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Ⅵ. 빛과 파동

생각 열기, 생각 넓히기

빛이 나아가는 경로를 찾아보자.

1차시

교과서

248～249

빛

1

(1) 빛의 직진 : 빛은 같은 물질 내에서 똑바로 진행하는데, 이러한 현상을 빛의 직진이라고 한다.

(2) 빛의 반사 : 빛이 진행하다가 거울과 같은 물질을 만날 때 되돌아 나오는 현상을 빛의 반사라고 한다.

(3) 빛의 굴절: 빛이 진행하다가 두 물질의 경계면에서 진행 방향이 꺾이는 현상을 빛의 굴절이라고 한다.

▴ 빛의 반사

▴ 빛의 굴절

소리

2

(1) 소리 : 물체가 진동을 하면 주변의 공기를 밀어 공기가 진동을 하게 된다. 이러한 공기의 진동을 소리라고 하며, 소리는 파동의 한 종류이다.

(2) 소리의 3요소 : 여러 가지 소리는 소리의 높이와 소리의 세기 및 소리의 맵시에 의하여 구별되며, 이것을 소리의 3요소라고 한다.

Ⅵ. 빛과 파동

1. 빛

□  평면 거울에 의한 상은 어떻게 생길까?

2차시

교과서

250～255

빛의 직진

1

(1) 광원 : 스스로 빛을 내는 물체이다.

□ 그림자, 레이저, 일식과 월식, 바늘구멍 사진기 등

(2) 빛의 직진 : 광원에서 나온 빛이 한 물질 내에서 곧게 나아가는 현상이다.

① 바늘구멍 사진기 : 빛이 직진하기 때문에 바늘구멍 사진기를 만들 수 있다.

② 일식과 월식 : 달의 그림자 속에 지구가 들어가는 것이 일식, 지구의 그림자 속에 달이 들어가는 것이 월식이다.

▴ 일식과 월식

③ 그림자놀이 : 빛이 진행하다가 물체를 만났을 때 투과해 가는 빛이 없으면 물체의 뒤쪽에 그림자가 생기는 것을 이용한 놀이이다.

▴ 그림자놀이

④ 해시계 : 햇빛의 그림자를 이용하여 세종대왕 때 장영실은 앙부일구라는 해시계를 만들어 시각을 알 수 있도록 하였다.

빛의 반사

2

(1) 빛의 반사 : 빛이 물체의 표면에서 되돌아 나오는 현상이다.

① 입사 광선 : 거울을 향해 들어가는 광선

▴ 반사 법칙

② 반사 광선 : 거울 면에서 되돌아 나오는 광선

③ 법선 : 반사면에 수직인 선

④ 입사각 : 입사 광선이 법선과 이루는 각

⑤ 반사각 : 반사 광선이 법선과 이루는 각

⑥ 빛의 반사 법칙 : 빛이 반사할 때 입사각과 반사각은 항상 같다.

입사각 = 반사각

(2) 정반사와 난반사

① 정반사 : 거울과 같이 매끄러운 면에서의 빛의 반사

□ 거울 면, 물결이 일지 않는 고요한 수면

② 난반사 : 거친 면에서의 빛의 반사

□ 물결이 일고 있는 수면, 주변의 대부분의 물체

▴ 정반사

▴ 난반사

평면 거울에 의한 상

3

(1) 상 : 빛의 반사에 의해 생기는 물체의 모습

(2) 평면 거울에 의해 생기는 상은 실제 물체와 좌우가 바뀌어 보인다.

▴ 평면 거울의 상

Ⅵ. 빛과 파동

1. 빛

□  오목 거울과 볼록 거울에 의한 상은 어떻게 생길까?

3차시

교과서

256～259

오목 거울

1

(1) 오목 거울 : 숟가락의 오목한 부분과 같이 반사면이 오목한 거울

(2) 오목 거울의 성질 : 오목 거울에 나란한 광선을 보내면, 거울면의 각 점에서 반사한 광선들이 진행하다가 한 점에 모인 후 다시 퍼져 나간다.

(3) 오목 거울에서의 초점(F) : 오목 거울에서 평행 광선의 반사 광선이 모이는 점

▴ 오목 거울

(4) 오목 거울의 상

① 물체가 오목 거울의 초점 밖에 있을 때 : 거꾸로 선 상이 생긴다.

② 물체가 오목 거울의 초점 안에 있을 때 : 물체보다 큰 바로 선 상이 거울 뒤에 생긴다.

▴ 오목 거울의 상

(5) 오목 거울의 이용

① 손전등이나 자동차의 전조등 : 오목 거울은 초점에 광원을 놓으면 평행 광선을 얻을 수 있어 빛을 멀리까지 보낼 수 있다.

