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[물리] 중1 과학 <힘>단원 학습지도안 평가C아쉬워요

과학({지도교사교과선임교사물상)과 교수-학습 과정안{일 시장 소대 상지도교사Ⅰ. 단원명대단원 : Ⅹ. 힘중단원 : 1. 여러가지 힘소단원 : 6. 힘은 어떻게 잴까?Ⅱ. 단원 설정의 이유1. 학습 심리상피아제는 인간의 지적 발달이 동작 감각기, 전 조작기, 구체적 조작기, 형식적 조작기의 단계를 거치며 이루어진다고 하였다. 피아제의 주장에 따른다면, 중학교 1학년의 학생들은 대체로 구체적 조작기에서 형식적 조작기로 옮아가는 과정에 있다고 볼 수 있다. 그러나 현 실은 구체적 조작기에서 형식적 조작기를 옮아가는 과정에 있지만 중학교 1학년 학생은 아 직 구체적 조작기에 더 치우쳐있다. 그래서 관찰과 비교로 자연 현상을 이해하여 형식적 조 작기로 나아가는 방향을 잡을 수 있다. 이번 힘 단원은 초등학교에서 배운 힘의 현상에 대 한 대략적 기초 지식 및 경험을 바탕으로 조금 더 체계적인 힘의 정의를 학습하고 힘의 작 동현상들에 대한 관찰 및 작동원리 등을 배움으로써 힘에 관한 지식을 체계화시키고 일상 에서의 힘의 작용을 쉽게 이해할 수 있다.2. 학습 경험상학생들은 초등학교 3학년의 자석놀이 , 초등학교 4학년의 수평잡기 , 용수철 늘이기 그 리고 초등학교 6학년의 물 속에서의 무게와 압력 편리한 도구 등의 단원에서 힘이 작용 되는 현상에 대한 것을 학습하였다.본 단원에서는 이러한 선행 학습을 기초로 하여, 과학적인 힘과 일상적인 힘의 의미가 어 떻게 다른지 스스로 생각하여 알게 하고, 과학적인 힘이 물체에 작용할 때 물체에 나타나 는 효과를 생활 속의 예를 분석하여 정리해 본 뒤, 힘은 화살표로 표시함을 배운다. 또한, 사람이 작용하는 힘 외에도 여러 종류의 힘들이 존재함을 학습하고, 그러한 힘들은 우리 생활 속에서 어떻게 작용하고 어떻게 이용되는지에 대해 탐구해 보도록 한다. 그리고 나서 힘의 크기를 측정하는 원리를 이해하여 힘의 크기를 나타낼 수 있게 한 뒤, 한 물체에 둘 이상의 힘이 작용하는 경우의 합력을 구하는 과정을 학습한다본 단원에서 학습한 내용은 이 안다.8) 용수철로 힘의 크기를 측정하는 원리를 설명하고, 힘의 단위로는 N(뉴턴)이나 kgf(킬로 그램힘)를 사용함을 안다.9) 힘의 합성과 합력의 의미를 이해한다.2. 기능면(탐구)1) 생활 속에서 나타나는 과학적인 힘들을 그림 속에서 찾을 수 있다.2) 힘을 화살표로 표시할 수 있다.3) 생활 속에서 탄성체와 마찰력의 예를 찾을 수 있다.4) 생활 속에서 전기력이나 자기력이 이용되는 예를 찾아본다.5) 중력의 작용으로 일어나는 현상을 찾아 낼 수 있다.6) 중력의 크기가 달라질 때 일어나는 현상을 안다(보충).3. 태도면1) 주변에서 경험할 수 있는 여러 가지 힘(탄성력, 마찰력, 전기력, 자기력, 중력)에 대해 주 의 깊게 관찰 이해하는 생활태도를 갖는다.2) 생활 속의 건축 설계, 운동 경기 등 다른 응용분야나 생활 속의 모든 물체들의 움직임들 속에서 힘과의 연관성을 탐구하는 자세를 갖는다.3) 생활에서 과학을 탐구하는 태도를 갖는다.4) 왜 어떻게 라는 물음을 항시 던질 줄 아는 태도를 갖는다.Ⅳ. 교수-학습 내용 및 지도상의 유의점1. 