아주 좁은 틈으로 먼 불빛을 보고 퍼짐을 재보기
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: 연필 두 자루로 만든 아주 좁은 틈 (비교용: 같은 틈을 조금 더 벌린 경우)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①연필 두 자루를 나란히 붙여 아주 좁은 틈을 만들고, 3 m 떨어진 밝은 선등을 그 틈으로 보세요.
- ②보이는 밝고 어두운 띠의 개수를 세어 [칸 C]에 적고, 본 모습을 [칸 A]에 그리세요.
- ③띠 전체가 좌우로 퍼진 정도를 손가락 폭 단위로 어림해 [칸 D]에 적으세요.
- ④틈을 조금 더 벌린 뒤 ②~③을 반복해 개수는 [칸 E], 퍼진 정도는 [칸 F]에 적고 [칸 B]에 그리세요.
- ⑤[칸 D]와 [칸 F] 중 더 큰 값에 ◯표 하세요.
- ⑥틈을 완전히 벌려 손가락 하나가 들어갈 만큼 열고 다시 본 모습을 [칸 B] 아래에 한 줄로 적으세요.
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)틈이 좁아질수록 퍼짐은 어떻게 변했나요? 불빛이 직진하는 알갱이의 흐름이기만 하다면 이 결과를 설명할 수 있을지 여러분의 말로 쓰세요. (15점)
✎ 틈이 좁아지자 퍼짐은 ___ 되었다. 곧게만 나아가는 알갱이라면 …
(2)붉은 불빛과 푸른 불빛(또는 색 필름을 씌운 불빛)으로 같은 관찰을 직접 해 보세요. 퍼진 정도가 달라지는 것은 우연일까요, 불빛의 종류가 정하는 규칙일까요? 확인 결과와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 색 ___로 해 보니 …
(3)틈을 손가락이 들어갈 만큼 크게 열었을 때는 띠가 보이지 않았습니다. 무엇 때문에 좁을 때와 그렇게 다른 결과가 나오는지 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) | 두 가지 틈 조건에서 관찰한 모습을 그리고 개수·퍼짐을 빠짐없이 기록함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 곧게 나아가는 알갱이만으로 설명되지 않음을 근거로 밝혔고, 색을 바꿔 직접 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
아주 좁은 틈으로 먼 불빛을 보고 퍼짐을 재보기 · 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 9.1×10⁻³¹ kg인 전자가 1.0×10⁷ m/s로 운동할 때 물질파 파장을 구하시오. (h=6.63×10⁻³⁴ J·s)
2.정지한 전자를 100 V로 가속했을 때의 속력과 물질파 파장을 구하시오. (e=1.6×10⁻¹⁹ C)
3.위 전자를 결정면 간격 d = 2.0×10⁻¹⁰ m인 결정에 쏘았을 때 1차 회절(2d sinθ = λ)이 일어나는 각 θ를 구하시오.
4.데이비슨-거머 실험에서 전자가 회절 무늬를 만든 사실이 무엇을 증명하는지 쓰시오.
5.전자를 통과시키는 틈의 폭을 좁힐수록 스크린의 회절 무늬가 넓게 퍼지는 현상을 불확정성 원리 Δx·Δp ≥ h/4π 로 설명하시오.
정답
1. λ = 6.63×10⁻³⁴ ÷ (9.1×10⁻³¹ × 1.0×10⁷) ≈ 7.3×10⁻¹¹ m
2. v = √(2eV/m) = √(3.2×10⁻¹⁷ ÷ 9.1×10⁻³¹) ≈ 5.9×10⁶ m/s, λ = 6.63×10⁻³⁴ ÷ (9.1×10⁻³¹ × 5.9×10⁶) ≈ 1.2×10⁻¹⁰ m
3. sinθ = 1.23×10⁻¹⁰ ÷ (2 × 2.0×10⁻¹⁰) ≈ 0.307, θ ≈ 17.9°
4. 회절은 파동만이 보이는 현상이므로, 입자로 알려진 전자도 파동성을 가진다는 것(물질파의 존재)을 증명한다.
5. 틈이 좁아지면 위치 불확정량 Δx가 작아지고, 그 대가로 운동량 불확정량 Δp(특히 진행 방향과 수직 성분)가 커져 전자가 더 넓은 각도로 퍼져 도달한다.