21C. Teachers of Science.

오늘 HanRSS로 구독하는 글을 보다 보니 재미있는 기사가 실려 분석해본다.
원궤도로 되어 있는 곳을 자동차로 통과하는데 떨어지지 않고 통과하는 것이다.
물리2를 들어본 학생들은 익히 알고 있는 원운동에 대한 내용이다.

나레이션을 다 이해하는 것이 좀 어려워서 관련 기사를 검색했다.
(듣기는 아직도 힘들다. 해석은 그런대로 편한데... ㅡㅡ;;)
http://www.sub5zero.com/auto-news/fifth-gear-loop-loop-stunt-event-world-record
위 사이트에 스케이트 보드로 원궤도를 일주하는 동영상이 있다.
자세히 보면 궤도의 반지름이 자동차로 했을때보다 확연히 작은 것을 볼 수 있다.
왜 그런지는 아래 내용을 열어서 공식을 확인해 보시길...

스턴트맨이 연습해서 성공했다는 기사이다.
가속도를 이기기 위해 경비행기를 타고 연습하기까지 했다.(6G까지 견딤.)
나머지는 물리 공식에 대한 내용이므로 식으로 해결하고 싶으신 분들은 아래를 클릭해서 보면 된다.
물리2를 배우는 학생들에게는 새로움이, 그렇지 않은 성인들에게는 짜증이 물밀듯이 밀려올 것이다. ^^

more..

글쓴이 The Darkness

물리2에 언급되는 종단속도를 실험으로 구현하는 방법입니다.
 The Physics Teacher -- November 2009
Volume 47, Issue 8, pp. 484-560 에 소개된 자료입니다.

오일, 글리세롤, 쇠공을 이용하여 실험하고 이를 동영상으로 촬영한 뒤 비디오분석을 통해 그래프를 얻어내었네요.
자세한 내용은 첨부된 PDF문서를 참조하시면 됩니다.

글쓴이 The Darkness

프로그램명 그대로 전기장을 보여주는 프로그램입니다.
설치한 후 실행하면 다음과 같은 화면이 나옵니다.
메뉴도 간단하고 사용방법도 그리 어렵지 않아 혼자서 충분히 배우실 수 있다고 생각됩니다.
또한 프리웨어라 사용상에 제약이 없습니다.  

이미지로 저장이 가능합니다. 지원하는 포맷은 bmp, ico, emf, wmf입니다.
아래는 연습삼아 만들어 본 것입니다.
전기장과 등전위선이 표시된 것이 보입니다.
한가지 아쉬운 점이라면 점전하만 지원을 해서 평행판 축전기를 이용할 수 없다는 거죠.

굳이 평행판 축전기를 만들어 사용하게 되면 아래와 같겠죠.

프로그램 내려받기

글쓴이 The Darkness

아래 그림과 같이 코일 뭉치, 네오디뮴 자석, LED를 준비합니다.
(급하게 만드느라 폰카로 촬영했습니다만 내용을 이해하시는데는 아무 문제 없을 겁니다.^^)
코일 뭉치의 양 끝을 칼로 벗겨낸 후 LED를 연결하고 테이프로 고정시켜 놓습니다.
완성된 모습입니다. 코일 가운데에 네오디뮴 자석 보이시나요?

이제 열심히 흔들어 주시면 됩니다. 실험에 사용된 LED는 흰색입니다.

글쓴이 The Darkness

파동수업시 아주 유용하게 쓰일 수 있는 프로그램입니다.
파동의 세기 측정, 간섭, 맥놀이 등을 아주 편하게 실험할 수 있습니다.
Shareware로 30일 동안 사용할 수 있습니다.
Official Homepage : http://www.esseraudio.com/Test-Tone-Generator-Windows-Software-Generate-Test-Signal-Sine-Pink-Noise-Crest-Factor.htm


Test Tone Generator 4.32 download : http://www.esseraudio.com/TTG_Setup_en.exe

사용방법은 아래 링크에서 다운받아서 보세요.
http://blogfile.paran.com/BLOG_30755/200811/1225708649_Test%20Tone%20Generator%20설명서.hwp

글쓴이 The Darkness

2학기 수행평가를 학교에서 하는 것이 아닌
집에서 실험하여 결과물 제출하는 것으로 대체해서 평가해 보았습니다.