교수-학습 내용(1) 여러 가지 힘1 물체에 힘이 작용하면 어떤 일이 일어날까2 고무줄 차는 어떤 판 위에서 더 잘 나갈까3 탄성력과 마찰력4 전기와 자기에 의한 힘은 서로 당기기도 하고 밀기도 한다.5 날지 못하는 물체는 왜 땅으로 추락할까6 힘의 크기를 측정해 보자(2) 힘의 합성1 여러 힘이 모이면◎ 보충학습◎ 심화학습◎ 단원평가◎ 단원정리3. 지도상의 유의점1) 힘과 관련된 내용들은 초등 학교에서 학습한 내용이 있으므로 확인하면서 다루도록 한다.2) 탐구를 바탕으로 학생들이 할 수 있는 부분을 최대한 늘리도록 한다.3) 힘 단원이 각각의 연관성을 가지도록 지도한다.4) 다양한 수업도구들을 유기적으로 이용하도록 한다.Ⅴ. 학습 계획(총 10시간:1시간을 45분으로){중단원명차시/시간학습활동수행평가 계획도입차시1/1힘은 어디에[함께 해보기] 힘을 찾아보자 211쪽1.여러 가지 힘2/1물체에 힘이 작용하면 어떤 측정해 보자[실험] 물체의 무게와 용수철이 늘어나는 길이 222쪽[해보기] 힘의 크기 측정 223쪽단원정리8/1정리하기 221쪽d번2.힘의 합성9/1여러 힘이 모이면Ⅰ-1[보고 생각하기] 여러 힘이 합해지면 225쪽[실험] 나란한 두 힘의 합성 226쪽10/1여러 힘이 모이면Ⅰ-2[실험] 반대방향으로 작용하는 같은 크기의 두 힘 227쪽11/1여러 힘이 모이면 Ⅱ[해보기] 나란하지 않은 두 힘의 합력 228쪽[실험] 나란하지 않은 두 힘의 합성 229쪽[생각 넓히기] 작은 힘으로도 큰 효과를단원정리/1정리하기 231쪽보충. 심화12/1[보충] 달에서의 운동경기달에서의 운동경기를 상상해서 글쓰기 232쪽/1[심화] 세 힘의 합성세 힘이 작용하는 경우의 합력 구하기 233쪽Ⅵ. 학습 전개 계획1. 본시 학습 목표1) 용수철로 힘의 크기를 측정하는 원리를 설명할 수 있다.2) 힘의 단위로 N(뉴턴)이나 Kgf(킬로그램힘)를 사용함을 안다..2. 교수-학습과정{학습 단계교수·학습 과정자료 및 지도상의 유의점도입(7분)주관적인 감정이 아닌 객관적인 과학의 양을 비교하기 위해서는 일정한 기준이 필요하다는 것을 이야기해 준다.주관과 객관의 차이를 적절히 설명해 줄 필요가 있다.전개(35분) 물체의 무게와 용수철이 늘어나는 길이추의 개수가 많아질수록 용수철에 작용하는 중력이 커진다는 것을 먼저 설명해 준다.조별로 얻은 결과를 x축은 추의 개수, y축은 늘어난 용수철의 길이로 생각하여 그래프를 그리게 한다.→용수철이 늘어나는 길이를 비교하면 용수철에 작용하는 힘의 크기를 비교할 수 있으며, 추의 개수와 용수철에 작용하는 힘은 서로 비례한다. 힘의 크기 측정100g, 1kg의 추를 주고, 추의 무게를 손으로 직접 느끼게 한다.추의 무게로부터 얻은 감각을 이용하여 교과서에 나오는 여러 물체들의 무게를 예상하고 실제 측정값과 비교한다.1번 활동의 결과 중 과학 책의 무게와 2번 활동 결과로 나온 힘의 크기를 비교하게 한다.과학 책의 무게와 과학 책을 책상 면에서 끌기 위해 필요한 사도입.출석 점검 및 수업 분위기 조성.바른 자세로 인사한다..인사, 출석 점검.정면을 향해 바른 자세로 앉는다..학생들이 정면을 향해 바른 자세로 앉도록 지도한다..선수 학습 내용 확인 및 진단평가.이전 시간까지 학습한 내용을 상기한다.[전체 답] 탄성력, 마찰력, 중력, 전기력, 자기력.....