중학과학-위치에너지
틀:15개정 과학 중3 단원 보기
1. 화학반응의 규칙과 에너지 변화
2. 기권과 날씨
3. 운동과 에너지
4. 자극과 반응
5. 생식과 유전
6. 에너지 전환과 보존
7. 별과 우주
8. 과학기술과 인류문명
배우는 이유[편집 | 원본 편집]
| 흥미적
이유 |
출발질문(마지막까지 학습한 후에 대답해보세요~)[편집 | 원본 편집]
|
|---|---|
| 직업적
이유 |
|
| 학문적
이유 |
이거 정말 어려움.. 제대로 이해하려면 미분,적분도 할 줄 알아야 한다. 일단 개념만 익히고 넘어가자~
|
| 너희들은? | 고등물리를 위해
역학적 에너지의 기초이기 때문 알아도 쓸떄가,,,,,,,,, => 슬프게도.. 교육의 가치는 교육받은 사람만이 알죠 ㅜㅜ 이해하기에 너무 어려려운 단원이라 생각해서 고등학교가서 배워도 될거같다고 생각한다 => 네, 그것도 맞는 말입니다. |
도입[편집 | 원본 편집]
학습[편집 | 원본 편집]
영상[편집 | 원본 편집]
| 위치에너지 다루기 요약 | |
| 위치에너지 측정실험 |
수업요약[편집 | 원본 편집]
| 개념 | 설명 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 에너지 | 일을 할 수 있는 능력.
일반적으로 외부로부터 일을 받아 얻는다. | ||||||
| 일과 에너지 | 일과 에너지는 서로에게 전달된다. 즉, 일을 통해 종류가 다른 에너지라 할지라도 서로 교환할 수 있다.
ex) 댐에서 물이 떨어지는 위치에너지를 전기에너지로 바꾸어 사용하는 것. | ||||||
| 위치에너지 | 중력에 한 일 만큼 위치에너지로 저장된다.
위치에너지 = 중력의크기 * 올라간높이 = 9.8m * h = mgh (질량*중력상수*높이) 기준이 되는 h는 상황에 따라 정한다.(상황에 따라 위치에너지가 음수가 될 수도 있다. 중요한 것은 변화량!) | ||||||
| 자주 하는 실수 |
|
전개질문[편집 | 원본 편집]
- 10N무게의 물체를 10m만큼 높이의 선반에 올려두었다. 이때 해준 일의 양은 얼마인가?
도착질문[편집 | 원본 편집]
- 전시간 문제) 빗방울의 무게는 1N이라고 하자. 이 빗방울이 1km 상공에서 공기저항없이 떨어진다면 땅에 도착했을 때까지 빗방울이 받은 일은 얼마나 될까? 위 문제에서 물방울이 받은 일은 어디로부터 받은 걸까?
- 공기저항이 없는 3m 높이에서 무게가 1N인 테니스공을 떨어뜨린다면, 0m에서 공을 멈추기 위해 해야 하는 일의 양은?(2반 채준석의 문제)
학생들의 질문[편집 | 원본 편집]
분류하지 않은 질문[편집 | 원본 편집]
| 분류 | 질문 | 대답 |
|---|---|---|
| 개념 | 달에서 위치에너지를 계산할려면 9.8대신 다른 수를 곱해야 하나요? | 네. 질량에 다른 상수를 곱해주어야 무게를 구할 수 있어요. |
| 일이 정확히 뭔가요? | 힘과 이동거리를 곱한 물리량이요. 아직은 '일'이란 게 어떤 가치를 갖는지 이해하기 쉽지 않아요. 에너지와 계산에 대한 전체적인 이해가 있어야 하거든요..
