03 도체의 정전기 유도

과학전기와 자기중221쪽중2 과학 · 전기와 자기

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이 자료는

중2 과학 「전기와 자기」 시리즈의 세 번째 자료로, 도체의 정전기 유도를 다루는 학습지입니다. 표지의 '이 편에서 답할 질문' 네 가지가 그대로 네 유형입니다. 유형은 '대전체를 가까이하면 양쪽 전하는 어떻게 될까?', '부분의 전하와 전체의 전하는 어떻게 다를까?', '중성 금속은 왜 끌려올까?', '포일은 왜 튀어 나갈까?'입니다.

유형마다 '대표문제 → 질문으로 이해하기 → 꼭 기억할 지식과 주의할 점 → 대표문제 풀이 → 적용 문제' 순서로 되어 있습니다. '정전기 유도는 직접 닿아야 할까?', '한쪽이 (+)인데 전체는 왜 중성일까?', '대전체가 (+)이면 밀려날까?'처럼 학생이 헷갈려 하는 질문 10개에 한줄답과 설명이 붙어 있고, 질문마다 '틀린 생각'과 '바른 문장'을 나란히 놓아 오개념을 바로잡습니다. (−)대전체와 (+)대전체를 가까이했을 때의 전하 배치, 처음·가까이한 뒤·치운 뒤의 세 상태 비교, 가까운 쪽 인력과 먼 쪽 척력, 금속 막대와 포일 실험 그림이 들어 있습니다.

문제는 대표문제 4개, 적용 문제 10개, 통합 확인 2개로 모두 16문항입니다. 전자의 이동 방향과 부분의 전하 쓰기, 옳은 전하 배치 그림 고르기, 틀린 설명 고쳐 쓰기, 까닭을 전자와 거리로 설명하는 서술형 문항이 섞여 있습니다. 20~21쪽에 모든 문항의 정답과 '왜?', 서술형 인정 범위, 문항마다 '다시 볼 유형'이 있습니다.

미리보기

실제 학습지의 일부입니다. 누르면 크게 볼 수 있습니다.

가까이하기·치우기는 무엇이 다를까 — 처음, (−)대전체를 닿지 않게 가까이한 뒤, 멀리 치운 뒤의 세 상태 전하 배치 그림 · 9쪽

포일은 왜 튀어 나갈까 — 종이컵 위 금속 막대의 B 끝에 포일을 올리고 A 쪽에 털가죽을 가까이하는 실험 그림과 대표문제 · 14쪽

통합 확인 — 맞붙인 금속 구 두 개에 (−)대전체를 가까이하고, 두 구를 뗀 뒤 대전체를 치우는 (가)·(나)·(다) 그림 · 18쪽

핵심 정리 · 도체의 정전기 유도

학습지의 설명 질문 10개의 핵심을 짧게 정리했습니다. 그림·표와 16문항은 PDF에 있습니다.

도체에서 자유롭게 움직이는 것은 무엇인가요?

금속 안의 자유 전자입니다. 도체는 전기가 잘 통하는 물질이며 금속이 대표적이고, 금속 안에서 자유롭게 움직일 수 있는 전자를 자유 전자라고 합니다. 원자핵은 제자리를 지킵니다.

정전기 유도란 무엇인가요?

중성 도체에 대전체를 가까이하면 전자가 도체 안에서 이동하여 가까운 쪽에는 대전체와 다른 종류, 먼 쪽에는 같은 종류의 전하가 나타나는 현상입니다. 전자가 빠져나간 쪽은 (+)전하량이 상대적으로 많고, 전자가 모인 쪽은 (−)전하량이 상대적으로 많습니다.

정전기 유도는 대전체가 직접 닿아야 일어나나요?

아닙니다. 대전체를 닿지 않게 가까이해도 나타납니다. 마찰은 서로 다른 물체 사이의 전자 이동이고, 정전기 유도는 같은 도체 안의 전자 이동입니다.

(−)대전체와 (+)대전체를 가까이하면 전자는 어느 쪽으로 이동하나요?

전자는 언제나 (−)전하이므로 (−)대전체에는 밀리고 (+)대전체에는 끌립니다. (−)대전체를 가까이하면 전자가 대전체 반대쪽으로 이동해 가까운 쪽이 (+), 먼 쪽이 (−)가 됩니다. (+)대전체를 가까이하면 전자가 대전체 쪽으로 이동해 가까운 쪽이 (−), 먼 쪽이 (+)가 됩니다.

정전기 유도 문제는 어떤 순서로 판단하나요?

처음 중성·접촉 없음·외부 교환 없음의 조건을 확인하고 네 단계를 잇습니다. ① 대전체가 (−)인지 (+)인지 확인하고, ② 전자가 밀리는지 끌리는지 정하고, ③ 전자가 줄면 (+), 늘면 (−)로 부분 전하를 판단하고, ④ 닿지 않았고 외부와 교환하지 않았다면 전체 전자 수가 같아 중성이라고 판단합니다.

한쪽이 (+)인데 금속 전체는 왜 중성인가요?

금속 전체의 (+)전하량과 (−)전하량이 여전히 같기 때문입니다. 접촉이나 외부 교환 없이 가까이했다면 전자 총수는 그대로이고 위치만 달라집니다. 가까운 쪽이 (+)여도 먼 쪽의 (−)까지 합한 금속 전체는 중성일 수 있습니다.

대전체를 가까이할 때, 치울 때, 접촉할 때는 무엇이 다른가요?

전자가 움직이는 범위가 다릅니다. 닿지 않게 가까이하면 전자가 금속 안에서 이동하고, 다시 멀리 치우면 금속 안에서 다시 고르게 퍼지며, 두 경우 모두 전자 총수가 같고 전체는 중성입니다. 대전체가 금속에 접촉하면 전자가 물체 사이로 이동할 수 있어 금속의 전자 수가 달라져 대전될 수 있습니다.

