곧은 줄 둘레에서 나침반이 도는 정도 재보기
물리 2 · 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: 수직으로 세운 곧은 도선과 둘레의 나침반 4개 (비교용: 전원의 (+)(-)를 바꿔 연결한 경우)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①판을 뚫고 세운 곧은 도선 둘레에 나침반 4개를 놓고, 전원을 끈 채 바늘 방향을 [칸 A]에 그리세요.
- ②전류를 2.0 A 흘리고 네 나침반의 바늘 방향을 [칸 A]에 다른 색으로 다시 그리세요.
- ③네 화살표를 이어 하나의 선으로 그려 보고, 그 선의 모양을 [칸 A]에 표시하세요.
- ④도선에서 2 cm, 4 cm, 8 cm 떨어진 곳에 나침반을 놓고 돌아간 각을 재어 [칸 B]에 적으세요.
- ⑤전류를 4.0 A로 올린 뒤 2 cm 지점의 각을 다시 재어 [칸 C]에 적으세요.
- ⑥[칸 B]의 값들에 거리를 각각 곱해 보고, 그 결과를 [칸 D]에 적으세요.
- ⑦전원의 (+)(-)를 바꿔 연결하고 네 바늘 방향을 [칸 E]에 그리세요.
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)④에서 도선에서 멀어질수록 각은 어떻게 변했나요? [칸 D]에서 각과 거리를 곱한 값들이 어떠했는지 함께 들어 두 양의 관계를 여러분의 말로 쓰세요. (15점)
✎ 거리가 2배가 되니 각은 약 ___배가 되었고, 곱한 값은 ___했다. 그러므로 …
(2)⑤에서 전류를 2배로 하니 각이 어떻게 되었나요? 이것은 2 cm 지점이라서 생긴 우연일까요, 어느 거리에서도 생기는 규칙일까요? 다른 거리에서 직접 확인한 결과와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. ___ cm 지점에서 해 보니 …
(3)[칸 E]의 바늘 방향은 [칸 A]와 무엇이 달랐나요? 무엇 때문에 그런 차이가 생겼을지 쓰세요. (10점)
3
성찰 — 활동을 내 것으로 만들기
30점
(1) 순서 다시 짜기 — 이 실험을 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 재고 그린 것을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 거리별·전류별 각을 빠짐없이 재어 적고, 방향 그리기를 지시대로 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 거리·전류와의 관계를 숫자로 확인해 설명하고, 조건을 바꿔 직접 검증한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
곧은 줄 둘레에서 나침반이 도는 정도 재보기 · 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.직선 전류가 만드는 자기장의 모양과 방향을 오른손 법칙을 써서 서술하시오.
2.무한히 긴 직선 도선에 4.0 A가 흐를 때 도선에서 0.10 m 떨어진 곳의 자기장의 세기를 구하시오. (B = 2×10⁻⁷ × I/r)
3.같은 도선에서 전류를 2.0 A로 줄이고 거리를 0.05 m로 하면 자기장의 세기는 얼마인가?
4.6.0 A가 흐르는 직선 도선에서 자기장의 세기가 4.0×10⁻⁶ T인 지점은 도선에서 얼마나 떨어져 있는가?
5.나란한 두 직선 도선에 같은 방향의 전류가 흐를 때 두 도선 사이에 작용하는 힘의 방향을 쓰고 이유를 서술하시오.
정답
1. 도선을 중심으로 하는 동심원 모양이며, 오른손 엄지를 전류 방향으로 향하면 나머지 네 손가락이 감기는 쪽이 자기장 방향이다.
2. B = 2×10⁻⁷×4.0/0.10 = 8.0×10⁻⁶ T
3. B = 2×10⁻⁷×2.0/0.05 = 8.0×10⁻⁶ T (앞 문제와 같다)
4. r = 2×10⁻⁷×6.0/(4.0×10⁻⁶) = 0.30 m
5. 서로 끌어당긴다. 한 도선이 만든 자기장 속에서 다른 도선이 F = BIL의 힘을 받는데, 오른손 법칙으로 방향을 따지면 서로 마주 보는 쪽을 향한다.