추를 떨어뜨려 물의 온도가 오르는지 숫자로 확인하기
물리 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: 10 kg 추를 2 m씩 20번 내려 물 0.2 kg 젓기 (비교용: 같은 장치에 물 0.4 kg)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①10 kg 추가 2 m 내려오면서 날개를 돌려 물을 젓습니다. 10 × 9.8 × 2를 [칸 A]에 적으세요.
- ②이 내리기를 20번 반복했습니다. [칸 A]의 값에 20을 곱해 [칸 A] 아래에 적으세요.
- ③물 1 kg의 온도를 1 °C 올리려면 4200 J이 듭니다. 물 0.2 kg에 대해 0.2 × 4200을 [칸 B]에 적으세요.
- ④[칸 A]의 최종 값을 [칸 B]의 값으로 나누어 온도가 몇 도 오를지 [칸 C]에 적으세요.
- ⑤실제 온도계는 처음 20.0 °C에서 24.6 °C가 되었습니다. [칸 D]에 적고 [칸 C]와 비교하세요.
- ⑥물을 0.4 kg으로 바꾸고 나머지는 그대로일 때의 예상 온도 변화를 [칸 E]에 계산해 적으세요.
칸 B — 물 0.2 kg을 1 °C 올리는 데 드는 양
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)추를 아래로 내렸을 뿐인데 물의 온도가 올랐습니다. 추가 내려오며 없어진 것이 어디로 갔다고 보이나요? 여러분의 말로 쓰세요. (15점)
✎ 추가 아래로 내려오며 잃은 것이 물의 ___로 나타났다. 그렇게 생각한 까닭은 …
(2)[칸 C]의 계산값과 [칸 D]의 실제값이 이만큼 가까운 것은 우연일까요, 되풀이해도 나타날 규칙일까요? 내리는 횟수를 직접 바꿔 계산한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 잡은 횟수 ___번으로 해 보니 …
(3)[칸 E]처럼 물의 양을 두 배로 하면 왜 온도 변화가 달라질까요? 그리고 실제값이 계산값보다 조금 작다면 그 몫은 어디로 갔을지 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 — 추가 내려오며 잃은 것, 물이 얻은 것, 둘의 관계를 각각 한 문장으로 쓴 뒤, 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙이세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 각 단계 값을 빠짐없이 계산하고 단위를 함께 적음 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 사라진 것이 간 곳을 자기 말로 쓰고, 조건을 직접 바꿔 확인함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 각 문장에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
추를 떨어뜨려 물의 온도가 오르는지 숫자로 확인하기 · 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.질량 2 kg인 나무토막을 8 N의 마찰력을 받으며 수평면에서 15 m 끌었다. 마찰에 의해 발생한 열에너지를 구하시오.
2.질량 10 kg인 추가 5 m 낙하하며 물 0.5 kg을 젓는 날개를 돌렸다. 추의 역학적 에너지가 모두 물의 열에너지로 전환되었을 때 물의 온도 변화를 구하시오. (g = 9.8 m/s², 물의 비열 4200 J/kg·°C)
3.위 실험에서 낙하를 30번 반복했을 때 물의 온도 변화를 구하시오.
4.20 m/s로 달리던 질량 1000 kg의 자동차가 제동하여 멈추었다. 브레이크에서 발생한 열에너지를 구하시오.
5.실제 실험에서 계산한 온도 상승보다 측정값이 작게 나오는 까닭을 한 가지 쓰시오.
정답
1. Q = 8 N × 15 m = 120 J
2. W = 10×9.8×5 = 490 J → ΔT = 490 ÷ (0.5×4200) = 0.233 °C
3. 490×30 = 14700 J → ΔT = 14700 ÷ 2100 = 7.0 °C
4. ½×1000×20² = 200000 J = 2.0×10⁵ J
5. 발생한 열의 일부가 용기와 주위 공기로 빠져나가고, 날개·축의 마찰과 소리로도 일부가 손실되기 때문