04 부도체와 검전기

과학전기와 자기중238쪽중2 과학 · 전기와 자기

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이 자료는

중2 과학 「전기와 자기」 시리즈의 네 번째 자료로, 부도체의 정전기 유도와 검전기를 다루는 문제 유형 학습지입니다. 표지의 '이 편에서 답할 질문' 다섯 개가 그대로 다섯 유형입니다. 유형은 부도체도 왜 대전체에 끌릴까, 중성 검전기의 전자와 금속박은 어떻게 될까, 중성 검전기로 무엇을 알 수 있을까, 대전된 검전기로 전하의 종류를 어떻게 알아낼까, 접촉 방법에 따라 검전기는 어떻게 대전될까입니다. 유형 5는 '5가. 대전체를 직접 접촉하면 어떻게 될까?'와 '5나. 손가락을 이용하면 어떻게 대전될까?'로 나뉘며, 5나는 교과서 기본 내용보다 한 걸음 더 나간 '더 나아가기'입니다.

유형마다 '대표문제 → 질문으로 이해하기 → 꼭 기억할 지식과 주의할 점 → 대표문제 풀이 → 적용 문제' 순서로 되어 있습니다. '부도체에서는 전자가 끝까지 이동할까?', '대전체를 치우면 왜 오므라들까?', '떼는 순서를 바꾸면 왜 안 될까?'처럼 학생이 헷갈려 하는 설명 질문 13개에 한줄답과 설명, 비교표가 붙어 있고, 질문마다 '틀린 생각'과 '바른 문장'을 나란히 적어 두었습니다. 도체와 부도체에서 전자가 움직이는 범위 비교, (−)대전체와 (+)대전체에 따른 원자 안 전자의 치우침, 검전기의 구조, 두 종류 대전체를 가까이한 검전기, 대전된 검전기의 금속박 변화, 직접 접촉 과정, 손가락을 이용한 네 단계 그림이 들어 있습니다.

문제는 대표문제 6개, 적용 문제 15개, 통합 확인 6개로 모두 27문항입니다. 그림 고르기, 표의 빈칸 채우기, 옳지 않은 문장을 골라 바르게 고쳐 쓰기, 까닭 쓰기 같은 서술형 문항이 섞여 있습니다. 33쪽에 처음 검전기 상태, 가까이하기·직접 접촉, 손가락 접촉·떼는 순서를 묶은 '조건을 먼저 확인하기' 표가 있고, 35쪽부터 모든 문항의 정답과 '왜? · 인정 범위', 문항마다 '다시 볼 유형'이 있습니다.

미리보기

실제 학습지의 일부입니다. 누르면 크게 볼 수 있습니다.

도체와 부도체에 (−)대전체를 가까이한 뒤의 전자 변화 비교 그림 — 자유 전자가 도체의 먼 쪽으로 이동, 전자가 원자 안에서 조금 치우침 · 4쪽

검전기의 다섯 부분은 무슨 일을 할까 — 부분·재료·하는 일 표와 금속판·금속 막대·금속박·절연체·유리병을 표시한 검전기 구조 그림 · 10쪽

처음 중성인 검전기에 (+)대전체를 가까이했을 때의 전자 이동 그림과 '대전체를 치우면 왜 오므라들까?' 설명 · 12쪽

핵심 정리 · 부도체와 검전기

학습지의 설명 질문 13개 가운데 핵심을 짧게 정리했습니다. 그림·표와 27문항은 PDF에 있습니다.

부도체(절연체)는 무엇인가요? 부도체에는 전자가 없나요?

부도체(절연체)는 전기가 잘 통하지 않는 물질로, 유리·고무·플라스틱·마른 종이·스티로폼이 예입니다. 도체는 전기가 잘 통하는 물질로 구리·알루미늄·철이 예입니다. 부도체에도 전자가 있지만 원자 밖으로 자유롭게 이동하기 어렵습니다. 전자가 없어서가 아니라 자유롭게 이동하기 어려워 전기가 잘 통하지 않는 것입니다.

부도체에서도 정전기 유도가 일어나나요? 도체와 무엇이 다른가요?

일어납니다. 다만 전자가 움직이는 범위가 다릅니다. 도체의 정전기 유도에서는 전자가 도체 안에서 한쪽으로 이동하지만, 부도체의 정전기 유도에서는 전자가 원자 밖으로 자유롭게 나가지 못하고 원자 안에서 조금 치우칩니다. 원자핵은 같은 자리에 남으며 부도체 전체는 중성입니다. 마찰 전기는 전자가 한 물체에서 다른 물체로 이동하여 각 물체가 대전되는 현상이라는 점에서 구별됩니다.

