과학기술 기반의 예술작품 분석

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과학기술 기반의 예술작품 분석

본 프로그램은 창의적 융합인재 양성에 기여할 수 있는 과학 예술 융합형 프로그램으로 과학적 사고와 예술의 창조적 상상력이 융합된 통합형 교육 강화 프로그램이다. ‘아트퍼니쳐’를 통해 과학 기술에 대한 흥미를 높이고 예술과의 융합적 사고를 통해 창의적 사고를 높이는데 그 목적이 있다.

본 프로그램의 내용은 10차시로 구성되어 있으며, 동기유발과 흥미를 유도하는 상황제시와 차시별 세부 지도안, 학생 활동지, 영상자료와 수업내용에 도움을 주는 참고자료를 제시하여 교사와 학생이 상호작용을 하며 원활하게 수업이 진행될 수 있도록 하였다.

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아트퍼니쳐란?

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아트퍼니쳐란?

아트퍼니쳐란 가구의 공학과 기술, 기능과 기계적인 과학의 영역과 심미적 조형성과 예술적 창조성의 영역이 융합된 용어로 훌륭한 예술가, 디자이너에 의해 디자인되어 제작된 가구를 말한다. 가구의 역사는 과학의 역사와도 맥락을 같이하는데 과거 생활에서 사용된 가구는 순수 자연 재료로 만들어졌으나 다양한 소재 개발에 의한 패러다임의 변화로 가공되고 혼합된 다양한가구를 제작할 수 있게 되었다. 특히 산업시대 이후 신소재, 신기술에 의해 만들어진 유명한 가구들은 예술가들의 창조적 상상력과 조형적 아름다움이 조화를 이루었으며 현대에는 작가의 의도가 살아있는 개성있고 다양한 가구들이 넘쳐나고 있다.

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과~학이와 예~술이의 첫미팅

: 과학기술 기반의 예술작품 탐색

에너지의 변신술

: 패러다임의 전환 1: 새로운 발상 : 조명기구 분석

고효율 LED의 능력

: 패러다임의 전환 2: 에너지의 효율성 : 과학자의 창의적 설계 과정 이해

오목이와 볼록이의 탐구생활

: 반사의 법칙

: 오목거울과 볼록거울을 이용한 착시효과

우리의 보디가드, 재귀반사지

9

23

35

43

차시별 학습내용 페이지 연계교과

1 2 3 4

과학: (5)열과 우리생활 미술: 표현(조형요소와 원리), 감상(미술 비평)

과학: (13)일과 에너지의 전환 -빛 에너지

미술: 체험(소통), 표현(주제표현)

과학: (5)열과 우리생활, (15)전기와 자기 미술: 감상(미술 비평)

과학: (9)빛과 파동 미술: 표현(표현방법, 조형요소와 원리)

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대상 학년 중학교 학습차시 1차시

주제 상황제시

과학기술 기반의 예술 작품 탐색

목표

- 상황제시에 따라 상상력을 발휘하여 상황에 몰입하고, 주제를 이 해할 수 있다.

- 아트퍼니쳐로서의 조명기구를 감상하고 전하의 흐름을 설명 할 수 있다.

학습자료

준비물 PPT자료, 상황제시에 따른 영상자료, 전류 측정기, 전 기회로

관련단원

2007 개정교육과정 2009 개정교육과정 3학년 과학

Ⅴ-1.전류

(1)전하의 흐름과 전류 (2)전류의 측정 (3)전하량 보존 4.전기에너지의 이용

과학

(5)열과 우리생활 (15)전기와자기 미술

표현(조형요소와 원리), 감상(미술 비평)

➀

과~학이와 예~술이의 첫미팅

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➀

^{상황제시 1}

상황제시1

라이트 스토리(Light story)

해설자

2학년3반 아이들 해설자

해설자

선생님

(놀이공원을 배경으로 한 스크립트)

2100년 5월...

미래중학교 2학년 3반 친구들은 아이돌월드로 소풍을 가 게 되었다. 지유는 일찍부터 입구에서 친구들을 기다리고 있고, 수현은 저 멀리서 헐레벌떡 달려오고 있다. 지유는 시계를 보며 2학년3반 다른 아이들에게 문자를 보낸다.

“빨리 와라”

곧 답장들이 날아온다.

ㅋㅋㅋ

모두들 근처인가 보다. 이제 수현이와 연락만 되면...

그 때 뒤에서 똥침을 날리며 지유를 공격하는 수현!

이그... 이 녀석은 참...

지유는 일단 참기로 하고 모두 모였는지 확인을 한다.

그런데... 이 모여 입구에 들어가려는 순간 아이돌월드 입 구에는 알 수 없는 빛이 솟아오르고 친구들은 강한 바람 에 휩싸여 사라져 버린다.

지금은 기원전 2013년 5월.

00중학교 2학년 3반 말썽꾸러기들은 알 수 없는 운명의 힘에 이끌려 지구의 한 섬에 도착했다. 지유는 모두 괜찮 은지 확인을 하고 안심을 한다.

여기는 어디일까?

(그 때 선생님의 목소리가 들린다.)

지도의 숫자를 따라 낱말 퍼즐을 풀고 미션을 수행하라..

미션을 수행하면 필요한 재료를 줄 것이니, 미션을 완성 하면 2100년으로 돌아갈 수 있을 것이다.

등장인물

해설자, 2학년3반 아이들, 담당교사

배경 놀이공원

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상황제시

해설자

선생님

수현은 얼른 지도를 펼치고 다섯 명의 친구들은 힘을 합하여 지도의 숫자를 따라 가기 시작한다. 모두 4개의 답을 찾으면 보물을 찾을 수 있고 집으로 돌아 갈 수 있다.

우린 이제 과학자의 창의적 설계과정과 예술가의 새로운 발상으로 변화하는 우리생활에 대해 연구 할 것이다. 에너지의 전환, 필라멘트 전구에서 LED전구로의 변화, 반사되는 빛 의 이용, 건축에 대해 이해하고, 자연과 함께 살아가는 인간과 환경의 관계를 풀어내야 한다.

너희들이 이 문제들을 풀고 나면 빛과 에너지의 아름다움과 중요성을 알고, 자연환경 속 에서 살아가는 우리의 모습을 느끼게 될 것이다. 패러다임의 전환으로 인한 우리 생활의 변화를 경험하라.

첫 번째 미션

우선 불을 켜야 하는데.... 불을 키려면 전기를 이해하고 전기에너지에 대한 미션을 풀어 야 한다. 전기에너지와 빛, 전하의 흐름을 이해하면 너희에게 빛이 주어질 것이다.

두 번째 미션

필라멘트 전구에서 LED전구로 변화되는 과정에서 변화되는 우리들의 생활에 대해 이해하 고 LED전구의 효율성을 찾아낸다면 너희에게 LED조명의 빛과 함께 아름다운 장소로 이 동하게 해줄 것이다.

이제 태양 빛을 사용 할 수 있는 시간이 얼마 남지 않았다. 최소의 빛으로 너희들의 위치 를 알리 수 있는 방법을 생각해내어야 한다. 재귀반사지를 내려 줄 테니 원리를 이해하여 너희들을 알릴 수 있도록 하여라.

이제 우리는 자연 속에 아름답게 조화된 건축물로 이동 할 것이다.

이 건축물에 사용된 암석과 지형, 곡선의 의미를 알고 그 가치를 측정해 보도록 하여라.

인간을 위한 환경이 아닌 자연환경과 인간의 조화를 이해해야 할 것이다.

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➀

^{상황제시 2}

상황제시2

빛의 오디션-슈퍼스타 L

해설자

MC

(오디션무대를 배경으로 한 스크립트)

드디어 시작되는 빛의 오디션, 슈퍼스타 L !!

아름다운 조명기구를 만들어 자신을 표현하는 빛을 만드 는 빛의 오디션이 시작되었다.

자, 00중학교 1학년 5반 학생들은 슈퍼스타L 1차 오디션 에 참가하게 되었습니다.