학생들에게 이전 시간에 학습한 내용을 상기시킨다.- 지금까지 우리는 여러 가지 힘에 대해서 배웠습니다. 어떤 힘들을 배웠지요?.학생들이 올바른 답을 할 수 있도록 각 포인트가 되는 예시들을 상기 시켜줄 수도 있다.학생들의 답 간단히 판서진단평가 답- 진단평가 문항(별첨)진단평가.학습동기 유발[전체 답]학생들 각자 여러 학생들을 지목하며 대답한다.- 자 그러면 이 반에서 가장 힘이 센 사람은 누구 에요?.학생들이 지명한 사람들 중 두 명 정도를 지명한다.[전체 답] 팔씨름을 해요, 무거운 것을 들게 해요...등등..여러 가지 답- 자 여러 학생들이 나왔는데 우리가 가장 힘 센 사람을 뽑는 대회에 우리 반 대표를 뽑아야 해요..그러면 두 사람 중 한 명만 나가야 하는데.. 누가 힘이 더 센지 어떻게 알 수 있죠?- 그래요 누가 더 힘이 센지 알아보기 위해서 팔씨름이나 무거운 것을 들 수 있는지 같은 기준이 필요할 거예요.5분.학습목표 제시.학생들의 시선을 확인하며, 학습목표를 제시한다.- 자 그러면 오늘은 여러분이 배운 힘 을 어떻게 측정하는지를 배우도록 하겠어요.학습목표를 함께 읽으면서 오늘 공부할 내용을 숙지한다.[학습목표] ----------------------(1)용수철로 힘의 크기를 측정하는 원리를 설명할 수 있다(2) 힘의 단위로 뉴턴(N)이나 킬로그램힘 (Kgf) 을 사용함을 안다.학습목표를 제시한다.- 다같이 학습목표를 크게 읽어보도록 해요.- (잠시 기다린다.)7분{수업과정학습내용교수 - 학습 활동비 고학 생교 사전개용수철 저울의 측정원리- 조금 전에 힘이 어떤 것이 더 센지 알아보려면 기준이 필요하다는 말을 했어요[전체답] 용수철 저울에 매달아보면 어떻게 해서 내가 이 책을 이렇게 매달기만 했는데 바늘이 0 에서 이렇게 용수철이 받는 힘으로 움직일까요?[전체 답] 네-그럼 용수철 저울이 아니라 용수철만 가지고 있다면 이 두개 중 어떤 게 무거운지 알 수 있을까요?[전체 답] 용수철이 얼마나 늘어나는지 보면 되요.-(놀라는 척하며) 어머나 어떻게 할 수가 있죠?.간단한 실험.지원한 학생들이 앞에 나와서 길이를 재고 추를 매단 후의 길이를 재도록 한다.-그래요 잘했어요. 원래 용수철이 얼마나 긴지 길이를 재 놓고 늘어난 길이를 비교하면 되겠죠?.간단한 실험 (교과서에 나온 것)-자 선생님이 그럼 용수철만 가지고도 어떤 게 더 무거운지 알아내는 마술을 보여주려고 하는데 선생님을 도와줄 두 명이 필요해요. 누가 도와줄래요?.두 명으로 하여금 용수철의 원래길이를 재도록 하고 추를 매단 후의 길이를 재도록 한다. 그 결과를 판서한다.용수철, 자, 추를 준비한다실험 결과 판서.추의 무게에 따른 용수철 길이변화.학생들 실험 결과에 대해서 생각해 본다.자 여기 방금 우리가 본 간단한 실험의 결과가 있는데 여러분 무언가 신기한 거 못 느끼겠어요? 어떤 규칙이 있는 것 같은데[지원답] 추를 하나씩 더 달 때마다 똑같은 길이가 늘어나요- 늘어난 길이가 어떻게 변하는지 보면..어떤 규칙이 있는데.. 학생들이 잘 알아내지 못할 때는 힌트를 준다.[지원 답] .칠판에 결과를 그린다.- 와우..그렇죠? 그래서 선생님이 이렇게 추를 달 때마다 원래 용수철에서 얼마나 길이가 늘어나는지 그래프를 그려보고 싶은데..누가 그려볼 사람?.x, y축을 그리고 각 지정 량을 표시해 준 후 지원한 학생을 시켜 그리게 한다.실험결과 칠판에 그래프화15분{수업과정학습내용교수 - 학습 활동비 고학 생교 사- 그래요 이 용수철 저울은 아까 여러분이 말했듯 탄성력을 이용한 힘이지만 아까 처럼 중력도 잴 수 있고 이렇게 하면 탄성력도 잴 수 있어요. 방법을 달리하면 다른 힘들도 잴 수가 있어요전개.용수철 저울 이용 및 탐구활동[전체답] 평행하게 봐야해요- 그세요.

