회로의 바늘이 0이 되는 눈금을 찾아 그래프에서 읽기
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: 유리관 속 금속판에 램프를 비추고 눈금을 돌리는 장치 (비교용: 같은 램프를 2배 밝게 한 경우와 색을 바꾼 경우)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①보라 램프를 어둡게 켜고 거꾸로 미는 눈금을 0 V에 두니 바늘이 4를 가리켰다. [칸 A]에 적으세요.
- ②눈금을 -0.5, -1.0, -1.2 V로 옮기자 바늘은 3, 1, 0이 되었다. [칸 A]에 이어 적으세요.
- ③[칸 A]의 네 쌍을 [칸 B] 모눈에 점으로 찍고 선으로 이으세요.
- ④바늘이 처음으로 0이 된 눈금 값을 [칸 C]에 적으세요.
- ⑤같은 램프를 2배 밝게 하니 바늘이 8, 6, 2, 0이 되었다. [칸 B]에 다른 색으로 찍어 이으세요.
- ⑥밝게 한 실험에서 바늘이 0이 된 눈금을 [칸 D]에 적고 [칸 C]와 같은지 다른지 쓰세요.
- ⑦램프를 파란색으로 바꾸니 -1.8 V에서 0이 되었다. [칸 D]에 이어 적고 [칸 C]와 견주세요.
칸 A — 눈금(V)과 바늘 값(μA) 기록표
칸 B — 모눈 — 가로: 눈금(V), 세로: 바늘 값(μA)
칸 D — 밝기·색을 바꿨을 때 0이 된 눈금
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)밝기를 2배로 했을 때 바늘의 최대 값과 '0이 된 눈금'은 각각 어떻게 되었나요? 둘 중 무엇이 밝기를 따라갔는지 여러분의 말로 쓰세요. (15점)
✎ 최대 값은 ___가 되었지만 0이 된 눈금은 ___했다. 따라서 밝기는 …
(2)밝기를 4배, 10배로 계속 올려도 '0이 된 눈금'은 그대로일까요? 이 램프에서만 생긴 우연인지 규칙인지 예상을 걸고, 어떤 값을 고정하고 어떤 값을 바꿔 확인할지 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. ___를 고정하고 ___만 바꿔 보면 …
(3)색만 파란색으로 바꾸었을 때 0이 된 눈금이 -1.2에서 -1.8로 달라졌습니다. 무엇 때문에 이런 차이가 생겼을지 여러분의 생각을 쓰세요. (10점)
3
성찰 — 활동을 내 것으로 만들기
30점
(1) 순서 다시 짜기 — 이 측정을 처음 하는 친구에게 나라면 어떤 순서로 눈금을 돌리게 할지 쓰고, 왜 그 순서인지 한 문장으로 이유를 붙이세요. 지워도 되는 단계가 있다면 그것도 쓰세요. (15점)
(2) 이름 붙이기 — 오늘 측정한 일을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 모든 눈금과 바늘 값을 빠짐없이 표에 옮기고 모눈에 정확히 점을 찍어 이음 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 두 곡선의 차이를 구분해 설명했고, 고정할 값과 바꿀 값을 밝힌 확인 방법을 제시함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 측정 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
회로의 바늘이 0이 되는 눈금을 찾아 그래프에서 읽기 · 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.광전관을 이용한 광전 효과 실험 장치의 구성과, '정지 전압'이 무엇인지 서술하시오.
2.어떤 실험에서 정지 전압이 1.2 V로 측정되었다. 튀어나온 전자의 최대 운동 에너지를 J과 eV로 구하시오. (e=1.6×10⁻¹⁹ C)
3.빛의 진동수는 그대로 두고 세기만 2배로 할 때 (가) 포화 광전류, (나) 정지 전압은 각각 어떻게 되는지 쓰고 이유를 서술하시오.
4.같은 금속판에 진동수가 더 큰 빛을 비추면 정지 전압은 어떻게 되는가? 이유와 함께 쓰시오.
5.진동수 7.5×10¹⁴ Hz인 빛을 비췄을 때 정지 전압이 1.8 V였다. 이 금속의 일함수를 J과 eV로 구하시오. (h=6.63×10⁻³⁴ J·s, e=1.6×10⁻¹⁹ C)
정답
1. 진공관 안에 금속판(음극)과 수집 전극(양극)을 넣고 금속판에 빛을 비추면 전자가 튀어나와 광전류가 흐른다. 전극에 역방향 전압을 걸어 광전류가 0이 되는 순간의 전압을 정지 전압(V0)이라 한다.
2. Ek(max) = eV0 = 1.6×10⁻¹⁹ × 1.2 = 1.92×10⁻¹⁹ J = 1.2 eV
3. (가) 2배가 된다 — 광자 수가 2배가 되어 튀어나오는 전자 수가 2배이기 때문. (나) 변하지 않는다 — 광자 1개의 에너지가 그대로여서 전자의 최대 운동 에너지가 변하지 않기 때문.
4. 정지 전압이 커진다. hf가 커져 Ek(max)=hf-W가 커지므로 이를 막는 데 더 큰 역전압이 필요하기 때문이다.
5. hf = 6.63×10⁻³⁴ × 7.5×10¹⁴ = 4.97×10⁻¹⁹ J, eV0 = 1.6×10⁻¹⁹ × 1.8 = 2.88×10⁻¹⁹ J → W = 4.97×10⁻¹⁹ - 2.88×10⁻¹⁹ = 2.09×10⁻¹⁹ J ≈ 1.31 eV