오디션의 규칙은 간단합니다.

학급 친구들은 포스터를 보고 오디션에 참가하여 번호표 를 배정 받고 미션 작품을 만듭니다.

미션을 수행하여 심사위원(담당교사)에게 평가를 받고 통 과를 하면 스티커를 받아 다음 오디션에 참가 할 자격이 주어집니다.

1차, 2차, 3차 오디션을 통과하면 슈퍼위크로 진출 할 수 있는데요...

슈퍼위크에서는 콜라보레이션의 형태로 진행됩니다. 모둠 은 심사위원의 의견에 따라 결정되고 한번 결정된 모둠 은 바꿀 수 없습니다.

슈퍼위크에서 미션을 수행하여 통과 된 모둠 중에서 평 가표의 점수가 가장 높은 모둠이 우승을 하게 되는 빛의 오디션 슈퍼스타 L !!

이제 각자의 능력을 발휘하고 가장 개성 있는 빛을 만들 어 낸 자만이 슈퍼스타 L의 자리에 오를 수 있습니다.

우승 모둠에게 주어지는 혜택은 60초 후에 공개합니다.

등장인물 해설자, MC, 선생님(심사위원)

배경 오디션무대

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상황제시

MC

선생님

자, 우승 모둠에 대한 혜택은 심사위원께서 직접 발표하십니다.

그럼 심사위원을 소개합니다. 000선생님!!!!

(학생들이 환호성을 지르면 선생님은 선글라스를 쓰고 등장하여 심사기준과 오디션의 방 법을 설명한다)

1차 오디션은 전하의 흐름을 전기에너지와 관련하여 이해하기, 2차 오디션은 빛의 반사 이해하고 활용하기, 3차 오디션은 콜라보레이션의 형태로 인간과 환경의 조화를 이해하 고, 건축물 속에서 과학과 예술을 발견하는 과정을 모둠 별로 진행합니다. 오디션을 모두 통과하고, 최종 퍼즐 맞추기를 가장 정확하고 빨리 하는 팀이 우승을 하게 됩니다.

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➀

^{상황제시 3}

상황제시3

Light Cup(라이트 컵) 대회

사회자

학생1

사회자 학생2

사회자

(축구 경기장을 배경으로 한 스크립트)

여기는 00중학교 전용 PC방입니다.

이제 그동안 연습했던 기량을 펼칠 시간이 다가왔는데요.

빛을 찾아 떠나는 Light Cup(라이트 컵) 대회에 정말 많 은 선수들이 모여 준비 하고 있습니다. 이제 손을 풀고 게임에 들어가려고 하는데요. 한 선수를 만나 리그에 임 하는 마음준비에 대해 물어보도록 하겠습니다.

자, 이제 전설의 리그가 시작되는데요, 어떤 작전을 세웠 나요?

음... 저는 팀에 피해를 주지 않고 제 캐릭터를 살리기 위 해 최선을 다할 것입니다.

그럼 00선수는 어떤 준비를 하고 있습니까?

우선 제 기술을 발휘하기 위해 집중 할 것이고 팀원들이 위급 할 때에는 도와주기위해 수시로 팀원들을 살피려고 하는데요.

네, 모두 자신의 기술을 사용하는 것 외에도 팀원의 협동 과 상호협력에 대해 생각하고 있는 것 같습니다.이제 라 이트 컵이 시작됩니다. 1,2,3차 예선을 통과 할 때마다 새로운 아이템이 주어집니다. 아이템을 많이 확보 하는 팀이 아무래도 유리하겠지요.

드디어 이 대회의 주최자이신 000선생님께서는 조 추첨 을 진행하시려고 합니다. 경기규칙을 말씀드리겠습니다.

등장인물

사회자, 학생1, 학생2, 선생님(심사위원)

배경 축구 경기장

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상황제시

선생님 주머니에서 카드를 뽑아 같은 색이 나오는 팀이 같은 조로 배정되며, 조는 바꿀 수 없습 니다. 조가 결성되면 가위, 바위, 보로 대진표를 만들도록 하겠습니다.

한 번 승리 할 때마다 아이템을 획득하고 티켓을 확보하여 레벨을 높일 수 있습니다.

1차 리그는 캄캄한 맵에서 우선 불을 켜야 하는데.... 불을 키려면 전기를 이해하고 전기 에너지에 대한 미션을 풀어야 합니다. 전기에너지와 빛, 전하의 흐름을 이해하면 너희에 게 빛이 아이템으로 주어질 것입니다.

2차 리그는 필라멘트 전구에서 LED전구로 변화되는 과정에서 변화되는 우리들의 생활에 대해 이해하고 LED전구의 효율성을 찾아낸다면 이긴 모둠에게는 다른 모둠에서 조원을 데려 올 수 있는 소환마법 기능을 갖게 해 줄 것입니다.

3차 리그는 최소의 빛으로 너희들의 위치를 알릴 수 있는 방법을 생각해내어야 합니다.

재귀반사지를 아이템으로 내려 줄 테니 원리를 이해하여 너희들의 위치를 알릴 수 있도 록 하세요.

이제 우리는 마지막 결승전을 남겨두고 있습니다. 맵이 자연 속에 아름답게 조화된 건축 물로 이동 할 것이니, 건축물에 사용된 암석과 지형, 곡선의 의미를 알고 그 가치를 측정 해 보도록 하세요.

인간을 위한 환경이 아닌 자연환경과 인간의 조화를 이해해야 할 것입니다. 또한 스피드 가 중요합니다. 퍼즐을 빨리 맞추는 팀이 우승하게 됩니다.

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➀

과~학이와 예~술이의 첫 미팅

주제

과학기술 기반의 예술 작품 탐색

[지도내용 및 활동]

>>> 도입 / 소요시간 5분 1. PPT를 통해 상황제시를 본다.

2. 상황제시 후 모두 눈을 감거나 커튼을 쳐서 빛을 차단하고 빛이 없는 상황을 느껴본다.

3. 상황제시에 따라 상상력 발휘하여 빛이 없는 상황에서의 불편함 과 전기에너지의 발명으로 인한 생활의 변화에 대해 이야기를 나눈 다.

목표

- 상황제시에 따라 상상력 을 발휘하여 상황에 몰입하 고, 주제를 이해할 수 있 다.

- 아트퍼니쳐로서의 조명기 구를 감상하고 전하의 흐름 을 설명 할 수 있다.

학습자료

관련단원 과학

(5)열과 우리생활 미술

표현(조형요소와 원리), 감상(미술 비평)

교사

PPT자료, 상황제시에 따른 영상자료, 전류 측정기, 전 기회로

학생 필기도구 활동지

>>> 전개 / 소요시간 35분

▶모둠(4~6명)을 구성 할 경우 모둠별로 활동지를 작성하고, 개별 활동으로 할 경우에는 개별 활동지를 작성한다.

1. 전기에너지를 사용하는 다양한 예술작품을 감상한다.(PPT 자료)

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융합인재교육 (STEAM) 프로그램

2. 조명기구의 도선에 흐르는 전류를 이해 할 수 있도록 조명기구와 콘센트, 전기 에너지의 연결을 볼 수 있는 예시작품을 감상하여 이해 를 돕는다.

3. 도선에서 전하의 흐름을 설명하고 도선 내 전자의 움직임을 그려 본다.

4.‘조명기구에 불을 밝힌 후 전자들은 어떻게 될까?’라는 질문을 하고 답을 찾는 과정을 통해 전하량의 보존에 대한 호기심을 유발하 도록 한다.

지도상 유의점

- 상황제시를 통해 10 차시 수업의 전반적인 주제 이해가 될 수 있 도록 자세한 설명과 이 야기 나눔의 시간을 준 다.

- 전류의 세기를 측정 하는 실험은 시간에 따 라 실험 대신 자료로 설명 할 수 있다.