중성인 부도체는 왜 대전체에 끌리나요?

대전체가 가까이 오면 원자 안에서 전자가 조금 치우쳐, 가까운 쪽은 대전체와 반대 전하, 먼 쪽은 같은 전하가 됩니다. 가까운 쪽은 인력, 먼 쪽은 척력을 받는데 가까운 쪽 인력이 더 커서 전체적으로 끌립니다. 전체 전자 수는 변하지 않으므로 부도체 전체는 중성입니다.

대전체가 (+)이면 부도체는 밀려나나요?

아닙니다. (−)대전체는 전자를 밀어내 전자가 대전체 반대쪽으로 치우치고, (+)대전체는 전자를 끌어당겨 전자가 대전체 쪽으로 치우칩니다. 대전체의 부호에 따라 전자 치우침 방향은 바뀌지만, 어느 경우에나 가까운 쪽 인력이 더 커서 중성 부도체는 끌립니다.

검전기는 어떤 기구이고 어떻게 생겼나요?

검전기는 금속박의 벌어짐을 이용하여 물체가 전하를 띠는지 등을 알아보는 기구입니다. 금속판은 대전체를 가까이하는 곳, 금속 막대는 판과 박을 이어 전자가 지나가는 곳, 금속박 2장은 얇고 가벼워 벌어짐을 관찰하는 곳입니다. 금속판·금속 막대·금속박은 연결된 한 도체입니다. 절연체는 막대를 고정하고 전하가 새는 것을 줄이며, 유리병은 바람·접촉으로부터 금속박을 보호합니다.

중성 검전기에 대전체를 가까이하면 금속박은 왜 벌어지나요?

대전체를 닿지 않게 가까이하면 연결된 금속 부분에서 정전기 유도가 일어납니다. (−)대전체는 전자를 밀어내 전자가 금속판에서 금속박으로 이동하고, (+)대전체는 전자를 끌어당겨 전자가 금속박에서 금속판으로 이동합니다. 금속판은 대전체와 다른 종류, 금속박은 대전체와 같은 종류의 전하를 띱니다. 금속박 두 장은 같은 종류의 전하를 띠어 서로 밀어내므로 벌어지며, 검전기 전체는 중성입니다.

대전체를 치우면 금속박은 왜 오므라드나요?

전자가 다시 고르게 퍼져 두 금속박 사이의 척력이 사라지기 때문입니다. 가까이만 했으므로 검전기 전체가 대전된 것은 아니며, 대전체를 치우면 처음 중성 상태로 돌아옵니다. 금속박이 벌어졌다고 해서 검전기 전체가 반드시 대전된 것은 아닙니다.

검전기로 알 수 있는 것은 무엇인가요?

대전 여부, 전하량 비교, 조건을 갖춘 전하 종류 판별 세 가지입니다. 대전 여부는 중성 검전기에 가까이했을 때 금속박이 벌어지는지로 알 수 있습니다. 다만 중성 검전기의 벌어짐만으로는 대전체가 (+)인지 (−)인지 구별하지 못합니다. 전하의 종류를 알려면 검전기의 처음 전하를 알고 비교해야 합니다.

검전기로 전하량을 비교하려면 어떤 조건을 맞춰야 하나요?

같은 검전기와 처음 상태, 대전체의 모양·재질·거리·위치·방법을 같게 합니다. 조건이 같으면 더 많이 벌어지게 한 물체의 전하량이 더 큽니다. 대전체의 전하량이 크면 전자를 미는(끄는) 힘이 커서 이동한 전자가 많고, 금속박의 전하량과 척력이 커져 더 많이 벌어지기 때문입니다. 거리가 다르면 전하량만 비교할 수 없습니다.

대전된 검전기로 전하의 종류는 어떻게 알아내나요?

부호를 아는 전하로 검전기를 미리 대전시키고, 이미 벌어져 있는 금속박이 처음보다 어떻게 변하는지 봅니다. 검전기와 같은 종류의 대전체를 가까이하면 금속박의 전하량이 늘어 더 벌어지고, 다른 종류이면 전하량이 줄어 처음에 오므라듭니다. 반대 종류의 대전체를 지나치게 가까이하면 금속박의 전하가 반대로 바뀌어 다시 벌어질 수도 있으므로, 멀리서 조금씩 접근할 때의 처음 변화를 비교합니다.

대전체를 검전기에 직접 접촉하면 어떻게 되나요?

