찍은 점들이 이룬 직선의 기울기와 만나는 자리 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: 금속판 ㉮에서 얻은 세 쌍의 측정값 (비교용: 다른 금속판 ㉯에서 얻은 직선)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①표의 세 쌍 (6.0, 0.663), (8.0, 1.989), (10.0, 3.315)를 [칸 A] 모눈에 점으로 찍으세요.
- ②찍은 세 점을 자로 이어 직선을 그리고, 양쪽으로 늘여 두 축과 만나게 하세요.
- ③(6.0, 0.663)과 (10.0, 3.315)로 세로 변화량÷가로 변화량을 계산해 [칸 B]에 적으세요.
- ④그린 직선이 가로축과 만나는 값을 눈금에서 읽어 [칸 C]에 적으세요.
- ⑤그린 직선이 세로축과 만나는 값을 눈금에서 읽어 [칸 D]에 적으세요.
- ⑥판 ㉯는 가로축과 8.0에서 만났다. 판 ㉯의 직선도 같은 모눈에 점선으로 그리세요.
- ⑦두 직선의 [칸 B] 값을 각각 구해 같은지 다른지 [칸 E]에 적으세요.
칸 A — 모눈 — 가로: ×10¹⁴ (1/s), 세로: ×10⁻¹⁹ (J)
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 C]의 값보다 가로축 값이 작은 곳에서는 세로축 값이 어떻게 되어야 할까요? 그런 곳에 점을 찍을 수 있을지, 그렇게 생각한 이유와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 가로축 값이 ___보다 작으면 세로축 값이 ___가 되므로 …
(2)판을 바꾸어도 [칸 B]의 값은 늘 같을까요? 이 두 판에서만 생긴 우연인지 어떤 판에서도 성립하는 규칙인지 예상을 걸고, 판 ㉯의 점 하나를 직접 골라 계산한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 판 ㉯에서 고른 점 (___, ___)로 계산하니 …
(3)판 ㉮와 판 ㉯의 직선은 무엇이 같고 무엇이 달랐나요? 그 차이가 판의 어떤 성질 때문에 생겼을지 여러분의 생각을 쓰세요. (10점)
3
성찰 — 활동을 내 것으로 만들기
30점
(1) 순서 다시 짜기 — 이 그리기를 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 그린 직선에서 읽어 낸 세 가지 값을 각각 한 문장으로 정리한 뒤, 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 세 점을 눈금에 맞게 찍고 직선을 두 축까지 늘여 세 값을 정확히 읽어 냄 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 축과 만나는 자리의 뜻을 근거와 함께 설명했고, 다른 직선의 점으로 직접 확인함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 읽어 낸 세 값 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
찍은 점들이 이룬 직선의 기울기와 만나는 자리 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.광전자의 최대 운동 에너지 Ek(max)를 빛의 진동수 f에 대해 그린 그래프에서 기울기가 뜻하는 것은 무엇이며, 금속을 바꾸면 기울기가 달라지는지 서술하시오.
2.어떤 금속의 Ek(max)-f 그래프가 f축과 5.0×10¹⁴ Hz에서 만났다. 이 금속의 일함수를 J과 eV로 구하시오. (h=6.63×10⁻³⁴ J·s, 1 eV=1.6×10⁻¹⁹ J)
3.위 그래프의 y절편 값과 그 물리적 의미를 쓰시오.
4.일함수가 더 큰 금속으로 바꾸면 Ek(max)-f 그래프는 어떻게 달라지는가?
5.위 금속(f0=5.0×10¹⁴ Hz)에 진동수 8.0×10¹⁴ Hz인 빛을 비출 때 광전자의 최대 운동 에너지를 J과 eV로 구하시오.
정답
1. Ek(max)=hf-W이므로 기울기는 플랑크 상수 h(6.63×10⁻³⁴ J·s)이다. 금속의 종류와 무관하게 모든 금속에서 기울기는 같다.
2. W = h·f0 = 6.63×10⁻³⁴ × 5.0×10¹⁴ = 3.32×10⁻¹⁹ J ≈ 2.07 eV
3. y절편 = -W = -3.32×10⁻¹⁹ J. 진동수를 0으로 외삽했을 때의 값으로, 크기가 곧 일함수이다.
4. 기울기 h는 그대로이고 그래프가 오른쪽(또는 아래쪽)으로 평행 이동한다. 즉 f축 절편(문턱 진동수)이 커지고 y절편의 크기도 커진다.
5. Ek(max) = h(f-f0) = 6.63×10⁻³⁴ × 3.0×10¹⁴ = 1.99×10⁻¹⁹ J ≈ 1.24 eV