빛에 소식을 실어 가느다란 유리 실로 멀리 보내는 길

물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
학년
이름
점수

안내 — 가느다란 유리 실이 하나 있습니다. 잘라서 둥근 단면을 보면 한가운데 , 그 심을 감싼 , 다시 그 바깥을 덮은 덮개로 세 겹입니다. 심 안으로 빛을 쏘면 빛이 벽에 튕겨 지그재그로 멀리 나아갑니다. 심에는 1.4475, 감싼 겹에는 1.4440이라는 숫자가 붙어 있습니다. 이 실로 소식을 멀리 보내는 길에는 다섯 자리가 순서대로 있습니다 ― ① 전기로 소식을 내보내는 자리 → ② 전기를 빛으로 바꾸는 자리 → ③ 빛을 실어 나르는 유리 실 → ④ 빛을 전기로 바꾸는 자리 → ⑤ 전기 소식을 받는 자리. 아래를 순서대로 손으로 해 보세요.  예제: 안쪽 심의 숫자(1.4475)가 감싼 겹의 숫자(1.4440)보다 큰 유리 실 (비교용: 안쪽 심의 숫자가 감싼 겹의 숫자보다 작은 유리 실)

1

활동 — 순서대로 해 보기

30점
  1. 둥근 단면을 그리고, 가장 안쪽 심부터 바깥 덮개까지 세 겹을 안쪽 순서대로 [칸 A]에 적어 보세요.
  2. 빛이 벽에 튕기며 지그재그로 나아가는 층은 세 겹 중 어디인가요? 그 층을 찾아 [칸 C]에 적어 보세요.
  3. 1.4475와 1.4440 중 빛이 다니는 층에 붙은 숫자를 [칸 D]에 적고, 두 숫자 중 어느 쪽이 큰지 옆에 표시하세요.
  4. 소식이 지나가는 다섯 자리 ①~⑤를 순서대로 [칸 B]에 옮겨 적어 보세요.
  5. 다섯 자리 중 소식의 모습이 바뀌는 자리(전기↔빛) 두 곳을 찾아 [칸 E]에 번호로 적어 보세요.
  6. ①의 소식 모습과 ⑤의 소식 모습을 비교해, 같은 점과 다른 점을 [칸 D] 옆 빈 곳에 적어 보세요.
칸 A — 둥근 단면의 세 겹 (안쪽 순서대로)
칸 B — 소식이 지나가는 다섯 자리 (①~⑤ 순서 + 하는 일)
칸 C — 빛이 지그재그로 다니는 층
칸 D — 빛이 다니는 층에 붙은 숫자
칸 E — 소식 모습이 바뀌는 자리(번호)
2

해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기

40점

(1)빛이 심 밖으로 새지 않고 벽에 튕기며 심 안에만 갇혀 가는 까닭은 무엇일까요? [칸 D]에 적은 두 숫자의 크기 관계와 연결지어 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)

✎ 빛이 다니는 심의 숫자가 감싼 겹의 숫자보다 ___기 때문에 …

(2)만약 안쪽 심의 숫자가 감싼 겹의 숫자보다 오히려 작았다면 빛은 어떻게 될까요? 이것은 이 유리 실이라서 생긴 우연일까요, 숫자 크기 관계가 정하는 규칙일까요? 그렇게 생각한 이유를 쓰세요. (15점)

✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 왜냐하면 …

(3)소식은 ①~⑤를 지나며 전기 → 빛 → 전기로 모습을 두 번 바꿉니다. 굳이 중간에 빛으로 바꾸어 유리 실로 보내는 것이 무엇에 유리할지 여러분의 생각을 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 것(유리 실, 빛이 다니는 심, 벽에 튕겨 나아감, 전기↔빛 변환 등)에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)

평가 기준
활동 수행 (30점)세 겹의 순서·빛이 다니는 층·다섯 자리 순서를 빠짐없이 정확히 찾고 표시함상 · 중 · 하
해석 (40점)두 숫자의 크기 관계로 빛이 갇히는 까닭을 설명하고, 반대 경우를 근거와 함께 예상함상 · 중 · 하
성찰 (30점)순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 과학 이름을 짝지음상 · 중 · 하
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연습 문제

빛에 소식을 실어 가느다란 유리 실로 멀리 보내는 길 · 총 100점
학년
이름
점수

안내 — 1쪽에서 스스로 세운 개념을 이번에는 용어를 사용해 정리하고 적용해 봅니다. 풀이 과정을 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.

1.광통신에서 정보가 전달되는 과정을 발신자에서 수신자까지 순서대로 쓰고, 각 단계에서 신호가 어떤 형태(전기/빛)인지 밝히시오.
2.광섬유의 단면 구조를 안쪽부터 바깥쪽 순서로 세 부분의 이름을 쓰고, 빛이 실제로 진행하는 부분이 어디인지 쓰시오.
3.광섬유에서 코어의 굴절률(약 1.4475)이 클래딩의 굴절률(약 1.4440)보다 크게 만든 까닭과, 그 결과 코어와 클래딩의 경계에서 빛에 일어나는 현상의 이름을 쓰시오.
4.굴절률이 1.4475인 코어 속을 지나는 빛의 속력을 구하시오. (진공에서 빛의 속력 c = 3×10⁸ m/s, v = c/n)
5.코어의 굴절률 1.4475, 클래딩의 굴절률 1.4440일 때, 코어와 클래딩 경계에서 전반사가 일어나기 시작하는 임계각을 구하시오. (sinθc = n클래딩 / n코어)
6.광섬유의 중간에서 빛이 흡수되어 신호가 약해지는 문제를 해결하는 장치의 이름과, 광섬유를 이용해 수술 없이 몸속을 관찰하는 의료 기기의 이름을 각각 쓰시오.
정답
1. 발신자(전기 신호) → 송신기(전기 신호를 빛으로 변환) → 광섬유(빛 신호 전달) → 수신기(빛을 전기 신호로 변환) → 수신자(전기 신호) 2. 안쪽부터 코어 - 클래딩 - 코팅. 빛은 코어 속에서 진행한다. 3. 코어의 굴절률이 클래딩보다 커야 경계에서 전반사가 일어나 빛이 코어 밖으로 나가지 않고 코어 내부에 갇혀 먼 곳까지 진행하기 때문이다. 이 현상은 전반사이다. 4. v = c/n = (3×10⁸)/1.4475 ≈ 2.07×10⁸ m/s 5. sinθc = 1.4440/1.4475 ≈ 0.9976 이므로 θc ≈ 86.0° (이보다 큰 입사각에서 전반사) 6. 빛을 다시 세게 하는 장치는 광 증폭기, 몸속을 관찰하는 의료 기기는 내시경이다.
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