누를수록 좁아지는 갇힌 공기의 규칙 찾기
화학 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 원통 안에 공기를 가두고 위에서 누르는 세기를 조금씩 키우며, 세기와 공간이 어떻게 맞물려 변하는지 직접 계산해 규칙을 찾아봅니다. 예제: 갇힌 공기를 누르는 세기와 공간 (비교용: 같은 장치를 따뜻하게 데운 경우)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①갇힌 공기를 누르지 않은 상태의 세기를 1이라 하고, 이때 공간의 크기 16을 (1, 16)처럼 짝으로 [칸 A]에 적어 보세요.
- ②누르는 세기를 2로 키우면 공간은 8이 됩니다. 세기 3일 때 공간 5.3, 세기 4일 때 공간 4도 (세기, 공간) 짝으로 [칸 A]에 이어 적으세요.
- ③[칸 A]의 각 짝에서 두 수를 곱한 값을 차례대로 [칸 B]에 적어 보세요.
- ④[칸 B]에 적힌 네 값을 서로 비교해서 어떤 점이 같은지 [칸 C]에 한 줄로 적어 보세요.
- ⑤세기를 8로 키우면 공간이 얼마가 될지, [칸 B]에서 찾은 관계를 이용해 예상한 값을 [칸 D]에 적어 보세요.
- ⑥이번엔 장치를 데운 채로 했더니 세기 2에서 공간이 10이었습니다. 곱 2×10을 [칸 E]에 적고 [칸 B]의 값과 같은지 표시하세요.
칸 A — 누르는 세기와 공간의 짝 (세기, 공간)
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 B]의 곱들이 거의 같은 값으로 나온 까닭을, 세기가 커질 때 공간이 어떻게 변하는지와 엮어 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 세기가 ___지면 공간은 ___지는데, 두 수를 곱하면 ___ 때문에 …
(2)곱이 일정하게 나온 것은 이 숫자들이라서 생긴 우연일까요, 어떤 세기에서도 생기는 규칙일까요? [칸 A]에 없는 세기 값을 하나 스스로 정해 곱을 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 세기 ___로 예상한 공간과 곱을 확인해 보니 …
(3)[칸 E]에서 데운 경우의 곱은 [칸 B]와 달랐나요? 무엇 때문에 그런 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) 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 각 짝과 곱을 빠짐없이 계산하고, 예상값·데운 경우 비교를 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 곱이 일정한 까닭에 이유를 붙였고, 스스로 고른 값으로 직접 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
누를수록 좁아지는 갇힌 공기의 규칙 찾기 · 각 20점 · 총 100점
안내 — 이제 이 규칙을 보일 법칙이라 부릅니다. 일정한 온도에서 기체의 압력과 부피의 곱은 일정하며(PV=k), 두 상태 사이에는 P₁V₁=P₂V₂가 성립합니다.
1.일정한 온도에서 어떤 기체의 부피가 압력 1기압일 때 6L이다. 온도를 유지한 채 압력을 3기압으로 하면 부피는 얼마인가?
2.25℃에서 기체가 압력 2atm, 부피 4L이다. 온도를 일정하게 유지하며 부피를 8L로 늘리면 압력은 얼마인가?
3.일정한 온도에서 부피 500mL, 압력 760mmHg인 기체를 압력 1520mmHg로 압축하면 부피는 얼마인가?
4.일정한 온도에서 압력 100kPa일 때 부피 3L인 기체를 부피 1.5L로 압축하면 압력은 얼마인가?
5.부피 2L·압력 1atm인 기체의 온도를 높이면서 부피를 4L로 했더니 압력이 0.6atm이 되었다. 이 변화가 보일 법칙(PV 일정)을 따르는지 판단하시오.
정답
1. P₁V₁=P₂V₂ → 1×6=3×V, V=2L
2. 2×4=P×8, P=1atm
3. 760×500=1520×V, V=250mL
4. 100×3=P×1.5, P=200kPa
5. 1×2=2, 0.6×4=2.4 ≠ 2 이므로 PV가 일정하지 않다. 온도가 변했으므로 등온 조건인 보일 법칙을 따르지 않는다.