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보이지 않는 힘을 다루는 법

겨울철 친구와 닿았을 때 '앗 따가!' 하는 정전기도, 방 안을 밝히는 전등도 모두 같은 이야기에서 시작합니다. 눈에 보이지 않는 전하가 움직이며 만드는 일들을, 이 단원에서 차근차근 따라갑니다.

📘 01 전기의 발생 📗 02 전기 회로와 에너지 📙 03 전류의 자기 작용 🗓️ 블록 세 개 · 8차시

01. 전기의 발생

■ 첫 번째 블록

공기 청정기의 필터에 미세 먼지가
달라붙는 까닭은 무엇일까?

필터의 구멍보다 작은 먼지인데도 그냥 통과하지 않고 필터에 딱 붙어 있습니다. 먼지를 문지른 사람도 없는데 말이죠. 아래 두 차시에서 단서를 하나씩 모으면 이 질문에 답할 수 있습니다.

대전된 필터와 미세 먼지 사이에 작용하는 힘은 무엇일까? — 1차시에서 찾습니다 대전된 필터와 미세 먼지 사이에 작용하는 힘은 전기력이다. —

문지른 적도 없는 먼지가 어떻게 전기를 띠게 될까? — 2차시에서 찾습니다 미세 먼지는 정전기 유도 현상으로 대전된 필터에 끌려 온다. —

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단서 두 개를 모두 모으면 블록 질문의 답이 열립니다. 미세 먼지는 정전기 유도로 필터와 가까운 쪽이 반대 전하를 띠게 되고, 그래서 대전된 필터로부터 끌어당기는 전기력을 받는다. 구멍보다 작아도 통과하지 못하고 달라붙는 까닭이다.

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중단원 지도 유의점 — 전하와 전하의 이동은 눈에 보이지 않으므로, 실험을 먼저 하고 원자 모형으로 설명하는 순서를 지킵니다. 마찰할 때 전자만 이동하고 원자핵은 이동하지 않는다는 점을 두 차시에서 반복해 짚어 주세요. 고무풍선은 문지른 뒤 바닥에 내려놓으면 쉽게 중성으로 돌아갑니다 — 모둠원이 들고 있게 하세요.

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수업 준비 완료

지지직의 정체
— 마찰 전기와 전기력

겨울철 친구와 닿는 순간 따끔한 그 일. 문지르면 전기가 새로 생기는 걸까요? 풍선과 면장갑으로 확인하고, 원자 그림으로 풀어 봅니다.

마찰 전기전기력대전·대전체전자의 이동

수업 열기 →

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오개념 둘 — ① 마찰하면 전기가 새로 만들어진다고 여깁니다(전자가 옮겨 갈 뿐, 총량은 그대로). ② (−)로 대전된 물체에는 (−)전하만 있다고 여깁니다((+)도 그대로 있고 (−)가 더 많아진 것).

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수업 준비 완료

문지르지 않은 캔은 왜 끌려올까
— 정전기 유도

빈 알루미늄 캔 옆에 (−)빨대를 가져가면 무슨 일이 일어날까요. (−)빨대를 대도, (+)털가죽을 대도 늘 끌려옵니다. 왜 항상 끌리기만 할까요?

정전기 유도전자의 이동인력가상 실험실

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오개념 둘 — ① (+)를 띠는 쪽에는 (+)전하만 있다고 여깁니다(전자가 빠져나가 (−)가 줄어든 것). ② 원자핵도 함께 이동한다고 여깁니다(움직이는 것은 전자뿐). 가상 실험·모형으로 전하의 이동을 보여 주라는 것이 지도서의 직접 지시입니다.

02. 전기 회로와 에너지

■ 두 번째 블록

팬이 작동할 때 전기 회로에서
어떤 일이 일어날까?

공기 청정기의 전원을 켜면 안에 있는 팬이 돌면서 실내 공기를 빨아들입니다. 버튼 하나를 눌렀을 뿐인데, 보이지 않는 회로 속에서는 무슨 일이 벌어지고 있을까요? 3차시와 6차시에서 단서를 하나씩 모으면 이 질문에 답할 수 있습니다.