디지털 카메라가 대중화되면서 촬영하는 데에 거의 문제가 없기 때문에 실시해 보았습니다.
개별실험으로 하면 장비가 없는 학생이 있을 수 있기 때문에 조별로 실험을 하게 하였으며, 조는 한 학급내에서 학생들끼리 알아서 편성하라고 했습니다.

기간은 인문계 고등학생들인지라 개인적인 시간이 주말밖에 없기 때문에 3주간을 주었고, 미리 준비가 잘된 조의 경우 결과물에 신경을 써서 편집한 반면, 미루다가 전날에 한 조는 영상만 봐도 얼마나 대충 했는지가 표가 납니다.

아래와 같은 수행평가지를 학교홈페이지에 게시하여 학생들이 집에서 출력하게 하고, 보고서는 자필로 작성하게 합니다.
평가기준이 포함되어 있습니다.

2학기 중간 수행평가

UCC결과물은 CD 혹은 usb에 담아 제출하게 하였는데, 남학생들은 대부분 usb로 제출하더군요.^^
제 하드로 반별로 옮긴 다음, 검토하고 그 중에 잘 된 것들을 다음 tv팟에 업로드하여 종합해 보았습니다.
마감일까지 제출한 총 편수는 96편이고, 총용량은 7.1G입니다.
확인하는데 걸린 시간은 3시간 정도입니다.
(이렇게 할 수 있는 비결은 뭘까요? 알아 맞춰보세요.)

최우수작

우수작


코믹상

글쓴이 The Darkness

Ⅰ. 관련단원
전기와 자기

Ⅱ. 목표
맴돌이 전류가 만드는 자기력이 제동력으로 이용됨을 설명할 수 있다.

Ⅲ. 수업 중 활용단계
전자기유도 흥미유발을 위한 시범실험

Ⅳ. 준비물
알루미늄판, 구리판, 빗변, 장난감자동차, 네오디뮴자석

Ⅴ. 실험방법
1. A위에 구리판, 알루미늄 판을 교체하면서, 빗면 위에서 수레를 내려 보내 어디까지 굴러가는지 측정한다.


2. 수레에 네오디뮴자석을 붙이고 A위에 구리판, 알루미늄 판을 교체하면서, 빗면 위에서 수레를 내려 보내 어디까지 굴러가는지 측정한다.


3. 이런 현상이 일어나는 이유를 생각하고, 그 응용분야를 알아본다.

Ⅵ. 실험시 유의사항
1. 수레는 가벼운 것으로 준비한다.
2. 자석은 되도록 강한 것을 사용하도록 한다.
3. 자유롭게 움직일 수 있도록 장치하고 실험한다.
4. 학생이 자유스럽게 원리를 알아보고 그 응용 예를 생각해 보도록 한다.

경사면을 만들고 수평면에 구리판을 설치한 다음, 수레를 경사면에서 놓으면 다음과 같이 굴러갑니다.



수레에 네오디뮴 자석을 붙이고, 경사면에서 놓으면 구리판에서 정지합니다. 원리는 전자기유도(맴돌이전류)때문입니다.



이번에는 알루미늄판을 수평면에 놓고 동일한 실험을 한 결과입니다.

글쓴이 The Darkness

Ⅰ. 관련단원
전류

Ⅱ. 목표
전류의 개념이 1초당 단면을 통과하는 전하량이라는 개념을 설명할 수 있다.

Ⅲ. 수업 중 활용단계
흥미 유발(시범 실험)

Ⅳ. 준비물
학생여러명, 책상, 의자 등

Ⅴ. 실험방법
1. 직렬연결
1) 교실 한쪽에 의자와 책상등을 이용하여 길을 만든다.
2) 길 중간 중간에 문을 만들어 지나가는 사람의 수를 셀 수 있도록 학생 을 배치한다.
3) 길 출발지점에서 학생 10명을 출발시킨다.
4) 길을 지나는 학생의 수를 센다.
5) 여러 가지 종류의 길을 만들어 반복하여 실험한.

2. 병렬연결
1) 교실 한쪽에 두 갈래 길을 만든다.
2) 길 중간에 문을 만들어 지나가는 사람의 수를 셀 수 있도록 학생을 배 치한다.
3) 길 출발지점에서 학생 10명을 출발시킨다.
4) 두 개의 길에서 각각 지나가는 학생의 수를 센다.
5) 여러 가지 종류의 길을 만들어 반복하여 실험한다.