② 성화의 채화 : 멀리서 오는 평행 광선을 한

점에서 모을 수 있기 때문에 강한 빛과 열을 얻을 수 있다.

③ 확대경 : 확대된 상을 얻을 수 있기 때문에 물체를 확대해 볼 수 있다.

볼록 거울

2

(1) 볼록 거울 : 거울의 반사면이 볼록한 거울

(2) 볼록 거울의 성질 : 볼록 거울에 나란한 광선을 보내면, 거울면의 각  점에서 반사한 광선들이 거울 뒤의 한 점에서 나온 것과 같이 퍼져 나간다.

(3) 볼록 거울에서의 초점(F) : 거울 면에서 반사한 광선들이 거울 뒤의 한 점에서 나온 것과 같이 퍼져 나갈 때 거울 뒤에서 만나는 점

▴ 볼록 거울

(4) 볼록 거울의 상 : 물체보다 작은 바로 선 상이 거울 뒤에 생긴다.

▴ 볼록 거울의 상

(5) 볼록 거울의 이용

① 굽은 도로나 상점의 거울 : 볼록 거울은 상이 작게 보이기는 하지만 넓은 범위의 사물을 볼 수 있다.

② 자동차의 측면 거울

▴ 볼록 거울의 이용

Ⅵ. 빛과 파동

1. 빛

□  오목 렌즈와 볼록 렌즈에 의한 상은 어떻게 생길까?

4차시

교과서

260～265

빛의 굴절

1

(1) 빛이 두 물질의 경계면에서 빛의 진행 방향이 꺾이는 현상이다.

(2) 입사 광선과 굴절 광선 : 다른 물질을 향해 진행하는 광선을 입사 광선, 경계면에서 굴절되어 들어가는 광선을 굴절 광선이라고 한다.

(3) 입사각과 굴절각 : 입사 광선이 법선과 이루는 각을 입사각, 굴절 광선이 법선과 이루는 각을 굴절각이라고 한다.

▴ 빛의 굴절

(4) 빛이 굴절하는 정도는 경계를 이루는 두 물질의 종류에 따라 다르다.

▴ 물질에 따른 굴절률

(5) 굴절 현상의 예

▴ 빨대가 꺾여 보이는 현상

① 시냇물의 깊이가 실제보다 얕아 보인다.

② 물이 담긴 컵에 빨대를 담그면 빨대가 꺾여 보인다.

③ 컵 속에 동전을 넣었을 때 보이지 않는 위치에서 컵에 물을 넣었을 때 동전이 보이는 현상

▴ 컵 속의 동전

오목 렌즈

2

(1) 오목 렌즈

① 가운데 부분이 가장자리보다 얇은 렌즈

② 평행 광선이 오목 렌즈를 통과하면 빛이 굴절하여 퍼져 나간다.

③ 오목 렌즈의 초점 : 오목 렌즈를 통과한 빛이 한 점에서 빛이 퍼져 나온 것처럼 퍼져 나가는데, 그 점을 오목 렌즈의 초점이라고 한다.

▴ 오목 렌즈

(2) 오목 렌즈의 상 : 물체보다 작고 바로 선 상

▴ 오목 렌즈의 상

볼록 렌즈

3

(1) 볼록 렌즈

① 가운데 부분이 가장자리보다 두꺼운 렌즈

② 평행 광선이 볼록 렌즈를 통과하면 한 점에서 모인 후에 퍼져 나간다.

③ 볼록 렌즈의 초점 : 볼록 렌즈를 통과한 빛이 모이는 점

▴ 볼록 렌즈

(2) 볼록 렌즈의 상

① 물체가 초점보다 가까이 있을 때 : 물체보다 확대된 바로 선 상

② 물체가 초점보다 멀리 있을 때 : 거꾸로 선 상

▴ 볼록 렌즈의 상

볼록 렌즈에 의한 상의 작도

4

(1) 렌즈에 나란하게 입사한 광선은 렌즈를 통과한 후 초점을 지나간다.

(2) 렌즈의 중심을 향해 나아가는 광선은 직진한다.

(3) 렌즈의 앞에 있는 초점을 지나는 광선은 렌즈를 통과한 후 렌즈의 축에 나란하게 나아간다.

(4) 세 광선이 만나는 곳에 상이 생긴다.

▴ 볼록 렌즈의 상의 작도

Ⅵ. 빛과 파동

1. 빛

□  빛을 분리하거나 합성할 수 있을까?

