이 실험 소개
손전등, 초인종, 장난감 자동차에는 모두 같은 것이 필요합니다. 배터리 한쪽 끝에서 기기를 거쳐 다른 쪽 끝으로 돌아오는 끊김 없는 회로입니다. 이 실험에서 아이들은 전선으로 배터리, 전구, 스위치를 연결하고 어떤 연결 방식이 작동하는지 직접 알아봅니다. 네 가지 퍼즐을 통해 전구의 같은 부분에 전선 두 개를 연결하는 것, 회로가 끊긴 것, 스위치가 꺼진 것, 전구 두 개가 하나의 경로를 공유하는 것과 같은 흔한 실수를 살펴봅니다.
학습 목표
- 전구에 불이 켜지는 간단한 회로 만들기
- 회로는 틈 없이 이어진 완전한 고리여야 한다고 설명하기
- 전구의 두 접점을 찾아 둘 다 사용해야 하는 이유 설명하기
- 스위치로 회로를 열고 닫기
- 전지나 전구를 추가하면 전구의 밝기가 어떻게 달라지는지 설명하기
사용 방법
- 1무엇이든 만지기 전에 물어보세요. “전구 하나를 켜려면 전선이 몇 개 필요할까요?” 예상한 답을 적어 보세요.
- 2전구에 불이 켜지는 회로를 만들어 보세요. 그런 다음 전선 하나만으로 불을 켜 보세요. 가능할까요?
- 3퍼즐 1에 도전해 보세요. 전선은 전구의 어디에 닿아 있나요? 전구에 불이 켜지도록 전선 하나를 옮겨 보세요.
- 4퍼즐 2와 퍼즐 3을 풀어 보세요. 각각의 오류를 한 문장으로 설명하세요.
- 5작동하는 회로에 스위치를 추가하세요. 회로의 어느 위치에 스위치를 놓아도 상관없을까요?
- 6전지를 1개로 바꾼 다음 3개로 바꿔 보세요. 전구는 어떻게 되나요? 전구에 전압이 표시되어 있는 이유는 무엇일까요?
- 7퍼즐 4를 풀어 보세요. 전구 두 개가 모두 밝게 빛나도록 연결하는 방법을 찾아보세요.
모델
가정
- 전지 하나는 1.5 V를 공급합니다. 전구는 2.5 V, 0.3 A의 손전등용 전구이며 저항이 일정하다고 가정하므로, 밝기는 전류에 따라 달라집니다.
- 전선에는 저항이 없습니다. 전선으로 +와 −를 직접 연결하면 단락이 일어나 배터리가 뜨거워지고 다른 것은 아무것도 작동하지 않습니다.
- 전구에는 접점이 두 개 있습니다. 아래쪽 끝부분과 금속 나사형 몸체입니다. 유리 안에서 필라멘트가 두 접점을 연결합니다.
- 전류가 정격의 약 1.6배를 넘으면 전구가 끊어집니다. 실제 필라멘트에는 차이가 있습니다.
수업에서 해 보기
- Q1전구에는 왜 전선이 하나가 아니라 두 개 필요한가요?
- Q2손전등이 작동하지 않습니다. 원인이 될 수 있는 것을 세 가지 말해 보세요.
- Q3전지의 양쪽 끝을 전선 하나로만 연결하면 왜 위험한가요?
- Q4전구 두 개를 직렬로 연결하면 전구 하나만 켰을 때보다 더 어둡습니다. 왜 그럴까요?
- Q5회로를 완성하기 위해 전선 대신 사용할 수 있는 재료 세 가지와 사용할 수 없는 재료 세 가지를 말해 보세요.
자주 묻는 질문
이 실험에서 전선을 따라 움직이는 대시 표시는 무엇을 보여 주나요?
대시 표시는 작동하는 회로를 이루는 전선을 나타냅니다. 실제 전선 안에서는 어떤 것이 움직이는 모습을 볼 수 없습니다. 전자라고 불리는 작은 전하 입자들이 회로 전체의 금속 안을 동시에 이동합니다.
학교에서 단락을 시험해 보는 것은 안전한가요?
작은 전지 하나만 사용하면 전지와 전선이 따뜻해지고 전지가 방전될 뿐이지만, 일부러 해서는 안 됩니다. 가정용 전원이나 충전식 배터리로는 절대 하지 마세요. 매우 뜨거워지거나 불이 날 수 있습니다.
퍼즐 4는 어떻게 연결해야 하나요?
각 전구에서 배터리로 돌아가는 경로를 따로 만드세요. 배터리의 +극에서 각 전구의 끝부분까지 전선 하나를 연결하고, 각 전구의 옆면에서 −극까지 전선 하나를 연결합니다. 이를 병렬 회로라고 합니다. 각 전구에는 배터리 전압이 모두 걸리므로 두 전구 모두 밝게 빛납니다.