줄을 흔드는 잦기·빠르기와 굽이 하나의 길이
물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 줄의 한쪽 끝을 손으로 잡고 위아래로 흔들면 줄을 따라 굽이치는 모양이 생깁니다. 아래 두 상황(같은 줄을 천천히/빠르게 흔들 때, 굵은 줄과 가는 줄을 이어 흔들 때)의 그림을 관찰해 칸을 채우고, 그 결과를 여러분의 말로 해석·성찰하세요. 예제: 같은 줄을 천천히 흔들 때와 빠르게 흔들 때 (비교용: 굵은 줄과 가는 줄을 이어 붙여 한쪽 끝을 흔들 때)
1
활동 — 그림을 관찰하고 칸 채우기
30점
- ①줄을 천천히 흔들 때 생기는 그림에서 굽이 하나(한 번 올라갔다 내려온 마디)의 길이가 긴지 짧은지 [칸 A]에 적어 보세요.
- ②같은 줄을 손을 더 자주 움직여 빠르게 흔들 때의 그림에서 굽이 하나의 길이를 [칸 B]에 적어 보세요.
- ③[칸 A]와 [칸 B]를 비교해, 손을 더 자주 흔든 쪽에서 굽이 하나의 길이가 어떻게 달라졌는지 [칸 C]에 적어 보세요.
- ④굵은 줄과 가는 줄을 이어 붙여 흔든 그림에서, 굵은 줄 쪽과 가는 줄 쪽 굽이 하나의 길이를 비교해 [칸 D]에 적어 보세요.
- ⑤그 그림에서 굽이가 더 빨리 지나가는 쪽(가는 줄)과 굽이 하나가 더 긴 쪽이 같은 쪽인지 다른 쪽인지 [칸 E]에 적어 보세요.
- ⑥[칸 C]와 [칸 E]를 나란히 놓고, '자주 흔들기'와 '빨리 지나가기'가 굽이 길이에 준 영향이 서로 같은지 반대인지 살펴보세요.
칸 A — 천천히 흔든 줄 — 굽이 하나의 길이
칸 B — 빠르게 흔든 줄 — 굽이 하나의 길이
칸 D — 굵은 줄 쪽 vs 가는 줄 쪽 굽이 길이
칸 E — 빨리 지나가는 쪽과 굽이 긴 쪽의 관계
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 C]에서 본 것(손을 자주 흔들수록 굽이 하나가 짧아짐)은 이 줄에서만 생긴 우연일까요, 다른 줄이나 용수철에서도 늘 생기는 규칙일까요? 직접 골라 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 ___로 해 보니 …
(2)[칸 D]·[칸 E]에서는 굽이가 더 빨리 지나가는 쪽에서 굽이 하나가 더 길었습니다. 앞의 '자주 흔들수록 짧아진다'와 반대처럼 보이는 까닭은 무엇일까요? 두 상황에서 무엇이 같고 무엇이 달랐는지로 설명해 보세요. (15점)
✎ 첫 상황에서는 ___이(가) 같았고, 둘째 상황에서는 ___이(가) 같았기 때문에 …
(3)[칸 A]와 [칸 B]는 손을 흔든 잦기가 서로 달랐습니다. 그 사이 같은 줄에서 굽이가 지나가는 빠르기는 같았을까요, 달랐을까요? 왜 그렇게 생각하는지 쓰세요. (10점)
3
성찰 — 활동을 내 것으로 만들기
30점
(1) 순서 다시 짜기 — 이 관찰을 처음 하는 친구에게 나라면 어떤 순서로 그림을 보여 줄지 쓰고, 왜 그 순서인지 한 문장으로 이유를 붙이세요. 지워도 되는 단계가 있다면 그것도 쓰세요. (15점)
(2) 이름 붙이기 — 오늘 관찰한 것을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것(손을 흔든 잦기, 굽이 하나의 길이, 굽이가 지나가는 빠르기)에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 관찰 수행 (30점) | 두 그림에서 굽이 하나의 길이와 빠르기를 정확히 비교해 각 칸을 채움 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 가설에 이유를 붙였고, 두 상황에서 같은 것과 다른 것을 근거로 구분함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
줄을 흔드는 잦기·빠르기와 굽이 하나의 길이 · 총 100점
안내 — 앞에서 관찰한 규칙을 이번에는 과학 용어로 확인해 봅시다. 풀이를 빈 곳에 쓰고 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.
1.파동의 속력, 진동수, 파장 사이의 관계식을 쓰고, 세 물리량의 단위를 각각 쓰시오.
2.진동수가 5 Hz이고 파장이 0.4 m인 파동의 속력을 구하시오. (v = f λ)
3.파동의 속력이 340 m/s이고 진동수가 170 Hz일 때, 파장을 구하시오.
4.파동의 속력이 일정할 때 진동수가 커지면 파장은 어떻게 되는지 쓰고, 그림 III-1-2(같은 줄을 천천히·빠르게 흔들 때)를 근거로 설명하시오.
5.진동수가 일정할 때 파동의 속력이 빨라지면 파장은 어떻게 되는지 쓰고, 그림 III-1-3(굵은 줄과 가는 줄 연결)을 근거로 설명하시오.
6.진동수가 2 Hz인 파동의 주기를 구하시오. (주기 T = 1 / f)
정답
1. v = f λ (파동의 속력 = 진동수 × 파장) · 단위: v [m/s], f [Hz], λ [m]
2. v = 5 Hz × 0.4 m = 2 m/s
3. λ = v / f = 340 ÷ 170 = 2 m
4. 파장은 짧아진다. v가 일정하고 v=fλ이므로 f가 커지면 λ는 반비례로 작아진다. (그림: 빨리 흔들 때 파장이 짧다)
5. 파장은 길어진다. f가 일정하고 v=fλ이므로 v가 커지면 λ도 정비례로 커진다. (그림: 가는 줄에서 속력이 빠르고 파장이 더 길다)
6. T = 1 / 2 Hz = 0.5 s