5차시

교과서

266～271

빛의 분산

1

(1) 빛의 분산 : 햇빛이나 전구의 빛이 프리즘에서와 같이 여러 가지 색의 빛으로 나누어지는 현상이다.

(2) 빛의 분산의 원리 : 빛의 색에 따라 프리즘을 지날 때 굴절하는 정도가 다르기 때문에 나타난다.

▴ 빛의 분산

(3) 스펙트럼 : 빛의 분산에 의해서 생긴 색의 띠이다.

① 연속 스펙트럼 : 무지개와 같이 여러 가지 색이 연속적으로 나타난다.

② 선 스펙트럼 : 특정한 색의 빛만 색의 띠로 나타난다.

(3) 백색광 : 태양 광선이나 백열등의 빛과 같이 무지개 색의 빛이 모두 혼합되어 있는 빛이다.

(4) 빛의 분산 현상의 예 : 비온 뒤의 무지개, CD 뒷면에 생기는 무지개, 비눗방울에 생기는 색 무늬, 보석의 영롱한 색 무늬 등이 있다.

(5) 무지개의 원리 : 태양 광선이 공기 중에 떠 있는 물방울에 입사할 때 굴절과 반사 굴절을 거듭하여 우리 눈에 들어오는 과정에서 보이는 현상으로, 물방울들이 프리즘 역할을 하여 태양 광선이 분산을 일으켜 여러 가지 무지개 색으로 나타나게 된다.

▴ 무지개의 원리

(6) 물체의 색

▴ 장미꽃이 빨간색으로 보이는 까닭

① 빨간 장미꽃 : 백색광을 장미꽃에 비추면 빨간색 빛만 반사되고 나머지 색의 빛은 장미꽃에 모두 흡수된다. 우리 눈에 장미꽃이 빨갛게 보이는 것은 반사되어 나온 빨간색의 빛이 우리 눈에 들어오기 때문이다.

② 초록색 셀로판지 : 백색광과 하얀색 종이 사이에 초록색 셀로판지를 놓으면 종이가 초록색으로 보인다. 이것은 초록색 셀로판지가 초록색 빛만 투과시키고 다른 색의 빛은 모두 흡수하기 때문이다.

▴ 빛의 투과에 의한 물체의 색

③ 백색광을 물체에 비출 때, 빛을 모두 반사하는 물체는 하얀색, 모두 흡수하는 물체는 검은색으로 보인다.

빛의 합성

2

(1) 빛의 합성 : 색깔이 다른 두 종류 이상의 빛을 한 곳에 비추면, 다른 색의 빛으로 보인다. 이와 같이 여러 가지 색의 빛이 섞여서 다른 한 가지 색으로 나타나는 현상이다.

(2) 빛의 삼원색

① 빨간색, 초록색, 파란색의 빛을 빛의 삼원색이라고 한다.

② 빛의 삼원색을 적절한 세기로 합성하면 모든 색깔의 빛을 만들 수 있다.

③ 빛의 삼원색을 모두 합성하면 백색광이 된다.

(3) 색의 삼원색

① 빨간색, 노란색, 파란색을 색의 삼원색이라고 한다.

▴ 색의 삼원색

② 색의 삼원색을 적절히 섞으면 모든 색을 나타낼 수 있다.

③ 색의 삼원색을 모두 섞으면 검은색이 된다.

Ⅵ. 빛과 파동

2. 파동

□  파동은 어떻게 발생하고 전파해 갈까?

6차시

교과서

272～277

파동

1

(1) 파동 : 줄이나 물에서와 같이 한 곳에서 일어난 흔들림이 다른 곳으로 퍼져 나가는 현상이다.

□ 물결파, 소리, 빛, 전파, 자외선, 적외선, X선, 지진파 등

(2) 파동의 발생

① 줄의 파동 : 줄을 좌우 또는 상하로 흔들면 흔들림이 줄을 따라 퍼져 나간다. 이때, 줄의 흔들림은 멀리 퍼져 나갈수록 약해진다.

② 물결파 : 잔잔한 수면에 돌을 던지면 돌이 떨어진 곳을 중심으로 동심원의 물결이 물의 표면을 따라 사방으로 퍼져 나간다. 이것을 물결파라고 한다.

(3) 매질 : 줄이나 물과 같이 파동을 전달하는 물질이다.

① 매질은 이동하지 않고 제자리에서 진동하면서 흔들림을 전달한다.

② 눈에 보이는 매질 : 줄, 물, 용수철, 땅 등

③ 눈에 보이지 않는 매질 : 공기 등

▴ 파동의 전달과 매질의 운동

(4) 파동의 표시

① 마루와 골 : 물결파에서 수면이 가장 높게 올라간 곳을 마루라 하고, 수면이 가장 낮게 내려간 곳을 골이라고 한다.

