1단원. 역학과 에너지

2단원. 물질과 전자기장

3단원. 파동과 정보 통신

배우는 이유

흥미적 이유	출발질문(마지막까지 학습한 후에 대답해보세요~) 접촉하지 않아도 어떻게 힘이 작용할 수 있을까?
직업적 이유	각종 이공계 학문의 기초.
학문적 이유	장(field) 개념은 현대 물리학의 핵심 언어 전하, 쿨롱 법칙 중첩 원리
너희들은?
배워야 할 것

도입

학습

영상

수업	영상

수업요약

핵심개념

개념	설명

전개질문

한 점에서 전기장이 0이면, 힘도 항상 0일까?

도착질문

전기력은 작용-반작용 법칙을 항상 만족할까?

생각해볼 만한 질문

학생들의 질문

개념

학생 답변	교사 코멘트

상위개념 및 개쩌는 질문

분류	질문	대답

별로인 질문

분류	질문	대답

해결하지 못한 질문

분류	질문	대답

코멘트

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수업 후, 흥미로운 것

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답

접촉하지 않아도 어떻게 힘이 작용하는 것일까?(전기장, 중력장)

학생 답변	교사 코멘트
전하나 질량은 주변 공간에 전기장이나 중력장을 만들고, 다른 물체는 그 공간에 들어왔을 때 그 장에 의해 힘을 받는다. 힘은 직접 전달되는 것이 아니라 장을 통해 전달된다. 전하를 둘러싼 주위공간에 전기장을 형성하기 때문에 접촉하지 않아도 전기력이 작용한다. 중력도 비슷하게 장을 형성하기 때문일 것 같다. 물체는 주변 공간에 전기장이나 중력장 같은 장을 만들어 공간의 성질을 바꾼다. 그래서 다른 물체가 그 공간에 들어오면, 직접 접촉하지 않아도 이미 형성된 장에 의해 힘을 받게 된다. 즉, 힘은 물체가 아니라 공간을 통해 전달되는 것이다. 전하가 주변 공간의 물리적 성질을 변화시켜 전기장, 중력장을 형성하기 때문입니다. 전기장이 직접 닿지 않아도 힘을 전달하는 매개체 역할을 하며, 그 공간 안에 놓인 다른 물체와 상호작용하여 전기력이나 중력을 발생시키셔서이다.	정확합니다~! 원격 작용을 설명하기 위해 패러데이 아저씨가 '장'이라는 개념을 이용하여 설명했어요.
물체가 주변공간의 물리적 성질을 변화시키기 때문이다.	조금 더 구체적이면 좋을듯?!
접축하지 않아도 특정 장(범위) 내에서 영역전개하듯이 힘이 작용한다 두 물체 사이에 작용하는 힘이기 때문에 굳이 접촉하지 않아도 힘이 작용할 수 있다. (영역전개)	장은 곧 그 물체의 힘이 지배하는 영역이라고 볼 수 있죠. 자신의 법칙이 지배하는 영역. ps. 교과서에선 전기장을 깔끔하게 그리지만, 실제로는 서로의 장이 영향을 미쳐 장을 일그러뜨립니다. 술식중화처럼.ㅎ로ㅓㅜ ps. 영역전개라는 아이디어 전에 고유결계, 공상구현화라는 게 있었다능;
힘은 공간을 타고 흐르는 파동처럼 전달되기 때문이다.	장을 물리적 실체처럼 생각했네요. 실제로 잘 먹히는 사고입니다.
접촉하지 않으면서 힘은 전기 장이라는 장을 통해 에너지가 전달되어서 공간에 형성된 장이 에너지를 전달하기 때문입니다. 전기장과 중력장에서 장이 에너지를 전달해 힘을 작용시키는 것 같다.	틀린 이야기는 아니지만, 우리가 지금 이야기하는 것은 힘에 대한 것이기 때문에, 여기에서 적절한 답변은 아닌 것 같아요.
