뭉치면 줄어드는 질량
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: 빨간 공(+) 2개와 초록 공 2개가 하나로 뭉친 덩어리 (비교용: 따로 흩어져 있을 때 ↔ 하나로 뭉쳤을 때)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①표에서 빨간 공(+) 1개는 1.0073u, 초록 공 1개는 1.0087u임을 확인하세요.
- ②빨간 공 2개와 초록 공 2개가 따로 흩어져 있을 때, 네 공의 질량을 모두 더해 [칸 A]에 적으세요.
- ③네 공이 하나로 뭉친 덩어리의 질량 4.0015u를 표에서 찾아 [칸 B]에 적으세요.
- ④[칸 A]에서 [칸 B]를 빼서, 뭉친 뒤 무게가 얼마나 달라졌는지 [칸 C]에 적으세요.
- ⑤[칸 C]의 값이 뭉친 뒤 늘어난 것인지 줄어든 것인지 골라 ◯표 하세요.
- ⑥[칸 C]의 값(u)에 1.66×10⁻²⁷을 곱해 kg 단위로 바꿔 [칸 D]에 적으세요.
칸 A — 따로 있을 때 네 공의 질량을 모두 더한 값 (u)
칸 C — 두 값의 차 — 뭉친 뒤 달라진 양 (u)
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 A]와 [칸 B]를 비교하면 어느 쪽이 더 큰가요? 여러 공이 하나로 뭉치면 전체 무게에 어떤 일이 일어난 것인지 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ 따로 있을 때보다 뭉친 뒤가 더 ___았다. 그래서 …
(2)뭉친 뒤 [칸 C]만큼 사라진 무게는 정말 없어진 걸까요, 아니면 다른 무엇으로 바뀐 걸까요? 다른 종류의 뭉침에서도 같은 일이 생길 규칙인지, 아니면 이 경우만의 우연인지 근거와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 왜냐하면 …
(3)이번엔 반대로, 뭉친 덩어리를 다시 네 공으로 떼어내려 합니다. 그러려면 무게는 어떻게 되어야 하고, 그것을 위해 밖에서 무엇을 넣어 주어야 할지 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 [칸 C]에서 구한 '줄어든 무게'와, 그 무게가 바뀐 무엇, 그리고 이 현상 전체에 과학 용어를 하나씩 붙여 보세요. 각각을 한 문장으로 설명하세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 표에서 값을 정확히 찾아 더하고 빼며, 단위 바꾸기까지 지시대로 수행함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 무게가 줄었음을 근거로 설명하고, 규칙/우연 판단에 자기 이유를 붙임 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 대상 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
뭉치면 줄어드는 질량 · 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.질량 결손이란 무엇인지 정의를 서술하시오.
2.양성자 1개 1.0073u, 중성자 1개 1.0087u이고, 양성자 2개와 중성자 2개가 결합한 헬륨 원자핵이 4.0015u일 때 질량 결손을 u 단위로 구하시오.
3.위에서 구한 질량 결손을 kg 단위로 나타내시오. (1u = 1.66×10⁻²⁷ kg)
4.위 질량 결손에 해당하여 방출되는 에너지 ΔE를 ΔE=Δmc²로 구하시오. (c = 3×10⁸ m/s)
5.원자핵을 양성자와 중성자로 모두 분리하려면 에너지를 방출해야 하는가, 흡수해야 하는가? 이유와 함께 쓰시오.
6.질량 결손이 생기는 근본 원인을 서술하시오.
정답
1. 핵자(양성자와 중성자)들이 결합하여 원자핵을 이룰 때 줄어드는 질량.
2. 2×1.0073+2×1.0087−4.0015 = 4.0320−4.0015 = 0.0305u
3. 0.0305 × 1.66×10⁻²⁷ ≈ 5.06×10⁻²⁹ kg
4. ΔE = 5.06×10⁻²⁹ × (3×10⁸)² ≈ 4.56×10⁻¹² J
5. 흡수해야 한다. 분리하면 질량이 늘어나야 하므로 원자핵이 그만큼의 에너지를 흡수해야 한다.
6. 양성자와 중성자가 결합하여 원자핵을 이루는 과정에서 에너지를 방출하기 때문.