② 파장 : 마루와 마루 또는 골과 골 사이의 거리이다.

③ 진폭 : 진동의 중심에서 마루 또는 골까지의 거리이다.

④ 진동수 : 1초 동안 매질의 한 점이 마루 또는 골이 되풀이되는 횟수라고 하며, 진동수의 단위는 헤르츠(Hz)를 사용한다.

⑤ 주기 : 매질의 한 점이 1회 진동하는 데 걸리는 시간이다.

▴ 파동의 표시

Ⅵ. 빛과 파동

2. 파동

□  파동의 종류에는 어떤 것이 있을까?

7차시

교과서

278～279

파동의 종류

1

(1) 횡파 : 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 수직인 파동이다.

□ 지진파의 S파, 빛, 적외선, 자외선, 마이크로파, 전파 등

▴ 횡파

(2) 종파 : 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 나란한 파동이다.

□ 지진파의 P파, 소리

▴ 종파

(3) 물결파 : 물결파는 횡파도 아니고 종파도 아니다. 물결파가 전파될 때, 물의 입자는 원을 그리며 전달된다.

Ⅵ. 빛과 파동

2. 파동

□  소리는 어떻게 발생하고 전달될까?

8차시

교과서

280～283

소리의 발생

1

(1) 소리 : 물체가 진동을 하면 주변의 공기를 밀어 공기가 진동을 하게 된다. 이러한 공기의 진동을 소리라고 하며, 소리는 직진, 반사, 굴절, 회절 등 파동의 성질을 모두 나타내는 종파이다.

(2) 소리를 내는 방법

① 물체에 힘을 가하여 진동시킨다. 탄성을 가지고 있는 물체에 힘을 가하여 모양을 변하게 하면, 탄성력에 의하여 원래의 모양으로 돌아가게 되면서 주변의 공기를 진동시킨다.

□ 소리 굽쇠, 북 등

② 공기의 흐름 속에 장애물을 놓거나 좁은 틈으로 공기를 보내 공기의 소용돌이가 생기게 한다.

□ 바람이 불 때 전선에서 나는 소리, 작은 막대를 휘두를 때 나는 소리, 빈 병을 불 때의 소리, 리코더, 퉁소 등

소리의 전달

2

(1) 소리의 전달

① 소리의 전달 : 소리 굽쇠를 두드리면 소리 굽쇠가 진동하면서 옆에 있는 공기를 주기적으로 밀고, 이 공기는 다시 옆에 있는 다른 공기를 주기적으로 밀게 되면서 주위로 전달된다.

② 진공에서의 소리의 전달 : 소리는 탄성을 가진 매질을 통해 전달되기 때문에 매질이 없는 진공 상태에서는 소리가 전달되지 않는다.

③ 소리의 세기 : 소리가 멀리 전달될수록 소리의 세기는 약해진다.

(2) 소리의 속력

① 공기 중에서 소리의 속력 : 공기의 온도가 0℃일 때, 소리의 속력은 331 m/s이다. 공기의 온도가 1℃ 올라갈 때마다 소리의 속력은 0.6 m/s씩 증가한다.

공기의 온도가 [eqn: t]℃일 때 소리의 속력 [eqn: v = 331 + 0.6 t(m/s)]이다.

② 고체나 액체 속에서 소리의 속력 : 소리의 속력은 기체 속에서보다 액체 속에서 더 빠르고, 액체 속에서보다 고체 속에서 더 빠르다.

(3) 소리의 반사와 흡수

① 소리의 반사 : 소리가 전달되어 가다가 벽과 같이 단단한 장애물에 부딪히면 반사되어 되돌아온다. 이 소리를 메아리라고 한다. 우리의 귀로 메아리를 듣기 위해서는 장애물까지의 거리가 10 m가 넘어야 들을 수 있다.

② 소리의 흡수 : 소리가 커튼과 같은 부드러운 장애물에 도달하면 소리는 장애물에 흡수된다.

③ 음악당이나 극장의 설계 : 음악당이나 극장과 같은 큰 건물에서는 소리를 반사시키거나 흡수시켜 관객이 좋은 소리를 들을 수 있도록 설계한다.

(4) 소리의 굴절: 공기의 온도 분포가 다르면 온도가 높은 곳에서는 소리의 속력이 빠르고, 낮은 곳에서는 느리다. 따라서 낮에는 지면 근처의 온도가 높으므로 소리는 위쪽으로 휘고, 밤에는 지면이 먼저 냉각되므로 소리는 아래쪽으로 휘게 된다. 이와 같이 소리가 휘는 현상을 소리의 굴절이라고 한다.