그림출처 (좌)

1. designersparty 2. onzeeonze (우)

1. schoener-wohnen.de

MEMO

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내용 이해하기

조명기구 분석

-전하의 흐름

①

과학이와 예술이의 첫 미팅

1. 전하와 전류

(1) 전하 : 모든 전기 현상을 나타내는 원인이 되는 것을 전하라고 하는데 이는 스스로 이동하지 못하나 전자가 이동하면 전자가 가지고 있는 전하가 이동된다.

(2) 전류 : 도선을 따라 전자가 이동하면, 전자가 가지고 있는 전하가 함께 이동하게 되는 데 이 전하의 흐름을 전류라고 한다.

2. 전류의 방향 : 전기회로에서 전지의 (+)극에서 (-)극으로 흐름

3. 전류계 연결법 (1) 회로에 직렬로 연결

(2) 전지의 (+)극에서 나온 전선은 전류계(+)표시된 단자에 연결

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4. 전하량 보존의 법칙

: 전구를 전후의 전류의 세기를 알아보기 위해 다음과 같이 전류계를 연결한다.

5. 전구의 원리

: 연결된 전기회로에서 전자들이 운동 에너지를 가지고 움직이면서 금속 원자들과 충돌한다. 이 결과 원자들은 불규칙하고 격렬한 진동을 하게 되는데, 이로 인하여 열이 발생한다. 발생된 열이 일정 정도 이상이 되면 빛을 만들어낸다.

(20)

활동지

탐구일자

학년/반 모둠/성명

조명기구 분석

-전하의 흐름

①

과학이와 예술이의 첫 미팅

분석과정 및 결과

*과학 기반의 예술작품을 감상하고 다음을 완성해 보자.

1. 전하의 흐름을 알 수 있는 예를 찾아보자.

전하는 눈에 보이지 않지만 수용액의 전기분해시 기포가 나오는 것을 보면 무엇 인가 흐르고 있는 것을 알 수 있다.

2. 전기에너지가 빛에너지로 전환되는 과정을 설명해 보자.

필라멘트의 전구의 경우 전기에너지는 열에너지로 전환된 후 다시 빛에너지로 전환된다.

3. 에너지의 전환이 이루어지는 예를 생활 주변에서 찾아보자.

풍력에너지 → 운동에너지 → 전기에너지

수력발전소 (위치에너지 → 운동에너지 → 전기에너지)

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형성평가

1. 회로도를 그려 전자의 이동방향, 전류의 방향을 표시해 보자.

2. 전하의 흐름을 ____전류____라고 하며, 조명기구의 도선에서 실제로 흐르는 것 은 ____전자_____이다.

3. 전자의 이동 방향과 전류의 이동 방향을 설명해 보자.

전류는 전지의 (+)극에서 나 와 전지의 (-)극으로 흐른다.

전자는 전지의 (-)극에서 나 와 전지의 (+)극으로 들어간 다.

<해설>

전류의 방향과 전자의 이동방향이 정반대가 된 이유는 전류의 흐름을 규정할 당

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생각해보기

1. 주변에서 전기에너지를 사용하는 제품을 찾아보고 관찰해 보자.

2. 전기에너지를 효율적으로 사용 할 수 있는 방법에 대해 생각해 보자.

주변에서 고효율 전기제품으로 절전형 가전제품을 들 수 있다. 이를 확인하 는 방법은 제품에 붙어있는 에너지 소비 효율등급 라벨로 알 수 있다. 에 너지소비효율등급라벨은 1∼5등급으 로 구성되며 1등급에 가까운 제품일 수록 에너지절약형 제품이다. 1등급 제품을 사용하면 5등급 제품 대비 약 30~40%의 에너지를 절감할 수 있다.

에너지소비효율등급라벨의 에너지절약 형 제품 변별력 향상을 위하여 지식경제부와 에너지관리공단은 품목별 시장현 황과 기술수준 분석, 기술표준화사업 등을 통한 기준개발과 이해관계자간 협의 등을 통하여 지속적으로 기준을 상향조정하고 있다. 이처럼 기준이 강화되는 경우에는 같은 제품이라 할지라도 제조일 기준으로 에너지소비효율등급이 다 르게 표시될 수 있다.

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대상 학년 중학교 학습차시 2차시 주제 패러다임의 전환1: 새로운 발상

목표

- 새로운 발상(신소재)으로 달라지는 생활의 변화를 이해한다.

- 조명기구를 통해 에너지의 전환을 알 수 있다.

- 조명기구에서 도체와 부도체를 찾을 수 있다.

학습자료

준비물 PPT자료, 활동지

관련단원

Ⅲ-5

(1)에너지 전환과 보존

Ⅴ-1.전류

(4)도체와 절연체 3.저항의 연결

(1)저항의 직렬연결 (2)저항의 병렬연결 4.전기에너지의 이용

과학

(5)열과 우리생활 (13)일과 에너지의 전환 -빛 에너지

미술

체험(소통), 표현(주제표현)

②

에너지의 변신술

(24)

②

^{에너지의 변신술}

주제

패러다임의 전환1 : 새로운 발상

>>> 도입 / 소요시간 5분

1. 새로운 발상으로 달라지는 생활의 변화에 대해 자유롭게 이야기 를 나눈다.

2. 예술적인 작품을 통해 과학과 예술의 관련성을 이해 할 수 있도 록 작품 감상을 한다.

(조명의 작품 감상-에너지의 전환에 대한 이해와 예술성을 함께 이 해 할 수 있도록 작품사진을 제시한다.)

목표

- 새로운 발상(신소재)으로 달라지는 생활의 변화를 이 해한다.

- 조명기구를 통해 에너지 의 전환을 알 수 있다.

- 조명기구에서 도체와 부 도체를 찾을 수 있다.

학습자료

관련단원 과학

(5)열과 우리생활 (13)일과 에너지의 전환 -빛 에너지

미술

체험(소통),표현(주제표현)

교사

PPT자료, 활동지

학생 필기도구

▶모둠(4~6명)을 구성 할 경우 모둠별로 활동지를 작성하고, 개별 활동으로 할 경우에는 개별 활동지를 작성한다.

1. 저항의 연결에 따라 달라지는 예술작품의 전기에너지 사용 방법 에 대해 이해한다.

2. 저항의 직렬연결과 병렬연결의 예시 작품을 감상하고 조명기구에 서의 저항의 연결을 이해한다.

3. 저항의 직렬연결과 병렬연결을 적절히 사용한 조명의 예를 통해 생활 속에서 적용되고 있는 과학의 원리를 안다.

직렬연결 된 조명기구 병렬연결 된 조명기구

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4. 생활 속의 조명기구를 통해 도체와 절연체에 대해 알아본다. 조 명기구의 전선 속에 흐르는 전기가 감전 되지 않도록 사용된 부도 체에 대해 알아보고 신소재를 사용하여 생활이 달라지는 패러다임 의 전환에 대해 생각 해 볼 수 있도록 한다.

도체와 절연체(부도체)가 잘 사용된 조명기구

5. 활동지에 도체와 절연체를 구별하는 문제를 풀이하여 신소재에 대한 학습과 생활의 변화를 연결하여 이해할 수 있도록 한다.

지도상 유의점

- 조명기구의 작품사진 하나를 놓고 에너지의 전환, 저항의 연결, 도 체와 부도체를 한 번에 숙지 할 수 있어 단원 을 전반적으로 이해 할 수 있으나 시간이 부족 할 수 있으므로 2차시 로 나누어서 학습 할 수도 있다.

그림출처 (좌)

1. tofuhaus.com

2. gracekimpai.wordpress.com (우)

1. ikea 2. designboom

3. Charlotte & Peter Fiell, 1000Lights, Taschen, 2005

>>> 정리 / 소요시간 5분

1. 모둠별 결과를 정리하여 활동지를 작성한다.

2. 과학기술 기반의 예술작품을 탐색하여 전기에너지의 사용과 전 하의 흐름을 이해 할 수 있도록 하고 활동지를 통해 내용을 숙지 할 수 있도록 한다.

