중학교 과학 · 운동과 에너지 · 2022 개정 교육과정
[9과19-03] 성취기준 해설과 수업·평가 예시
성취기준 원문
[9과19-03] 일의 정의를 알고, 자유 낙하하는 물체의 운동에서 중력이 한 일을 위치 에너지와 운동 에너지로 표현할 수 있다.
성취기준 해설
중력이 한 일은 운동 에너지, 중력에 대해서 한 일은 위치 에너지로 전환됨을 확인한다.
쉽게 풀어 보면
과학에서 말하는 일은 물체에 힘을 주어 그 힘의 방향으로 움직였을 때의 힘과 이동 거리의 곱이라는 점을 익히는 성취기준이에요. 물체를 들어 올리며 중력에 대해 한 일은 위치 에너지로, 떨어질 때 중력이 한 일은 운동 에너지로 바뀐다는 연결을 이해해요.
학습지 문항 예시 예시
일과 위치·운동 에너지
- 과학에서 일의 크기를 구하는 식과 일의 단위를 쓰세요.
- 무거운 가방을 들고 복도를 수평으로 일정한 속력으로 걸어갈 때 가방을 든 힘이 한 일이 0인 까닭을 쓰세요.
- 질량 2 kg인 상자를 바닥에서 1.5 m 높이의 선반 위로 천천히 들어 올렸을 때 중력에 대해 한 일과 상자가 얻은 위치 에너지를 구하세요.
- 선반에서 상자가 떨어져 바닥에 닿기 직전까지 중력이 한 일은 어떤 에너지로 바뀌는지 쓰세요.
수업 흐름 예시 예시
- 도입: 벽을 힘껏 미는 친구와 의자를 밀어 옮기는 친구 중 누가 과학적으로 일을 했는지 투표하고 근거를 나눠요.
- 전개 1: 용수철저울로 추를 일정한 높이만큼 들어 올리며 힘과 이동 거리를 측정하고 일의 양을 계산해요.
- 전개 2: 추를 들어 올린 높이를 바꾸어 떨어뜨리고 아래 놓인 종이컵이 밀려난 거리를 비교하며 위치 에너지와 높이의 관계를 확인해요.
- 정리: 들어 올릴 때 한 일이 위치 에너지로, 떨어질 때 중력이 한 일이 운동 에너지로 바뀌는 과정을 화살표 그림으로 나타내요.
서술형 평가 문항과 채점 기준 예시
질량 5 kg인 물체를 지면에서 2 m 높이까지 들어 올린 뒤 놓았다. 들어 올릴 때 중력에 대해 한 일, 물체가 그 높이에서 가진 위치 에너지, 지면에 닿기 직전 물체의 운동 에너지를 각각 구하고 세 값 사이의 관계를 서술하시오. (공기 저항은 무시함)
| 수준 | 채점 기준 |
|---|---|
| 상 | 세 값을 모두 98 J로 정확히 구하고, 중력에 대해 한 일이 위치 에너지로 저장되었다가 중력이 한 일로 운동 에너지가 되었음을 연결하여 설명함 |
| 중 | 일과 위치 에너지는 바르게 구했으나 운동 에너지와의 관계 설명이 부족하거나 단위를 빠뜨림 |
| 하 | 일의 식을 잘못 적용하거나 질량과 무게를 구분하지 못해 값을 구하지 못함 |
세특 기재 예시 예시
일의 정의를 배우는 활동에서 용수철저울로 추를 들어 올리는 힘과 높이를 측정하여 중력에 대해 한 일을 계산함. 같은 추를 서로 다른 높이에서 떨어뜨려 종이컵이 밀려난 거리를 비교하고 높이가 클수록 위치 에너지가 크다는 결론을 이끌어 냄. 가방을 들고 수평으로 걷는 경우 일이 0이라는 점을 힘과 이동 방향이 수직이라는 근거로 친구에게 설명함.
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
힘들게 애쓰면 무조건 일을 한 것이라고 생각하는 학생이 많아요. 과학에서는 힘의 방향으로 물체가 움직여야 일을 했다고 하므로, 벽을 오래 밀어도 벽이 움직이지 않으면 한 일은 0이에요. 질량과 무게를 혼동해 위치 에너지를 질량×높이로만 계산하는 실수도 자주 나오니 9.8을 곱하는 이유를 함께 짚어 주세요.
이 영역의 적용 시 고려 사항 (고시 원문)
- 초등학교 5∼6학년군 ‘물체의 운동’, 고등학교 ‘통합과학1’의 시스템과 상호작용, ‘물리학’의 힘과 에너지와 연계된다.
- 공기 등에 의한 마찰을 무시할 수 있는 물체의 운동을 기록한 실험이나 동영상 자료를 활용할 수 있다.
- 운동에 대한 기록과 자료의 해석·분석에 사진기나 운동 센서 등 다양한 디지털 탐구 도구를 활용할 수 있도록 한다.