중력장에의해 공간이 휜다고 들었는데 전기장도 그런 관점에서의 가능성이 있지 않을까 싶다 중력장의 경우 질량이 큰 물체가 공간을 휘게 만들어서 그곳으로 자연스럽게 빨려 들어가는 것이라고 알고 있고 전기장 같은 경우에는 전자기력에 의해 +극은 -로 -극은 +로 끌려가는 인력과 서로 같은 극 끼리는 밀어내는 척력 때문아닐까요? 질량이나 전하를 가진 물체는 주변 공간의 성질을 변화시키는데, 이를 '장'이라고한다. 즉, 전하가 만들어놓은 전기장이라는 공간의 왜곡 안에 다른 전하가 놓이게 되면서 그 지점의 에너지 상태에 따라 힘을 받게 되는 것이다. 중력장 역시 질량이 시공간을 휘게 만들어 그 곡률을 따라 힘이 전달되는 것과 같다. 공간의 왜곡? 전기장도 비슷하지 않을까요??	중력에서 배운 공간의 휨 개념을 전기장까지 확장. 실제로 아인슈타인 이후의 현대 물리학은 모든 힘을 이런 기하학적인 관점으로 설명하려는 시도를 계속하고 있어요오~ 전기장이 공간의 휨과 연결되진 않은 듯한데, 꼭 3차원 공간이 아니더라도 무언가를 휘었기 때문에 끌려가는 것이 아닐지...! 초끈이론 등 다른 이론에선 우리가 4차원 이상의 차원에서 살고 있다고 말하고 있으니까요!
만유인력의 법칙이나 쿨롱의 법칙에 의해 힘이 작용한다. 만유인력과 전기력 공식을 보면, 만유인력은 질량을 가진 물체면 그 물체들 사이에 작용하는 힘이고, 전기력은 전하를 가진 물체면 그 물체들 사이에 작용하는 힘이다. 따라서 접촉하지 않아도 질량과 전하만 가져도 물체들끼리 힘이 작용한다.	[오개념 유형: 수식과 현상의 인과관계] 공식은 현상을 '요약'한 것이지, 힘이 발생하는 '이유' 그 자체는 아니에요. "공식이 있으니까 힘이 작용한다"기보다는 "공간을 통해 힘이 전달되기에 그런 공식이 성립한다"가 더 자연스럽겠죠?
두 물체 사이에 전자가 이동하면 전자를 잃은 물체는 +전하량이 -전하량보다 많아지므로 +전하를 띠게 되고 전자를 얻은 물체는 반대로 -전하를 띠게 된다. 이렇게 전하를 띠게 된 물체 사이에 전기력이 작용하여 전기장이 형성하기 때문이다.	[오개념 유형: 현상의 선후 관계] 이 답변은 '대전 과정'을 설명하고 있어요. 질문은 이미 전하를 띤 물체들이 '어떻게' 닿지도 않고 힘을 주고받느냐는 것이므로, 전자의 직접적인 이동 없이 힘이 전달되는 통로(장)에 대해 고민해 보세요!
전기장과 중력장 모두 전기력과 중력이라는 작용 범위가 무한대인 힘이 작용하기 때문이다. 이 두 힘들의 근원은 아직 밝혀지지 않았다? 아직 정확한 이유는 밝혀지지 않은 것으로 알고있습니다.	[오개념 유형: 과학적 사실 확인] 힘의 궁극적인 근원은 연구 중일 수 있지만, '장'이라는 개념을 통해 힘이 전달되는 방식은 현대 물리학에서 매우 명확하게 설명하고 있답니다. 우리가 배우는 이 '장'이 바로 그 답이에요!
자기력, 중력등이 작용하면 접촉하지 않아도 힘이 작용한다 전자기력에 의해서 인력, 척력이 작용한다. 전기장과 중력장에의해 전기력과 중력이 작용한다 정전기적 인력이나 반발력 또는 중력 등으로 인해 접촉이 없어도 힘이 작용할 수 있다.	[별로인 답변: 단순 반복 및 순환 논리] "닿지 않아도 힘이 작용하는 이유는 닿지 않아도 작용하는 힘이 있기 때문이다" 식의 답변입니다. '어떻게(How)' 전달되는지, 즉 '공간의 상태 변화'라는 핵심 키워드를 넣어서 다시 생각해 봅시다.

