좁은 틈을 지난 빛이 벽에서 얼마나 넓게 벌어졌는지 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: 틈 너비 0.10 mm · 벽까지 2.0 m · 가운데 밝은 부분의 폭 24 mm (비교용: 틈 너비를 0.40 mm로 넓혔을 때 가운데 밝은 부분의 폭 6 mm)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①틈 너비가 0.10 mm일 때 가운데 밝은 부분의 폭 24 mm를 [칸 A] 첫 줄에 적어 보세요.
- ②틈 너비를 0.20, 0.40 mm로 넓히니 폭이 12, 6 mm였습니다. [칸 A]에 이어 적으세요.
- ③각 줄에서 (틈 너비)×(폭)을 계산해 [칸 B]에 세 값을 모두 적어 보세요.
- ④[칸 B]의 세 값 중 가장 큰 값과 가장 작은 값의 차를 구해 [칸 C]에 적으세요.
- ⑤가로축에 틈 너비, 세로축에 폭을 잡고 세 점을 [칸 D]에 찍은 뒤 곡선으로 이어 보세요.
- ⑥손가락 두 개로 아주 좁은 틈을 만들어 불빛을 보고, 보이는 모습을 [칸 E]에 그려 보세요.
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 B]의 세 값이 거의 같았나요? 이것이 이 세 자료에서만 생긴 우연일까요, 다른 자료에서도 생기는 규칙일까요? 틈 너비 0.05 mm에서 폭이 48 mm였다는 자료로 직접 확인한 결과와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 0.05 mm 자료로 계산해 보니 ___였고 …
(2)틈이 좁아질수록 벽의 밝은 부분은 오히려 넓어졌습니다. 빛이 곧게만 나아간다고 생각하면 이 결과를 설명할 수 있나요? 없다면 무엇을 더 인정해야 하는지 쓰세요. (15점)
✎ 곧게만 나아간다면 틈이 좁을수록 밝은 부분도 ___져야 하는데, 실제로는 …
(3)닫힌 방문 틈으로 바깥 소리는 잘 들어오지만 바깥 모습은 보이지 않습니다. 빛과 소리에서 무엇이 달라 이런 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) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 세 조건의 값을 빠짐없이 계산하고, 그래프에 점을 정확히 찍어 이음 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 가설에 이유를 붙였고, 추가 자료를 직접 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
좁은 틈을 지난 빛이 벽에서 얼마나 넓게 벌어졌는지 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.슬릿 너비 0.10 mm인 단일 슬릿에서 2.0 m 떨어진 스크린에 파장 600 nm인 빛을 비출 때, 중앙 밝은 무늬의 폭(2λL/a)을 구하시오.
2.위 문제에서 슬릿 너비만 0.20 mm로 넓혔을 때 중앙 밝은 무늬의 폭을 구하시오.
3.파장 400 nm인 보라색 빛과 700 nm인 빨간색 빛을 같은 슬릿에 통과시킬 때 회절이 더 크게 일어나는 쪽을 고르고 이유를 쓰시오.
4.슬릿 너비 0.20 mm, 파장 500 nm일 때 첫 번째 어두운 무늬가 생기는 방향의 각 θ를 a sinθ = λ로 구하시오.
5.담장 너머 사람은 보이지 않아도 목소리는 들리는 까닭을 회절과 파장을 써서 설명하시오.
정답
1. 폭 = 2λL/a = (2 × 600×10⁻⁹ × 2.0)/(1.0×10⁻⁴) = 2.4×10⁻² m = 24 mm
2. 폭 ∝ 1/a 이므로 12 mm
3. 빨간색 빛(700 nm). 슬릿 너비에 대한 파장의 비가 클수록 회절이 잘 일어나기 때문
4. sinθ = 500×10⁻⁹/2.0×10⁻⁴ = 2.5×10⁻³ 이므로 θ ≈ 0.14°
5. 소리의 파장은 담장·틈의 크기와 비슷해 회절이 크게 일어나 돌아 나오지만, 빛의 파장은 훨씬 짧아 회절이 거의 일어나지 않기 때문