저절로 일어나는 변화가 향하는 쪽
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: 칸막이로 나뉜 통 안의 알갱이 4개 (비교용: 한쪽 구석에만 모여 있는 향수 냄새)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①통 하나를 칸막이로 왼쪽·오른쪽으로 나누고, 구슬 4개에 1~4 번호를 붙이세요.
- ②왼쪽 2개·오른쪽 2개가 되도록 넣는 방법을 번호로 [칸 A]에 빠짐없이 적으세요.
- ③왼쪽 1개·오른쪽 3개가 되도록 넣는 방법을 번호로 [칸 B]에 빠짐없이 적으세요.
- ④[칸 A]와 [칸 B]의 방법이 각각 몇 가지인지 세어 [칸 C]에 적으세요.
- ⑤[칸 C]의 두 수를 비교해 더 큰 쪽에 ◯표 하고, 그 배치를 [칸 D]에 적으세요.
- ⑥향수 뚜껑을 교실 한쪽에서 열고, 1분 뒤 냄새가 어디까지 왔는지 [칸 E]에 적으세요.
칸 A — 왼쪽 2개·오른쪽 2개가 되는 방법 모두
칸 B — 왼쪽 1개·오른쪽 3개가 되는 방법 모두
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)구슬 4개를 아무렇게나 통에 던져 넣는다면 [칸 D]의 배치가 나오기 더 쉬울까요, [칸 B]의 배치가 나오기 더 쉬울까요? [칸 C]의 수를 근거로 설명해 보세요. (15점)
✎ ___쪽이 더 나오기 쉽다. 왜냐하면 그 배치를 만드는 방법이 ___가지로 …
(2)구슬을 6개로 늘려 같은 방식으로 세어 보세요. 방법의 수가 가장 많은 배치는 여전히 양쪽이 고른 배치인가요? 이것은 4개라서 생긴 우연일까요, 개수와 상관없는 규칙일까요? 직접 세어 본 결과와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 6개로 직접 세어 보니 …
(3)[칸 E]에서 냄새는 한쪽 구석에 그대로 머물렀나요, 방 전체로 퍼졌나요? 퍼진 뒤 저절로 다시 한쪽 구석으로 모이지 않는 까닭을 [칸 C]와 연결해 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 알아낸 것을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 각 칸의 배치를 빠짐없이 적고, 세기·비교·표시 지시를 정확히 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 방법의 수를 근거로 가설을 세웠고, 개수를 늘려 직접 확인한 결과가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
저절로 일어나는 변화가 향하는 쪽 · 각 20점 · 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.엔트로피의 뜻을 '거시적으로 같은 상태에 해당하는 경우의 수(미시적 상태의 수)'라는 말을 사용하여 설명하시오.
2.칸막이로 나뉜 통에 분자 4개가 들어 있다. 왼쪽·오른쪽에 2:2로 들어 있는 상태의 경우의 수와 1:3인 경우의 수를 각각 구하고, 어느 쪽 엔트로피가 더 큰지 쓰시오.
3.방 한쪽 구석에 놓인 향수 분자가 시간이 지나면 방 전체에 골고루 퍼지는 까닭을 엔트로피로 설명하시오.
4.'자연 현상은 항상 확률이 높은 방향으로 진행된다'는 열역학 제2법칙을 엔트로피 개념으로 표현하시오.
5.같은 통에서 분자 4개가 4:0으로 한쪽에만 모여 있는 상태의 경우의 수를 구하고, 2:2 상태와 비교해 어느 쪽이 저절로 일어나기 쉬운지 쓰시오.
정답
1. 엔트로피는 거시적으로 같은 상태에 해당하는 미시적 상태의 수(경우의 수)와 관련된 물리량으로, 경우의 수가 클수록 엔트로피도 크다.
2. 2:2는 6가지, 1:3은 4가지이므로 2:2로 들어 있는 상태의 엔트로피가 더 크다.
3. 한쪽에 모여 있는 상태보다 방 전체에 골고루 퍼진 상태일 때 경우의 수가 더 크고 엔트로피도 더 크기 때문이다.
4. 고립계에서 일어나는 자발적인 자연 현상은 항상 엔트로피가 커지는 방향으로 일어난다.
5. 4:0은 1가지, 2:2는 6가지이므로 경우의 수가 큰 2:2 상태(엔트로피가 큰 쪽)가 저절로 일어나기 쉽다.