Ⅵ. 실험결과
1. 직렬연결
각각의 문에서 지나가는 학생의 수는 10명이다.
2. 병렬연결
각각의 문에서 지나가는 학생의 수를 합하면 10명이다.

Ⅶ. 관련이론
전기장 내에 놓여 있는 대전 입자는 전기력에 의해 운동을 한다.
이때 (+) 대전 입자(양전하)는 전위가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로, (-) 대전 입자(음전하)는 전위가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동하게 된다.
이와 같이 대전 입자가 이동할 때에는 전하를 운반하게 되어 전하가 흐르게 된다.
이러한 전하의 흐름을 전류라고 한다.

전류의 세기는 단위시간 동안에 도선의 한 단면을 지나는 전하량으로 나타낸다.
즉, 도선의 한 단면을 t초 동안에 QC의전하량이 통과하였을 때 전류의 세기 I는 다음과 같다.
I = Q/t
(1) 전류의 세기의 단위로는 A(암페어)를 사용한다.
(2) 1A는 도선의 한 단면을 1초에 1C의 전하량이 자나갈 때의 전류의 세기이다.
(3) 전자 1개의 전하량은 e=1.6 times 10^-19 C이므로, 1A는 1초에 6.25 times 10^18개의 전자가 이동할 때의 전류의 세기이다.

글쓴이 The Darkness

Ⅰ. 관련단원
전기에너지

Ⅱ. 목표
페트병을 이용하여 축전기를 만들어 보고 방전현상을 관찰하며 정전기유도 현상을 이해한다.

Ⅲ. 수업 중 활용단계
정전기 흥미유발을 위한 시범실험

Ⅳ. 준비물
페트병(500ml)2개, 못(5cm, 직경 2.5mm) 2개, 알루미늄 포일, 투명 스카치 테이프(폭 2cm정도), 망치, 글루건, 물, 테스트용 TV(21인치 정도가 좋음. 프로젝션 TV는 안됨) 또는 반데그래프 장치

Ⅴ. 제작과정
1. 페트병 축전기를 만드는 방법
가. 페트병 둘레에 호일을 감고 비닐테이프로 고정한다.

나. 페트병 뚜껑에 망치를 이용하여 못을 박고 글루건으로 물이 새지 않도록 틈을 막는다. 이때 못의 길이는 페트병에 물을 가득 담았을 때 못이 물에 잠길 정도로 한다.

다. 못 머리에 호일을 감는다.

라. 페트병에 물을 가득 담아 뚜껑을 닫는다.


2. 페트병 축전기에 전하를 축전하는 방법

가. 텔레비전 브라운관에 호일을 잘라 비닐테이프로 붙인다.


나. 텔레비전의 전원을 켜는 순간 페트병의 못 머리를 호일에 접지하여 전하를 모은다.

다. 텔레비전의 전원을 끄는 순간에도 전하를 모을 수 있는데, 이때는 켤 때와 서로 다른 전하를 띠게 되므로 다른 페트병 축전기로 전기를 모은다.
※ 반데그래프 장치를 이용하여 페트병 못 머리를 연결시켜 전하를 모아도 된다.

3. 페트병 축전기에서 전하는 방전하는 방법
가. 네온관을 이용하여 확인하는 방법: 네온관의 한쪽 전선을 페트병 둘레의 호일에 접지하고, 다른 전선을 못 머리에 접지하면 네온관으로 전류가 흘러 전구에 빛이 들어옴을 확인할 수 있다.


나. 여러 사람이 손을 잡고 방전하는 방법: 여러 사람이 원형으로 손을 잡고 한 사람이 페트병의 호일부분을 잡고, 손을 잡지 않은 바로 옆사람이 열쇠로 못 머리 부분을 접지하면 전류가 사람들 사이로 흘러 방전을 느낄 수 있다.


Ⅵ. 수업 진행
1. “TV 호일에서 축전기 못으로 대전된 전하의 종류를 알 수 있는 방법은 무엇일까?”
검전기를 이용하여 대전된 전하의 종류를 알 수 있음을 설명한다. 대전된 검전기에 같은 부호의 대전체를 가까이 하면 검전기 박이 벌어지고 반대 부호이면 검전기박이 오므라드는 현상을 이용하여 축전기의 못에 대전된 전하의 종류를 알 수 있다.