Ⅵ. 빛과 파동

2. 파동

□  소음은 우리 생활에 어떤 영향을 줄까?

9차시

교과서

284～289

소리의 구별

1

(1) 소리의 3요소 : 여러 가지 소리는 소리의 높이와 소리의 세기 및 소리의 맵시에 의하여 구별되며, 이것을 소리의 3요소라고 한다.

▴ 소리의 3요소

(2) 소리의 높이

① 높은 소리와 낮은 소리 : 진동수가 많은 소리를 높은 소리(고음), 진동수가 적은 소리를 낮은 소리(저음)라고 한다.

② 소리의 진동수 : 보통 사람이 하는 말은 100～500 Hz 정도이며, 여자의 말은 남자보다 50～100 Hz 정도 높다. 피아노는 30～4000 Hz 정도이고, 바이올린은 200～3000 Hz 정도이다.

③ 사람이 들을 수 있는 소리의 진동수는 16～20000 Hz 정도이다.

④ 초음파 : 사람이 들을 수 있는 소리의 진동수를 넘는 20000 Hz 이상의 소리를 초음파라고 한다. 동물에 따라 사람이 들을 수 없는 소리를 듣기도 한다.

(3) 소리의 세기

① 센 소리와 약한 소리 : 진폭이 크면 센 소리이고, 진폭이 작으면 약한 소리이다. 소리의 세기는 음파의 진폭의 제곱에 비례하며, 데시벨(dB)로 나타낸다.

② 데시벨(dB) : 사람이 들을 수 있는 최소의 소리를 0 dB로 정하고, 이 세기의 10([eqn: 10^1])배를 10 dB, 100([eqn: 10^2])배를 20 dB, 1000([eqn: 10^3])배를 30 dB로 나타낸다.

③ 귀로 느끼는 소리의 세기 : 데시벨의 차이가 같으면 소리의 크기 차이가 같게 들린다. 예를 들어 40 dB과 60 dB, 60 dB과 80 dB인 소리의 경우 귀로 들으면 차이가 같지만 실제 두 소리의 세기 차이는 100배 정도이다.

(4) 소리의 맵시 : 같은 높이, 같은 세기의 소리라도 피아노와 바이올린의 소리가 다른 것은 진동하는 파형이 다르기 때문인데, 이것을 소리의 맵시(음색)라고 한다. 사람에 따라 목소리가 다른 것도 소리의 맵시가 다르기 때문이다.

소음

2

(1) 소음 : 비행기  소리나 자동차 소리, 시끄럽게 떠드는 소리 등 사람에게 피해를 주는 소리를 소음이라고 한다.

(2) 소음의 측정 : 소음의 측정은 소음 측정기로 하며, 그 단위는 데시벨(dB)을 사용한다.

□ 속삭이는 소리는 30 dB, 수업 중인 교실은 50 dB, 교통이 혼잡한 도로는 70 dB, 전자오락실은 80 dB, 자동차 공장의 소음은 90 dB, 시끄러운 록 음악은 110 dB, 비행기의 엔진 소리는 120 dB 정도이다.

(3) 소음으로 인한 영향

① 소음에 노출되면 혈압 상승, 맥박 수 증가, 소화 불량 등 생리적 변화가 생기고 불쾌감, 긴장, 스트레스 등의 심리적 영향을 준다.

② 소음은 작업 능률의 저하를 가져오거나 불면증, 대화 장애 등을 일으킬 수 있다.

③ 큰 소음이 발생하는 작업 현장에서 오랫동안 근무하거나 이어폰으로 음악을 장시간 듣게 되면 난청이나 귀울림 현상이 발생하기도 한다.

소음을 줄이는 방안

3

(1) 윤활유 칠하기 : 기계 장치에서 두 부품이 빠르게 부딪히면 소음이 발생하므로 부품 사이에 윤활유를 칠하여 소음을 줄인다.

(2) 소음의 세기를 약하게 하기 : 도로와 건물 사이에 방음벽이나 방음둑, 방음림 또는 이중 창문을 설치하는 것은 소음이 전달되는 과정에서 반사와 흡수가 일어나도록 하여 소음의 세기를 약하게 한 것이다.

(3) 소음이 발생하는 물체의 진동을 줄이기 : 소음을 발생하는 물체의 진동을 작게 하여 소리의 세기가 약하게 한다.

▴ 윤활유                         ▴ 방음벽                          ▴ 방음림