멀어져도 느려지지 않는 까닭

지구과학 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
학년
이름
점수

안내 — 이 평가지에는 개념 용어가 일부러 빠져 있습니다. 아래 자료를 보고 지시대로 손으로 계산한 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석하고 성찰하여 서술하세요. 정답 문장이 정해져 있지 않으니 이유를 붙인 자기 생각이면 됩니다.  천체 무리 ㉮ — 중심에서 거리(눈금) 1·2·3·4·5에서 관측 속도 150·210·220·220·220 ㎞/s, 같은 거리에서 눈에 보이는 물질만으로 예상한 속도 150·190·170·150·130 ㎞/s.  대조계(모든 물질이 중앙에 몰린 별-행성 무리) — 관측 속도 100·71·58·50·45, 예상 속도 100·71·58·50·45 ㎞/s.  예제: 천체 무리 ㉮ (관측·예상 속도 자료) (비교용: 모든 물질이 중앙에 몰린 별-행성 무리)

1

활동 — 순서대로 해 보기

30점
  1. [칸 A]에 ㉮의 거리 1~5마다 (관측 속도)−(예상 속도)를 계산해 차이를 적어 보세요.
  2. [칸 A]의 차이 다섯 개를 왼쪽부터 읽으며, 거리가 멀어질수록 커지는지 살펴보세요.
  3. 가장 먼 거리 5에서 관측 속도가 예상 속도보다 큰지 작은지 [칸 B]에 적어 보세요.
  4. [칸 B]에 차이가 '거의 그대로'인지 '점점 커짐'인지 한 낱말로 적어 보세요.
  5. [칸 C]에 대조계의 거리 1~5마다 (관측 속도)−(예상 속도)를 계산해 적어 보세요.
  6. [칸 A]와 [칸 C]의 차이를 비교해, 어느 쪽이 멀어질수록 벌어지는지 표시해 보세요.
칸 A — 천체 무리 ㉮ — 거리 1~5의 (관측)−(예상) 차이
칸 B — 가장 먼 곳: 관측이 예상보다? · 차이는 그대로/커짐?
칸 C — 대조계 — 거리 1~5의 (관측)−(예상) 차이
2

해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기

40점

(1)㉮에서 멀리 떨어진 곳의 관측 속도가 '보이는 물질만으로 예상한 속도'보다 훨씬 컸습니다. 멀리서도 이만큼 빠르게 돌려면 그 바깥쪽에 무엇이 더 있어야 할지, 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)

✎ 멀리서도 느려지지 않으려면 바깥쪽에도 ___이(가) 더 있어서 끌어당기는 힘이 ___해야 하기 때문에 …

(2)㉮ 하나에서 나온 이 차이가 이 무리만의 우연일까요, 다른 천체 무리에서도 나타나는 규칙일까요? 아래 ㉯ 자료로 직접 확인한 결과와 함께 판단을 쓰세요. ㉯ — 거리 2·4·6에서 관측 속도 180·185·180, 예상 속도 180·150·120 ㎞/s. (15점)

✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. ㉯의 차이를 거리별로 구해 보니 ___ 이어서 …

(3)대조계는 ㉮와 달리 관측 속도와 예상 속도의 차이가 거의 0이었습니다. 무엇이 달라서 한쪽은 차이가 점점 커지고 다른 쪽은 0에 머무는지 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)거리마다 차이를 정확히 계산하고, 차이의 변화와 대조계 비교를 빠짐없이 표시함상 · 중 · 하
해석 (40점)멀리서도 빠른 까닭을 근거를 들어 설명하고, 다른 자료로 우연/규칙을 검증함상 · 중 · 하
성찰 (30점)활동 순서를 스스로 재구성하고, 자신의 경험에 알맞은 이름(용어)을 연결함상 · 중 · 하
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연습 문제

멀어져도 느려지지 않는 까닭 · 각 20점 · 총 100점
학년
이름
점수

안내 — 1쪽에서 스스로 세운 개념을 이번에는 반복해서 적용해 봅니다. 풀이 과정을 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.

1.은하 중심에서 거리에 따라 별이나 성간 물질이 공전하는 속도를 나타낸 그래프를 무엇이라 하는지 쓰시오.
2.은하의 모든 질량이 중심에 몰려 있다고 가정하면, 중심에서 멀어질수록 별의 공전 속도는 어떻게 변할 것으로 예상되는지 쓰고 그 까닭을 간단히 쓰시오.
3.실제로 관측한 우리은하의 회전 속도 곡선은 은하 중심에서 멀어져도 공전 속도가 어떻게 나타나는지 쓰시오.
4.관측된 회전 속도 곡선이 예상(감소)과 달리 평탄하게 유지되는 사실로부터 우리은하에 대해 무엇을 추론할 수 있는지 쓰시오.
5.회전 속도 곡선이 평탄하려면, 은하 중심에서 반지름 r 안에 든 총 질량 M은 r에 따라 어떻게 늘어나야 하는지 쓰시오. (원 궤도에서 v²=GM/r 이용)
정답
1. 회전 속도 곡선(은하 회전 곡선) 2. 멀어질수록 속도가 감소(느려진다) — 바깥쪽일수록 안쪽 질량이 끌어당기는 중력이 약해지기 때문. 케플러 회전으로 v∝1/√r. 3. 거의 일정한 값(약 220㎞/s 부근)으로 평탄하게 유지된다(멀어져도 느려지지 않는다). 4. 눈에 보이는 별·기체로 설명되지 않는 많은 물질(암흑 물질)이 은하 바깥쪽까지 넓게 분포하며, 은하 질량의 대부분을 차지한다. 5. v가 일정하려면 GM/r=v²=일정 → M∝r, 즉 반지름 r에 비례해 총 질량이 계속 증가해야 한다(바깥쪽에도 질량이 꾸준히 더 있어야 함).
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