두 물결을 겹쳐 없애거나 키우는 기술
물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 아래 지시를 순서대로 따라 하며 두 물결 곡선을 같은 자리에 겹쳐 그려 보고, 겹치는 방식에 따라 결과가 어떻게 달라지는지 관찰합니다. 예제: 봉우리와 골짜기가 정반대인 두 곡선 (비교용: 봉우리와 골짜기가 똑같은 두 곡선)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①[칸 A]에 위아래로 굽이치는 물결 모양 곡선을 하나 그리세요. 봉우리와 골짜기가 번갈아 나오게 하세요.
- ②[칸 B]에 [칸 A]의 봉우리 자리에는 골짜기가, 골짜기 자리에는 봉우리가 오도록 정반대 곡선을 그리세요.
- ③[칸 A]와 [칸 B]를 같은 지점끼리 위아래 높이를 더한 결과를 [칸 C]에 그려 보세요.
- ④[칸 C]의 곡선이 평평해졌는지, 아니면 더 커졌는지 한 문장으로 적어 보세요.
- ⑤[칸 D]에는 [칸 A]와 봉우리·골짜기가 같은 자리에 오도록 곡선을 그리고, [칸 A]와 더한 결과를 [칸 E]에 그리세요.
- ⑥[칸 C]와 [칸 E]를 비교해서 어느 쪽이 평평해지고 어느 쪽이 더 커졌는지 찾아 적어 보세요.
칸 B — 봉우리·골짜기를 A와 정반대로 맞춘 곡선
칸 C — A와 B를 같은 자리에서 더한 결과
칸 D — 봉우리·골짜기를 A와 똑같이 맞춘 곡선
칸 E — A와 D를 같은 자리에서 더한 결과
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 C]가 평평해진 것은 [칸 A]와 [칸 B]를 특별하게 그렸기 때문일까요, 아니면 어떤 곡선이든 봉우리와 골짜기를 정반대로 맞추면 항상 평평해질까요? 다른 모양의 곡선 한 쌍을 직접 그려 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (특별한 경우 / 항상 그런 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 새로 그린 두 곡선으로 해 보니 …
(2)[칸 C]와 [칸 E]는 왜 서로 다른 모양이 되었나요? 두 곡선을 어떻게 맞췄기에 한쪽은 없어지고 한쪽은 더 커졌는지, 무엇 때문인지 여러분의 말로 쓰세요. (15점)
(3)시끄러운 곳에서 원치 않는 소리만 없애는 기계를 만든다면 [칸 C]와 [칸 E] 중 어떤 상황을 이용해야 할까요? 그렇게 생각한 이유와 함께 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 스스로 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 두 곡선을 지시대로 그리고, 같은 자리에서 더한 결과를 정확히 나타냄 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 없어짐/커짐의 차이에 이유를 붙였고, 다른 곡선으로 직접 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
두 물결을 겹쳐 없애거나 키우는 기술 · 각 20점 · 총 100점
안내 — 이제 배운 용어를 사용해 개념을 확인합니다.
1.소음 제거 헤드폰이 소음을 없애는 원리를 '위상'과 '상쇄 간섭'이라는 용어를 써서 설명하시오.
2.안경 렌즈 표면의 무반사 코팅이 반사되어 보이는 빛을 없애는 원리를 설명하시오.
3.비 오는 날 물 위 기름띠나 비누 막에서 무지갯빛이 보이는 까닭을 간섭으로 설명하시오.
4.파장이 긴 전파를 관측할 때 하나의 큰 망원경 대신 여러 대의 전파 망원경을 세워 쓰는 까닭을 쓰시오.
5.두 빛이 완전히 상쇄 간섭을 하려면 두 빛의 위상 차이가 어떠해야 하는지 쓰고, 파장이 600 nm인 빛에서 상쇄 간섭이 일어나는 가장 작은 경로차를 구하시오.
정답
1. 마이크로 주변 소음을 채집한 뒤 소음과 위상이 정반대인 파동을 만들어, 두 파동이 상쇄 간섭을 일으켜 소음이 사라지고 음악만 들린다.
2. 렌즈에 입힌 얇은 막의 위쪽과 아래쪽에서 반사된 두 빛이 상쇄 간섭을 일으켜 반사광이 사라지므로, 코팅을 한 렌즈는 눈이 선명하게 보인다.
3. 얇은 막의 위·아래 면에서 반사한 두 빛이 간섭을 일으켜, 보는 각도와 막 두께에 따라 특정 색이 보강되어 알록달록한 무지갯빛이 나타난다.
4. 여러 전파 망원경이 수신한 전파의 간섭을 이용하면, 하나의 큰 망원경을 사용한 것과 같은 효과(높은 분해능)를 얻을 수 있기 때문이다.
5. 위상이 정반대(180°, 즉 반 파장 어긋남)여야 한다. 최소 경로차 = 파장의 1/2 = 600 nm ÷ 2 = 300 nm.