새로운 ‘칸막이 굴절실험장치’를 활용한 과학수업

이 천 중 학 교 수석교사 김 정 식 http://sciencelove.com/

실험장치 가운데를 분리하고 양쪽 면에 필요한 물질을 넣고 뚜껑을 닫을 수 있는 실험장치를 만들었다. 기존 실험장치는 공기 중에서 물로 들어갈 때의 굴절 실험에  집중되어 있다. 그렇다 보니 일부 학생들은 그냥 꺾이는 방향을 외워서 답하는 경우도 있었다.

물과 공기의 위치를 바꾸거나 필요할 때는 수면의 각도도 바꿀 수 있는 실험장치를 만들어 보았다. 고정관념에서 탈피해서 수면을 수직으로 만들 수도 있다. 또 뚜껑을 닫아 공기 중에 넣어 놓은 향연기도 오랫동안 유지될 수 있도록 하였고, 물과 에탄올과 같은 다른 물질들끼리의 굴절도 비교할 수 있다.

<칸막이 굴절실험장치의 장점>

1. 수면의 각도를 마음대로 바꿀수 있다.

- 테두리를 8각형 형태로 만들어 회전시킬 수 있으므로 수면의 각도를 마음대로 바꿀 수 있다.

공기 중에서 물로 입사각 바꿔가며 관찰	물에서 공기 중으로 입사각 바꿔가며 관찰	수면을 수직으로 만들어 굴절 실험	수면을 비스듬한 각도로 만들어 실험

2. 공기중에 향연기를 계속해서 공급할 필요가 없다.

- 향연기를 넣고 마개를 막으면 향연기가 빠져 나오지 않기 때문에 실험하는 내내 향연기를 다시 공급하지 않고도 실험 관찰이 가능하다.

3. 전반사 실험이 가능하다.

- 물에서 공기중으로 레이저를 비추면 일정각도 이상에서 전반사가 나타나는 것을 볼 수 있다.

<향연기 넣기>

<전반사 실험>

4. 서로 다른 매질의 굴절 실험도 가능하다.

- 공기와 물 뿐만 아니라 물과 식용유, 물과 에탄올 등의 실험도 가능하다. 단 실제 실험해 본 결과 굴절률의 차이가 작아 생각만큼 효율적이지는 못했다.

5. 물이 쏟아지지 않아 안전하다.

- 마개를 닫아 놓으면 물이 쏟아지지 않으므로 안전하게 실험을 할 수 있다.

6. 볼록렌즈에서 빛이 어떻게 꺽이는지 실험해 볼 수 있다.

- 한쪽면만 물을 채워 놓으면 볼록렌즈와 같은 모양이 되기 때문에 볼록렌즈에서 어떻게 빛이 꺾이는지 예측해 볼 수 있다.

다. 출처

- 김정식 허명성 과학사랑(http://www.sciencelove.com/2070)

<굴절실험>

가. 준비물

칸막이 굴절실험장치, 우유약간(2방울), 레이져포인터, 향, 물

나. 실험방법

1) 칸막이굴절실험장치를 준비한다.

2) 한쪽에 우유를 2방울 떨어뜨린 물을 채워 넣고 마개를 닫는다.

3) 반대쪽에 향연기를 채워 넣고 마개를 닫는다.

4) 공기중에서 물속으로 레이저 각도를 바꿔 가면서 관찰한다.

5) 칸막이 굴절실험장치를 뒤집어서 물속에서 공기중으로 레이저 각도를 바꿔 가면서 관찰한다.

6) 전반사가 일어나는 각도를 찾아 본다.

공기중에서 물로 입사각 바꿔가며 관찰	물에서 공기중으로 입사각 바꿔가며 관찰.	전반사 관찰 실험

다. 실험 결과

1) 공기중에서 물로 입사각을 바꿔 가며 굴절각을관찰한다.

2) 물에서 공기중으로 입사각을 바꿔 가며 굴절각을 관찰한다.

입사각(공기)	0	30	45	60
굴절각(물)

입사각(물)	0	30	45	60
굴절각(공기)

3) 물에서 공기중으로 입사할 때 전반사가 일어나는 각도를 찾아본다.

4) 어떻게 볼 때 물 표면이 거울처럼 보이는가? 물병 뒤에 있는 손가락이 반사되어 보이는가?

5) 전반사가 일어나면 칸막이 굴절실험장치 밑에 있는 그림이 안 보이는 이유는?