빛이 다른 물질로 들어갈 때 방향이 꺾이는 규칙
물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 빛이 서로 다른 두 물질이 맞닿은 경계를 비스듬히 지나갑니다. 한 학생이 빛을 '위 물질'에서 '아래 물질'로 쏘며, 경계에 세운 세로 기준선과 빛 사이가 벌어진 정도를 위·아래에서 각각 쟀습니다. 결과 — 1회: 위 30°/아래 22°, 2회: 위 45°/아래 32°, 3회: 위 60°/아래 40°. 또 물질마다 빛이 느려지는 정도(값이 클수록 빛이 더 느려짐): 공기 1.0, 물 1.3, 유리 1.5, 다이아몬드 2.4. 아래 지시대로 손을 움직여 보세요. 예제: 빛이 위 물질에서 아래 물질로 비스듬히 들어갈 때 (비교용: 빛이 아래 물질에서 위 물질로 반대로 나올 때)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①[칸 A]에 세 번의 측정 결과(위/아래 벌어진 정도)를 회차별로 나란히 옮겨 적어 보세요.
- ②각 회마다 위쪽과 아래쪽 중 벌어진 정도가 더 큰 쪽을 [칸 C]에 하나씩 적어 보세요.
- ③[칸 B]에 경계선과 그에 직각인 세로 기준선을 긋고, 위·아래 빛이 벌어진 모습을 그려 보세요.
- ④세 번 모두 아래쪽이 위쪽보다 벌어진 정도가 (큰지/작은지) 한 낱말로 [칸 B] 옆에 적어 보세요.
- ⑤주어진 네 물질을 빛이 느려지는 정도가 큰 순서대로 [칸 D]에 늘어놓아 보세요.
- ⑥빛을 아래쪽에서 위쪽으로 반대로 쏘면 벌어진 정도가 어떻게 바뀔지 [칸 E]에 예상해 적어 보세요.
칸 A — 세 번의 측정 결과 (위/아래 벌어진 정도)
칸 B — 빛이 꺾이는 모습 그림 (세로 기준선 포함)
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)세 번의 측정에서 위쪽 벌어진 정도가 커질 때 아래쪽도 함께 커졌나요? 위쪽과 아래쪽 벌어진 정도 사이에 늘 지켜지는 관계가 있어 보이는지 여러분의 말로 쓰세요. (15점)
✎ 위쪽이 커지면 아래쪽은 ___, 그래서 두 값 사이에는 ___한 관계가 있어 보인다.
(2)빛이 위→아래로 갈 때와 아래→위로 반대로 갈 때, 세로 기준선에 더 바짝 눕는 쪽은 각각 어디였나요? 무엇 때문에 그런 차이가 생길지 [칸 D]의 순서와 연결해 설명하세요. (15점)
✎ 빛은 (느려지는 정도가 큰 / 작은) 물질 쪽에서 기준선에 더 바짝 눕는데, 그 까닭은 …
(3)빛이 느려지는 정도가 더 큰 물질 쪽에서 빛은 세로 기준선에 더 가깝게 눕나요, 더 많이 눕나요? [칸 D]와 [칸 B]의 그림을 근거로 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 다룬 것 — ① 빛이 경계에서 방향이 바뀌는 현상 ② 세로 기준선과 위·아래 빛이 벌어진 두 정도 ③ 그 두 정도 사이에 늘 지켜지던 관계 ④ 물질마다 빛이 느려지는 정도 — 각각에 교과서에서 배운(또는 배울) 용어를 짝지어 이름 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 세 측정값을 빠짐없이 옮기고, 비교·그리기·순서 세우기 지시를 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 위·아래 두 정도 사이의 관계를 근거와 함께 서술하고, 벌어짐의 차이를 물질 순서와 연결함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 네 가지에 알맞은 용어를 각각 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
빛이 다른 물질로 들어갈 때 방향이 꺾이는 규칙 · 총 100점
안내 — 이제 배운 용어를 사용해 풀어 보세요.
1.굴절률의 정의를 쓰고, 진공에서 빛의 속력 c와 어떤 매질에서 빛의 속력 v로 굴절률 n을 식으로 나타내시오.
2.빛이 공기(굴절률 1.0)에서 물(굴절률 1.33)로 입사각 30°로 들어간다. 스넬 법칙 n₁sin i = n₂sin r 을 이용해 굴절각 r의 사인값을 구하시오.
3.어떤 매질의 굴절률이 1.5이다. 진공에서 빛의 속력이 3.0×10⁸ m/s일 때 이 매질에서 빛의 속력 v를 구하시오.
4.빛이 물(굴절률 1.33)에서 유리(굴절률 1.5)로 진행할 때 굴절각은 입사각보다 큰가 작은가? 이유와 함께 답하시오.
5.표에서 다이아몬드의 굴절률은 2.42이다. 진공에서 빛의 속력이 3.0×10⁸ m/s일 때 다이아몬드 속 빛의 속력을 구하시오.
6.빛이 유리(굴절률 1.5)에서 공기(굴절률 1.0)로 나올 때 유리 속 입사각이 30°이면 공기 중 굴절각의 사인값을 구하시오.
정답
1. 매질에서 빛의 속력 v에 대한 진공에서 빛의 속력 c의 비. n = c/v
2. 1.0×sin30° = 1.33×sin r → sin r = 0.5/1.33 ≈ 0.376 (r ≈ 22°). 굴절각이 입사각보다 작다.
3. v = c/n = (3.0×10⁸)/1.5 = 2.0×10⁸ m/s
4. 작다. 매질 2의 굴절률이 더 크므로(n₂>n₁) 빛이 법선 쪽으로 더 꺾여 굴절각 r이 입사각 i보다 작다.
5. v = c/n = (3.0×10⁸)/2.42 ≈ 1.24×10⁸ m/s
6. 1.5×sin30° = 1.0×sin r → sin r = 1.5×0.5 = 0.75 (r ≈ 48.6°). 굴절각이 입사각보다 크다.