오늘은 시작이고, 앞으로 고등학교와 대학에서 계속해서 다루면 일의 가치와 의미를 이해하게 될거에요! 일단 간단히 말해보자면 '얼마나 많은 일을 했는지 알려주는 지표'라고 생각하면 되겠네요. | |
| 빗방울 문제에서 가속은 생각하지 않나요? | 빗방울은 계속 가속하죠. 이게 일과 에너지의 강력한 힘이에요. 굳이 가속도를 이용하여 계산하지 않더라도 '일'을 통해서 파괴력을 알 수 있어요. | |
| 위치에너지를 구할때 왜 9.8을 곱하나요? | 1학년 때 한 건데, 질량에 9.8m/s^2을 곱해야 지구에서의 무게가 되요. | |
| 왜 9.8인가요. | 만유인력 때문에 가속하잖아요? 중력은 행성의 질량에 따라 달라지고. 지구의 질량과 반지름 때문에 9.8이라는 숫자로 결정되요. 고등학생이 되면 지표면에서의 중력가속도를 구하게 될거에요~ | |
| 질량을 N이고 높이나 거리는 M로 해야되죠?? | 아니요! 질량은 kg 단위에요! | |
| 위치에너지는 누가 만든건가요
위치에너지는 누가 만들었을까요 위치에너지라는 개념을 처음 제시한 사람은 누굴까요? |
글쎄요;; 상당히 많은 개념들이 엮인 거라... 조사해오면 세특에 써줄게요~ | |
| 이해가 안되는게 맞는 건가요? | 네, 굉장히 추상적인 개념이라 이해하기 힘든 게 맞아요. 단, 하나씩만 기억하면 되요. 위치에너지는 mgh. | |
| 위치에너지가 실제에서 어떤식으로 쓰이나요.
이 위치에너지를 실생활에 이용한 예는 무엇이 있을까요? |
롤러코스터에서 일정 높이만큼 내려왔을 때 속도를 계산하여 안전성을 보장할 수 있겠죠.
공사장에서 철골을 일정 깊이만큼 박으려면 어느 정도 높이에서 얼마만큼의 질량을 떨어뜨려야 하는지 알 수 있을거구요. | |
| 어떤 물체에 무게가 3배, 위치 에너지가 2배가 되면 일의 양은 5배가 아니라 6배가 되는 것이죠? | 아뇨, 높이가 일정하고 무게만 달라진다면 무게에 비례해요. 위치에너지는 mgh라고 쓴다고 위에 써뒀습니다. 질량에 비례합니다. | |
| 들어 올리는 일을 하면 에너지가 그 물체에 전환되는데 에너지가 다 전환되는 건가요. | 해준 일 만큼요. | |
| J N등의 뜻 | N은 1학년 때 배운 힘의 단위 뉴턴이에요. 를 줄여서 N이라고 쓰죠.
J는 전시간에 배운 일의 단위 J이에요. 를 줄여서 J이라고 쓰죠. | |
| 9.8을 곱하는 이유는 중력때문인가요?
왜 9.8을 곱해야 해요?? |
질량만 주어지면 중력가속도인 9.8을 곱해주어야 하고, 무게가 주어지면 굳이 곱할 필요는 없죠. | |
| 상수가몬가요 | 변하지 않는 수요. 변수, 미지수랑 달리 정해져 있는 값이요. 수학에서 변수, 미지수는 변하잖아요? | |
| 중력이 더욱 강해지면 물체가 떨어지는속도도 증가하나요?> | 네! | |
| 과학이 어려운데 어떻게하면 잘 할수있나요 | 노오력. | |
| 사람이 떨어지면서 어떤 특정한 행동을 하면 떨어지는 속도가 더 빨라지나요 | 표면적을 줄이면 더 빨라지겠죠~ 몸 전체적으로 | 형태로 만들면 공기저항을 최소화 할 수 있겠죠. | |
| 우리 주변에 위치에너지가 없다면 무슨 일이 벌어지나요? | 위치에너지는 힘, 이동거리 등 다른 개념들이 엮여 만들어진 거라서 위치에너지를 없애려면 이와 관련된 모든 것들을 지워버려야 할거에요;; | |
| 마우스를 움직일때도 일을해야하나요? | 네, 힘을 가하고, 이 힘으로 인해 이동하는 거리가 있잖아요? | |
| 지구에서 진공상태를 만들수있나요? | 네, 펌프로 공기 빼면 됩니다. | |
| 나중에 고등학교가면 이 내용 어디에서 다시 나오나요? | 1학년 때 다시 언급 하고... 2,3학년 땐... 굳이 언급하지 않고 어디에서든 쓰이죠. | |
| 위치에너지는 일의 양과 같은 건가요? | 네. 한 일의 양이 공간, 중력에 저장되었다고 보면 됩니다. | |
