램프를 바꿔 가며 금속판의 반응을 표에서 가려내기
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: 아연판을 붙인 검전기와 색이 다른 램프 두 개 (비교용: 색은 그대로 두고 밝기만 100배 올린 경우)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①붉은 램프를 어둡게 비췄더니 금속박이 그대로였다. 이 결과를 [칸 A] 첫 줄에 적으세요.
- ②같은 붉은 램프를 100배 밝게 했더니 역시 그대로였다. [칸 A] 둘째 줄에 적으세요.
- ③보라 램프를 아주 어둡게 비췄더니 금속박이 곧바로 오므라들었다. [칸 A] 셋째 줄에 적으세요.
- ④보라 램프를 100배 밝게 했더니 더 빠르게 오므라들었다. [칸 A] 넷째 줄에 적으세요.
- ⑤[칸 A]에서 금속박이 오므라든 실험 번호만 골라 [칸 B]에 적고, 공통점을 한 줄로 쓰세요.
- ⑥①과 ②의 차이, ③과 ④의 차이를 각각 한 줄로 [칸 C]에 적으세요.
- ⑦램프의 색과 밝기 중 결과를 '일어남/안 일어남'으로 뒤집은 쪽을 [칸 D]에 적으세요.
칸 A — 실험 ①~④의 조건과 금속박 반응 기록
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)금속박이 오므라들지 안 들지를 결정한 것은 램프의 무엇이었나요? 표를 근거로 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 붉은 램프는 아무리 ___해도 ___했고, 보라 램프는 ___해도 …
(2)밝기를 1000배, 10000배로 계속 올리면 붉은 램프에서도 언젠가 오므라들까요? 이것이 이 램프에서만 생긴 우연인지 어떤 램프에서도 생기는 규칙인지 여러분의 예상을 걸고, 그것을 확인하려면 어떤 실험을 더 해야 하는지 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 확인하려면 ___를 고정하고 ___만 바꿔서 …
(3)①②(밝기만 바꿈)와 ③④(색만 바꿈)의 결과 차이는 무엇 때문에 생겼을지 여러분의 생각을 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 관찰한 일을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 네 번의 조건과 결과를 빠짐없이 표에 옮기고, 골라내기·비교 지시를 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 예상에 이유를 붙였고, 무엇을 고정하고 무엇을 바꿀지 밝힌 확인 방법을 제시함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
램프를 바꿔 가며 금속판의 반응을 표에서 가려내기 · 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.광전 효과란 무엇이며 어떤 조건에서 일어나는지 두 문장으로 서술하시오.
2.어떤 금속의 문턱 진동수가 5.5×10¹⁴ Hz이다. 이 금속의 일함수를 J과 eV 단위로 구하시오. (h=6.63×10⁻³⁴ J·s, 1 eV=1.6×10⁻¹⁹ J)
3.위 금속에 진동수 4.0×10¹⁴ Hz인 빛을 아무리 세게 비춰도 전자가 나오지 않는다. 그 이유를 광자의 에너지로 설명하시오.
4.문턱 진동수보다 큰 진동수의 빛의 세기를 2배로 할 때 (가) 튀어나오는 전자의 수, (나) 전자의 최대 운동 에너지는 각각 어떻게 되는가?
5.빛을 파동으로만 보아서는 설명할 수 없는 광전 효과의 관찰 사실 두 가지를 쓰시오.
정답
1. 금속 표면에 빛을 비출 때 금속 속 전자가 튀어나오는 현상이다. 빛의 진동수가 그 금속의 문턱(한계) 진동수보다 클 때만 일어나며, 빛의 세기와는 무관하다.
2. W = h·f0 = 6.63×10⁻³⁴ × 5.5×10¹⁴ = 3.65×10⁻¹⁹ J ≈ 2.28 eV
3. 광자 1개의 에너지 hf = 6.63×10⁻³⁴ × 4.0×10¹⁴ = 2.65×10⁻¹⁹ J(약 1.66 eV)로 일함수 3.65×10⁻¹⁹ J보다 작다. 세기를 올리면 광자 수만 늘 뿐 전자 1개가 한 번에 받는 에너지는 그대로여서 전자가 나올 수 없다.
4. (가) 2배가 된다 (나) 변하지 않는다
5. ① 진동수가 문턱 진동수보다 작으면 아무리 세게, 오래 비춰도 전자가 전혀 나오지 않는다. ② 진동수만 크면 아주 약한 빛에도 에너지가 쌓일 시간 없이 즉시(약 10⁻⁹ s 이내) 전자가 튀어나온다.