발산적사고,수렵적사고,실험설계

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학생질문지

탐구실험설계과제

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교 1학년 대일도서 교과서(7차교육과정) 97p에 나오는 실험 내용입니다. 이 실험은 고체가 기체로 상태변화가 되더라도 질량이 변하지 않는다는 것을 검증하기 위한 실험입니다. 그런데, 이 실험 결과는 고체 드라이아이스가 기체 이산화탄소로 팽창하면 질량이 오히려 감소합니다. 이 실험을 지도해 보신 선생님은 다시는 이 실험을 학생들과 함께 할 수 없는 이유입니다.
과정 1. 비닐 주머니에 드라이아이스 덩어리를 몇 개 넣고, 비닐 주머니 속을 손으로
훑어서 공기를 모두 뺀 다음, 끈으로 단단히 묶는다.
2. 비닐 주머니를 윗접시저울 위에 올려놓고 질량 변화와 부피 변화를 관찰한다.
이 실험 결과 기체로 팽창할 때, 저울로 측정한 질량이 감소되는 이유는 고체가 기체로 승화할 때 질량이 감소되는 것이 아니고, 기체의 질량을 공기 중에서 측정하면 공기의 부력을 받아 가벼워지는 겁니다. 즉 기체의 질량에서 공기의 부력만큼 크기이 감소합니다. 만약 이산화탄소의 부피가 1L이었다면 공기의 부력은 실온에서 약 1g 정도의 크기를 가집니다. 그러니까, 위 실험을 하면 결과가 항상 작게 측정되는 것은 당연한 일입니다.
고체나 액체의 경우도 공기의 부력을 받습니다만 공기의 부력이 고체나 액체의 질량에 비해 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에 고체나 액체의 질량은 저울에 나타나는 값을 그대로 사용하는 것입니다.
헬륨 풍선이 뜨는 이유도 헬륨 풍선의 중력보다 공기의 부력이 크기 때문에 가능합니다. 기체에서도 액체와 같이 아르키메데스의 원리가 작용합니다.
<실험 설계>
이산화탄소의 밀도를 측정하기위해 알아야할 수치는 이산화탄소의 질량과 부피이다.
위의 실험 결과에 의하면 기체로 팽창할 때 공기 중에서 측정하면 공기의 부력을 받아 가벼워지므로 저울로 측정한 질량이 감소된다. 그러나 물체가 상태 변화할 때 질량은 변화하지 않기 때문에 드라이아이스일 때의 질량과 이산화탄소일 때의 질량은 같다. 그러므로 드라이아이스일 때 질량을 측정하여 이산화탄소의 질량으로 생각한다.
이산화탄소의 부피를 측정하기 위해서는 커다란 비커에 물을 담고 메스실린더를 뒤집어서 이산화탄소를 모아서 부피를 측정한다.
위의 단계에서 측정한 질량과 부피를 가지고 밀도를 계산하면 실험 완료이다.
※ 실험 설계 내용은 질문지 다음 페이지에 작성해서 제출하십시오. 좋은 실험 설계는 영제교육원에 3편 내외로 제출됩니다.
※ 모범 탐구실험설계는 평가 후 개인 메일로 보내드립니다.

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