마찰 전기와 도체의 정전기 유도는 어떻게 다른가요?

마찰 전기는 전자가 물체 사이로 옮겨 가 각 물체의 전자 수가 달라집니다. 도체의 정전기 유도는 전자가 물체 안에서 자리만 바뀝니다.

중성인 금속은 왜 대전체에 끌려오나요?

끌리는 힘과 밀리는 힘이 동시에 있지만 가까운 쪽의 인력이 더 크기 때문입니다. 중성 금속에서는 대전체와 가까운 쪽에 반대 전하가 나타나고, 다른 조건이 같으면 거리가 가까울수록 전기력이 큽니다. 그래서 가까운 쪽 인력이 먼 쪽 척력보다 커서 전체적으로 대전체 쪽으로 끌립니다.

대전체가 (+)전하이면 중성 금속은 밀려나나요?

아닙니다. (+)대전체가 전자를 가까운 쪽으로 끌어당겨 가까운 쪽이 (−), 먼 쪽이 (+)가 되고, 가까운 쪽 인력이 더 커서 여전히 끌려옵니다. 대전체가 (+)든 (−)든 처음 중성인 금속은 끌려옵니다.

금속 막대와 포일은 왜 한 도체로 보나요?

서로 맞닿아 전자가 이동할 수 있기 때문입니다. 포일을 막대에 맞닿게 올려야 둘 사이에 전자가 이동할 수 있습니다. 종이컵은 부도체 받침이어서 전자가 바닥으로 빠져나가는 것을 줄이고, 포일은 가벼운 도체여서 작은 힘에도 잘 움직입니다. 금속에 손을 대면 몸을 통해 전자가 드나들 수 있으므로 손대지 않습니다.

막대 위의 포일은 무엇 때문에 튀어 나가나요?

가까이한 대전체와의 척력 때문이 아니라, 맞닿은 막대 끝 B와 포일 사이의 척력 때문입니다. 포일은 맞닿은 B와 같은 종류의 전하를 띠므로 서로 밀어냅니다. 대전체를 더 가까이하면 전자 이동이 더 커져 B와 포일 사이 척력이 커지므로 포일이 더 쉽게 튑니다.

핵심 용어

도체: 전기가 잘 통하는 물질. 금속이 대표적이다
자유 전자: 금속 안에서 자유롭게 움직일 수 있는 전자
원자핵: (+)전하를 띠며 금속 안에서 제자리를 지키는 것
전자: 언제나 (−)전하를 띠며, (−)대전체에 밀리고 (+)대전체에 끌린다
정전기 유도: 중성 도체에 대전체를 가까이하면 전자가 도체 안에서 이동하여 가까운 쪽에는 대전체와 다른 종류, 먼 쪽에는 같은 종류의 전하가 나타나는 현상
가까운 쪽: 대전체와 다른 종류의 전하가 나타나는 부분
먼 쪽: 대전체와 같은 종류의 전하가 나타나는 부분
중성: 금속 전체의 (+)전하량과 (−)전하량이 같은 상태
전자 총수: 금속 전체의 전자 수. 닿지 않게 가까이하고 외부와 교환하지 않았다면 그대로이다
접촉: 대전체가 금속에 닿는 것. 전자가 물체 사이로 이동할 수 있어 금속의 전자 수가 달라질 수 있다
마찰 전기: 전자가 서로 다른 물체 사이로 옮겨 가 각 물체의 전자 수가 달라지는 것
인력과 척력: 끌리는 힘과 밀리는 힘. 다른 조건이 같으면 거리가 가까울수록 전기력이 크다
부도체 받침: 전자가 바닥으로 빠져나가는 것을 줄이는 받침. 실험의 종이컵

다 풀고 나면

금속에서 움직이는 것은 자유 전자이고 원자핵은 제자리를 지킨다는 것을 말할 수 있다.
대전체의 부호를 보고 도체 안 전자의 이동 방향과 가까운 쪽·먼 쪽의 전하를 판단할 수 있다.
부분의 전하와 전체의 전하를 구별하고, 닿지 않게 가까이했을 때 전자 총수가 그대로임을 설명할 수 있다.
가까이하기·치우기·접촉하기에서 전자가 움직이는 범위가 어떻게 다른지 비교할 수 있다.
중성 금속이 대전체에 끌려오는 까닭을 전자 이동, 전하 분포, 힘의 크기 순서로 설명할 수 있다.
금속 막대 위의 포일이 튀어 나가는 실험을 전자의 이동과 척력으로 설명할 수 있다.

이렇게 풀면 됩니다

1쪽 '이 편에서 답할 질문'에서 네 유형을 확인합니다. 유형마다 맨 앞의 대표문제(문항 01·05·09·12)를 먼저 풀어 봅니다.
'질문으로 이해하기'의 질문을 읽고 내 답을 말해 본 뒤 한줄답과 설명, 그림·표를 읽습니다. '틀린 생각'과 '바른 문장'을 비교하고, '꼭 기억할 지식과 주의할 점'과 대표문제 풀이의 판단 과정으로 내 풀이를 점검합니다.
유형마다 이어지는 적용 문제를 같은 방법으로 풉니다. 18~19쪽 통합 확인(문항 15·16)은 금속 구 두 개를 떼는 순서와 대전체를 치우는 순서를 따져 가며 풉니다.
20~21쪽 정답과 해설로 맞춰 봅니다. 서술형은 '인정 범위'에 적힌 필수 내용이 들어갔는지 확인하고, 틀린 문항은 '다시 볼 유형'으로 돌아가 다시 읽습니다.

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