교육학| 2001.11.27| 10페이지| 1,000원| 조회(1,378)

힘, 과학지도안, 학습과정안

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[일반물리] 전류가 만드는 자기마당 평가A좋아요

실험 2-3. 전류가 만드는 자기마당- 비오-사바르의 법칙과 앙페르의 법칙 -1. Introduction전류가 흐르는 도선의 주위에는 자기마당이 생긴다. 이를 확인할 수 있는 가장 손쉬운 방법은 나침반을 전류가 흐르는 도선 주위로 가져와 보는 것이다. 또, 실험실에서 원하는 자기마당을 얻는 대표적인 방법인 전자석은 이 현상을 이용한 것이다. 이로부터 전하가 일으키는 전기 현상과 전하의 흐름 즉, 전류가 일으키는 자기 현상이 서로 상관되어 있음을 짐작할 수 있다. 이 실험에서는 직선 도선에 전류를 흘리고 주위의 자기마당을 홀-센서를 사용하여 측정한다. 이때 전류의 크기, 방향 및 전류가 흐르는 도선으로부터의 거리, 위치에 따른 자기마당의 변화를 조사하여 비오-사바르(Biot-Savart)의 법칙과 앙페르(Ampere)의 법칙을 확인한다.서로 떨어져 있는 도선 사이에 힘(자기력)을 미치는 자기 현상은 먼저 한 전류에 의해 주위 공간에 자기마당이 형성되고, 이 자기마당 내에 다른 전류가 흐르는 도선이 있으면 자기마당에 의해 전류가 힘을 받는다고 생각한다.전류가 흐르는 도선 주위에 형성된 자기마당의 특성을 조사해 보면 그림(1)과 같이 도선의 짧은 부분 ds 에 의한 P 점에서의 자기마당의 크기 dB 는 도선에 흐르는 전류 i 에 비례하며 도선(부분)으로부터의 거리 r 의 제곱에 반비례하고 전류와 변위 벡터의 방향각 θ 의 sine 값에 비례함을 알 수 있다. 또, 그 방향은 전류의 방향에서 변위 벡터의 방향으로 오른 나사를 돌릴 때 오른 나사가 진행하는 방향이 된다.이를 비오-사바르의 법칙이라고 부르며 수식으로 표현하면d vec B ~ = ~mu_0 / (4 pi ) { { i d vec s times vec r } over{r^3} }이다.특히 무한히 긴 직선 도선으로부터의 자기마당은 그 크기가 B = μoi/(2πd)이다.자기력의 거꿀제곱 힘 특성은 앙페르의 법칙이라고 불리는 편리한 성질을 갖는데 앙페르의 법칙이란 그림(2)에서와 같이 어떤 임의의 닫힌 고리를 생각하면 그 고리를 따라 각 지점에서의 자기마당 벡터를 선 적분한 것이 고리로 둘러싸인 단면을 통과하는 (총)전류에 비례한다는 것이다.OINT vec B CDOT d vec s ~ = ~mu_0 i ~ = ~ mu_o ( i_1 - i_2 )이 법칙에 의하면 솔레노이드 내부의 자기장은vec B = mu_o n i( n 은 솔레노이드의 권선밀도)이지만 실제 솔레노이드는 길이가 무한히 길지 않기 때문에 솔레노이드 바깥에서의 자기마당이 0 이 되지 않고 내부에서도 균일하지 못하다.