아주 작은 것을 또렷하게 보는 도구의 원리
물리1 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 세 관찰 장치로 아주 작은 생물을 봅니다. 규칙: 물체가 '잔물결 간격'보다 작으면 상이 흐려지고, 간격이 작을수록 또렷해집니다. 아래 지시를 따라 표를 채우며 무엇이 상을 또렷하게 만드는지 스스로 찾아보세요. 예제: 속까지 또렷하게 보이는 장치 (비교용: 겉모습만 보이는 장치)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①세 장치가 물체로 쏘는 것을 [칸 A]에 적어 보세요. (장치1은 빛, 장치2·3은 아주 작은 알갱이의 흐름을 쏩니다.)
- ②각 장치가 쏘는 것의 '잔물결 사이 간격'을 [칸 B]에 적어 보세요. (장치1: 0.0000001 m, 장치2·3: 0.0000000001 m)
- ③[칸 B]의 세 값을 작은 것부터 큰 것 순으로 [칸 C]에 다시 배열해 보세요.
- ④세 장치로 아주 작은 알갱이를 관찰할 때 상이 '흐림'인지 '또렷'인지 각각 [칸 D]에 적어 보세요.
- ⑤속까지 가장 또렷하게 보이는 장치 번호를 [칸 E]에 적고 ◯표 하세요. (장치1은 겉모습만, 장치3은 속 알갱이까지 또렷했습니다.)
- ⑥[칸 C]에서 간격이 가장 작은 장치와 [칸 E]에서 고른 장치가 같은지 한 줄로 적어 보세요.
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 B]의 간격이 작은 장치일수록 작은 알갱이가 더 또렷했나요? 이것은 이 세 장치라서 생긴 우연일까요, 어떤 장치에서도 통하는 규칙일까요? 여러분이 정한 다른 예로 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 정한 예 ___로 해 보니 …
(2)장치1과 장치3은 같은 생물을 보았는데 장치1은 겉만, 장치3은 속까지 또렷했습니다. 무엇 때문에 이런 차이가 생겼을까요? [칸 B]를 근거로 쓰세요. (15점)
✎ 두 장치는 쏘는 것의 ___가 서로 달라서 …
(3)왜 '잔물결 간격'이 물체보다 크면 상이 흐려질까요? 여러분의 생각을 자유롭게 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) | 각 칸을 지시대로 채우고, 간격 배열과 흐림/또렷 판정을 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 판단에 이유를 붙였고, 간격 차이를 상의 또렷함과 연결해 설명함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 용어를 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
아주 작은 것을 또렷하게 보는 도구의 원리 · 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.가시광선의 파장(약 10⁻⁷ m)과 전자선의 물질파 파장(약 10⁻¹⁰ m) 중 어느 것이 더 짧은지 쓰고, 파장이 짧을수록 회절과 상의 선명함이 어떻게 되는지 쓰시오.
2.분해능이란 무엇인지 쓰고, 분해능이 좋을수록 상이 어떻게 되는지 쓰시오.
3.광학 현미경으로 바이러스나 미토콘드리아처럼 가시광선의 파장보다 작은 물체를 관찰할 수 없는 이유를 회절과 관련지어 쓰시오.
4.전자선의 물질파 파장(약 10⁻¹⁰ m)은 가시광선의 파장(약 10⁻⁷ m)의 약 몇 분의 1인지 구하시오.
5.주사 전자 현미경(SEM)과 투과 전자 현미경(TEM)이 상을 만드는 방식의 차이를 각각 쓰시오.
6.짚신벌레의 내부 구조(세포 소기관)까지 가장 선명하게 관찰할 수 있는 것은 광학 현미경·SEM·TEM 중 무엇인지 쓰시오.
정답
1. 전자선의 물질파 파장(약 10⁻¹⁰ m)이 더 짧다. 파장이 짧을수록 회절이 잘 일어나지 않아 상이 더 선명해진다.
2. 현미경이나 망원경에서 가까이 있는 두 물체를 구별하는 능력이 분해능이다. 분해능이 좋을수록 상이 선명하다.
3. 물체 크기가 가시광선의 파장(약 10⁻⁷ m)보다 작으면 빛의 회절 때문에 상이 흐려져 관찰할 수 없다.
4. 10⁻¹⁰ ÷ 10⁻⁷ = 10⁻³ 이므로 약 1/1000(1000분의 1)이다.
5. SEM은 시료 표면에서 튀어나온 2차 전자를 전자 검출기로 모아 화면에 상을 만든다. TEM은 전자선이 시료를 투과한 뒤 형광 스크린에 상을 만든다.
6. 투과 전자 현미경(TEM). 전자선이 시료를 투과하며 내부 구조까지 선명하게 보여 주기 때문이다.