=== 한 점에서 전기장이 0이면, 힘도 항상 0일까? ==={| class="wikitable"! 학생 답변 !! 교사 코멘트|-|힘은 F=qE인데 E=0이면 0이다.왜냐하면 먼저 수식에서 확인 할 수 있는데 F = qE 이기 때문에 E가 0이면 항상 F 도 0이 되기 때문이다.F=qE이기에 전기장(E)이 0이라면 해당 지점에 놓인 전하량(q)에 상관없이 전기력(F)은 반드시 0이 될 것이다.한 점에서 전기장이 0이면 그 점에 있는 전하가 받는 전기력도 0이다. F = qE이기 때문이다.전기장이 없으면 전하가 있더라도 힘이 0이다전기장이 0이라는 것은 힘이 작용하지 않음을 뜻하기 때문에 힘도 항상 0이 된다.전기장이란 단위 잔하가 그 위치에서 받는 힘이기 때문에 전기장 0 이면 힘도 0이다전기장의 크기는 전하에 작용하는 전기력의 크기이기에, 전기장이 0이면 작용하는 힘은 0이다.F=qE 이므로 힘도 항상 0이다. 전기장이 0이라는 것은 그 지점에는 전하를 밀거나 당길 수 있는 공간의 성질 변화가 전혀 없다고도 할 수 있기 때문이다.|✔ 전기력의 정의와 수식 ($F=qE$) 적용전기장의 정의($E=F/q$)를 정확히 이해하고 수식으로 증명한 답변들입니다. 전기력은 전하와 전기장의 상호작용이므로, 장이 형성되지 않은(0인) 곳에서는 전기력이 존재할 수 없다는 논리가 아주 명쾌합니다. 마지막 답변처럼 '공간의 성질 변화'가 없다는 물리적 의미까지 짚어준 점이 훌륭합니다.|-|전기력에 의한 힘은 0이지만 다른 외부힘이 가해지면 상황이 다를 것 같다전기장이 0이면 전기적인 힘은 0이지만 합력은 0이 아닐 수 있다항상 0이 아니다. 어떠한 지점에 전기장이 0이여도 중력이나 자기장이 작용할수 있기 때문이다.전기적인 힘만 생각한다면 힘은 0이다. 왜냐하면 전기장이 0이면 qE=F에서 E가 0이되며 F 또한 0이 되기 때문이다.전기력에서는 F=qE 이기 때문에 E가 0이되면 F도 0이 될 것이다. 그치만 모든 힘을 보았을 때, 전기력말고 다른 힘들은 충분히 작용할 수 있지 않을까 생각한다.전기적인 힘은 0일텐데 중력이나 뭐 다른 힘이 작용할 수도 있으므로 아닐 것 같다전기장이 0이면 그 지점에서 전하가 받는 전기력은 0이지만, 다른 힘(중력 등)이 존재하면 전체 힘은 0이 아닐 수도 있다F= qE이기 때문에 전기력은 항상 0이다. 그러나 다른 외력이 작용할 수 있기 때문에 항상 0이라 할 수 없다.F=qE이다. 이때 E가 0이면 F도 0이 되기 때문에 전기력은 0이 될 수 있다. 하지만 중력등 전기력을 제외한 힘들이 존재하므로 알짜힘은 0이 아닐 수 있다.중력 등 다른 여러 힘이 작용하는 조건이 있는지 확인할 필요가 있다고 생각합니다. F = qE이기에 전기력은 일단 0이 될 것이라고 생각합니다.|✔ 전기력 vs 알짜힘(Net Force)의 구분[매우 날카로운 통찰입니다!] 물리 문제를 풀 때 '힘'이라고 하면 보통 알짜힘을 의미하는 경우가 많죠. 전기력이 0일지라도 중력, 자기장, 혹은 다른 외력이 있다면 물체가 받는 전체 힘은 0이 아닐 수 있다는 점을 지적한 아주 훌륭한 답변들입니다.|-|한 점에서 전기장이 0이라면 그 점에 놓인 전하는 전기력을 받지 않으므로 힘은 0이 된다. 