2. “축전기의 못 부분과 손으로 쥐고 있던 호일부분은 같은 종류의 전하일까?”
호일을 손으로 쥐고 있었기 때문에 손이 접지선 역할을 하며 정전기유도 현상에 의해 못과 호일을 서로 다른 부호의 전기를 띠게 된다. 못이(-)로 대전되면 페트병 속의 물은 유전분극 현상에 의해 극성을 띠게 되고 페트병에 감은 호일의 전자는 손을 따라 이동하고 호일은 (+)로 못과 서로 반대로 대전된다.

3. “TV를 켤 때와 끌 때 각각 대전시킨 페트병의 못에는 서로 다른 전하가 대전되었다. 두 못 사이에 네온관을 연결하면 전구에 불이 들어올까? 들어온다면 몇 초 정도 유지될까?
네온관을 한 페트병의 못과 호일 또는 서로 다른 페트병의 못과 못 사이를 연결하여 불이 들어오는 현상을 관찰하고 이유를 토의하도록 한다. 서로 다른 부호로 대전된 못 사이에 전압이 형성됨으로 전류가 흐르게 된다. 따라서 네온관에 불이 순간적으로 들어온다.

4. “못과 호일사이의 정전기 전압은 어떻게 측정할 수 있을까?”
못과 호일사이의 전압을 측정하기 위해서는 사진의 장치처럼 정전기 측정장치로 가능하다. 측정 범위는 기기에 따라 다르다.

5. “페트병 속의 물은 어떤 역할을 할까? 물이 없을 때에도 축전이 될까?”
물은 축전기의 구조에서 두 개의 대전 금속판 사이의 절연체(유전체) 역할을 한다. 극성을 갖고 있는 물은 분극현상이 잘 일어나므로 유전율이 높다. 공기는 유전율이 낮아(물의 1/80)호일을 대전시키지 못하다. 물대신 비극성인 기름을 넣을 경우도 호일이 약하게 대전된다.

Ⅶ. 관련 이론
정전기 유도현상에 의해 페트병 내부와 외부에 전하를 저장하고, 저장된 전하의 전위차를 이용하여 방전현상을 경험해 볼 수 있다. 축전기는 전하를 저장하는 장치로, 절연체로 분리되어 있는 두 개의 대전 금속판으로 되어 있다. 금속판에 전위차, 즉 전압이 걸리면 각각의 판에 양전하와 음전하가 모인다. 모인 전하의 양은 전압이 클수록 증가한다. 전하를 저장하는 축전기의 능력을 축전기의 용량이라고 한다. 축전기는 회로에서 전류의 급격한 변화를 억제하는데 이용된다.
호일에 네온관을 대면, 호일에 있던 전하들이 네온관으로 흘러가면서 네온관에 불이 켜지게 한다. 네온관은 70~100V이상의 전압이상에서만 켜지므로, 정전기가 보통은 100V이상의 전압을 형성함을 알 수 있다. 보통은 정전기의 전업이 수백볼트에서 수천볼트에 이르기도 한다. 건전지 등을 검전기에 연결해서 검전기가 벌어지는 것을 보기 힘든 이유는 바로 정전기가 벌어지기 위해 필요한 전압이 매우 높기 때문이다. 실험실에서 검전기가 아주 민감하게 반응하도록 하였을 때에도 300V의 전압을 걸어서야 겨우 검전기가 벌어지는 것을 볼 수 있다고 한다. 네온관에는 낮은 압력의 네온기체가 들어 있고, 두 개의 전극이 마주보도록 되어 있다. 이때, 한 가지 특징은 불이 켜질 때 항상 음극에서만 켜진다는 것이다. 따라서, 대전체에 접촉하여 네온관의 어느 전극에서 불이 켜지는지 보면, 대전체가 (+)로 대전되어 있는지 (-)로 대전되어 있는지도 알 수 있다.

글쓴이 The Darkness

Ⅰ. 관련단원
전기에너지

Ⅱ. 목표
생활 주변에서 쉽게 구할 수 있는 물품으로 간단한 장치를 꾸며, 정전기에 대한 이해를 보다 쉽게 할 수 있다.