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출처

1. 네이트 상식백과

[참고자료]백열전구에서 LED까지

▶전구의 역사

많은 사람들이 아는 것처럼 현재 실용 화된 전구는 에디슨(미국, T. A. Edison : 1847~1931)에 의해 1879년 발명 되었다. 에디슨은 탄소 필라멘트를 사 용하여 40시간 정도 빛을 내는 전구 를 만들었다. 사실 전구는 1808년 산 업혁명이 한창일 때 화학자 험프리 데이비(영국, H. Davy : 1778~1829) 가 2개의 탄소 전극 사이에서 방전을 일으켜 주위의 공기가 이온과 전자로 나누어지는 플라즈마 상태의 아크방전을 시키는 아크등이 최초이다.

이 아크등은 실내에서 사용하기에는 무리가 있어 실용화되지 않았 다.

에디슨의 탄소 필라멘트가 잘 끊어지는 것을 보완하여 1910년 쿨리 지(미국, W. D. Coolidge : 1873~1975)가 현재 쓰이는 텅스텐 필 라멘트를 발명하여, 전구가 더 밝고 수명도 길어지게 되었다. 요즘 사용하는 백열전구는 아르곤에 소량의 질소를 혼합한 가스를 넣어 텅스텐의 증발을 막아 전구의 수명을 더 늘렸다.

이러한 백열전구에 비해 긴 수명, 높은 발광 효율 등의 장점을 가진 현재의 형광등은 1938년 General Electric(GE)사의 인만(G. Inman)이 발명하여 특허를 내어 실용화한 것이다.(형광등은 사실 1857년 프랑 스의 물리학자 Alexandre E. Becquerel가 전기 방전으로 빛을 낼 수 있다는 자신의 이론을 실험적으로 증명해 보인 후 1901년 미국 의 피터 쿠퍼 휴잇이 수은 방전등을 만든 것을 거의 지금의 형광등 이라고 보는 경우도 있고, 1927년 에드먼드 저머가 몇 명의 동료들 과 함께 시험적인 형광등을 만들어낸 것을 시초로 보는 경우도 있다.)

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▶백열전구의 원리

전원을 켜면 전력이 미세한 필라멘트 선을 가열하는 순간, 필라멘트 는 섭씨 600°이상으로 가열되어 백열광을 발산한다. 필라멘트는 대기 중에서 바로 산화하기 때문에 유리전구로 감싼 후 내부를 진 공으로 만들고 대신 아르곤이나 질소(때로는 크립톤)가스 같은 비활 성 가스를 주입한다. 이 가스는 필라멘트의 기화를 최소화시키면서 필라멘트가 고열에서 빛을 발하도록 해주며 동시에 오래 견딜 수 있도록 한다. 고광도를 유지하기 위해, 필라멘트는 일정한 길이를 가져야 하므로 코일의 형태로 제조되었고, 주입가스의 냉각효과를 중화시켜 필라멘트의 발열온도를 높이며 그 효율성을 증대시킨다.

출처

http://www.jonghab.co.kr/html/

data2.htm

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출처

1. 네이트 상식백과 2. 네이버 지식백과

▶형광등의 구조

백열전구가 필라멘트에 흐르는 전류에 대한 저항에 의한 발열을 이 용한 것이라면, 형광등은 기체나 증기 중의 방전¹⁾에 의해 발생하는 빛을 광원으로 이용한다는 점에서 발광원리가 다르다. 이를 위한 형 광등의 구조는 다음과 같다.

일반적으로 형광등은 형광방전관, 안정기, 점등관, 콘덴서 등으로 구 성되어 있다.

▶열복사

빛이 없으면 이 세상은 암흑 세상이 될 뿐만 아니라, 생명체가 살 수 없다. 빛에는 열복사와 반딧불처럼 자연에서 나오는 빛과, 형광 등이나 LED와 같이 인공적으로 만들어 낸 빛이 있다.

열복사 : 뜨거운 물체는 당연히 빛을 낸다.

모든 물체는 온도에 따라 독특한 파장 범위의 전자기파를 물체 표 면에서 내어놓는데, 이를 온도 복사 또는 열복사(thermal radiation) 라 한다. 온도가 대략 400℃보다 낮으면, 물체는 열복사 전자기파로 가시광선을 거의 내놓지 않고, 이보다 파장이 긴 적외선 즉 열만 내 놓는다. 그러나 온도가 이보다 높으면 파장이 짧은 가시광선도 나오

1) 대전체가 전하를 잃는 과정. 전자가 밖으로 튀어나가면 전류가 흐르게 된다.

(29)

므로. 나오는 빛을 우리가 볼 수 있다.

이 빛은 대략 500℃에서는 엷은 붉은색이고, 온도가 높을수록 빛의 세기는 강해지고 파장은 짧아져, 950℃에서는 진한 주황색, 110 0℃에서는 연한 노란색이고, 1400℃이상에서는 가시광선의 거의 모든 파장의 빛이 골고루 섞인 흰색이 된다. 백열등은 전기를 사용 하여 필라멘트를 1800℃정도로 가열하여 빛을 내게 하는 것이다.

이때 자외선도 나오지만 전구 유리가 자외선을 차단하기 때문에 사 람에게는 도달하지 않는다.

▶전기발광 : 현대과학이 만든 새로운 빛 LED

최근 많은 관심이 주어지고 있는 LED는 Light Emitting Diode (발광 다이오드)의 약어로, 전기 발광을 이용한 것이다. 이는 p형 반도체 와 n형 반도체를 접합시키고, p형 반도체 부분에‘+’전압을 걸어 전자를 빼어내 정공(일종의 구멍 : hole)을 만들고, n형 반도체 부 분에는‘-’극을 걸어 전자를 주입시키면 이들이 확산되어 접합면 에서 결합할 때 빛을 내는 것이다. LED는 주로 주기율표의 13족 (3A족) 원소(Al, Ga, In)와 15 족(5A 족) 원소(P, As)로 된 화합물 반 도체를 사용하는데, 화합물에 따라 나오는 빛의 색이 다르다. LED 는 1920년에 처음 만들어졌고, 1960년대부터는 전광판이나 계산기 등에 일부 사용되었으나, 에너지 효율이 낮아 보편화되지는 못하였 다. 그러나 최근 수년간의 획기적 발전으로 이제는 LED의 빛 에너 지 전환 효율이 형광등보다도 높아져 새로운 광원으로 각광을 받고 있다.

(30)

출처

1. 신동익, LED 광원을 이용 한 조명램프 디자인 연구, 한양 대학교, 2011, 석사논문 2. 김미란, 디자인 조형 흐름 에 따른 테스크 램프 디자인에 관한 연구, 홍익대학교, 2010, 석사논문

조명의 변천사

조명기구 디자인의 발전사

(31)

▶터치스위치의 비밀

은행에 가서 자동화기기로 돈을 찾으려 할 때 스크린에 나타나는 안내표지를 따라 손가락을 대기만 하면 모든 업무가 해결된다. 기차 표를 끊을 때나 처음 들어간 건물의 내부 위치도를 안내해주는 곳 에서도 이러한 터치스크린이 편리하게 활용되고 있다.

손가락만 닿아도 기계가 작동되도록 만든 ‘터치스크린’은 일반 적으로 전기의 흐름에 변화를 주어 기계를 작동시키는 정전식 터치 스크린이 기본이다.

정전식 터치스크린은 전기가 통하는 도체 성질을 갖는 유리를 덮 고, 그 유리의 표면에 약한 전류를 흘려보낸다. 우리가 스크린에서

‘5만원’이라는 부분에 손가락을 갖다 대면, 그 부분의 유리표면 에 흐르던 전류가 손가락을 통해 우리의 몸속으로 흘러들게 된다.