또 각 변의 길이가 L, 감은 수가 N 인 정사각형 모양의 사각 도선 묶음에 대해서는이 사각 도선 묶음에 전류 I 가 흐를 때, 고리 면상에서 한 수직 직선 부분의 2등분선 상에 거리 d 만큼 떨어진 P 점에서의 자기마당은 y-축 방향으로 크기는B ~ =~ {mu_o i N L} OVER { 4 pi d left{ ( L/2 )^2 + d^2right}}^1/2이다. 다른 편 수직 직선 부분에 흐르는 반대 방향의 전류에 의한 자기마당을 포함하면, 고리 면의 바깥에 있는 점 P 에 대해서는B = { mu_o I N L } OVER {4 pi} [ 1 over { d left{ (L/2)^2 + d^2 right}^1/2 } - 1 over { ( L+d ) left { ( L/2)^2 + ( L + d )^2 right}^1/2 } ]이고, 안에 있는 점 P 에 대해서는B = { mu_o I N L } OVER {4 pi} [ 1 over { d left{ (L/2)^2 + d^2 right}^1/2 } + 1 over { ( L-d ) left { ( L/2)^2 + ( L - d )^2 right}^1/2 } ]이다. 또, 수평 방향의 두 직선 부분이 기여하는 자기마당은 바깥의 점에 대해서는B = { mu_o I N L } OVER { pi L} [ {L+d} over { left{ (L/2)^2 + (L+d)^2 right}^1/2 } - d over { left { ( L/2)^2 + d^2 right}^1/2 } ]이고, 안의 점에 대해서는B = { mu_o I N L } OVER { pi L} [ {L-d} over { left{ (L/2)^2 + (L-d)^2 right}^1/2 } + d over { left { ( L/2)^2 + d^2 right}^1/2 } ]이다.2. Materials사각 도선 묶음 (1) 직류 정전류 전원 장치 (1) 솔레노이드 (총 감긴수 500회, 1)자석 (1) 나침반 (1) 3차원 홀(Hall) 자기마당 검출기 (1) 홀-센서 증폭기 (1)컴퓨터(386) (1) 극좌표 그래프용지 (1) 선형 그래프용지 (약간, 각자 준비)30 cm 자 (1) 3½" 디스켓 (1, 각자 준비)3. Methods1) 사용하는 홀-센서의 출력 전압의 벗어남(offset)을 보정한다.2) 홀-센서를 교정(calibration)한다.3) 솔레노이드 내부에서의 자기마당을 조사한다.4) 전류가 흐르는 사각 줄토리에 의한 중심 축 상에서의 자기마당을 조사한다.5) 전류가 흐르는 사각 줄토리의 한 직선 도선 부근에서 자기마당을 조사한다.6) 계산에 의한 자기마당과 측정 데이터를 비교한다.4. Data & Results, Discussion-솔레 노이드 내부의 전류의 크기에 따른 자기장의 세기솔레노이드의 전류 I = 0.48 A (＠자기마당 B = 20 G)솔레노이드의 감긴 수 N = 500 회솔레노이드의 길이 L = 15.2 cm전류 i (A)축-성분 자기마당 Bz(G)이론값vec B = mu_o n i0.16.034.130.211.628.260.2513.8310.330.317.5012.390.3519.8014.460.42016.53전반적으로 실험값은 이론값보다 크게 나타난다. 