| 실제로 위치에너지가 줄어든만큼 운동에너지가 늘어나나요? 공기저항이나 마찰 등이 작용하면 힘들지 않을까요? | 네, 당연히 공기저항, 마찰 등이 작용하면 물체의 운동에너지가 그대로 늘어나진 않죠;
대신 주변의 입자들의 운동에너지가 늘어나서 에너지는 보존되요. | |
| 저희가 배우는 거 중에 위치 에너지가 가장 어렵나요? | 위치에너지가 어렵다기보단... 일, 위치에너지, 운동에너지가 다 엮여있어서 이것들이 다같이 어렵습니다;; | |
| 중력과 반대가 되게 일을 한다는 것이 이해가 잘 안됩니다
중력과 반대되게 일을 해주면이 무슨뜻인가요?? |
중력에 거슬러 일을 한다는 거죠. 중력의 방향은 아래잖아요? 땅의 방향. 이와 반대라면 하늘방향이겠죠. | |
| 물체를 들어올린 후 떨어뜨렸을 때 속력이 일정한 물체가 있나요 ? | 공기저항과 중력의 크기가 같으면 속력이 일정해요. 가속도가 0이라서. | |
| 정말 많이 이해가 안됨니다 전시간에 배운것과 연관이 있는건가요? | 네. 해준 일 만큼 중력에 저장되잖아요? 일을 모르면 진행할 수 없는 이야기에요. | |
| 일의 양 = 위치에너지 맞나요 ?? | 애매하네요. '중력을 거슬러 해준 일의 양 = 위치에너지' 이렇게 변한다고 보시면 돼요. | |
| 이개념을 확실히 이해할려면 계속위키문서만 참여해도 되나요?? | 기본이 탄탄하다면 위에 있는 영상만으로도 이해할 수 있겠죠. | |
| 사람이 움직일때도 일을 하나요? | 네, 움직이기 위해 힘이 가해지고, 이동거리도 있잖아요? | |
| 높이(h)의 단위는 m를 써야 하나요 아니면 km를 써야 하나요 | 일의 양을 J로 나타내고 싶다면 m요. | |
| 에너지가 일로 전환된다는 부분이 이해가 되지 않습니다. | 위치에 저장된 일을 위치에너지라 부른다고 했죠? 이 상태에서 물체를 놓으면 떨어지면서 중력으로부터 일을 받죠? 그걸 전환된다고 말해요. | |
| 왜 중력은 1이 아니라 9.8 일까요? | 중력은 만유인력에 의해 생기는 건데, 그 크기는 질량과 거리에 의해 결정되지요. 지구의 질량과 중심으로부터의 반지름 때문에 9.8로 결정되요. 이건 고등학교에 올라가면 행성의 질량과 반지름의 따라 얼마가 되는지 구하는 방법을 배울거에요~ | |
| 달에서는 떨어지는 속도도 1/6배가 되나요? | 아뇨, 가속이 1/6배에요~ | |
| 이 기호는 누가 정했나요 | 과학자들이 모여서 회의해서 정해요. | |
| 비가 떨어질때 받는 일은 많고 센데 떨어지면서 공기저항으로 사라지면 어떻게 따듯해지나요 아니면 그 일은 어디로가나요 | 공기의 분자가 교란되면서 열에너지가 되요. | |
| 물체가 하강할때는 중력의 힘과 함께 아래로 내려가기 때문에 중력가속도를 곱하는데 물체가 상승을 할때는 중력가속도를 곱하나요? | 개념을 잘못 갖고 있는 듯한데... 물체가 상승을 하든 하강을 하든 물체에 가해지는 중력은 질량X9.8 이잖아요? | |
| 중력의 크기을 나타내는 단위가 있나요? | 물체에 가해진 중력의 크기를 무게라고 합니다~ 너무 오래전에 배워서 기억이 잘 안나요;;? ㅎㅎ | |
| 실생활에 나온다면 몇살때 나올까요 | 실생활에서 보이는 모든 현상을 이해하는 데 필요하죠. 위치에너지... 화학변화에서 나오는 열의 방출, 흡수는 원자 배열에 따른 위치에너지의 증가, 감소에 따라 나오는거거든요.
그리고 물건을 멈추게 하거나 움직이게 할 때, 폭발력을 계산할 때, 피해도를 계산할 때 등.. 일상 곳곳에 원자와 분자가 숨어있었듯, 그들이 움직이는 원리 뒷편엔 에너지가 있습니다. | |
| 기준면이무엇인가요? | 위치에너지의 기준이 되는 면이요. 기준면에 따라 위치에너지가 -가 될 수도 있어요. 지표면을 기준면이라고 하면 땅 속으로 파고들어간 물체의 위치에너지는 음수가 되잖아요?
