2차시 · 별의 밝기와 등급 · 교사용

동일한 광원에서 거리를 바꾸며 빛의 세기를 측정했다. 100 cm 지점의 빈칸에 들어갈 값은?

광원의 밝기와 센서 방향은 일정하다. 측정값은 이상적인 거리 제곱 법칙을 따른다.

1. ① 60 lx
2. ② 90 lx
3. ③ 180 lx
4. ④ 360 lx

출제 의도: 기준 거리의 배수를 이용하여 빛의 세기 표의 빈칸을 구한다.

유형 검토: 오투 PDF 9쪽: 거리와 빛의 세기 관계 유형 / 엔픽 PDF 26쪽: 변인을 고정하는 탐구 구성 유형 · 문항·그림 새로 구성

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같은 빛다발이 거리 d, 2d, 3d의 단면 A, B, C를 지난다. C에서 단위 면적이 받는 빛의 양은 A의 몇 배인가?

빛은 흡수되지 않고 각 단면에 고르게 퍼진다. 아래 사각형은 가상 단면의 정면도이다.

1. ① 1/3배
2. ② 1/6배
3. ③ 1/9배
4. ④ 9배

출제 의도: 거리비, 단면적비, 단위 면적당 빛의 양을 연결한다.

유형 검토: 오투 PDF 9쪽: 빛의 퍼짐과 단면적 유형 / 오투 PDF 10쪽: 거리별 관측 밝기 비교 유형 · 문항·그림 새로 구성

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별 A와 B가 내보내는 빛의 양은 같다. 지구에서 관측한 밝기가 A:B=9:1일 때, 지구에서 두 별까지의 거리 비 A:B는?

빛의 흡수는 무시한다. 그림의 막대는 관측 밝기의 상대값이다.

1. ① 1 : 3
2. ② 1 : 9
3. ③ 3 : 1
4. ④ 9 : 1

출제 의도: 실제 밝기가 같다는 조건에서 관측 밝기 비를 거리 비로 바꾼다.

유형 검토: 오투 PDF 9쪽: 실제 밝기가 같은 별의 거리와 관측 밝기 관계 유형 · 문항·그림 새로 구성

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별 A~D의 등급이 A=4, B=−1, C=2, D=0이다. 지구에서 밝게 보이는 순서로 옳은 것은?

모두 지구에서 관측한 등급이다.

1. ① A → C → D → B
2. ② D → B → C → A
3. ③ B → C → D → A
4. ④ B → D → C → A

출제 의도: 음수와 0을 포함한 등급을 밝기 순서로 바꾼다.

유형 검토: 오투 PDF 10쪽: 여러 별의 등급 순서 비교 유형 · 문항·그림 새로 구성

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별 P, Q, R의 등급은 각각 −2, 3, 8이다. P는 R보다 몇 배 밝게 보이는가?

5등급 차이는 밝기 100배 차이에 해당한다.

1. ① 100배
2. ② 1000배
3. ③ 10000배
4. ④ 100000배

출제 의도: 10등급 차이를 두 번의 5등급 차이로 나누어 밝기 비를 구한다.

유형 검토: 오투 PDF 9쪽: 5등급과 밝기 100배의 관계 유형 / 오투 PDF 10쪽: 등급 차로 밝기 비 계산 유형 · 문항·그림 새로 구성

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그림의 빛다발에 대한 설명으로 옳은 것만 고른 것은? ㄱ. A와 B를 통과하는 빛의 총량은 같다. ㄴ. B에서 같은 넓이 한 칸이 받는 빛은 A의 4배이다. ㄷ. 관측 위치를 B에서 A로 옮기면 밝기는 4배가 된다.

A~C는 같은 빛다발의 가상 단면이다. 광원의 밝기는 일정하며, 빛은 흡수되지 않고 각 단면에 고르게 퍼진다.

1. ① ㄱ
2. ② ㄴ
3. ③ ㄴ, ㄷ
4. ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ
5. ⑤ ㄱ, ㄷ

출제 의도: 광원이 내보내는 총량과 단위 면적당 도달하는 빛을 구분한다.

유형 검토: 오투 PDF 9쪽: 빛다발의 퍼짐과 총량·밝기 구분 유형 · 문항·그림 새로 구성

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같은 별 S를 A(20 pc)와 B(60 pc)에서 관측한다. A에서 B로 옮길 때 별까지의 거리와 관측 밝기가 각각 몇 배가 되는지 구하고, 어두워 보이는 까닭을 “빛이 퍼지는 면적”과 “단위 면적”을 포함하여 설명하시오.

별 자체의 밝기는 일정하며, 빛은 사방에 고르게 퍼지고 흡수되지 않는다.

• 4점: 거리 변화 60÷20=3배를 계산한다.
• 4점: 빛이 퍼지는 면적이 3×3=9배임을 설명한다.
• 4점: B에서 관측한 밝기가 A의 1/9배라고 쓴다.
• 8점: 빛의 총량은 같고 더 넓게 퍼져 단위 면적이 받는 양이 줄어든다고 두 필수 표현을 포함해 설명한다(총량 유지 4점, 단위 면적과 연결 4점).
• 인정: “같은 빛을 9배 넓이에 나누므로 같은 크기 센서에는 9분의 1이 도달한다”라는 같은 뜻의 설명.
• 불인정: 별이 빛을 적게 내거나 도중에 빛이 흡수되어 어두워졌다는 설명, 거리 배수 3만으로 밝기를 1/3배라고 한 답.

출제 의도: 같은 별이 멀리서 어두워 보이는 까닭을 빛의 총량과 단위 면적이 받는 양으로 설명한다.

유형 검토: 별과우주_02_강의.html#a2_04: 같은 빛의 총량과 퍼지는 면적 / 별과우주_02_강의.html#a2_05: 거리 3배와 밝기 1/9배 · 문항·그림 새로 구성

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한 모둠은 램프 A에서 1 m 떨어진 곳의 밝기 120 lx와 램프 B에서 2 m 떨어진 곳의 밝기 30 lx를 비교하고, 거리 제곱 법칙을 확인했다고 결론 내렸다. 이 결론의 문제점을 “광원”을 포함해 설명하고, 거리의 영향만 확인할 재실험 방법을 두 가지 조건을 들어 제안하시오.

두 램프 자체의 밝기가 같은지는 확인하지 않았다.

• 8점: 광원이 바뀌었고 두 광원 자체의 밝기가 같은지 확인하지 않았으므로 거리만의 효과를 판단하기 어렵다고 설명한다.
• 6점: 재실험에서 같은 광원을 사용한다고 제안한다.
• 6점: 센서 방향 또는 주변 밝기를 일정하게 두고 거리만 바꾼다고 제안한다.
• 인정: 광원 전원 설정을 같게 유지하고 동일 장치로 반복 측정한다는 제안.
• 불인정: “값이 우연이다”만 쓴 답, 다른 램프를 계속 바꾸면서 거리만 비교하자는 답.

출제 의도: 수치가 법칙과 맞아도 변인 통제가 부족하면 인과 결론이 약함을 설명한다.

유형 검토: 엔픽 PDF 26쪽: 탐구의 조작·통제 변인 판단 유형 / 오투 PDF 9쪽: 거리와 관측 밝기 관계 유형 · 문항·그림 새로 구성

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