흔들림이 멈추는 동안 상자 속에서 일어나는 일
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: 밖과 완전히 막힌 상자 속에서 흔들리다 멈추는 추 (비교용: 안이 텅 빈 상자 속에서 흔들리는 추)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①그림 (가)에서 추와 주변 작은 알갱이들이 어떻게 움직이는지 보이는 대로 [칸 A]에 적어 보세요.
- ②그림 (나)를 같은 방법으로 살펴보고 추와 작은 알갱이들의 모습을 [칸 B]에 적어 보세요.
- ③[칸 A]와 [칸 B]를 비교해서 달라진 점과 그대로인 점을 나누어 [칸 C]에 적어 보세요.
- ④두 그림에서 작은 알갱이에 붙은 화살표 길이를 비교하고, 어느 쪽이 더 긴지 [칸 D]에 적으세요.
- ⑤추가 느려지는 동안 작은 알갱이는 어떻게 되는지 화살표 하나로 그려 [칸 D] 아래에 표시하세요.
- ⑥상자 안에 아무 알갱이도 없다면 (나)의 모습이 어떻게 달라질지 예상해 [칸 E]에 적어 보세요.
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)추의 흔들림이 점점 줄어드는 동안, 줄어든 그 '움직임'은 어디로 갔다고 생각하나요? [칸 D]에서 관찰한 것을 근거로 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 추의 움직임이 줄어든 만큼 ___가(이) ___해졌기 때문에 …
(2)이렇게 멈추는 것은 이 상자 속 추라서 생긴 우연일까요, 흔들리는 모든 것에서 생기는 규칙일까요? 그네·흔들리는 자 등 다른 예를 직접 하나 골라 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 예 ___로 확인해 보니 …
(3)[칸 E]에서 예상한 텅 빈 상자 속 모습은 (나)와 무엇이 달랐나요? 무엇 때문에 그런 차이가 생겼을지 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 관찰한 일을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 두 그림의 관찰 결과를 빠짐없이 적고, 비교·표시 지시를 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 자기 가설에 관찰한 근거를 붙였고, 다른 예를 직접 골라 확인한 내용이 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
흔들림이 멈추는 동안 상자 속에서 일어나는 일 · 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.공기가 들어 있는 밀폐된 상자 속에서 흔들리던 진자가 결국 멈추는 까닭을 공기 분자와의 충돌을 이용해 설명하시오.
2.위 상자가 외부와 단열되어 있을 때, 진자가 멈춘 뒤 상자 속 공기 분자의 운동 에너지(내부 에너지)는 어떻게 되는지 열역학 제1법칙을 근거로 서술하시오.
3.진자와 충돌한 뒤 공기 분자의 평균 속력은 커지는가, 작아지는가? 그렇게 판단한 까닭을 쓰시오.
4.질량 0.5 kg인 추를 가장 낮은 지점보다 0.2 m 높은 곳에서 가만히 놓았다. 이 추가 완전히 멈출 때까지 공기 분자에 전달되는 에너지는 몇 J인가? (g = 9.8 m/s²)
5.위 추가 가장 낮은 지점을 처음 지날 때의 속력을 구하시오. (공기의 영향은 무시, g = 9.8 m/s²)
6.같은 상자 안을 진공으로 만든 뒤 같은 진자를 흔들면 진자의 운동은 어떻게 달라지는지 쓰시오.
정답
1. 진자가 공기 분자와 계속 충돌하면서 진자의 역학적 에너지가 공기 분자에게 전달되어 진자의 에너지가 점점 작아지므로 결국 멈춘다.
2. 밖으로 빠져나가는 에너지가 없으므로 진자가 처음 가지고 있던 에너지가 모두 공기 분자에게 전달되어 공기 분자의 운동 에너지(내부 에너지)는 전체적으로 커진다.
3. 커진다. 진자로부터 에너지를 얻어 공기 분자의 평균 속력이 더 커지기 때문이다.
4. E = mgh = 0.5 × 9.8 × 0.2 = 0.98 J
5. ½mv² = mgh → v = √(2×9.8×0.2) ≈ 1.98 m/s
6. 충돌할 공기 분자가 없어 역학적 에너지가 거의 전달되지 않으므로 진자는 멈추지 않고 오래 진동한다.