기준면은 문제에 따라 설정하기 나름이기 때문에, 위치에너지의 변화만이 실제 운동에서 의미가 있습니다. | |
| 호기심 | 지구보다 질량이 큰 행성이 인력에 의하여 지구를 끌어 당길 수 있나요? 그리고 그것도 낙하 운동에 속하나요? | 네, 당길 수 있죠. 그 행성 입장에서 보면 지구의 낙하운동이라 보이겠죠. |
| 일은 누가 발견했나요 | 조사해오면 세특에 써드림. | |
| 최초의 컴퓨터는 누가 만들었나요 | 잉;; 이건 검색하면 금방 나옴. | |
| 공기가 없는곳에서 비가 내리면 그곳에는 생명체가 없겠죠? | 네, 다 죽겠죠??? | |
| 어떤 물체나 액체든 떨어질때는 힘을 받나요?? 예를 들어 깃털같은 것 | 네, 중력을 받잖아요? 떨어지지 않을 때에도 중력을 받아서 땅에 붙어 있잖아요?? | |
| 공기저항 없는 빗물에 맞으면 살이 깔끔하게 일자로 뚫리나요 아니면 지저분하게 사방으로 튀며 뚫리나요 | 충분한 속도가 난다면 깔끔하게 뚫릴 것 같네요. 총알과 달리 회전력을 고려하지 않으면 깔끔하게 뚫릴 것 같아요;; | |
| 공기가 위쪽으로 갈 수록 희박해지는데 그럼 물체를 높은 산과 공터에서 떨어뜨릴때 산에서 떨어뜨린 물체의 속력이 더 빠른가요? | 네, 일반적으로 그래요. | |
| 중력이 지금 보다 2배 더 강력해진다하면 떨어지는 물체의 가속도도 2배 더 증가하는게 맞나요 ? | 네, 당연하죠. | |
| 기타 | 이런문제는 선생님이 직접 만드시는 건가요? | 네; 제가 만들어서 허접해요; |
| 학교가면 저희가 한내용 복습하나요? | 넹넹, 복습을 하긴 하지만, 핵심적인 공식. 하루에 1개 나오는 공식 정도는 외워주어야 해요. | |
| 개념이 어렵습니다 | 네..이해해요 ㅜ | |
| 혹시 이것도 시험범위에 어렵게 나오나요?. | 시험에선 이것보단 쉽게 해줄거에요. 이번처럼 계산하는 문제는 안나와요. 계산문제를 넣은 건, 이런 의미가 있다는 걸 알려주기 위해. 그리고.. 굉장히 어렵다는 걸 보여주기 위해.(한편으론 별거 없다는 걸 보여주기 위해) | |
| 선생님이 문제를 직접 만드셨나요? | 네. 그래서 허술해요; ㅎㅎ;;; | |
| 오늘배운거 잘하면 고등물리배울때 편할까요? | 엄청 편하겠죠. | |
| 헛소리 | 만약 아파트 옥상에서 물 풍선을 떨어뜨리고 맞으면 아픈가요? | ...? |
| 결혼 축하드려요 | ?!? | |
더 나아가기[편집 | 원본 편집]
교과 내용이 너무 쉬워서 더 공부하고 싶은 사람들은 보세요~
- 일의 단위가 되는 줄의 업적, 그가 했던 실험들을 조사해서 선생님께 알려주면 세특에 기입해줄게요~
보기 전에 먼저 생각해보세요~
수업 후, 흥미로운 것[편집 | 원본 편집]
시간이 남을 때에만 보세요~
활과 화살의 과학(탄성위치에너지)
[넌센스] 마녀가 하늘 높이 올라가면???
위치에너지가 커진다.
위치에너지의 위력
https://i.imgur.com/MvtTE8w.mp4
쥐덫의 과학(탄성위치에너지)
남자 다수가 모이면 하는 병신짓. https://www.dogdrip.net/435829635
미국에서 다시 진행중인 '신의 지팡이' 프로젝트 https://www.dogdrip.net/491751064
답[편집 | 원본 편집]
| 복습) 무게가 10N인 물체를 1m 들어올렸다. 이 때 한 일은 얼마일까? | |
|---|---|
| 답변 | 선생님코멘트 |
| 1j | ??? 어떻게 계산한거지;';? |
| 10J
10N * 1m = 10J |
모범답안.
