산을 넘은 공기의 온도 추적
지구과학 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 공기 덩어리가 왼쪽 비탈로 산을 올라 꼭대기를 넘어 오른쪽으로 내려옵니다. 시작 온도는 25℃, 온도가 15℃가 되면 그때부터 공기 속에 물방울이 생기기 시작합니다. 아래 세 규칙만 지키며 각 높이의 온도를 손으로 채우세요. 규칙① 물방울 생기기 전: 1000 m 오를 때마다 10℃ 내려감. 규칙② 물방울 생긴 뒤: 1000 m 오를 때마다 5℃만 내려감. 규칙③ 내려올 때(꼭대기에서 물방울은 모두 비로 내림): 1000 m 내려갈 때마다 10℃ 올라감. 예제: 처음 25℃, 15℃에서 물방울이 생기는 공기 (산 높이 3000 m) (비교용: −10℃에서도 물방울이 생기지 않는 더 마른 공기)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①[칸 A]에 0 m부터 1000 m 간격으로 높이를 적고, 규칙 ①로 온도가 15℃가 될 때까지 각 높이의 온도를 채워 보세요.
- ②온도가 처음 15℃가 된 높이를 찾아 [칸 C]에 적고, 그 줄에 '물방울 시작'이라고 표시하세요.
- ③그 높이부터 3000 m까지는 규칙 ②로 [칸 A]의 나머지 온도를 채우고, 3000 m의 온도를 [칸 D]에 적으세요.
- ④[칸 B]에 3000 m부터 0 m까지 1000 m 간격으로 높이를 적고, 규칙 ③으로 각 높이의 온도를 채워 보세요.
- ⑤오른쪽 맨 아래(0 m)에 도착한 온도를 [칸 E]에 적고, 시작 온도 25℃와 화살표로 이으세요.
- ⑥이번엔 −10℃에서 물방울이 생기는 더 마른 공기로 ①~⑤를 다시 하되, 규칙 ②를 한 번도 쓰지 않게 됨을 확인하세요.
- ⑦그 마른 공기가 오른쪽 맨 아래에 도착한 온도를 [칸 F]에 적고, 시작 온도 25℃와 비교하세요.
칸 A — 왼쪽 비탈을 올라가는 각 높이의 온도 (0 m → 3000 m)
칸 B — 오른쪽 비탈을 내려오는 각 높이의 온도 (3000 m → 0 m)
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)물방울이 생기기 전에는 1000 m마다 10℃씩 내려갔는데, 물방울이 생긴 뒤에는 5℃씩만 내려갔습니다. 물방울이 생기는 일과 온도가 더 천천히 내려가는 일 사이에 어떤 관계가 있을지 여러분의 생각을 쓰세요. (10점)
✎ 물방울이 생기는 동안에는 무언가가 ___되기 때문에 …
(2)오른쪽 맨 아래의 온도가 시작보다 높았던 것은 25℃·3000 m라서 생긴 우연일까요, 어떤 값에서도 생기는 규칙일까요? 다른 시작 온도나 산 높이를 직접 골라 규칙 ①②③으로 다시 계산한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 시작 온도 ___℃, 산 높이 ___ m로 해 보니 …
(3)[칸 F]의 마른 공기는 산을 넘어도 시작 온도와 같았습니다. 앞의 공기와 달랐던 까닭은 무엇일까요? 두 공기의 무엇이 달라서 이런 차이가 생겼는지 쓰세요. (15점)
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. 빼도 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) | 각 높이의 온도를 규칙대로 빠짐없이 채우고, 물방울 시작 높이와 도착 온도를 정확히 표시함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 온도 변화의 이유에 자기 생각을 붙였고, 다른 값을 직접 골라 계산한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
산을 넘은 공기의 온도 추적 · 각 20점 · 총 100점
안내 — 1쪽에서 스스로 세운 규칙을 이번에는 용어와 함께 반복 적용해 봅니다. 풀이를 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.
1.공기 덩어리가 상승하면 주위 기압이 낮아져 부피가 커지면서 온도가 내려간다. 이처럼 외부와 열을 주고받지 않고 부피가 변해 온도가 바뀌는 현상을 무엇이라 하는가?
2.지표에서 30℃인 공기 덩어리가 상승한다. 이슬점에 이르기 전까지 건조 단열 감률 1℃/100 m로 냉각될 때, 높이 1000 m에서의 온도를 구하시오.
3.위 공기 덩어리의 이슬점이 20℃여서 1000 m에서 구름이 생기기 시작했다. 이후 습윤 단열 감률 0.5℃/100 m로 냉각될 때, 높이 2500 m에서의 온도를 구하시오.
4.다음 중 공기 덩어리의 온도가 올라가는 경우를 모두 고르시오. (가) 산을 따라 상승할 때 (나) 산을 넘어 하강할 때 (다) 고기압에서 하강 기류가 생길 때
5.30℃, 이슬점 20℃인 공기가 높이 2500 m 산을 넘는다. 상승 시 건조 감률 1℃/100 m·이슬점 도달 후 습윤 감률 0.5℃/100 m, 정상에서 수증기는 모두 비로 내리고 하강은 건조 감률 1℃/100 m이다. 산 넘은 반대쪽 지표(0 m)의 온도를 구하시오.
정답
1. 단열 변화 (상승할 때는 부피가 커지는 단열 팽창으로 냉각)
2. 20℃ (1000 m ÷ 100 m × 1℃ = 10℃ 하강 → 30 − 10)
3. 12.5℃ (1500 m ÷ 100 m × 0.5℃ = 7.5℃ 하강 → 20 − 7.5)
4. (나), (다) — 하강하면 부피가 줄어드는 단열 압축으로 온도가 오른다. (가)는 단열 팽창으로 냉각.
5. 37.5℃ — 정상 12.5℃에서 2500 m 하강 시 25℃ 상승. 시작보다 7.5℃ 높아지는 푄(높새바람) 현상.