전원을 켜면 회로에서 무엇이 흐르기 시작할까? — 3차시에서 찾습니다 공기 청정기의 전원을 켜면 내부의 전기 회로에 전류가 흘러 팬이 돌아간다. —

팬을 돌리는 에너지는 어디에서 와서 무엇으로 바뀔까? — 6차시에서 찾습니다 공기 청정기는 먼지를 모으기 위해 전기 에너지를 운동 에너지로 전환하여 사용한다. —

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단서 두 개를 모두 모으면 블록 질문의 답이 열립니다. 전원을 켜면 내부의 전기 회로에 전류가 흘러 전기 에너지가 공급되고, 팬은 이 전기 에너지를 운동 에너지로 전환하며 돌아간다. 버튼 하나로 공기가 움직이기 시작하는 까닭이다.

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중단원 지도 유의점 — 이 중단원의 심장은 전류의 방향이 전자의 이동 방향과 반대라는 약속입니다. 3차시에서 모형으로 확실히 잡아야 뒤가 편합니다. 물질의 저항을 알아보는 실험(4차시)은 지도서 지시대로 스마트 기기 가상 실험을 함께 쓰세요. 단서 ①과 단서 ②는 각 차시 안에 있습니다 — 해당 차시 끝에 학생이 직접 찾아 적게 하면 회수가 잘 됩니다.

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들어가기 · 20분

회로를 그리기 전에, 기호부터
— 기본 다지기

전지·저항·전구·스위치의 전기 기호를 카드로 외우고, 이 중단원을 배우는 데 필요한 선수 지식이 남아 있는지 8문항으로 점검합니다. 차시가 아니라 준비 시간이에요.

전기 기호카드 암기선수 지식 점검

준비하러 가기 →

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쓰는 때 — 3차시 도입 5~10분, 또는 결시생·부진 학생의 개별 보충용으로 쓰면 좋습니다. 점검 문항 7번(전지 두 개 직렬 → 밝아진다)은 5차시 저항의 직렬연결과 결과가 반대라 일부러 넣었습니다 — 여기서 미리 갈라 두세요.

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수업 준비 완료

풍선이 전구를 켰다
— 전하의 이동과 전류

대전된 고무풍선을 알루미늄 컵에 대면 네온전구가 깜빡 켜집니다. 전지도 없이요. 전하의 흐름을 물의 흐름에 빗대고, 전류의 방향 약속까지 따라갑니다.

전류전류의 방향전자의 이동물의 흐름 모형🧩 단서 ①

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오개념 둘 — ① 전류가 흐르지 않으면 전자가 멈춰 있다고 여깁니다(전자는 늘 움직이고 있고, 알짜 흐름이 없을 뿐). ② 물의 흐름 모형의 한계 — 물길이 끊어지면 끊어진 곳에서 물이 흘러나오지만, 전선이 끊어지면 전류는 흐르지 않습니다. 전류를 물과 동일시하지 않게 짚어 주세요.

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수업 준비 완료

같은 전지인데 왜 밝기가 다를까
— 전압·저항과 옴의 법칙

전압을 높이면 전류가 세지고, 니크롬선이 길어지면 약해집니다. 측정값을 그래프로 바꿔 전류·전압·저항의 관계를 식 하나로 세웁니다. 도체와 부도체 가려내기까지.

전압저항옴의 법칙도체·부도체·반도체

수업 열기 →

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오개념 — 옴의 법칙을 공식으로만 외우면 "저항이 전압에 비례해 커진다"는 오개념이 생깁니다. 전압은 조작 변인, 전류는 종속 변인, 저항은 통제 변인 — 저항은 물질의 종류와 모양이 정하는 값임을 변인 관계로 이해시키세요. 니크롬선은 뜨거워지면 저항이 달라지므로 측정값을 읽은 뒤 바로 스위치를 엽니다.

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수업 준비 완료

한 줄로 이을까, 나란히 이을까
— 저항의 직렬연결과 병렬연결

간판 조명 하나가 꺼져도 나머지는 멀쩡합니다. 전구 두 개를 잇는 길이 두 가지 — 하나를 빼 보면 차이가 드러납니다. 퓨즈와 멀티탭의 속사정까지.

직렬연결병렬연결퓨즈멀티탭

수업 열기 →

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오개념 — 직렬 회로에서 "(−)극에 가까운 전구가 먼저 켜진다"고 여깁니다. 스위치를 닫으면 도선 속 전자가 모두 동시에 움직이기 시작하므로 두 전구는 동시에 켜집니다. 합성 저항 계산과 혼합 연결은 지도하지 않습니다(교과서 범위 밖). 전지 대신 직류 전원 장치를 쓰세요 — 전지는 내부 저항 때문에 오류가 납니다.

