위에 쌓인 만큼 눌린다
지구과학 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: 다섯 층으로 나눈 공기 기둥 (위층부터 100·150·200·250·300) (비교용: 모든 층이 200으로 같은 기둥)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①[칸 A]에 위층부터 순서대로 다섯 층의 무게 100, 150, 200, 250, 300을 위에서 아래로 적어 보세요.
- ②각 경계마다 그 경계 위에 있는 모든 층의 무게를 더한 값을, 맨 위부터 [칸 B]에 위에서 아래로 적어 보세요.
- ③[칸 B]에서 가장 아래 경계의 값에 ◯표 하세요. 이 값이 바닥이 받는 힘입니다.
- ④이웃한 두 경계 값의 차(아래 값 − 위 값)를 층마다 구해 [칸 C]에 적고, 같은 층의 [칸 A] 무게와 견주어 보세요.
- ⑤이번엔 모든 층 무게가 200으로 같은 경우로 ①②를 다시 해, 경계마다의 값을 [칸 D]에 적어 보세요.
- ⑥[칸 B]와 [칸 D]의 값이 아래로 갈수록 커지는 빠르기를 견주어, 어느 쪽이 더 가파른지 [칸 E]에 적어 보세요.
칸 B — 경계마다 위쪽 무게를 모두 더한 값
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 C]에 나온 '아래 값 − 위 값'은 같은 층의 [칸 A] 무게와 어떤 관계였나요? 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 각 층의 (아래 값 − 위 값)은 그 층의 무게와 ___ 했는데, 그것은 아래 경계가 ___만큼 …
(2)④에서 찾은 관계(경계 값의 차 = 그 층의 무게)는 이 다섯 숫자라서 생긴 우연일까요, 어떤 무게를 넣어도 성립하는 규칙일까요? 여러분이 직접 다른 무게 다섯 개를 골라 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 다섯 무게 ___로 해 보니 …
(3)⑥에서 [칸 B] 쪽이 [칸 D] 쪽보다 아래로 갈수록 더 가파르게 커졌다면, 무엇 때문에 그런 차이가 생겼을지 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) | 각 경계의 누적 값을 빠짐없이 정확히 구하고, 차이 계산과 두 기둥 비교를 지시대로 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 경계 차와 층 무게의 관계에 이유를 붙였고, 다른 무게를 직접 골라 규칙을 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 과학 용어를 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
위에 쌓인 만큼 눌린다 · 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.기압이란 무엇인지 한 문장으로 쓰고, 높은 곳으로 올라갈수록 기압이 낮아지는 까닭을 '그 위에 남은 공기'라는 말을 써서 서술하시오.
2.정역학 평형식 ΔP = −ρgΔz 에서, 밀도 ρ = 1.2 ㎏/㎥ 인 공기층을 두께 Δz = 100 m 만큼 위로 지날 때 기압은 얼마나 감소하는가? (g = 9.8 m/s²)
3.정역학 평형 상태의 공기 덩어리가 위로도 아래로도 움직이지 않는 까닭을, 아래·위 경계에 작용하는 기압 차이로 생기는 힘과 무게(중력)의 관계로 서술하시오.
4.해수면(고도 0 m)의 기압이 1000 hPa, 고도 1500 m 지점의 기압이 850 hPa 였다. 이 공기층의 평균 밀도를 정역학 평형식으로 추정하시오. (g = 9.8 m/s²)
5.어느 산 정상의 기압이 700 hPa 로 측정되었다. 해수면 기압 1000 hPa, 그 사이 공기의 평균 밀도 1.0 ㎏/㎥ 로 가정할 때 정상의 고도를 추정하시오. (g = 9.8 m/s²)
정답
1. 기압은 단위 면적 위에 놓인 공기 기둥 전체의 무게(공기가 누르는 힘)이다. 위로 올라갈수록 그 지점 위에 남아 있는 공기의 양이 줄어 무게가 작아지므로 기압이 낮아진다.
2. ΔP = 1.2 × 9.8 × 100 = 1176 Pa ≈ 11.8 hPa 감소
3. 아래 경계가 위로 미는 힘(아래쪽 기압)이 위 경계가 아래로 미는 힘(위쪽 기압)보다 크고, 그 차이(위로 향하는 기압 경도력)가 공기 덩어리의 무게(중력)와 정확히 같아 서로 상쇄되므로 정지 상태를 유지한다.
4. ρ = ΔP /(gΔz) = 15000 Pa /(9.8 × 1500 m) ≈ 1.02 ㎏/㎥
5. Δz = ΔP /(ρg) = 30000 Pa /(1.0 × 9.8) ≈ 3060 m (약 3.1 ㎞)