작은 전압 흔들림이 큰 전압 흔들림으로 바뀌는 까닭 따져 보기
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: 가는 선 쪽 전압이 10 mV 흔들릴 때 2 kΩ 저항 양 끝의 전압 흔들림 (비교용: 같은 자리의 저항을 5 kΩ으로 바꾸었을 때)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①[칸 A] 표 왼쪽 열에 가는 선 쪽 전압 흔들림 10, 20, 30 (mV)을 차례대로 적어 보세요.
- ②가는 선 쪽 저항이 1 kΩ이므로 각 줄의 전압을 1 kΩ으로 나눠 흐른 값(µA)을 오른쪽 열에 적으세요.
- ③[칸 B]에 각 줄의 오른쪽 값에 100을 곱해 굵은 선에 흐른 값(mA)을 적어 보세요.
- ④[칸 C]에 [칸 B]의 각 값에 2 kΩ을 곱해 저항 양 끝 전압 흔들림(V)을 적어 보세요.
- ⑤[칸 D]에 [칸 C] 값을 [칸 A] 왼쪽 값으로 나눈 몫을 각 줄마다 적어 보세요.
- ⑥저항만 5 kΩ으로 바꿔 ③~⑤를 다시 하고, 첫 줄의 결과를 [칸 E]에 적어 보세요.
칸 A — 가는 선 쪽 전압(mV)과 흐른 값(µA)
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 D]에 적은 몫들은 서로 어땠나요? 그 몫이 이 부품에서 무엇을 나타내는 값인지 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 몫이 모두 같게 나왔다면, 나가는 쪽 전압 흔들림은 들어오는 쪽 전압 흔들림의 ___
(2)가는 선 쪽 전압 흔들림을 40 mV로 했을 때의 결과를 직접 계산해 보고, [칸 D]의 몫이 어떤 값에서도 유지되는 규칙인지 특정 값에서만 생긴 우연인지 이유와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 내가 계산한 값은 ___ V이고, 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 왜냐하면 …
(3)⑥에서 저항을 5 kΩ으로 바꾸자 [칸 E]는 [칸 C]·[칸 D]와 무엇이 달랐나요? 무엇 때문에 그 차이가 생겼을지 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) | 단위를 맞춰 나눗셈·곱셈을 끝까지 수행하고 각 칸을 빠짐없이 채움 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 몫이 일정함을 관찰하고 새 값을 직접 계산해 근거로 제시함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
작은 전압 흔들림이 큰 전압 흔들림으로 바뀌는 까닭 따져 보기 · 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.β = 100인 트랜지스터의 베이스 전류가 10 µA 변했다. 컬렉터 전류의 변화량을 mA 단위로 구하시오.
2.위 1번에서 컬렉터에 연결된 부하 저항이 2 kΩ일 때 출력 전압의 변화량을 구하시오.
3.입력 저항이 1 kΩ일 때 베이스 전류 10 µA에 해당하는 입력 전압 변화량을 구하고, 전압 이득(출력/입력)을 구하시오.
4.부하 저항만 5 kΩ으로 바꾸었을 때의 출력 전압 변화량과 전압 이득을 구하시오.
5.전압 이득을 더 크게 하려면 부하 저항을 어떻게 해야 하는지 쓰고, 그 까닭을 증폭 원리로 설명하시오.
정답
1. ΔI_C = 100 × 10 µA = 1000 µA = 1.0 mA
2. ΔV_out = 1.0 mA × 2 kΩ = 2.0 V
3. ΔV_in = 10 µA × 1 kΩ = 0.01 V = 10 mV, 전압 이득 = 2.0 V ÷ 0.01 V = 200
4. ΔV_out = 1.0 mA × 5 kΩ = 5.0 V, 전압 이득 = 5.0 V ÷ 0.01 V = 500
5. 부하 저항을 크게 한다. 출력 전압은 (컬렉터 전류 변화량)×(부하 저항)이므로 같은 전류 변화에도 저항이 크면 전압 변화가 커져 전압 이득이 커진다.