파장에 적힌 온도 읽어내기
지구과학 1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 이 평가지에는 개념 용어가 일부러 빠져 있습니다. 아래 지시대로 직접 계산하고 비교한 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석·성찰하여 서술하세요. 정답 문장은 정해져 있지 않으니 이유를 붙인 자기 생각이면 됩니다.
주어진 자료 — 어떤 물체가 내는 빛 중 세기가 가장 센 파장(㎛)과 그 물체의 온도(K) 짝: (2900 K, 1㎛) · (290 K, 10㎛) · (29 K, 100㎛) · (5.8 K, 500㎛) 예제: 하늘 모든 방향에서 온 빛 (파장 약 1㎜) (비교용: 별 하나에서 온 빛 (파장 약 0.5㎛))
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①주어진 네 짝마다 온도와 파장을 곱해, 그 값 네 개를 [칸 A]에 나란히 적어 보세요.
- ②파장이 짧은 짝부터 긴 짝까지 늘어놓고, 그때 온도가 커지는지 작아지는지 [칸 B]에 화살표로 나타내 보세요.
- ③하늘에서 온 빛의 파장은 약 1000㎛(=1㎜)였습니다. ①의 곱이 일정하다는 점을 이용해 이 빛을 낸 온도를 구해 [칸 C]에 적어 보세요.
- ④별 하나에서 온 빛의 파장은 약 0.5㎛였습니다. 같은 방법으로 이 빛을 낸 온도를 구해 [칸 D]에 적어 보세요.
- ⑤[칸 C]와 [칸 D]의 두 온도를 비교해, 어느 빛이 더 차가운 물체에서 왔는지 [칸 D] 옆에 표시해 보세요.
- ⑥하늘 세 방향에서 잰 이 빛의 세기가 각각 100·100·100이었습니다. 세 값이 같은지 다른지 [칸 E]에 적어 보세요.
칸 C — 하늘 빛(약 1000㎛)이 나온 온도
칸 E — 세 방향 세기 비교 (같다/다르다)
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 A]에서 네 짝의 곱이 모두 같았습니다. 이것은 이 네 짝이라서 생긴 우연일까요, 어떤 온도–파장 짝에서도 성립하는 규칙일까요? 다른 온도를 하나 직접 골라 파장을 예측하고, 곱이 같은지 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 온도 ___ K로 파장을 예측하면 약 ___㎛이고, 곱은 약 ___이다. 그래서 …
(2)별빛([칸 D])과 하늘에서 온 빛([칸 C])에서 구한 온도가 크게 달랐습니다. 무엇 때문에 이런 차이가 생겼는지, 두 빛의 파장과 연결지어 설명하세요. (15점)
✎ 파장이 ___수록 온도가 ___기 때문에, 파장이 훨씬 긴 하늘 빛은 …
(3)하늘 세 방향에서 잰 세기가 모두 같았습니다([칸 E]). 이 빛이 어느 한 곳이 아니라 온 하늘에서 고르게 온다는 것은 무엇을 뜻할지 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) | 네 짝의 곱을 정확히 계산하고, 파장으로부터 온도를 바르게 구하며, 세기 비교를 정확히 함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 관찰한 결과의 까닭을 근거를 들어 자기 말로 설명하고, 다른 값을 직접 골라 규칙을 검증함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 활동 순서를 스스로 재구성하고, 자신의 경험에 알맞은 과학 용어를 연결함 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
파장에 적힌 온도 읽어내기 · 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.온도가 서로 다른 두 물체가 있다. 온도가 더 높은 물체가 내는 빛에서 세기가 가장 센 파장은 온도가 낮은 물체보다 (길다 / 짧다) 중 무엇인지 고르고, 그 까닭을 한 줄로 쓰시오.
2.어떤 별빛에서 세기가 가장 센 파장이 0.29㎛이다. 봉우리 파장과 온도의 곱이 약 2900㎛·K로 일정할 때, 이 별의 표면 온도를 구하시오.
3.하늘의 모든 방향에서 거의 같은 세기로 오는 빛이 관측되었고, 그 세기가 가장 센 파장은 약 1㎜(=1000㎛)였다. 위 곱(약 2900㎛·K)을 이용해 이 빛을 내는 물체의 온도가 약 몇 K인지 구하시오.
4.빅뱅 우주론에서 위와 같은 우주 배경 복사가 '결정적 증거'로 인정받은 까닭으로 옳은 것을 고르시오. ㉠ 우연히 발견되어서 ㉡ 이론이 미리 예측한 값이 실제 관측과 일치해서 ㉢ 특정 한 방향에서만 강하게 관측되어서
5.초기 우주의 온도는 약 3000 K였고 현재는 약 2.7 K이다. 이렇게 온도가 낮아지는 동안 우주 배경 복사의 파장은 어떻게 변하였는지, 그 까닭(우주의 무엇 때문인지)과 함께 쓰시오.
6.펜지어스와 윌슨이 안테나로 검출한, 하늘 모든 방향에서 거의 같은 세기로 오는 약 7㎝ 영역의 전파는 약 2.7 K 물체가 내는 복사와 파장이 일치하였다. 이 전파(빛)의 이름은 무엇이며, 이것이 무엇의 증거가 되었는지 쓰시오.
정답
1. 짧다 — 온도와 봉우리 파장의 곱이 일정하므로, 온도가 높을수록 파장은 짧아진다(반비례).
2. 2900 ÷ 0.29 = 약 10000 K
3. 2900 ÷ 1000 = 약 2.9 K (≈ 약 2.7 K로, 매우 차가운 상태)
4. ㉡ — 빅뱅 우주론이 예측한 약 2.7 K의 복사가 실제 관측과 일치했기 때문
5. 파장이 길어졌다 — 우주가 팽창하면서 온도가 낮아졌기 때문(온도가 낮을수록 봉우리 파장이 길다).
6. 마이크로파(우주 배경 복사) — 빅뱅 우주론의 결정적 증거