전류가 증가할 수록 자기장이 증가한다는 추이는 같지만 처음부터 이론값 보다 크게 값이 나와서 보정을 했을 때 20G에 이르는 0.48A 보다 더 이른 값에서 20G에 도달하였다. 이는 보정을 한 후의 상황과 이후 측정상황과의 차이점에 관한 오차, 측정상의 오차를 일단 들 수 있다. 주위의 자기장 값에 의한 홀센서 보정을 하였지만 실험이 이루어지고 있는 상황에서는 여러 조가 모여서 다함께 실험장비를 가동시키고 있기 때문에 처음 보정을 하는 상황에 비하여 조금은 더 많은 자기장으 간섭이 있었으리라 예상된다.또한 움직이는 디지털 값을 읽고 또 솔레노이드의 어느부분에 센서를 위치시켰는지에 따른 오차도 무시할 수 없다. 우리가 사용하는 솔레노이드는 길이도 유한할 뿐더러 우리가 측정하는데 있어서의 솔레노이드 내부 위치에 따라 값으 변화가 있을 수 있다.- 솔레노이드 축 상에서의 위치에 따른 자기마당 측정솔레노이드의 전류 I = 0.3 A솔레노이드의 감긴 수 N = 500 회솔레노이드의 길이 L = 15.2 cm중심으로부터의 거리 d(cm)축-성분자기마당 Bz(G)017.50117.40217.12316.90416.40515.30솔레노이드 내부의 자기장은 솔레노이드의 길이가 무한하지 않은 경우B = (1/2) mu_o n i ( cos theta_r - cos theta_i )로 표현이 가능하다. 여기서 각도theta_r과theta_i은 각각 P 점에서 솔레노이드의 오른편 끝과 왼편 끝을 잇는 선분이 중심 축과 이루는 각도이다여기서는 정확한theta_r,theta_i값에 한계가 있기 때문에 그냥 중심으로 부터 센서를 1cm씩 빼내어가며 측정을 했다. 왼쪽 그림의 아래에 있는 것과 같은 곡선의 요철과는 거리가 있지만 감소하는 추세는 비슷하다. 요철의 차이는 센서를 동일한 x축 선상에서 측정하지 못하는 한계점에서 비롯되었다고 본다.

자연과학| 2001.11.24| 7페이지| 1,000원| 조회(435)

비오사바르, 전류, 자기마당

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[일반물리] 전자기 이끎 - 페러데이

실험 2-5. 전자기 이끎 현상- 패러데이의 전자기 이끎 법칙 -1. Introduction역사적으로는 전기와 자기 현상은 독립적으로 연구되어 왔고 서로 다른 근원을 갖는 것으로 간주되었다. 그러나 1820년 에르스텟에 의해서 전류가 흐르는 도선 주위에 자기마당이 형성되는 것이 발견되었고, 자연스럽게 그 역 즉, 자기 현상에 의해 전기 현상이 생기는지 여부에 대한 관심이 생겼으며, 마침내 1831년 패러데이에 의해서 존재함이 밝혀졌다. 즉, 코일 근처로 자석을 가져올 때 코일에 전류가 흐르는 것을 발견한 것이다. 패러데이의 전자기 이끎 법칙은 자기다발의 시간에 따른 변화가 있을 때 주위 공간에는 그 변화율과 같은 크기의 기전력이 이끌리며, 이 이끌린(유도)기전력은 자기다발의 변화를 억제하려는 방향으로 생겨난다. 또, 유도된 전기마당은 전하에 의한 전기마당과 같이 마당내의 다른 전하에 전기력을 미친다. 결국 전기마당과 자기마당은 서로 형태를 바꿀 수 있고, 우리가 전기 현상, 자기 현상이라고 부르던 현상들은 전자기 현상이라고 할 수 있는 더 넓은 부류의 자연현상에 속해 있다는 것을 알게 된 셈이다.