팽팽한 고무막 위에서 구슬이 지나간 길 그려 보기

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

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: 팽팽하게 편 고무막과 가운데에 놓은 1 kg 쇠공, 굴려 보내는 작은 구슬 (비교용: 쇠공을 치운 평평한 고무막)

1

활동 — 순서대로 해 보기

30점
  1. 평평한 고무막 가장자리에서 구슬을 굴려 보내고, 지나간 길을 [칸 A]에 선으로 그리세요.
  2. 막 가운데에 1 kg 쇠공을 놓고, 자로 막이 내려앉은 깊이를 재어 [칸 B]에 cm 단위로 적으세요.
  3. 같은 자리에서 같은 세기로 구슬을 다시 굴려 지나간 길을 [칸 C]에 선으로 그리세요.
  4. [칸 A]와 [칸 C]의 두 선을 겹쳐 보고 가장 많이 벌어진 곳의 거리를 재어 [칸 C] 옆에 적으세요.
  5. 쇠공을 2 kg으로 바꿔 ②~④를 반복하고, 깊이와 벌어진 거리를 [칸 D]에 적으세요.
  6. 쇠공에서 가장 먼 가장자리 쪽으로만 구슬을 굴려 보고 결과를 [칸 E]에 적으세요.
칸 A — 쇠공 없을 때 구슬이 지나간 길
칸 B — 막이 내려앉은 깊이(cm)
칸 C — 쇠공 있을 때 길과 벌어진 거리
칸 D — 2 kg일 때 깊이·벌어진 거리
칸 E — 가장자리에서 굴렸을 때 결과
2

해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기

40점

(1)구슬을 옆에서 잡아당긴 것이 없었는데도 길이 바뀌었습니다. 무엇이 길을 바꾼 것인지 여러분의 말로 쓰세요. (15점)

✎ 구슬을 당긴 것이 아니라, 구슬이 지나가는 ___ 자체가 달라졌기 때문에 …

(2)쇠공을 무겁게 할수록 길이 더 많이 달라진 것은 이 고무막에서만 생긴 우연일까요, 다른 막이나 다른 무게에서도 생기는 규칙일까요? 직접 하나 더 골라 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)

✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 ___로 해 보니 …

(3)⑥에서 쇠공에서 먼 쪽으로 굴린 구슬의 길은 [칸 C]와 무엇이 달랐나요? 그 차이가 뜻하는 바를 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) 물리 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)

평가 기준
활동 수행 (30점)두 경우의 경로를 정확히 그리고 깊이·벌어진 거리를 빠짐없이 측정함상 · 중 · 하
해석 (40점)경로 변화의 원인을 이유와 함께 서술하고, 다른 조건으로 직접 확인함상 · 중 · 하
성찰 (30점)순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음상 · 중 · 하
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연습 문제

팽팽한 고무막 위에서 구슬이 지나간 길 그려 보기 · 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.일반 상대성 이론에서 중력을 '힘'이 아니라 '시공간의 휘어짐'으로 설명한다는 것이 무슨 뜻인지 서술하시오.
2.고무막 모형에서 (가) 고무막, (나) 무거운 쇠공, (다) 굴러가는 구슬이 각각 무엇에 대응하는지 쓰고, 이 모형의 한계를 한 가지 서술하시오.
3.수성의 근일점 이동이 일반 상대성 이론의 증거가 되는 까닭을 서술하시오.
4.1919년 개기 일식 관측이 확인한 사실을 서술하시오.
5.GPS 위성의 시계 보정이 필요한 까닭을 시공간의 휘어짐과 관련지어 서술하시오.
정답
1. 질량을 가진 물체가 주변 시공간을 휘게 만들고, 다른 물체는 그 휘어진 시공간에서 가장 곧은 길(측지선)을 따라 움직인다. 별도의 인력을 도입하지 않아도 궤도 운동이 설명된다. 2. (가) 시공간 (나) 태양처럼 질량이 큰 천체 (다) 행성 등 운동하는 물체. 한계: 2차원 면으로 4차원 시공간을 표현하고, 막이 내려앉게 하는 원인으로 다시 지구 중력을 쓰는 순환 설명이다. 3. 뉴턴 역학만으로는 관측된 근일점 이동량(100년당 약 43″)을 설명하지 못했으나, 태양 근처의 휘어진 시공간을 고려한 일반 상대성 이론의 계산이 관측값과 일치했다. 4. 태양 뒤쪽 별에서 온 빛이 태양 가장자리를 지나며 휘어져 별의 겉보기 위치가 이동했고, 그 각도가 일반 상대성 이론의 예측값(약 1.75″)과 일치했다. 5. 중력이 약한 높은 궤도에서는 시공간의 휘어짐이 작아 시계가 지표면보다 빠르게 간다(특수 상대성에 의한 지연도 함께 작용). 보정하지 않으면 위치 오차가 하루에 수 km까지 누적된다.
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