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수업 준비 완료

전기난로가 전기를 먹는 속도
— 전기 에너지의 전환과 소비 전력

같은 전기인데 선풍기는 바람을, 전기난로는 열을 만듭니다. 1초 동안 쓰는 전기 에너지 — 소비 전력(W)을 읽으면 효율적인 기구를 고를 수 있습니다.

전기 에너지에너지 전환소비 전력🧩 단서 ②

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오개념 둘 — ① "소비 전력이 큰 기구 = 좋은 기구"가 아닙니다. 성능이 같다면 소비 전력이 작은 쪽이 효율적입니다. ② 전기 에너지는 한 가지 에너지로만 전환되지 않으므로, 기구의 사용 목적에 맞는 주된 전환을 답하게 하세요. 소비 전력은 정량 계산보다 에너지 전환 관점으로 다룹니다(지도서 유의점).

전기 회로 복습 게임

🏝️복습 1차시 · 첫 탐험 2차시 · 나만의 섬

놀러오세요 전기의 숲

주민의 부탁을 해결하며 전압·전류·저항, 옴의 법칙과 직렬·병렬을 탐험해요. 회로를 바꾸고 측정값을 직접 기록한 뒤, 내 해결책과 과학적 이유를 한 권의 탐험일지로 완성해요.

터치·키보드로 조작 · Step별 힌트 · 세 가지 필수 일지 · 제출용 파일 저장

내 섬으로 출발하기 →

03. 전류의 자기 작용

■ 세 번째 블록

전동기를 더 빨리 회전하게 하려면
어떻게 해야 할까?

드라이어가 바람을 만드는 것은 안에 있는 전동기가 날개를 돌리기 때문입니다. 전동기가 더 빨리 회전하면 머리를 더 빨리 말릴 수 있겠죠. 전동기 안에는 코일과 자석이 들어 있습니다. 7차시와 8차시에서 단서를 하나씩 모으면 이 질문에 답할 수 있습니다.

코일에 흐르는 전류의 세기를 바꾸면 자기장은 어떻게 될까? — 7차시에서 찾습니다 코일에 흐르는 전류의 세기가 세지면 코일 주위의 자기장의 세기가 증가한다. —

전동기 안에서 코일은 왜 회전할까? — 8차시에서 찾습니다 전동기 안의 코일에 전류가 흐르면 자석과 코일 사이에 서로 밀거나 당기는 힘이 작용하여 코일이 회전한다. —

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단서 두 개를 모두 모으면 블록 질문의 답이 열립니다. 코일에 전류가 흐르면 자석과 코일 사이에 힘이 작용하여 코일이 회전한다. 코일에 흐르는 전류의 세기를 세게 하면 코일과 자석 사이에 작용하는 힘이 커져 전동기가 더 빠르게 회전하게 된다.

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중단원 지도 유의점 — 코일을 이용해 전류의 세기·방향에 따른 자기장의 세기·방향을 정성적으로 확인하고, 전동기의 원리는 전류가 흐르는 코일과 자석의 상호작용 관점으로 지도합니다. 도입 사진(드라이어)으로 "전동기 안에 코일과 자석이 있다"를 먼저 심고 초등 전자석을 소환하세요. 단서 ①과 단서 ②는 각 차시 안에 — 차시 끝에 학생이 직접 찾아 적게 하면 회수가 잘 됩니다.

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수업 준비 완료

스위치를 켜자 나침반이 돌았다
— 전류가 흐르는 코일 주위의 자기장

코일이 액자 속 자석을 끌어당겨 공중에 띄웁니다. 스위치를 닫으면 옆에 둔 나침반이 홱 돌아가고요. 전류가 만드는 자기장을 오른손으로 읽는 법까지 익힙니다.

자기장코일·전자석오른손 규칙전류의 세기🧩 단서 ①

수업 열기 →

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오개념 둘 — ① 전류를 끊어도 코일이 자석으로 남아 있다고 여깁니다(전자석은 전류가 흐를 때만 자석). ② 나침반이 전선 자체에 끌렸다고 여깁니다(코일이 만든 자기장 때문). 지도서 지시 — 자기력선은 다루지 않고 철 가루 배열로 자기장의 모습을 보입니다. 실험은 관찰할 때만 스위치를 닫으세요(코일 발열·화상 주의, 전류가 약하면 지구 자기장 영향이 커집니다).