교류 발전기에서는 영구 자석에 의한 자기마당 안에서 도체로 된 고리를 돌려서(이때 돌리는 힘은 물의 퍼텐셜 에너지나 석유, 석탄 등의 화학에너지 또는 원자력에너지 등을 이용한다.) 이끌리는 기전력을 이용한다. 고리의 단면에 수직한 선이 자기마당과 각도 θ를 이룰 때 고리 면을 지나는 자기다발은Φ = lhBcosθ (1)이고 고리가 일정한 각속도 ω 로 돌고 있을 때 시간 t 에서 고리의 방향각 θ 는θ = ωt (2)라고 할 수 있으므로, 이 고리에 이끌린 기전력은 패러데이의 전자기 이끎 법칙에 의해ε = - dΦ/dt = lhBωsinωt (3)즉, 같은 각떨기 수 ω 로 변하는 교류 기전력이다. 일반적으로 고리의 면적이 A, 감긴 수가 N 인 줄토리의 경우 이끌린 기전력은ε = NABωsinωt (4)이번에는 벨트에 의해 따라서 도는 전동기 즉, 직류 전동기를 반대로 직류 발전기로 사용하는 경우를 살펴보기로 한다. 아래 그림의 전동기는 두개의 고리(줄토리)가 서로 직각을 이루고 있으며, 따라서 접촉 단자(brush)에 의해 이끌린 기전력이 큰 동안만 서로 교대하면서 기전력을 제공하게 되어 있다. 따라서 이 전동기를 돌렸을 때 발생하는 출력 전압Vout = Vo cosωt (0 ≤ t 〈 T/8)= Vo sinωt (T/8 ≤ t 〈 3T/8)= - Vo cosωt (3T/8 ≤ t 〈 5T/8) (5)= - Vo sinωt (5T/8 ≤ t 〈 7T/8)= Vo cosωt (7T/8 ≤ t 〈 T)의 파형을 보면 전동기의 회전수보다 4배의 떨기수를 갖는 것으로 보이며, 평균 전압은T/8 3T/8〈Vout〉= (1/T)[Vo∫cosωt dt + Vo∫sinωt dt0 T/85T/8 7T/8- Vo∫cosωt dt - Vo∫sinωt dt3T/8 5T/8T+ Vo∫cosωt dt]7T/8T/8 3T/8= (Vo/ωT) [sinωt｜ - cosωt｜0 T/85T/8 7T/8 T- sinωt｜ + cosωt｜ + sinωt｜ ]3T/8 5T/8 7T/8= (Vo/2π) [(2-½) - (-2-½ - 2-½)- (-2-½ - 2-½) + (2-½ + 2-½) + (2-½)]= (Vo/2π)(8×2-½)= 2√2/π Vo (6)으로, 최대 전압 Vo 의 약 0.9 배, 최소 전압은 1/√2 ≒ 0.71 배가 된다.2. Materials솔레노이드 (1) 막대자석 (1) 직류 전압계 (테스터) (1) 전동기 (2) 벨트(고무 O-ring) (1)전원 장치 (0 ~ 10 V, 0 ~ 1 A) (1) 저항 상자 (1) 악어 집게가 달린 전선 (6)오실로스코프 (1)3. Methods1) 솔레노이드에 막대자석을 넣었다 빼 보면서 솔레노이드에 연결된 전압계(테스터)로 전압이 발생하는 것을 확인한다. 이때 막대자석의 극, 속도 및 솔레노이드에 연결한 전압계의 극성을 바꿔 보면서 전자기 이끎 현상의 특성을 조사한다.2) 전동기를 전원 장치에 연결하고 구동시킬 때 전압에 따른 전류를 0 ~ 9 V 범위에서 측정한다. [주 : 이 실험을 위해서는 전동기의 회전축을 연결시킨 벨트(고무 O-ring)를 꺼내어 한 전동기만을 돌리면서 측정하고 또, 연결시킨 상태에서 전동기가 돌지 않는 전압 범위(대략 0 V ∼ 3 V)에서도 측정한다. 측정값이 다소 요동칠 수 있으나, 너무 걱정하지 않아도 된다. 