B]에 그리고, 그 둘레에 놓은 나침반 바늘 방향을 화살표로 그려 보세요.
  3. [칸 A]와 [칸 B]에서 바늘이 만든 무늬를 비교하여, 고리 '한가운데'에서 바늘이 놓인 방향을 [칸 C]에 적어 보세요.
  4. 나침반을 고리 한가운데·줄 바로 옆·고리 바깥으로 옮기며 바늘이 가장 크게 움직인 위치를 찾아 [칸 D]에 적어 보세요.
  5. 고리 안쪽에 놓았을 때와 바깥쪽에 놓았을 때 중 쇳가루 무늬가 더 촘촘한 쪽을 골라 [칸 E]에 적어 보세요.
  6. 전기가 흐르는 방향을 반대로 바꾸면 바늘 방향이 어떻게 되는지 [칸 A] 옆에 화살표로 다시 그려 보세요.
칸 A — 동그란 고리 둘레의 바늘 방향
칸 B — 곧게 편 줄 둘레의 바늘 방향
칸 C — 한가운데에서 바늘 방향
칸 D — 바늘이 가장 크게 움직인 위치
칸 E — 무늬가 더 촘촘한 쪽
2

해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기

40점

(1)④에서 바늘이 가장 크게 움직인 곳이 고리 한가운데였나요? 이것이 이 고리라서 생긴 우연일까요, 어떤 크기의 고리에서도 생기는 규칙일까요? 크기가 다른 고리를 하나 골라 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)

✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 다른 고리로 해 보니 …

(2)곧게 편 줄([칸 B])과 동그란 고리([칸 A])에서 바늘이 만든 무늬가 무엇 때문에 서로 달랐다고 생각하나요? 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)

✎ 곧은 줄에서는 바늘이 ___ 모양으로, 고리에서는 ___ 모양으로 놓였는데 …

(3)⑥에서 전기 방향을 반대로 했을 때 바늘 방향은 어떻게 되었나요? 전기가 흐르는 방향과 바늘이 가리키는 방향 사이에 어떤 관계가 있다고 보나요? (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) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)

평가 기준
활동 수행 (30점)각 칸에 바늘 방향·무늬를 빠짐없이 그리고, 비교·이동·표시 지시를 정확히 수행함상 · 중 · 하
해석 (40점)자기 가설에 이유를 붙였고, 크기가 다른 고리를 직접 골라 확인한 근거가 있음상 · 중 · 하
성찰 (30점)순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음상 · 중 · 하
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연습 문제

전기가 흐르는 동그란 고리 둘레에서 나침반이 가리키는 규칙 찾기 · 총 100점
학년
이름
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안내 — 이제 배운 용어를 사용해 아래 문제를 풀어 봅시다.

1.원형 도선에 전류가 흐를 때 도선의 중심에서 자기장의 방향은 도선이 이루는 면에 대해 어떠한지 쓰고, 오른나사 법칙으로 전류 방향과 자기장 방향을 어떻게 대응시키는지 서술하시오.
2.원형 도선을 앞에서 볼 때 전류가 시계 방향으로 흐른다면, 도선 중심에서 자기장은 종이면을 뚫고 들어가는 방향인가, 나오는 방향인가?
3.원형 도선의 안쪽과 바깥쪽 중 자기장의 세기가 더 센 곳은 어디이며, 도선 전체에서 자기장이 가장 센 곳은 어디인지 쓰시오.
4.곧은 직선 도선 둘레에 생기는 자기장의 모양과, 원형 도선 중심에 생기는 자기장의 모양을 각각 쓰시오.
5.원형 도선 중심의 자기장 세기 B는 전류 I에 비례하고 반지름 r에 반비례한다(B ∝ I/r). 반지름 r인 원형 도선에 전류 I가 흐를 때 중심 자기장이 B₀였다면, 전류를 3배로 늘리고 반지름을 2배로 늘렸을 때 중심 자기장은 B₀의 몇 배가 되는가?
6.전류가 흐르는 원형 도선이 하나의 자석처럼 행동한다고 할 때, 자기장이 빠져나가는 면과 들어가는 면은 각각 어떤 자극(N극, S극)에 해당하는지 쓰시오.
정답
1. 중심에서 자기장은 도선면에 수직인 직선 방향이다. 오른나사가 도는 방향을 전류 방향에 맞추면 나사가 진행하는 방향이 자기장 방향이다. 2. 종이면을 뚫고 들어가는 방향(오른나사를 시계 방향으로 돌리면 나사가 안쪽으로 진행하므로). 3. 안쪽이 바깥쪽보다 더 세다. 가장 센 곳은 원형 도선의 중심이다. 4. 직선 도선 둘레: 도선을 중심으로 한 동심원 모양. 원형 도선 중심: 도선면에 수직인 직선 모양. 5. 1.5배 (B ∝ I/r → 3배/2배 = 3/2 = 1.5). 6. 자기장이 빠져나가는 면이 N극, 들어가는 면이 S극이다.
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