고급물리:로렌츠 힘
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배우는 이유
| 흥미적
이유 |
출발질문(마지막까지 학습한 후에 대답해보세요~)
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| 직업적
이유 |
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| 학문적
이유 |
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| 너희들은? |
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| 배워야 할 것 |
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도입
학습
영상
| 수업 | 영상 |
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수업요약
핵심개념
| 개념 | 설명 |
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전개질문
도착질문
- 자기력이 발생하는 이유는 뭘까? [특수 상대성 이론과 연관 있음]
- 움직이는 양전하가 균일한 자기장 속에서 자기력을 받아 휘어지고 있다. 자기력은 그 입자의 속력을 증가시키거나 감소시킬 수 있을까? 왜 그렇게 생각하는가?
학생들의 질문
자성
| 분류 | 질문 | 대답 |
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| 개념 | ||
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교과 내용이 너무 쉬워서 더 공부하고 싶은 사람들은 보세요~
보기 전에 먼저 생각해보세요~
수업 후, 흥미로운 것
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자기력이 발생하는 이유는 뭘까? [특수 상대성 이론과 연관 있음]
| 답변 | 선생님코멘트 |
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오, 훌륭. 실제 힘의 결과는 서로 모순되지 않아야 합니다! |
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왜 자기력이라는 설명이 필요한지를 '모든 관성계에서 물리적 결과가 일관되어야 한다'는 관점으로 접근했네요. 좋은 상대론적 사고. |
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간결해서 좋음..! 여기에 "누구의 기준계에서 어떤 전하의 밀도가 달라지는지" 덧붙이면 완벽할 듯? 상대론은 시점을 다루는 게 어려워서;; |
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어;;;; 물어본 게 아닌데; |
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ㅎㅎㅎㅎ |
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단일 자하..가 없기 때문에 그런 방식으로 다뤄선 안될 듯. |
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그 근본 이유에 대해 묻는 질문이었음. |
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??? |
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??? |
움직이는 양전하가 균일한 자기장 속에서 자기력을 받아 휘어지고 있다. 자기력은 그 입자의 속력을 증가시키거나 감소시킬 수 있을까? 왜 그렇게 생각하는가?
| 답변 | 선생님코멘트 | |
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오, 자기력의 방향에서 일과 운동에너지까지 논리적으로 잘 연결했습니다. 자기장이 속도에 수직한 경우에는 자기력이 구심력 역할을 하므로 등속 원운동을 하게 되죠! | |
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수직인 힘 → 한 일 0 → 운동에너지 일정 → 속력 일정이라는 흐름이 완벽합니다. 이번 질문에 대한 가장 정석적인 설명이에요. | |
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내적과 적분을 이용해 자기력이 한 일이 0임을 수학적으로 잘 설명했습니다. 이라는 사실이 핵심입니다! | |
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아주 좋은 지적입니다. 가속도는 속도의 크기뿐 아니라 방향이 변할 때에도 존재합니다. 휘어진다는 사실만으로 속력이 변한다고 판단해선 안 됩니다. | |
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운동 방향에 따라 궤적이 달라지는 것까지 잘 생각했습니다. 자기장에 수직인 속도 성분은 원운동을 만들고, 자기장과 나란한 속도 성분은 그대로 유지되므로 비스듬히 들어가면 나선운동을 합니다. | |
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아주 훌륭합니다. 자기력만으로는 속력을 바꿀 수 없습니다. 실제로 속력이 변했다면 전기력이나 중력 등 일을 하는 다른 힘이 작용했는지 살펴봐야겠죠. | |
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수업에서 배운 전류가 받는 힘의 방향을 움직이는 양전하에 잘 적용했습니다. 다만 입자 하나를 다룰 때는 를 직접 쓰는 것이 더 정확하고 간단합니다. | |
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힘을 받으니 새로운 방향의 속도 성분이 생긴다는 추론은 자연스럽습니다. 하지만 자기력의 방향도 입자의 속도 방향이 변할 때마다 계속 함께 변합니다. 고정된 수직 방향으로 계속 가속하는 것이 아니므로 속도 벡터의 크기는 일정하고 방향만 바뀝니다. | |
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힘을 받으면 반드시 속력이 변한다고 생각하기 쉽지만, 힘이 속도에 수직이면 속도의 방향만 변할 수도 있습니다. 자기장을 세게 하면 속력이 커지는 것이 아니라 궤도의 반지름이 더 작아지고 더 빠르게 휘게 됩니다. | |
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두 가능성을 잘 고민했습니다. 결론은 방향만 바뀐다는 쪽입니다. 자기력은 순간순간 속도에 수직으로 작용하여 일을 하지 못합니다. | |
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속력이 일정하다는 결론은 맞습니다. 다만 포물선 운동은 중력이 일을 하므로 일반적으로 속력이 변합니다. 자기력만 작용하는 등속 원운동과는 구별해야 합니다. | |
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등속 원운동은 좋은 예입니다. 다만 균일한 자기장만 존재한다면 일반적인 궤적은 원 또는 나선입니다. 사이클로이드 궤적은 전기장과 자기장이 함께 작용하는 경우 등 추가 조건이 필요합니다. | |
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흥미롭고 올바른 설명이지만, 앞 질문인 "자기력이 발생하는 이유"에 대한 답변에 더 가깝습니다. 이번 질문에서는 자기력과 속도가 수직이라는 점을 이용해 속력의 변화 여부를 판단해야 합니다. | |
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결론과 논리는 좋습니다. 다만 여기에서 일을 하지 않는 것은 "전기장"이 아니라 "자기력"입니다. 그리고 보다는 속력의 변화가 0이라고 표현해야 정확합니다. 속도 벡터는 방향이 계속 변하기 때문입니다. | |
생기부 기록 예시
| 선생님코멘트 | |
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