되돌아온 신호의 출렁임 차이로 자동차의 빠르기 알아내기

물리 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
학년
이름
점수

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: 보낸 신호 1초에 100억 번 · 되돌아온 신호와의 차 2000, 3000, 1000 Hz (비교용: 멈춰 선 자동차에서 되돌아온 신호의 차 0 Hz)

1

활동 — 순서대로 해 보기

30점
  1. 첫 번째 자동차에서 되돌아온 신호의 차 2000 Hz를 [칸 A] 첫 줄에 적어 보세요.
  2. 다른 두 자동차에서는 차가 3000, 1000 Hz였습니다. [칸 A]에 이어 적어 보세요.
  3. 세 자동차의 실제 빠르기 30, 45, 15 m/s를 [칸 A]의 값 옆에 짝지어 적으세요.
  4. 각 줄에서 (신호의 차)÷(빠르기)를 소수 첫째 자리까지 구해 [칸 B]에 적어 보세요.
  5. [칸 B]의 세 값이 서로 같은지 다른지 [칸 C]에 적어 보세요.
  6. 멈춰 선 자동차에서는 차가 0이었습니다. [칸 D]에 적고 ④의 규칙과 맞는지 쓰세요.
칸 A — 신호의 차와 실제 빠르기
칸 B — (신호의 차) ÷ (빠르기)
칸 C — 세 값이 같은가 다른가
칸 D — 멈춰 선 자동차의 값
칸 E — 새 자동차의 빠르기 어림
2

해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기

40점

(1)[칸 B]의 세 값이 거의 같았나요? 이것이 이 세 자동차에서만 생긴 우연일까요, 어떤 자동차에서도 통하는 규칙일까요? 차가 4000 Hz였던 자동차의 빠르기를 예측한 뒤, 실제 값 60 m/s와 견주어 확인한 결과와 함께 쓰세요. (15점)

✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 4000÷66.7을 계산해 보니 ___였고 …

(2)이 장치는 자동차의 빠르기를 직접 재지 않고 신호의 차만 재는데도 빠르기를 알아냅니다. 어떻게 그것이 가능한지 [칸 B]의 값을 근거로 설명하세요. (15점)

✎ 빠르기를 모르는 자동차라도 신호의 차를 ___로 나누면 …

(3)자동차가 장치 정면이 아니라 비스듬히 옆으로 지나갈 때는 표시된 값이 실제보다 작게 나옵니다. 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) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)

평가 기준
활동 수행 (30점)세 자동차의 값을 빠짐없이 짝지어 계산하고, 멈춘 경우까지 확인함상 · 중 · 하
해석 (40점)자기 가설에 이유를 붙였고, 예측값을 실제 값과 직접 견준 근거가 있음상 · 중 · 하
성찰 (30점)순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음상 · 중 · 하
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연습 문제

되돌아온 신호의 출렁임 차이로 자동차의 빠르기 알아내기 · 각 20점 · 총 100점
학년
이름
점수

안내 — 1쪽에서 스스로 세운 개념을 이번에는 반복해서 적용해 봅니다. 풀이 과정을 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.

1.진동수 10 GHz인 전파를 쏘는 스피드건이 30 m/s로 다가오는 차를 잰다. 되돌아온 전파와의 진동수 차 Δf = 2vf₀/c 를 구하시오. (c = 3×10⁸ m/s)
2.같은 스피드건에서 Δf = 1600 Hz로 측정되었다. 자동차의 속력을 m/s와 km/h로 구하시오.
3.Δf 식에 2가 곱해지는 까닭을 설명하시오.
4.진동수 24 GHz인 스피드건으로 30 m/s인 차를 잴 때 Δf를 구하시오.
5.자동차가 스피드건 정면이 아니라 비스듬한 방향으로 지날 때 측정값이 실제 속력보다 작게 나오는 까닭을 설명하시오.
정답
1. Δf = 2 × 30 × 1.0×10¹⁰ / 3×10⁸ = 2000 Hz 2. v = Δf·c/(2f₀) = 1600×3×10⁸/(2×10¹⁰) = 24 m/s = 86.4 km/h 3. 자동차가 전파를 받을 때 한 번, 반사된 전파를 스피드건이 받을 때 다시 한 번, 도플러 효과가 두 번 일어나기 때문 4. Δf = 2 × 30 × 2.4×10¹⁰ / 3×10⁸ = 4800 Hz 5. 속도 중 스피드건을 향하는 성분(v cosθ)만 진동수 차에 반영되어 v cosθ < v 만큼만 측정되기 때문
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