겹쳐 온 신호를 갈라내기
지구과학 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 이 평가지에는 개념 용어가 일부러 빠져 있습니다. 하늘의 두 방향에서 어떤 천체(구름)들이 보내온 신호 값을 적어 두었습니다. 신호가 제자리 값에서 얼마나 밀려났는지 직접 계산한 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석·성찰하세요. 정답 문장은 정해져 있지 않으니 이유를 붙인 자기 생각이면 됩니다. 빛으로는 가려져 보이지 않는 곳의 신호도 이 값에는 잡혀 있습니다.
제자리 값 = 1420.4 ㎒ / ㉮ 방향 — 가 1420.4 · 나 1419.9 · 다 1419.2 · 라 1420.8 ㎒ / ㉯ 방향 — 마 1420.2 ㎒ (하나뿐) 예제: ㉮ 방향(구름 가·나·다·라) (비교용: ㉯ 방향(구름 마))
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①㉮ 방향 네 신호(가·나·다·라)에서 각각 제자리 값 1420.4를 빼고, 그 결과를 [칸 A]에 적으세요.
- ②[칸 A]의 값이 0보다 큰지 작은지 보고, 커진 신호와 작아진 신호로 갈라 [칸 C]에 적으세요.
- ③[칸 A] 값의 크기를 부호 없이 보고, 큰 순서대로 신호 이름을 [칸 B]에 늘어놓으세요.
- ④㉯ 방향 신호(마)도 제자리 값 1420.4를 빼서 그 결과를 [칸 D]에 적으세요.
- ⑤[칸 B]에서 가장 크게 밀린 신호에 ◯표 하고, 그 이름을 [칸 E]에 적으세요.
- ⑥㉮ 방향엔 서로 다른 밀림 값이 몇 개, ㉯ 방향엔 몇 개 나왔는지 [칸 E] 옆에 적으세요.
칸 A — ㉮ 방향 — 관측값에서 제자리 값을 뺀 결과
칸 E — 가장 크게 밀린 신호 · 방향별 개수
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 A]의 값들은 왜 0이 아니라 제자리 값에서 밀려나 있을까요? 그 신호를 보낸 천체에게 무슨 일이 일어나고 있다고 생각하는지 자기 말로 설명하세요. (15점)
✎ 그 천체가 ___ 때문에 값이 밀렸다고 생각한다. 왜냐하면 …
(2)㉮ 방향은 서로 다른 밀림 값이 여러 개였고 ㉯ 방향은 하나뿐이었습니다. 무엇 때문에 한 방향에서 신호가 여러 개 겹쳐 왔을지 여러분의 생각을 쓰세요. (10점)
(3)크게 밀린 신호일수록 그 천체가 더 빠르게 움직인다고 본다면, 이것은 이 표라서 생긴 우연일까요, 어떤 신호에도 통하는 규칙일까요? 값을 하나 더 골라(예: 마) 직접 확인한 결과와 함께 판단해 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 더 확인한 신호는 ___이고 …
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 것(제자리에서 밀린 값·그 밀림으로 잰 움직임·한 방향에 겹친 여러 천체)에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 두 방향의 신호를 빠짐없이 계산하고, 부호·크기 비교와 개수 세기를 정확히 함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 관측된 밀림의 까닭을 근거를 들어 자기 말로 설명하고, 우연/규칙을 다른 값으로 검증함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 활동 순서를 스스로 재구성하고, 자신의 경험에 알맞은 이름(용어)을 연결함 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
겹쳐 온 신호를 갈라내기 · 각 20점 · 총 100점
안내 — 1쪽에서 스스로 세운 구조를 이번에는 교과서 용어로 반복 적용해 봅니다. 풀이 과정을 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.
1.중성 수소 원자가 내는 21cm 수소선은 전자기파 중 어느 영역에 속하는가? 또 파장 21cm에 해당하는 진동수는 약 얼마인지 구하시오. (빛의 속도 3×10⁸ ㎧)
2.어떤 중성 수소 구름에서 오는 21cm 수소선의 파장이 제자리 값보다 길게(적색편이) 관측되었다. 이 구름은 우리에게서 멀어지는가, 다가오는가? 까닭과 함께 쓰시오.
3.제자리 진동수가 1420.4 ㎒인 수소선이 어떤 구름에서 1419.7 ㎒로 관측되었다. 빛의 속도를 3×10⁵ ㎞/s로 할 때 이 구름의 시선속도 크기를 구하고, 멀어지는지 다가오는지 판정하시오.
4.가시광선 망원경보다 21cm 전파로 은하 원반을 관측할 때 은하 전체 구조를 더 잘 알 수 있는 까닭으로 옳은 것을 고르시오. ㉠ 전파는 성간 티끌에 잘 흡수·산란되지 않아 가려진 영역까지 통과한다 ㉡ 중성 수소는 가시광선을 전혀 내지 않는다 ㉢ 전파는 빛보다 속도가 빠르다
5.한 시선 방향을 21cm 수소선으로 관측했더니 서로 다른 진동수에서 봉우리가 세 개 나타났다. 이것이 우리은하의 구조에 대해 무엇을 뜻하는지 설명하시오.
정답
1. 전파(라디오파) 영역 · 진동수 f=c/λ=(3×10⁸)÷0.21≈1.43×10⁹ ㎐≈1420 ㎒
2. 멀어진다 — 파장이 길어지는 적색편이는 광원이 관측자에게서 멀어질 때 나타나는 도플러 효과이기 때문
3. 약 148 ㎞/s로 멀어진다 (v=c·Δf/f=3×10⁵×0.7÷1420.4≈148 ㎞/s, 진동수가 낮아졌으므로 멀어짐)
4. ㉠ (㉡·㉢은 틀림: 전파도 빛의 일종이라 속도가 같고, 관측 이점은 티끌 통과 때문)
5. 그 방향에 시선속도가 서로 다른 중성 수소 구름이 셋 겹쳐 있다는 뜻 · 은하 회전으로 속도(≒거리)가 다른 세 나선팔을 통과해 보는 것으로, 각 봉우리의 도플러 이동으로 거리를 구하면 나선팔의 위치를 지도로 그릴 수 있다