이에 따라 손가락이 닿은 부분은 다른 부분보다 전류의 양이 적어 지게 된다. 그러면 컴퓨터가 이를 인식, 해당하는 명령을 수행하는 것이다. 이 때 유리표면에 흐르고 있는 전기는 아주 약하기 때문에 사람의 몸에는 아무런 해가 없다.

인버터 스탠드에 달린 터치스위치도 비슷한 원리다. 스위치에 손을 갖다 대면 전기의 흐름이 변하면서 스탠드 안에 들어있는 집적회로 (IC)가 이 변화를 감지해 전등불을 켜거나 끄는 것이다. 한 번 누르 면 켜지고 다시 누르면 더 밝아지고, 또 한 번 누르면 더욱 밝아졌 다가 네 번째 누르면 꺼지는 것도 전기 흐름의 변화를 집적회로가 인식해 스탠드를 작동시키는 것이다.

손대신 금속을 사용해도 작동하지만, 종이나 고무, 플라스틱 등 전 기가 통하지 않는 부도체를 갖다 대면 작동하지 않는다. 이러한 원 리로 스마트 폰의 터치패드도 추운 날씨에 장갑을 끼고는 화면을 작동시킬 수 없다.

출처 1. 국민일보

(32)

활동지

탐구일자

조명기구를 낱낱이 분석하라

-과학과 예술을 중심으로!

②

^{에너지의 변신술}

분석과정 및 결과

*과학 기반의 예술작품을 감상하고 다음을 완성해 보자.

1. 저항의 직렬연결과 병렬연결에 대해 설명해 보자.

전구의 필라멘트는 전기저항체이다. 저항이 1열로 연결되어 있는 경우 직렬연결 이 되며, 이 경우 한 개의 전구가 꺼지면 다른 전구의 불도 꺼진다. 반면 2개 이상의 저항 양끝을 각각 한 곳에서 접속하는 연결법을 저항의 병렬연결이다. 이 경우엔 한 곳의 전구가 꺼지더라도 다른 전구에 영향을 주지 않는다.

2. 조명기구에 사용된 도체와 부도체의 소재에 대해 알아보자.

도체- 전선 내부의 구리선. 부도체 – 전선의 피복

3. 신소재를 사용하는 조명기구의 예를 찾아보자.

광섬유를 이용한 전기 조명이 있다. 광섬유는 고순도의 석영으로 만들어져 있으 며, 빛신호를 전달하는 가느다란 유리 또는 섬유의 일종이다. 또한 LED를 이용 한 조명도 있다.

그림출처:nexstdigital / static.arkpad / sharonmarston

(33)

4. 신소재로 인한 생활의 변화를 과학적인 부분과 예술적인 부분으로 나누어 설명 해 보자.

신소재는 대부분 에너지 효율적인 면에서 매우 좋다. 예술적인 면에서 볼 때는 소재의 다양화로 인해 전보다 표현력을 증대시킬 수 있게 되었다.

형성평가

1. 조명기구에서 직렬연결과 병렬연결의 예를 실생활에서 찾아보자.

조명의 직렬연결 – 크리스마스 트리 조명의 병렬연결 – 대부분의 가정 조명

2. 도체와 부도체를 교실 안에서 찾아보자.

도체 – 금속, 샤프심

부도체 – 플라스틱, 나무, 유리

샤프심은 대부분 탄소덩어리로 전류가 잘 흐르는 도체이다. 과학실을 어둡게 하 고 직류 전원 공급 장치를 이용하여 샤프심에 전류를 많이 흐르게 하면 전구의 필라멘트처럼 밝은 빛을 내며 전류가 흐르며 탄다. 단, 이는 대표실험으로 교사 가 하도록 한다.

생각해보기

1. 과학의 발전으로 이루어진 예술작품의 예를 생각해보고 모둠 별로 의견을 나누 어 보자.

과학의 발전은 예술작품의 소재를 다양화 하는데 크게 기여하였다. 예를 들면 백 남준의 비디오아트이다. 그는 텔레비전을 이용하여 모니터 속에 다양하고도 변하 는 문양을 넣어 새로운 예술 영역을 만들었다.

(34)

MEMO

(35)

주제 패러다임의 전환2

에너지의 효율성-필라멘트 전구에서 LED로

목표

- 빛 발생 원리에 대해 이해한다.

- 필라멘트 전구와 LED의 물리적 특성을 비교할 수 있다.

- LED를 예술로 활용할 수 있다.

학습자료

준비물

PPT자료(온도에 따른 불빛의 색 동영상), 필라멘트 전 기회로, LED전기회로, 핸드폰 조도측정 어플, 제빵온 도계, 직류전원 공급장치, 어둠상자

풍선, A4용지, 둥근 전지, 테입, 가위, 칼

관련단원

Ⅲ-5.에너지의 전환과 보존

Ⅴ-4.전기에너지의 이용

과학

(5)열과 우리생활 (15)전기와 자기

③

고효율 LED의 능력

(36)

③

고효율 LED의 능력

주제

패러다임의 전환2 : 에너지의 효율성 필라멘트 전구에서 LED로

1. 전기를 광원으로 사용하게 된 계기는 무엇일까?

2. 필라멘트 전구는 당시 조명기구에 비해 장점이 무엇인가를 말해 보도록 한다.

목표

- 빛 발생 원리에 대해 이 해한다.

- 필라멘트 전구와 LED의 물리적 특성을 비교할 수 있다.

- LED를 예술로 활용할 수 있다.

학습자료

관련단원 과학

(5)열과 우리생활 (15)전기와 자기 미술

감상(미술 비평)

교사

PPT자료(온도에 따른 불빛 의 색 동영상), 필라멘트 전 기회로, LED전기회로, 핸드 폰 조도측정 어플, 제빵온 도계, 직류전원 공급장치, 어둠상자, 풍선, A4용지, 둥 근 전지, 테입, 가위, 칼

1. 현대적 시각에서 볼 때 필라멘트 전구의 단점을 전기로부터 빛을 얻는 과정을 통해 생각해 보자.

전기에너지 → ( )에너지 → 빛에너지

2. 공급된 전기에너지는 95%는 열에너지로 방출하고 5%만이 빛에 너지로 전환된다. 이를 극복한 것이 발광다이오드(LED)이다.

3. 필라멘트 전구는 LED에 비해 열이 얼마나 많이 날까? 또, 더 밝 은 빛을 얻을 수 있을까? 실험을 통해 알아보자. (모둠을 구성 할 경우 모둠별로 활동지를, 개별로 할 경우에는 개별 활동지를 작성한 다.)

(37)

(1) 조명기구를 전기 회로에 연결한다.

(2) 측정기기를 써서 다음 표를 완성한다.

필라멘트전구 LED

밝기(Lux) 소비전력(W)

온도 변화 (10분 후)

＊밝기 측정은 핸드폰 무료 어플을 이용한다.

예) 앱스토어-Luxmeter

＊소비전력 = 전류×전압

＊온도측정은 제빵온도계를 꽂아 측정할 수 있다.

.(3) 결론을 적어보도록 한다.

에디슨의 필라멘트 전구 LED조명의 아름다움

4. 전구의 효율을 크게 향상시킨 LED조명은 현재 어떤 곳에 이용 되고 있는가 말해보자.

5. 예술적인 분야에 어떻게 이용될 수 있을까 자유롭게 이야기하도 록 한다.

학생 필기도구

지도상 유의점

- 에디슨 이야기나 LED 발명의 에피소드를 들려줌으로 흥미를 돋 운다.

- LED는 3V를 넘지 않는 전압에서 실험하 도록 한다.

그림출처 (좌)

1. lmacessorioscar.com.br 2. ritalaginha.blogspot.com (우)

1. koreanlighting.com 2. artnexus.com

(38)

[참고자료]새로운 조명-LED와 세라믹 메탈할라이드

▶LED조명

LED조명은 사실 광효율이 좋다기보다는 저전력 조명이다. 실제로 백열전구나 할로겐램프를 제외하고는 대부분 기존 광원의 효율을 LED램프나 LED조명기구가 쫓아올 수 없다. 그럼에도 불구하고 LED조명은 전기소모량이 적다는 장점 때문에 많은 관심을 끈다.

