고등학교 전자기와 양자 · 전자기적 상호작용 · 2022 개정 교육과정
[12전자01-04] 성취기준 해설과 수업·평가 예시
성취기준 원문
[12전자01-04] 로런츠 힘이 발생하는 조건을 알고, 로런츠 힘과 관련된 현상과 기술을 설명할 수 있다.
성취기준 해설
도선이 받는 힘, 입자 가속기, 토카막, 밴앨런대 등 로런츠 힘과 관련된 다양한 현상과 사례를 다룬다.
쉽게 풀어 보면
자기장 속 전하가 힘을 받으려면 전하가 운동하고 있어야 하고 속도가 자기장과 나란하지 않아야 한다는 조건을 알고, 이 힘이 만드는 현상과 기술을 설명하는 성취기준이에요. 속도와 자기장이 수직일 때 F = qvB인 크기와 방향을 익힌 뒤 도선이 받는 힘, 입자 가속기, 토카막, 밴앨런대를 같은 원리로 묶어 보는 것이 핵심이에요.
학습지 문항 예시 예시
로런츠 힘과 그 활용
- 전하량 1.6×10⁻¹⁹ C인 양성자가 1.0×10⁶ m/s의 속력으로 0.5 T의 균일한 자기장에 수직으로 들어갈 때 받는 로런츠 힘의 크기를 구하세요.
- 같은 양성자가 자기장과 나란한 방향으로 움직일 때 받는 힘의 크기를 쓰고, 그 이유를 설명해 보세요.
- 로런츠 힘을 받아 원운동하는 대전 입자의 속력이 변하지 않는 이유를 힘과 속도의 방향 관계로 설명해 보세요.
- 토카막이 1억 도가 넘는 플라스마를 벽에 닿지 않게 가두는 원리를 로런츠 힘으로 설명해 보세요.
- 태양에서 온 대전 입자가 지구 자기장에 붙잡혀 밴앨런대를 이루는 과정을 쓰세요.
수업 흐름 예시 예시
- 도입: 말굽자석 사이에 놓인 알루미늄 막대에 전류를 흘려 막대가 움직이는 모습을 보고 힘의 방향을 예상해요.
- 전개 1: 전하가 정지해 있거나 자기장과 나란히 움직일 때는 힘이 없다는 조건을 정리하고, F = qvB와 오른손 규칙으로 크기와 방향을 구해요.
- 전개 2: 로런츠 힘이 구심력 역할을 하는 원운동을 분석하고, 입자 가속기, 토카막, 밴앨런대 자료를 모둠별로 맡아 원리를 설명해요.
- 정리: 모둠 발표 내용을 '전하, 속도, 자기장, 힘의 방향' 표로 정리해 공통 원리를 확인해요.
서술형 평가 문항과 채점 기준 예시
균일한 자기장에 수직으로 입사한 대전 입자가 원운동을 하는 이유를 로런츠 힘의 방향과 크기로 설명하고, 입자의 속력이 두 배가 되면 원운동의 반지름이 어떻게 변하는지 근거와 함께 서술하시오. 이어서 이 원리가 쓰이는 기술 한 가지를 설명하시오.
| 수준 | 채점 기준 |
|---|---|
| 상 | 로런츠 힘이 속도에 수직이라 구심력으로 작용함을 설명하고 qvB = mv²/r에서 반지름이 두 배가 됨을 도출하며, 관련 기술의 원리를 정확히 연결함 |
| 중 | 원운동의 이유는 설명했으나 반지름 변화의 근거가 불충분하거나 기술 사례 설명이 피상적임 |
| 하 | 로런츠 힘이 작용하는 조건이나 방향을 잘못 이해하여 원운동을 설명하지 못함 |
세특 기재 예시 예시
로런츠 힘이 생기는 조건을 탐구하는 수업에서 자석 사이 알루미늄 막대가 움직이는 실험을 관찰하고 전류의 방향을 바꾸면 힘의 방향도 바뀜을 확인함. 로런츠 힘이 속도에 항상 수직이어서 속력은 바꾸지 못하고 방향만 바꾼다는 점을 원운동 식과 연결하여 설명함. 모둠 활동에서 토카막 자료를 맡아 자기장으로 고온 플라스마를 가두는 원리를 그림으로 발표함.
이 예시는 194자, 나이스 기준 484Byte예요. 과목별 세특은 1,500Byte(500자)까지 써요. 내 문장은 나이스 글자수·바이트 계산기로 세어 볼 수 있어요.
세특에는 학생이 실제로 한 활동과 교사가 관찰한 내용만 써요. 대회명·기관명처럼 쓰면 안 되는 내용은 생기부 기재 금지 사전에서 확인할 수 있어요.
학생들이 자주 헷갈리는 점
로런츠 힘이 대전 입자를 계속 밀어 속력을 높인다고 생각하는 학생이 많아요. 힘이 늘 속도에 수직이라 일을 하지 않으므로 속력은 그대로이고 방향만 바뀐다는 점, 정지한 전하나 자기장과 나란히 움직이는 전하는 힘을 받지 않는다는 점을 함께 정리해 주세요.
이 영역의 적용 시 고려 사항 (고시 원문)
- 중학교 1∼3학년군 ‘전기와 자기’, 고등학교 ‘통합과학1, 2’의 물질과 규칙성, 환경과 에너지, ‘물리학’의 전기와 자기와 연계된다.
- 전기장과 자기장을 다룰 때, 입자가 장을 만들고 장이 만들어진 곳에 놓인 다른 입자가 힘을 받는다는 의미에서 장이 상호작용의 매개물이라는 것을 인식하게 한다.
- 전자기 상호작용을 다룰 때, 자연 현상 이외에 전자기 상호작용을 이용한 기술들이 다양한 산업 영역에서 활용됨을 소개한다.
- 저항, 축전기, 인덕터, 다이오드, 트랜지스터 등의 소자를 활용한 장치와 회로들이 어떻게 작동하고 일상생활에서 어떻게 활용되는지를 인식하도록 지도한다.
같은 영역의 다른 성취기준
왓퀴즈는 이런 AI예요
왓퀴즈는 한국 학교의 수업과 기록 업무에 맞춘 교사용 AI예요. 이 사전과 같은 2022 개정 교육과정 성취기준 데이터로 학습지, 수업 PPT, 평가계획서 초안을 만들고, 2026학년도 학교생활기록부 기재요령 원문을 바탕으로 세특 초안을 쓰고 기재 금지 표현을 검사해요.