단위와 곱하기를 정확하게 써주세요~ 정확한 단위는 n이 아니라 N! |
| 2 | ?? |
| 98J | 무게 10N 안에 이미 9.8이 곱해져 있는 거에요!!! 무게와 질량은 다른 개념이에요~ |
| 물체에 일을 해주면 결과적으로 물체의 속력이 변해야 한다. 그런데, 중력과 반대되게 일을 해주면 일을 해주었음에도 물체의 운동상태가 변하지는 않는다. 내가 한 일은 어디로 갔을까? | |
| 답변 | 선생님코멘트 |
| 공기중으로, 하늘로, 하늘/? | 오, 좋은 발상. 하지만 정답은 아님. |
| 없어지거나 생성되지 않고 다른 에너지로 전환 되었다(위치 에너지로 전환되었다)
위치에너지로 전환되었다. |
네, 훌륭한 대답이네요~ |
| 중력이 끌어당기는 힘과 물체에 가한 일의 양이 같아서 서로 상쇄되었다.
중력과 부딪혀 사라짐 없어진다. |
상쇄되면 내가 한 일이 없어지나요?? |
| 일을 안했다. | 이동방향이 옆이었다면 일을 안했다고 봐도 되는데, 힘의방향과 이동방향이 같아서 일을 했어요! |
| 물체가 사라진다?? | 두둥! |
| 어디론가 | 그 어디론가가 어디냐고;; |
| 위 문제에서 들어올린 물체를 떨어뜨린다고 생각해 보자. 물체의 속력은 떨어지면서 어떻게 변하는가? | |
| 답변 | 선생님코멘트 |
| 일정한 속도로 증가한다, 점점 뻘라진다. 가속, 빨라진다
속력은 중력의 영향으로 점점 증가한다. 가속도가 붙어 빨라진다. |
훌륭. |
| 변하지 않는다.
일정하다(?) |
높은 곳에서 떨어진 물체일수록 더 빠르지 않나요;;? 둘 중 하나를 맞아야 한다면.. 1m위에서 떨어진 물체, 100m 위에서 떨어진 물체.. 어떤 물체에 맞고 싶어요;;? ㅎㅎ |
| 깨진다 | 속력이 깨지나요;;;ㅋㅋㅋㅋ |
| 9.8m/s2으로 점점 빨라진다 | 굉장히 구체적인 답이네요~ |
| 10J만큼의 일을 해줘서 위로 들어올린 물체를 떨어뜨려 지면에서 받는다고 할 때 이 물체를 멈추기 위해 필요한 일은 대강 어느정도일까? | |
| 답변 | 선생님코멘트 |
| 2배
20j? |
20J만큼이 필요하다는 건가요? 그렇다면, 매번 물체를 위로 들어올리면 2배의 에너지로 돌려받을 수 있겠네요! 그렇게 되면 무한동력이 가능할듯! |
| 98J | 아, 일에 9.8을 곱한건가요;;;? 이미 10J만큼의 일 안에 중력가속도가 포함되어 있어요~ |
| 10J
똑같지 않을까요 10J 똑같지않을까요...? |
네, 해준 일만큼 다시 되돌아 나옵니다. |
| 10N무게의 물체를 10m만큼 높이의 선반에 올려두었다. 이때 해준 일의 양은 얼마인가? | |
| 답변 | 선생님코멘트 |
| 980J | 이미 10N 안에 9.8이 곱해진 상태이기 때문에 다시 곱해주지 않아도 돼요~ |
| 100J
10N * 10m= 100J |
훌륭.
뉴턴은 N, 미터는 m. 대문자와 소문자를 구분해야 하는데, 여기서 실수하는 학생들이 많네요~ |
| 전시간 문제) 빗방울의 무게는 1N이라고 하자. 이 빗방울이 1km 상공에서 공기저항없이 떨어진다면 땅에 도착했을 때까지 빗방울이 받은 일은 얼마나 될까?
위 문제에서 물방울이 받은 일은 어디로부터 받은 걸까? | |
| 답변 | 선생님코멘트 |
| 떨어지기 시작한 순간 부터 | 언제부터가 아니라, 어디로부터 받았느냐를 물어본거에요~ |
| 중력
지구의 중력 중력으로부터 받았다 중력이 끌어당겼다 |
네, 중력이 물체를 당기니까, 그 힘*이동거리 만큼 일을 하죠! |
| 1km 상공, 구름, | 상공?? 공간 자체로부터 에너지를 얻었다고 생각했군요! 좋은 발상이지만 과학적이진 않은 것 같아요~ |
| 지면, 땅 | 땅으로부터 힘을 받는다. 땅이 지구를 의미한다면 틀린 말은 아니에요! 지구가 물체를 당기니까! |