LED광원은 기존 광원에 비해 직진성이 강하기 때문에 스폿라이트나 경관조명용으로 사용하기 적합하다. 조명이 필요한 곳에만 집중적으 로 필요한 양만큼 빛을 쏘아주며 되기 때문이다. 따라서 사용용도에 따라 광효율이 좋다고 볼 수도 있다. 하지만 각종 형광램프가 사용 되고 있는 사무실 공간이나 일반 가정집 조명에 LED 램프를 사용 하는 것은 사실 기존 광원만큼의 충분한 빛을 제공하지 못하기 때 문에 효율적이라 하기 어렵다. 우리나라는 유난히 밝은 빛을 선호하 여 꼭 필요로 하는 곳에 빛을 비추기보다 전체 공간에 밝은 빛을 비추는 것을 즐겨왔고, 스탠드와 같은 개인조명 사용을 즐기는 조명 선진국과는 달리 공용조명을 선호하는 소비패턴을 가지고 있기 때 문에 이러한 빛에 대한 인식을 조금 바꾼다면 충분히 기존 광원을 대체할 수 있을 것이다.

(39)

▶세라믹 전구라 불리는 세라믹 메탈할라이드등

현존하는 램프 중 최고 효율을 자랑한다. 그러한 점에서 LED조명이 녹색바람을 타고‘고효율조명’이라는 큰 파장을 일으킴에도 불구 하고 상업조명이나 도로조명에서 LED조명보다 세라믹램프가 더 각 광을 받았다.

세라믹램프가 주목받는 이유는 탁월한 광효율과 연색성(어떤 물체를 광원에 의하여 비추일 때, 그 물체의 색의 보임을 정하는 광원의 성질) 때문이다. 기존 램프와 동일한 배광특성을 지니면서도 적은 전력소비만으로도 충분한 광량을 만들어낼 수 있다는 것이 세라믹 램프의 가장 큰 장점이다.

세라믹메탈할라이드램프가 개발됨으로써, 높은 효율로 쾌적한(자연 광에 유사한) 조명을 갖춘 광원이 실용화될 수 있게 되었다. 초기에 는 나트륨램프와 같이 주로 옥외조명용으로 사용되었으나, 점차 조 명의 용도가 보다 연색성이 높은 방향으로 확대 발전되면서, 현재는 옥외조명(가로, 도로, 운동장, 조선소, 공항, 주차장, 경관조명 등)에 서 나트륨램프보다 더 많이 사용하는 추세이다. 옥내용으로는 고천 장조명(공장, 체육관, 문예회관, 교회, 도서관 등)에 사용되고 있다.

메탈할라이드 램프는 그동안 진행되어 왔던 소형적이고 연색성 형 태의 램프출력 범위 확대와 각종 광색의 출시가 거의 완료되어 점 포조명용 및 최근에는 자동차 전조등용으로 각광을 받고 있다.

출처

1. www.kum5.co.kr

(40)

활동지

탐구일자

필라멘트 전구와

발광다이오드(LED)는 어떤 차이가 있을까?

③

고효율 LED의 능력

실험과정 및 결과

1. 어둠상자 속에 조명장치를 넣어두고 전기회로를 연결한다.

2. 조도 및 온도를 측정하고 다음 표를 완성한다.

필라멘트전구 LED

밝기(Lux)

소비전력(W)

온도 변화 (10분 후)

*밝기 측정은 핸드폰 무료 어플을 이용한다.

예) 앱스토어-Luxmeter

*소비전력= 전류×전압

*온도측정은 제빵온도계를 꽂아 측정할 수도 있다.

3. 밝기 차이는 얼마나 되는가?

4. 온도 변화는 무엇을 의미하는가?

온도 변화는 조명장치가 내는 열에너지와 비례한다. 사실 우리는 전기로부터 빛 을 얻고자 할 뿐 열은 불필요한 경우가 대부분이다. 필라멘트의 경우 매우 많은 열을 통해 빛을 얻었지만 LED의 경우, 빛이나 아주 작은 열로 빛을 얻을 수 있 기에 밖으로 내는 열은 매우 미미하다.

(41)

창의적 탐구활동

▶LED조명을 사용하는 작은 조명기구를 직접 만들어 보자.

(1)둥근 전지와 LED전구를 연결한다(+, -극을 구분하여 연결한다).

(2)A4용지, 풍선 등의 재료를 사용하여 입체적인 형태를 만든다.

-LED조명이 작고(2~3cm), 가벼우므로 입체 형태에 제한을 받지 않고 만들 수 있다.

(3)만들어진 입체 형태에 조명을 삽입한다.

-풍선 사이에 끼우거나 입체 형태의 일부분에 붙여도 된다.

(4)색이 변하는 LED조명, 빨강, 초록 등의 색을 내는 LED조명 등 조명의 색과 위치 따라 달라지는 형태의 아름다움을 관찰해 보자.

1. LED를 이용한 조명을 주변에서 찾아보자.

LED는 크기가 작기 때문에 다양한 모양을 만들어 조명에 응용할 수 있다. 백화

(42)

MEMO

(43)

주제 반사의 법칙

오목거울과 볼록거울을 이용한 반사의 원리

목표

- 반사의 법칙을 설명할 수 있다.

- 오목거울과 볼록거울에 비친 상의 특징을 설명할 수 있다.

- 다양한 거울을 예술조명에 응용할 수 있다.

학습자료

준비물 PPT자료, 오목거울, 볼록거울, 평면거울, 상자, 착시그 림, 인형, 광학실험장치

관련단원

Ⅵ-1.빛

(1)반사 법칙 (3)오목거울과 볼록거 울에 의한 상

과학 (9)빛과 파동 미술

표현(표현방법, 조형요소와 원리)

④

오목이와 볼록이의 탐구생활

(44)

④

오목이와 볼록이의 탐구생활

주제 반사의 법칙

오목거울과 볼록거울을 이 용한 반사의 원리

1. 자료를 통해 우리 주변에서 이용되는 다양한 거울에 비친 상을 제시하여 관찰하도록 한다.

(상점이나 굽은 길에서의 볼록거울, 잠망경의 평면거울, 숟가락에 비 친 내 모습 등)

목표

- 반사의 법칙을 설명할 수 있다.

- 오목거울과 볼록거울에 비친 상의 특징을 설명할 수 있다.

- 다양한 거울을 예술조명 에 응용할 수 있다.

학습자료

관련단원 과학

(9)빛과 파동 미술

교사

PPT자료, 오목거울, 볼록거 울, 평면거울, 상자, 착시그 림, 인형, 광학실험장치

학생 필기도구

1. 반사의 법칙을 간단히 설명한다. 입사각 = 반사각

2. 다양한 거울에 비친 상의 특징을 관찰하여 기록한다. (모둠을 구 성 할 경우 모둠별로 활동지를, 개별로 할 경우에는 개별활동지를 작성한다.)

(45)

3. 조명기구에서 거울이 사용되는 예를 찾아보고 그 기능을 알아보자

1.‘Har Design’작품 2. 미러볼

3. Maxi-Mirror 4. 눈물(덕수궁 프로젝트)

4. < L > 모양 구조물을 구하여 바닥에는 그림이나 글자를 두고 수 직인 면에는 여러 종류의 거울을 바꿔가며 설치하여 거울에 비친 상의 특징을 적어본다.

지도상 유의점

- 반사의 법칙은 간단 하게 설명하고 오목거 울과 볼록거울을 이용 한 상의 왜곡을 예술에 응용하는 방법을 상상 해보도록 한다.

그림출처 (좌) 1. naver 2. sciencenara 3. dongascience (우)

1. design.co.kr 2. yebeni-tulumi.com 3. macandmacinteriors

(46)

그림출처

1. ceberhart.wordpress.com 2. patrickheide

3. dezeen

Adolf Luther,

Reinoud Oudshoorn,

<Z.T.I>

Coordination Berlin,

5. 거울을 이용하여 입체의 모양을 왜곡시킴으로 예술적 작품성을 갖게 하는 예를 보여준다.