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수업 준비 완료

전류가 흐르자 코일이 움직였다
— 코일이 받는 힘, 전동기와 스피커

자기장 안에 놓인 코일에 전류가 흐르면 코일이 힘을 받아 움직입니다. 같은 극은 밀고 다른 극은 당기고 — 이 힘이 이어지면 회전이 됩니다. 드론의 전동기와 스피커의 속사정.

코일이 받는 힘전동기스피커🧩 단서 ②

수업 열기 →

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오개념 — 코일이 자석에 '붙어서' 도는 것이 아니라, 같은 극은 밀고 다른 극은 당기는 힘이 이어지며 회전합니다. 학생들이 코일의 자극 찾기를 어려워하면 초등 전자석과 연계해 코일 내부에 자석 모양을 그리게 하세요(지도서 제안). 자기장·전류·힘의 방향 관계(수직)는 다루지 않고, 전류의 방향이 바뀌면 힘의 방향이 바뀐다는 수준까지만 다룹니다.

3D 실험실

✋ 오른손 규칙 3D 트레이너 직선 도선·원형 도선·코일의 자기장을 3D로 — 나침반을 끌고 다니며 확인 (7차시와 함께) ⚙️ 전류가 흐르면, 왜 움직일까? 전동기·말굽자석 그네·알루미늄 포일 3D 실험 — 핵심 순간에 멈춰 관찰하고 교사용 모드로 시연해요 (8차시와 함께) 🧲 자석을 움직이자 전류가 생겼다 전자기 유도·발전기 3D — 전동기의 다음 이야기 (8차시와 함께)

이야기보따리

🧲교사 구두 전달용 · 20장면

전기와 자기 이야기
— 문지른 호박 한 조각에서 빛의 정체까지

영상을 틀지 않고 선생님이 직접 들려주는 강연용 자료입니다. 화면을 넘기며 이야기하면 장면마다 애니메이션이 받쳐 줍니다. 호박과 자철석에서 시작해 정전기 유도·전구가 켜지는 진짜 원리·외르스테드·앙페르·패러데이를 지나 맥스웰과 빛의 정체까지 이어집니다. 자석 기차, 구리관 낙하, 발전소 원리도 들어 있어요.

📺 〈취미는 과학〉 전자기학 편(출연: KAIST 물리학과 김갑진 교수)과 〈나의 두 번째 교과서〉 과학 3강 — 전자기학의 내용을 바탕으로 만들었습니다

이야기 열기 →

이 단원을 배우기 전에

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「물질의 구성」에서 이미 배운 것 — 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있고, 원자핵의 (+)전하량과 전자의 (−)전하량이 같아 원자는 전기적으로 중성이다. 원자가 전자를 잃으면 양이온, 얻으면 음이온이 된다.
→ 01의 두 차시는 이 원자 모형을 기억하고 있어야 설명이 됩니다. 수업 전에 한 번 짚고 시작하세요.

🔬 가상실험실 — 차시별 모음

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기자재가 없어도, 집에서도 — 각 차시에서 다루는 개념을 직접 조작해 볼 수 있는 외부 시뮬레이터입니다. 모두 무료·설치 없이 브라우저에서 바로 열리고, 새 창으로 뜹니다.
→ 전자칠판에 띄워 함께 조작하거나, 과제로 링크만 보내 주셔도 됩니다. 각 차시 페이지 안에도 같은 링크가 들어 있어요.

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마찰전기 · 자바실험실1차시 — 두 물체를 문지르면 전자가 어느 쪽으로 옮겨 가는지

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풍선과 정전기 · PhET1차시 — 풍선을 스웨터에 문지르며 전자의 이동을 눈으로 확인

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존 트라볼티지 · PhET1차시 — 발을 문질러 전자를 모으고 문고리에서 방전시키기

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라이덴 병 · 자바실험실1~2차시 — 전하를 모아 두었다가 한꺼번에 방전시키기

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전기력선 · 자바실험실2차시 — (+)와 (−) 주위에 전기력이 어떻게 뻗는지

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전류, 전도체, 부도체 · 자바실험실3차시 — 도선 속 전자의 흐름과 물질에 따른 차이