Ⅲ. 수업 중 활용단계
정전기 흥미유발을 위한 시범실험

Ⅳ. 준비물
음료수 캔 2개, 볼펜 1개, 실, 알루미늄 호일, 셀로판 테잎, 전선(악어집게), TV 또는 반데그래프 장치

Ⅴ. 제작과정
1. 2개의 음료수캔에서 뚜껑을 제거하고 그 중 하나는 버린다.

2. 떼어낸 뚜껑 1개를 볼펜의 중앙에 실로 묶는다.
3. 2개의 캔을 뒤집어서 약 5cm정도 떨어트리고 뚜껑을 연결한 볼펜을 그 사이에 아래 그림과 같이 올려 놓는다.

4. 왼쪽의 캔에 전선을 연결시키고 그 끝은 접지시킨다. 접지시키는 방법은 수도관에 연결하거나 컴퓨터 본체등에 연결하면 된다. 만약 접지시키는 것이 여의치 않다면 본인이 그 끝을 붙잡고 있으면 된다.(약간의 고통을 감수해야 하는 불편함이 있기는 하다.)

5. 오른편의 캔을 고전압에 연결한다. 고전압은 TV나 CRT모니터를 사용하거나 반데그래프 장치에 연결하면 된다. 반데그래프 장치에 연결시에는 사진과 같이 구 표면에 셀로판 테이프를 사용해 고정시키면 된다. TV에 연결시에는 TV표면에 알루미늄 호일로 덮은 다음 악어집게로 연결하면 된다.

6. 반데그래프 장치를 가동시키면 캔 사이에 있는 뚜껑이 진동하는 것을 볼 수 있다. TV에 연결한 경우 TV전원을 켜면 캔 사이에서 진동하는 뚜껑을 볼 수 있다. 만약 진동하지 않는다면 캔 사이의 거리를 좁히고, 10초 정도 기다리면 된다.






Ⅵ. 관련 이론
반데그래프 장치를 사용하는 경우도 관련 이론은 TV에 연결할 때와 같으므로 아래 내용을 참조하시기 바랍니다.

TV안에는 전자를 스크린으로 빠른 속도로 보내기 위해 고전압이 사용된다. 고전압을 활용하여 TV밖에서 그 전압을 사용하기 위해 스크린 앞에 커다란 도체를 놓음으로써 축전기를 만들 수 있다. 전압은 높지만 전류는 매우 작기 때문에 호일 또는 캔을 만지는 것은 카펫 위를 걷다가 문손잡이를 만지는 것보다 덜 해롭다.

오른쪽에 있는 캔은 고전압에 연결되어 있다. 왼쪽에 있는 캔은 접지되어 있어서 방전시킬 준비가 되어 있는 것이다. 뚜껑과 왼쪽의 캔은 전하가 없는 상태로 우리가 흔히 “그라운드 포텐셜”이라 말한다.

오른쪽에 있는 캔이 TV스크린의 호일로부터 많은 자유 전하로 대전된다. 이 전자들은 뚜껑에 있는 전자들을 밀어내고 +인 핵을 끌어당긴다.

뚜껑의 전자는 오른쪽 캔의 고전압에서 가장 먼 가장자리로 이동한다. 뚜껑의 오른편으로의 이동은 왼편보다 +전하를 많이 띄게 된다. 뚜껑의 +쪽은 오른편의 -로 대전된 캔에 끌리게 되고, 뚜껑은 오른편의 캔에 접촉하게 된다.

캔에 접촉이 되면 전자는 캔과 동일한 전압을 같게 될 때까지 캔에서 뚜껑으로 이동하게 된다. 이제 뚜껑과 캔은 동일한 전하를 갖게 되고 반발하게 된다. 대전된 뚜껑은 오른편의 캔에 의해 반발하게 되고, 왼쪽으로 움직인다.

왼쪽 캔의 전자들은 뚜껑에 의해 반발되어 캔의 왼편으로 이동하게 되어 오른편은 +를 띄게 된다. 이 +는 -로 대전된 뚜껑을 잡아당기고, 캔에 접촉하게 한다.

뚜껑의 과다한 전자들은 왼쪽 캔으로 이동하고 접지된다. 뚜껑은 다시 “그라운드 포텐셜”상태로 된다. 뚜껑은 오른편의 캔으로 다시 가게 되고 지금까지의 과정을 반복하게 된다.

글쓴이 The Darkness