눈대중으로 요동의 중간 값을 택한다.][주의 : 이번 실험에 사용하는 전원 장치는 큰 전류(500 ㎃ 이상)가 흐르는 채로 너무 오래(> 5∼10 분) 계속해서 켜 놓으면 출력 전압이 줄어드는 특성이 있다. 이 경향은 전원 장치로부터의 출력 전압이 낮을 때 특히 심하다. 전원 장치는 필요한 때만 키도록 한다.]3) 벨트(고무 O-ring)로 두 전동기의 회전축을 연결하고 함께 돌리면서 다른 전동기에서 발생하는 전압 Vout을 테스터의 전압계로 측정한다. 이때도 돌리는 전동기에 가한 전압을 9 V 사이에서 변화시키면서 전류와 함께 측정한다.4) 따라서 도는 전동기에 저항 상자를 전압계와 함께 병렬로 연결하고 저항 값에 따른 출력 전력과 입력 전력의 변화를 조사한다.4. Data & Results, Discussion1) 솔레노이드 안의 자기장을 변화시킬 경우의 유도전류 17.7mV2) 전동기만을 돌릴 때 전동기의 전압-전류측정전압전류저항값전력(W)0.50.0885.6818181820.04410.234.3478260870.231.50.14810.135135140.22220.15213.157894740.3042.50.15616.025641030.3930.1618.750.483.50.16521.212121210.577540.16823.809523810.6724.50.17226.16279070.77450.17728.248587570.8855.50.17930.726256980.984560.18332.786885251.0986.50.18734.759358291.215570.19236.458333331.344위 그래프와 표에서의 데이터를 이용한 저항 값을 보면 전압-전류 관계가 전압이 3.5V 정도부터 일련의 관계를 가지게 됨을 알 수 있다. 따라서 전압 값이 3.5V 이상일 때의 저항 값의 평균만을 구해보면 29.27048 이 나온다. 하지만 우리가 TESTER를 이용해서 저항을 측정했을 때는 9.0Ω 정도밖에 나오지 않았다. Power Supply 안의 내부 저항 및 도선의 저항 등을 모두 생각하더라도 너무나 큰 차이다. 이후 다른 실험에서 나타난 전압-전류관계가 위 경우와 매우 상이하다. 또 이후 tester를 이용해서 전동기의 저항 값을 다시 측정했는데 측정 시마다 큰 오차를 가진 상이한 값이 나왔다. 실험 시 측정된 9.0Ω을 사용해서 이끌린 기전력을 계산하였다. 그리고 그 그래프 값은 아래와 같다.3)전동기로 다른 전동기를 함께 돌릴 때의 조사입력전압전류전력이끌린전력출력전압30.5281.584-1.7521.123.50.5421.897-1.3781.5740.5572.228-1.01324.50.5682.556-0.6122.4550.5862.93-0.2742.865.50.6013.30550.0913.2860.6163.6960.4563.726.50.6214.03650.9114.1370.6364.4521.2764.517.50.6544.9051.6144.9480.6665.3282.0065.368.50.6775.75452.4075.844) 따라서 도는 전동기의 부하저항에 따른 조사입력전압 = 8V부하저항

자연과학| 2001.11.24| 7페이지| 1,000원| 조회(713)

일반물리, 페러데이, 전자기 유도

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