6. 상자의 안쪽 면에 거울을 붙이고 옆면에 특징적인 그림(착시 그 림-첨부자료)을 놓아 거울에 비치는 모습을 통해 예술적인 조형물로 서의 아름다움이 있음을 발견한다.

2. 관찰결과는 거울에 비친 상이 어떻게 달라 보이는지를 기록하도 록 한다. (예, 좌우대칭, 앞뒤가 달라 보임, 거꾸로 보임, 짧게 보임 등)

MEMO

(47)

[참고자료]빛이란 무엇인가? 빛의 속성

▶빛의 입자론 - 뉴턴

빛의 속성에 대한 뉴턴의 처음 생각은 빛이라는 작은 입자가 충만 된 에테르라는 매질을 떨게 한다는 것이었다. 붉은 색은 긴 진동을, 푸른빛은 짧은 진동을 한다는 비교적 입자성과 파동성을 같이 포함 하는 이론을 주장하다가, 시간이 흐름에 따라 입자성으로 기울어지 게 되었다. 일상생활에서 볼 수 있는 파동은 쉽게 퍼져 버리는데 빛은 비교적 정확하게 직진한다는 사실이 파동성을 점점 멀리 하게 만들었던 것이다. 한편 비슷한 시기에 호이겐스라는 사람은 파동성 을 주장했는데 이로부터 굴절, 반사의 법칙을 검증할 수 있었고, 빛 의 편광현상도 발견했다. 그러나 뉴턴의 권위 때문에 빛이 입자라는 학설은 거의 150년 동안 흔들리지 않았다.

▶빛의 파동론 - 맥스웰

1800년대에 들어와서 빛이 파동일 수밖에 없는 새로운 현상들이 속속 관측되었다. 빛의 간섭, 회절, 물 속에서의 빛의 속도 등에 대 한 실험결과를 해석하기 위하여 빛은 파동일 수밖에 없는 것이다.

1860년대에 맥스웰이 빛은 전기장과 자기장이 교대로 출렁거리는 것이라는 것을 확인하고부터 빛에 대한 전모가 파악된 듯이 보였다.

즉 지금까지의 모든 실험결과는 빛을 파동으로 봤을 때 100% 설명 된다.

▶빛의 새로운 입자론 - 아인슈타인

20세기가 되기 전에 파동으로 설명 안 되는 새로운 실험결과들이 발표되었다. 즉 물체가 가열될 때 내는 빛의 색분포(흑체복사)와 빛 을 받은 금속이 방출하는 전자의 에너지 분포(광전효과)에 대한 실

(48)

사에 대한 해석을 할 수 있었고, 또한 아인슈타인은 과감하게 빛은 입자로서 바로 운동량과 에너지가 파장과 진동수에 의존한다는 제 안을 하여 광전효과를 설명할 수 있었다. 비록 뉴턴의 단순한 입자 설과는 거리가 멀지만 없어진지 50여 년 만에 부활되었다.

▶빛의 이중성과 양자역학

도대체 빛은 입자인가? 파동인가? 일견 논의는 다시 원점으로 돌아 간 것처럼 보인다. 이 둘은 공존하기 곤란한 성질이기에 더 혼란스 러울 수 있다. 그러나 입자로 해석해야 하는 명백한 증거도 충분하 고, 파동으로 해석해야 하는 명백한 증거도 충분하다. 따라서 이 두 성질을 다 가지고 있다고 해야 하므로 파동과 입자가 공존할 수 있 는 그림을 그려야 했다.

구슬이나 전자 등 명백한 입자 또한 파동의 성질을 가지고 있다는 양자의 개념이 나타나고부터 새로운 그림을 그릴 수 있게 되었다.

즉 양자역학이 빛과 물체를 망라하여 그 속성을 설명할 수 있는 통 일된 이론인 것이다.

MEMO

(49)

내용 이해하기

반사의 법칙 및

오목거울과 볼록거울을 이용한 반사의 원리

④

오목이와 볼록이의 탐구생활

1. 빛의 반사

(1) 뜻 : 빛이 한 매질에서 진행하다 다른 매질로 진행할 때 매질의 경계면에서 본래의 매질 쪽 으로 되돌아오는 현상

(2) 반사의 법칙

① 입사광선과 반사광선, 법선은 동일한 평면상에 있다.

② 입사각(



)과 반사각(



)은 같다.

입사각(



^)=반사각(



)

2. 평면거울에 의한 상 : 크기가 같고 좌우가 바뀌어 보임

(50)

3. 오목거울에서의 반사 : 거울에 가까이 있을 때는 실물보다 크고 똑바로 선 상이 거울 속에 보이 나, 거울과의 거리가 멀어지면 거울 속에는 실물보다 작은 상이 거꾸로 있는 모습이 보인다.

4. 볼록거울에서의 반사 : 거울과 물체사이의 거리와 관계없이 항상 실물보다 작고 똑바로 선 상이 보인다.

.

그림출처:천재교육 교과서 중2

(51)

활동지

탐구일자

반사의 법칙 및

오목거울과 볼록거울을 이용한 반사의 원리

④

오목이와 볼록이의 탐구생활

1. 반사의 법칙 실험

- 광학실험장치를 이용하여 반사의 법칙을 확인한다.

(1) 입사각이 30°일 때 반사각은 얼마인가? 실제 실험을 통해 반사각을 재보자.

반사각은 30°이다.

반사의 법칙이 적용되는 실험으로 입사각=반사각이다.

(2) 다음과 같은 각도로 빛을 비춘다면 반사각은 얼마나 될까?

사잇각 25°

반사각=65°

입사각은 반사면에 수직인 선(법선)과 입사광이 이루는 각으로 65°이고 따라서 반사각은 65°가 된다.

2.‘L’모양 구조물에 세워둔 거울에 비친 바닥의 상 관찰하고 기록해보자.

평면거울 오목거울 볼록거울

실물과 비교한

거울에 비친 상의 크기 실물과 같다. 가까운 곳에서는 더 길지

만 멀어지면 짧아진다. 더 작다.

거울에 비친 상의 방향 좌우가 바뀜 가까운 곳이면 똑바로 된 언제나

(52)

3. 네모 상자의 안쪽 한 면에 거울을 붙이고, 다른 쪽에 그림을 붙였을 때 거울에 비쳐진 상의 모습에 대해 설명해 보자.

4. 조명기구(손전등)에서 거울의 역할은 무엇인지 설명해 보자.

빛을 모아 바깥쪽으로 보낸다. 이 때 빛은 거울을 통해 반사된다.

형성평가

1. 입사각이 30°이면 반사각은 ( 45° ) 이다.

2. 오목거울과 볼록거울에 생긴 얼굴의 상은 거리에 따라 각각 어떻게 변하는가?

오목거울 – 가까운 곳에선 크고 똑바로 선 상, 멀어지면 거꾸로 된 상 볼록거울 – 언제나 똑바로 선 상

창의적 탐구 활동

1. 오목거울과 볼록거울 그리고 평면거울을 이용하면 실물과는 왜곡된 상을 보여줄 수 있다. 이를 예술에 이용할 수 있는 방법을 생각해 보고 재현해 보자.

안양 예술공원의 거울미로 평면거울을 이용한 예술 작품

2. 평면거울 2장을 붙인 후 그 사잇각을 90도로 하여 세웠을 때 바닥에 선을 어떻 게 그리면 사각형이 그려질까?

세워진 두 거울 바닥에 선을 긋는다.

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주제 패러다임의 전환3: 다른 빛을 이용하기 재귀반사지를 활용한 자기표현

목표 - 재귀반사의 원리를 이해한다.

- 재귀반사지를 이용한 자기표현을 할 수 있다.

