튕겨 나온 알갱이가 특정 방향에서만 많이 잡히는 자료 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: 니켈 판에 알갱이를 쏘아 방향별 개수를 센 표 (비교용: 얇은 금박을 지난 뒤 필름에 남은 동심원 무늬)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①표의 각도 20°, 35°, 50°, 65°, 80°에서 센 개수 12, 20, 75, 18, 10을 [칸 A]에 적으세요.
- ②[칸 A]의 다섯 쌍을 [칸 B] 모눈에 점으로 찍고 선으로 이으세요.
- ③개수가 가장 많았던 각도를 [칸 C]에 적으세요.
- ④미는 눈금을 54 V에서 100 V로 올리자 가장 많은 각도가 37°로 옮겨 갔다. [칸 C]에 이어 적으세요.
- ⑤다른 실험에서 얇은 금박을 지난 뒤 필름에 동심원 자국이 남았다. 지름 2.0 cm, 3.4 cm를 [칸 D]에 적으세요.
- ⑥곧게만 지나간다면 필름에 무엇이 남아야 하는지 예상해 [칸 D]에 이어 적으세요.
- ⑦두 실험에서 공통으로 나타난 특징을 한 줄로 [칸 E]에 적으세요.
칸 B — 모눈 — 가로: 각도(°), 세로: 개수
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)알갱이가 단순히 부딪혀 튕기기만 한다면 개수는 각도에 따라 어떻게 나와야 할까요? 실제 표는 그것과 어떻게 달랐는지 쓰세요. (15점)
✎ 단순히 튕기기만 한다면 각도가 커질수록 ___해야 하는데, 실제로는 50°에서 …
(2)미는 눈금을 더 올리면 가장 많은 각도가 계속 작아질까요? 이 두 번의 측정에서만 생긴 우연인지 규칙인지 예상을 걸고, 확인하려면 어떤 눈금 값을 더 써서 무엇을 재야 할지 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. ___ V를 더 써서 ___를 재 보면 …
(3)니켈 판 실험과 금박 필름 실험은 장치도 결과 모양도 다릅니다. 그런데도 같은 결론을 뒷받침한다고 볼 수 있는 까닭을 쓰세요. (10점)
3
성찰 — 활동을 내 것으로 만들기
30점
(1) 순서 다시 짜기 — 이 자료 읽기를 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 — 두 실험에서 확인한 것을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 각도별 개수를 빠짐없이 옮겨 모눈에 찍고, 최대가 되는 각도와 자국의 크기를 정확히 적음 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 단순 충돌 예상과 실제 자료의 차이를 근거로 설명했고, 추가로 잴 값을 구체적으로 제시함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
튕겨 나온 알갱이가 특정 방향에서만 많이 잡히는 자료 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.데이비슨·거머 실험의 장치와 결과, 그리고 그로부터 얻은 결론을 서술하시오.
2.54 V로 가속된 전자의 물질파 파장을 구하시오. (h=6.63×10⁻³⁴ J·s, m=9.1×10⁻³¹ kg, e=1.6×10⁻¹⁹ C, λ=h/√(2meV))
3.같은 방법으로 100 V로 가속된 전자의 물질파 파장을 구하고, 가속 전압을 올리면 간섭 최대가 나타나는 각도가 어떻게 되는지 쓰시오.
4.G. P. 톰슨의 전자 회절 실험의 방법과 결과를 쓰시오.
5.위 두 실험이 공통으로 입증한 사실을 한 문장으로 쓰시오.
정답
1. 가속한 전자선을 니켈 결정에 쏘고 각도별로 튕겨 나온 전자 수를 셌더니, 54 V에서 50° 방향에 뚜렷한 최대가 나타났다. 이는 결정 원자면에서 반사된 전자들이 보강 간섭을 일으킨 것으로, 전자가 파동성을 가짐(물질파)을 확인한 것이다.
2. 2meV = 2×9.1×10⁻³¹×1.6×10⁻¹⁹×54 = 1.573×10⁻⁴⁷ → √ = 3.966×10⁻²⁴ kg·m/s → λ = 6.63×10⁻³⁴/3.966×10⁻²⁴ = 1.67×10⁻¹⁰ m
3. λ = 6.63×10⁻³⁴/√(2×9.1×10⁻³¹×1.6×10⁻¹⁹×100) = 1.23×10⁻¹⁰ m. 파장이 짧아지므로 2d sinθ=nλ에서 최대가 되는 각도 θ는 작아진다.
4. 고속 전자선을 얇은 금속박(다결정)에 통과시켜 뒤쪽 사진 필름에 쬐었더니, X선을 쬐었을 때와 같은 동심원 모양의 회절 무늬가 나타났다.
5. 입자라고 알려진 전자도 파동처럼 회절·간섭한다 — 즉 물질도 물질파(파동성)를 가진다는 드브로이의 가설이 옳다는 것.