전자가 물체 사이를 이동하여 검전기도 대전체와 같은 종류의 전하를 띱니다. (−)대전체를 접촉하면 전자가 검전기로 옮겨 와 검전기가 (−)전하를 띠고, (+)대전체를 접촉하면 검전기의 전자가 대전체로 옮겨 가 검전기가 (+)전하를 띱니다. 대전체를 떼어도 전자 수가 바뀐 상태가 남아 금속박이 벌어진 채입니다.

손가락을 이용하면 검전기는 어떻게 대전되나요? (더 나아가기)

손가락은 몸과 검전기 사이에 전자가 드나드는 길을 만듭니다. 대전체를 가까이한 채 금속판에 손가락을 댔다가, 대전체를 그대로 두고 손가락을 먼저 뗀 뒤 대전체를 나중에 치우면 바뀐 전자 수가 유지되어 검전기는 가까이한 대전체와 다른 종류로 대전됩니다. 대전체를 먼저 치우면 몸을 통해 전자가 드나들어 중성으로 돌아옵니다. 이때 (+)전하가 나타나는 것은 원자핵이 이동해서가 아니라 전자가 부족해졌기 때문입니다.

핵심 용어

도체: 전기가 잘 통하는 물질. 구리·알루미늄·철 등
부도체(절연체): 전기가 잘 통하지 않는 물질. 유리·고무·플라스틱·마른 종이·스티로폼 등
마찰 전기: 전자가 한 물체에서 다른 물체로 이동하여 각 물체가 대전되는 현상
도체의 정전기 유도: 전자가 도체 안에서 한쪽으로 이동하는 현상. 외부와 교환이 없으면 전체는 중성
부도체의 정전기 유도: 전자가 원자 안에서 조금 치우치는 현상. 전체는 중성
검전기: 금속박의 벌어짐을 이용하여 물체가 전하를 띠는지 등을 알아보는 기구
금속판: 검전기에서 대전체를 가까이하는 곳. 도체
금속 막대: 금속판과 금속박을 이어 전자가 지나가는 부분. 도체
금속박: 얇고 가벼워 벌어짐을 관찰하는 2장의 금속. 도체
검전기의 절연체: 금속 막대를 고정하고 전하가 새는 것을 줄이는 고무 등의 부도체
유리병: 바람·접촉으로부터 금속박을 보호하는 부도체
직접 접촉: 대전체를 금속판에 대는 방법. 전자가 물체 사이를 이동하여 검전기가 대전체와 같은 종류로 대전됨
손가락 접촉: 몸과 검전기 사이에 전자가 이동할 길을 만드는 것

다 풀고 나면

부도체의 뜻을 말하고, 도체의 정전기 유도와 부도체의 정전기 유도에서 전자가 움직이는 범위를 구별할 수 있다.
중성 부도체가 대전체에 끌리는 까닭을 가까운 쪽 인력과 먼 쪽 척력으로 설명할 수 있다.
검전기 각 부분의 역할을 말하고, 중성 검전기에 대전체를 가까이했을 때의 전자 이동 방향과 금속판·금속박의 전하를 설명할 수 있다.
중성 검전기로 대전 여부를 알아내고, 조건을 맞추어 전하량을 비교할 수 있다.
대전된 검전기의 금속박이 처음에 어떻게 변하는지로 대전체의 전하 종류를 판단할 수 있다.
가까이하기, 직접 접촉, 손가락을 이용한 과정에서 검전기 전체의 전하가 어떻게 되는지 구별할 수 있다.

이렇게 풀면 됩니다

1쪽 '이 편에서 답할 질문'에서 다섯 유형을 확인합니다. 유형마다 맨 앞의 대표문제를 먼저 풀어 봅니다.
'질문으로 이해하기'의 질문을 읽고 내 답을 말해 본 뒤 한줄답과 표·그림을 읽습니다. '틀린 생각'과 '바른 문장'을 견주어 보고, '꼭 기억할 지식과 주의할 점'과 대표문제 풀이의 '판단 과정·배운 질문'으로 내 풀이를 점검한 다음 적용 문제를 풉니다.
29쪽부터의 유형 5나(손가락을 이용한 대전)는 '더 나아가기'이므로 앞의 유형을 다 익힌 뒤에 봅니다.
33쪽 '조건을 먼저 확인하기' 표를 읽고 33~34쪽 통합 확인 6문항을 풉니다. 35쪽부터의 정답과 해설로 맞춰 보고, 틀린 문항은 '다시 볼 유형'에 적힌 유형으로 돌아가 다시 읽습니다.

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