학습자료

준비물

PPT자료, 글자나 모양이 인쇄된 재귀반사 시트, 모양 펀치, 일반 재귀반사지, 고휘도 반사지, 다리미, 순면 아닌 티(옷), 손수건

관련단원

Ⅵ-1.빛

(1)반사 법칙 미술

과학 (9)빛과 파동 미술

표현(주제표현, 표현방법,

⑤

우리의 보디가드, 재귀반사지

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⑤

우리의 보디가드, 재귀반사지

주제

패러다임의 전환3 : 다른 빛을 이용하기 재귀반사지를 이용한 자기 표현

1. PPT를 통해 우리 주변에서 재귀반사를 이용한 것들을 살펴본다.

2. 어떻게 빛을 밝게 반사해 낼까? 우리 생활 속에서 재귀반사의 유용성을 서로 이야기해 보도록 한다.

목표

- 재귀반사의 원리를 이해 한다.

-재귀반사지를 이용한 자기 표현을 할 수 있다.

학습자료

관련단원 과학

(9)빛과 파동 미술

교사

PPT자료, 글자나 모양이 인 쇄된 재귀반사 시트, 모양 펀치, 일반 재귀반사지, 고 휘도 반사지, 다리미, 순면 아닌 티셔츠(옷), 손수건

>>> 전개 / 소요시간 35분 1. 재귀반사의 원리를 알아본다.

→작은 프리즘이나 작은 구슬을 이용하여 빛이 들어온 방향으로 내보냄으로 재귀반사현상이 일어남.

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2. 재귀반사 현상의 이용

: 야간 안전버튼, 상표디자인, 야간 안전의상, 교통표지판

3. 재귀반사 시트를 이용한 자기표현

(1) 펀치를 이용하여 재귀반사지 이니셜 만들기 (2) 모양펀치를 이용하여 다양한 모양 만들기 (3) 다리미를 이용하여 손수건 또는 옷에 입히기 (4) 자신의 옷에 부착하여 패션디자인 하기

학생 필기도구

지도상 유의점

- 실생활을 잘 살펴보 면 과학의 원리를 이용 함으로 편리하고 안전 함을 증대시킬 수 있음 을 주지시킨다.

- 재귀반사지를 나를 표현하는 도구로서 사 용하여 에술적인 활동 의 시간이 될 수 있도 록 한다.

- 다림질을 할 경우 화 상을 당하지 않도록 주 의를 준다.

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출처

[자료] 2012 대한민국과학차의 축전 STEAM부문 동아리체험 부스운영자료-대성중학교 지도교사 곽효길

[참고자료]재귀반사지

1. 필요성

자동차 속에서 어두워진 밤길을 걷고 있는 학생들을 본 적이 있 는가? 운전을 하든 아니면 차를 타 있든, 앞에 있는 사람을 잘 인 식하지 못해서 갑자기 놀랄 때가 간혹 경험한 일이 있을 것이다.

특히 어린 학생의 경우 주위를 살피는 것이 쉽지 않기에 빛을 비 추었을 때 자신의 존재를 밝게 빛나는 안전버튼은 매우 필요할 것 으로 생각된다.

2. 프로그램 개요

밤길에 자전거를 타고 갈 때 자동차가 나를 보지 못할까봐 걱정이 된다. 그래서 자전거를 타는 많은 사람들은 LED등을 자전거에 달거 나 LED밴드를 몸에 부착하여 자신의 존재를 지나는 자동차에 알린 다. 하지만 이 경우에는 건전지라는 전원이 필요하기 때문에 건전지 의 전원이 다 되면 그 역할을 하지 못한다.

이 경우 더 좋은 것이 재귀반사판이다. 이것은 빛이 존재하면 그 빛 의 방향으로 다시 빛을 되돌려주기 때문에 전원이 필요 없으며 항 상 빛이 오는 방향으로 빛이 반사되기 때문에 확실하게 물체가 전 방에 어느 위치에 있음을 알 수 있다. 이번 프로그램에서는 고휘도 반사 시트지를 이용하여 문양이나 글자를 만들고 이를 버튼기에 넣 어 재귀반사 버튼을 만드는 것이다. 이 버튼을 가방 뒤쪽에 달고 다 닐 경우 학생들의 밤길 안전에 도움을 줄 수 있다고 생각된다.

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3. 과학‧수학적 배경 및 연계되는 교과내용 (또는 창의성과 연계되는 내용 기재)

중학교 과학과 고등학교 물리의 빛 단원에는 빛의 굴절과 반사에 대한 내용이 나온다. 중학교 과학과 고등학교 물리 빛 단원에서 프 리즘 안에서 전반사를 일으키는 2등변 직각 프리즘(전반사 프리즘) 으로 재귀 반사와 잠망경의 원리를 설명하기도 한다. 고등학교

「생활과 과학」책에 “밤에도 차선이 잘 보이는 이유는 무엇일 까?”라는 내용이 나온다.

4. 체험방법 가. 재료

반사시트(일반 반사시트 or 고휘도 반사시트), 가위, LED 손전 등, 알파벳 펀치, 원형 커터 칼, 버튼제작기, 버튼 재료(58mm, 75mm)

나. 체험내용

(1) 원하는 색상의 원형 반사시트 2장을 고른다.

(2) 알파벳 펀치를 이용하여 2장을 겹쳐 펀칭한다.

(3) 버튼재료에 배경시트를 붙인다.

(4) 글자를 배경시트 안에 빈 곳에 붙인다.

(5) 눈 가까이에서 버튼을 향해 빛을 쏘이면서 빛이 있을 때와 빛이 없을 때의 차이점을 관찰한다.

다. 주의사항

반사시트에서 유리 조각이 떨어져 나오므로 오린 후 손을 잘 털어준 후 다음 과정을 수행한다.

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그림출처

1. bookwangmedia 2. emergencyservicestimes 3. tshow.aving.net 4. bhi-workwear

5. 배경원리

재귀 반사는 어느 각도에서도 정반사와 같은 현상이 일어나게 된다.

이렇게 되는 원리는 표면에 존재하는 반사체 때문이다. 반사체는 빛 을 반사시킬 수 있는 유리구슬(비즈)이나 프리즘 형태가 들어가 있 어 들어오는 빛을 반사시키게 되는 데 이 때 유리구슬의 경우 표면 이 평면이 아닌데다 굴절도 일어나고, 프리즘의 경우 여러 반사를 통해 방향이 조절되기 때문에 다시 들어온 방향으로 빛이 반사되게 되는 것이다.

6. 일상생활에서 볼 수 있는 응용사례(구체적으로)

1. 도로 표지판 2. 로고문구와 안전판

3. 구급차 4. 경찰복

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활동지

탐구일자

재귀반사지를

이용한 자기표현

^⑤

우리의 보디가드, 재귀반사지

1. 재귀반사의 원리

: 작은 프리즘이나 ( 작은 구슬 )을 이용하여 빛이 들어온 방향으로 다시 되돌려 보내는 원리이다.

2. 재귀반사 시트를 이용한 자기표현

(1) 펀치를 이용하여 재귀반사지 이니셜 만들기 (2) 모양펀치를 이용하여 다양한 모양 만들기 (3) 다리미를 이용하여 손수건 또는 옷에 입히기

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형성평가

1. 재귀반사는 빛을 비추지 않아도 빛이 나는가?

아니오. 재귀반사는 광원이 될 수 없다. 단지 빛을 비추었을 때 비춘 방향으로 되돌아오는 현상이다.

2. 재귀반사는 반사의 법칙이 성립되는가?

예. 작은 프리즘이나 구슬에서 반사의 법칙이 성립한다.

재귀반사지의 반사 모습

생각해보기

1. 재귀반사현상은 실생활에서 어떤 곳에 이용되는가?

교통 표지판, 안전 배지, 안전조끼 및 신발 디자인에 사용되고 있다.

2. 재귀반사지를 예술적 작품에 이용하는 방법을 생각해 보자.

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