이는 전기력이 전하량과 전기장의 곱으로 주어지기 때문이다. 그러나 그 점 주변에서는 전기장이 0이 아닐 수 있어, 조금만 위치가 변해도 힘이 생길 수 있으므로 항상 안정한 상태라고는 할 수 없을 것 같다.|✔ 평형의 안정성(Stability) 고찰단순히 0이냐 아니냐를 넘어, 그 지점이 '안정한 평형점'인지까지 고민해 본 깊이 있는 답변입니다. 특정 점에서는 힘이 0이라도 주변으로 벗어날 때 힘이 어떻게 변하는지(복원력의 유무)를 생각하는 것은 물리학에서 매우 중요한 태도입니다.|-|[유형 1: 수학적 오류]아니다. 전기장의 수식은 E = F/q 인데 여기서 E가 전기장이므로 0 = F/q가 된다. 즉 F=0, q=0 두가지 경우가 나오므로 항상 성립하지는 않을 것 이다........?[유형 2: 개념적 혼동]전하를 띄지 않으면 전기장이 없을 것이고 그 상태에서 힘이 작용하면 전기장이 없지만 힘은 있는 상태이지 않을까요그점에 한해서 0이지 않을까 양자역학처럼 q1이 0이면서 1인 상태가 가능하지 않는 이상(근데 전자가 너무 작아서 현실세계에는 가능 할 수 도 있을 것 같다.)|✘ 오개념 피드백1. 수학적 해석: $0 = F/q$라면 분자인 $F$가 반드시 0이어야 합니다. $q$가 0인 경우는 전하가 없는 상태이므로 '전하가 받는 힘' 자체를 논할 수 없게 됩니다.2. 전기장의 존재: 전하가 없어서 전기장이 없는 경우와, 전기장이 상쇄되어 0인 경우는 구분해야 합니다. 또한 전기장이 0인데 '전기력'이 있는 상태는 $F=qE$ 공식상 불가능합니다(외력 제외).3. 양자역학: 거시적인 전자기학 문제를 풀 때는 고전적인 장의 개념으로도 충분히 설명이 가능하므로, 너무 복잡하게 접근할 필요는 없습니다!|-|한 점에서 전기장이 0이면 외력이 없는 한 힘도 항상 0일 것이다.전기장이 0이면 작용하는 힘이 상쇄되어 알짜힘도 0이다E=F/q이기 때문에 Eq=F이기 때문에 전기장의 세기가 0이된다면 힘또한 0이여야 한다.F=qE라서 E가 0이면 F도 항상 0이다.F=qE 이므로 전기장이 0이면 전기력도 0일것이다. 근데 중력이나 다른 힘들은 받을 수 있지 않을까? 그렇게 생각하면 아닌것같기도….힘이 여러방향에서 작용해도 결국 상쇄되어 0이되는 것이 맞다.전기력은 전기장 위에서 나타나는 힘인데 만약 전기장이 0이라면 전기장 세기에 전하량을 곱한값인 전기력은 항상 0이된다.|▼ 별로인 답변 (단순 나열 및 반복)수식을 단순히 나열하거나 위에서 언급된 핵심 논리를 짧게 반복한 답변들입니다. 특히 "상쇄되어 0이 된다"는 표현은 전기장이 0이 되는 원인을 설명할 때는 좋지만, 힘과의 관계를 설명하기에는 조금 부족함이 있습니다.|}

별로인 답변 모음

0인 부분이 많을 수 있다. Ex) )l( ('l'= 힘이 0인 부분, ')('= 전기장) 그점에 한해서 0이지 않을까 양자역학처럼 q1이 0이면서 1인 상태가 가능하지 않는 이상(근데 전자가 너무 작아서 현실세계에는 가능 할 수 도 있을 것 같다.)

역학적 에너지가 음수가 될 수 있을까?

학생 답변	교사 코멘트

생기부 기록 예시

	선생님코멘트

각주