사이클로이드 진자운동을 수업에 활용

소개글

사이클로이드 진자운동을 수업에 활용에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

준비물
실, 추, 가위, 줄자, 초시계, 스탠드, 흰 종이, 사이클로이드 진자(앞에서 만든 사이클로이드 진자의 구슬 부분을 고리 모양으로 만들어 추를 끼울 수 있게 한다.)
탐구 방법
그림과 같이 실과 추를 연결하여 진자를 만들고 사이클로이드 진자도 준비해 두자. 먼저 단진자의 궤적과 사이클로이드의 궤적을 확인한 후 진자의 주기와 관계가 있다고 생각되는 것을 선택한 후, 실험을 통해 확인해 보자.
[탐구 1] 단진자와 사이클로이드 진자의 궤적을 그려보자.
추의 질량과 진폭을 일정하게 하고, 진자의 길이를 고정한 다음 단진자가 왕복 운동하는 모양을 점으로 표시하거나 사진으로 찍어 그린다.
단진자가 이동하는 궤도는 어떤 모양인가?
사이클로이드 진자의 질량과 진폭을 일정하게 하고, 진자의 길이를 고정한 다음 사이클로이드 진자가 왕복 운동하는 모양을 점으로 표시하거나 사진으로 찍어 그린다.
사이클로이드 진자가 이동하는 궤도는 어떤 모양인가?
[탐구 2] 진자의 주기는 진자의 진폭에 따라 변하는지 알아보자.
단진자와 사이클로이드 진자의 10회 왕복 운동하는 데 걸리는 시간은 각각 몇 초이고 주기는 얼마인지 표에 기록해보자.
1)단진자
진자의 길이 : 22cm, 진폭 : 7.5cm, 질량 : 50g
횟 수
1
2
3
평균
주기(s)
10회 왕복 운동 시간(s)
진자의 길이 : 22cm, 진폭 : 15cm, 질량 : 50g
횟 수
1
2
3
평균
주기(s)
10회 왕복 운동 시간(s)
2)사이클로이드 진자
진자의 길이 : 22cm, 진폭 : 7.55cm, 질량 : 50g
횟 수
1
2
3
평균
주기(s)
10회 왕복 운동 시간(s)
진자의 길이 : 22cm, 진폭 : 15cm, 질량 : 50g
횟 수
1
2
3
평균
주기(s)
10회 왕복 운동 시간(s)
단진자의 주기는 길이에 따라 변했는가?
사이클로이드 진자의 주기는 길이에 따라 변했는가?
[탐구 3] 진자의 주기는 추의 질량에 따라 변하는지 알아보자.
단진자와 사이클로이드 진자의 10회 왕복 운동하는 데 걸리는 시간은 각각 몇 초이고 주기는 얼마인지 표에 기록해보자.
1)단진자
진자의 길이 : 22cm, 진폭 : 7cm, 질량 : 50g
횟 수
1
2
3
평균
주기(s)
10회 왕복 운동 시간(s)
진자의 길이 : 22cm, 진폭 : 7cm, 질량 : 100g
횟 수
1
2
3
평균
주기(s)
10회 왕복 운동 시간(s)
2)사이클로이드 진자
진자의 길이 : 22cm, 진폭 : 7cm, 질량 : 50g
횟 수
1
2
3
평균
주기(s)
10회 왕복 운동 시간(s)
진자의 길이 : 22cm, 진폭 : 7cm, 질량 : 100g
횟 수
1
2
3
평균
주기(s)
10회 왕복 운동 시간(s)
단진자의 주기는 질량에 따라 변했는가?
사이클로이드 진자의 주기는 질량에 따라 변했는가?
탐구 결과
및
토론
1. 추가 10회 왕복 운동하는 데 걸리는 시간을 측정하여 주기를 구하는 까닭은 무엇인가?
2. 단진자와 사이클로이드 진자의 궤도는 어떤 모양이며 왜 그러한지 토의해 보자.
3. 단진자의 주기는 실의 길이에 따라 어떻게 되는가? 진폭이 작은 여러 경우의
주기는 비슷한가? 진폭이 큰 경우의 주기는 다른가? 다르다면 왜 그런지에
대해서 토의해 보자.
4. 사이클로이드 진자의 주기는 실의 길이에 따라 어떻게 되는가?
진폭에 띠라 주기는 어떠한가?
3) 물리 수업에 활용하는 방안
물리 수업을 하는 중에 단진자 운동과 사이클로이드 진자 운동의 시물레이션을 보여 주는 방법으로
단진자 운동은 Interactive physics program 으로 만들었고 사이클로이드 진자 운동은 mathematica program 을 이용하는 방법으로 mathematica는 앞에서 소개 했고 단진자 운동 프로그램은 그림5와 같다.
그림5. 단진자 운동의 Interactive physics를 이용한 프로그램
Ⅲ 결론
사이클로이드 진자를 물리 수업에 소개하는 것은 아주 흥미 있는 좋은 주제이지만 우선 학생들이 실의 길이가 길게 하여 진폭을 작게 해도 관찰이 용이하도록 기존 교과서 설계함을 미리 주지시켜 오개념이 없도록 해야겠다. 사이클로이드 진자를 만들어 보고 실험에 활용할 방안도 생각해 보았는데 시간이 부족하다면 업체에 만들어 달라고 설계도를 보내어 주문하는 것도 좋은 방법인 것 같다. 그리고 다음에는사이클로이드 진자의 주기가 항상 같은 것을 이용하는 사이클로이드 레일을 만들어 구슬이 동시에 도착한다는 것을 커텐 레일과 구슬로 만들어 보고 싶다.

키워드

사이클로이드,   진자운동,   실험보고서,   역학실험,   수업에 활용,   물리교육