빛이 경계면에서 밖으로 나가지 못하고 모두 되돌아오는 까닭
물리1 · 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: 다이아몬드 (비교용: 유리)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①오른쪽 그림에서 위로 되돌아 나오는 화살표 수와 바닥으로 그냥 빠져나가는 화살표 수를 세어 [칸 A]에 적어 보세요.
- ②아래 표를 보고 두 물질의 '빛이 되돌아오기 시작하는 최소 기울기'를 [칸 B]에 옮겨 적어 보세요. (다이아몬드 24.4°, 유리 41.8°)
- ③빛이 안쪽 면에 30° 기울기로 부딪힐 때 각 물질에서 밖으로 빠져나가는지 되돌아오는지 [칸 C]에 판정해 적어 보세요.
- ④[칸 B]의 두 값 중 더 작은 물질에 ◯표 하고, 그 물질 이름을 [칸 D]에 적어 보세요.
- ⑤[칸 A]에서 센 화살표와 [칸 D]의 결과를 견주어, 빛이 더 많이 되돌아오는 물질을 [칸 D] 옆에 적어 보세요.
- ⑥물이 되돌아오기 시작하는 최소 기울기는 48.6°입니다. 물·유리·다이아몬드를 되돌아오기 쉬운 순서대로 [칸 E]에 나열해 보세요.
칸 A — 위로 되돌아 나오는 화살표 수 / 바닥으로 빠져나가는 화살표 수
칸 B — 두 물질의 되돌아오기 시작하는 최소 기울기
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 C]에서 같은 30°인데도 한 물질은 빛을 되돌려보내고 다른 물질은 밖으로 내보냈습니다. 왜 결과가 달랐을지 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 두 물질은 되돌아오기 시작하는 최소 기울기가 ___ 때문에 …
(2)'되돌아오기 시작하는 최소 기울기가 작은 물질일수록 빛을 더 잘 가둔다'는 것은 다이아몬드·유리라서 생긴 우연일까요, 어떤 물질에도 통하는 규칙일까요? 물(48.6°)을 포함해 직접 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 물·유리·다이아몬드로 견주어 보니 …
(3)세공사가 다이아몬드를 다른 보석보다 더 반짝이게 만들 수 있는 까닭은 무엇 때문일까요? [칸 B]의 값 차이와 연결지어 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) | 화살표를 빠짐없이 세고, 기울기 비교·판정·순서 나열 지시를 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 같은 기울기에서 결과가 갈린 까닭에 이유를 붙였고, 물을 포함해 직접 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
빛이 경계면에서 밖으로 나가지 못하고 모두 되돌아오는 까닭 · 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.교과서 자료에 따르면 다이아몬드의 굴절률과 임계각은 각각 얼마인가?
2.스스로 빛을 내지 않는 다이아몬드가 다른 보석보다 더 반짝여 보이는 까닭을 전반사를 이용해 설명하시오.
3.굴절률 n=2.42인 다이아몬드에서 공기로 빛이 나갈 때 임계각을 sin(임계각)=1/n 을 이용해 구하시오.
4.빛이 다이아몬드 안쪽 면에 입사각 30°로 부딪힐 때 전반사가 일어나는지 임계각과 비교하여 판정하시오.
5.세공사가 다이아몬드 원석을 가공할 때 각도를 조절하는 이유를 전반사와 관련지어 쓰시오.
6.굴절률이 큰 물질일수록 임계각과 전반사가 일어나는 정도는 각각 어떻게 되는지 쓰시오.
정답
1. 굴절률 2.42, 임계각 24.4°
2. 굴절률이 커서 임계각이 작아 전반사가 잘 일어나므로, 밖에서 들어온 빛이 대부분 되돌아 나오기 때문이다.
3. sin θc = 1/2.42 ≈ 0.413, θc ≈ 24.4°
4. 입사각 30°가 임계각 24.4°보다 크므로 전반사가 일어난다.
5. 빛이 여러 면에서 임계각보다 큰 입사각으로 부딪혀 전반사가 잘 일어나 더 많이 빛나도록 하기 위해서이다.
6. 굴절률이 클수록 임계각은 작아지고, 전반사는 더 잘 일어난다.