파동실험-정상파 발생장치 만들기

정상파를 지도할 때 유용한 탐구활동입니다. 정상파는 직접 눈으로 보고 느껴야 학습효과가 크더라구요.

아래의 탐구활동을 방과후활동 등에 활용하면 좋을 듯하여 소개합니다.

탐구활동 : 정상파 발생장치 만들기

1. 활동준비

    스위치, 건전지, 건전지 홀더, 전선, 실(약2m), 수축튜브, 글루건, 송곳, 유성펜, 병뚜껑, 가스라이터, 양면테이프

2. 만들고 해보기 

가. 제작과정

  1) 건전지 홀더에 연결된 전선을 벗겨내고 스위치와 수축튜브를 이용하여 연결한 후 양면테이프와 글루건을 이용하여 스위치를 건전지 홀더에 붙인다. 

  2) 모터에 스위치와 건전지 홀더의 남은 전선을 각가 연결한 후 양면테이프와 글루건을 사용하여 건전지 홀더에 떨어지지 않게 부착한다.

  3) 모터를 건전지 홀더에 부찰할 때 회전축 부분이 홀더보다 바깥쪽으로 나오도록 모터를 부착한다.

  4) 병뚜껑 가장자리에 송곳으로 구멍을 뚫어 모터가 부착된 건전지 홀더에 연결한다. 병뚜껑 중앙에 구멍을 뚫지 않도록 주의 한다.

  5) 병뚜껑이 연결된 반대쪽에 실을 묶는다. 이때 실이 풀리지 않도록 꼭 묶도록 한다. 글루건을 사용하면 실이 더 단단히 Twister와 고정될 수 있다.

나. 실험방법

  1) 한 손으로 실의 길이가 약 1m정도 되도록 실을 잡은 후 다른 한손으로 스위치를 켠다.

  2) 스위치를 켠 후 실을 잡고 있지 않은 손으로 실의 길이를 조절 하면서 정상파가 발생하도록 한다.

  3) 발생한 정상파의 파장을 알아본다.

 다. 결과

  (1) 발생한 정상파의 파장은 얼마인가?

 라. 토론

  1) 위의 실험을 토대로 정상파가 만들어지는 원리에 대하여 설명해 보자.

  2) 정상파의 파장은 어떻게 측정하였는가?

      

    정상파의 파장을 측정할 수 있는 방법에 대하여 토론하여 보자

[교사 tip] 학생들이 가장 많이 하는 실수는 그림에서와 같이 줄에 일정한 간격 예를 들어 10cm로 색을 칠한 경우 색을 이용하여 줄의 길이를 어림하고 이것을 이용하여 정상파의 파장을 구하경우가 많다. 그러므로 정상파의 파장은 줄의 길이가 아닌 같은 위상사이의 거리임을 명확하게 알 수 있는 계기가 될 수 있도록 한다.병뚜껑의 중심과 전동기 축의 중심이 맞지 않은 상태에서 전동기축이 회전하면 두 물체의 회전축들이 서로 일치하지 않기 때문에 진동이 생기게 된다 이 진동이 이 장치의 진동원이 된다 진동원에서 발생한 진동은 줄을 따라 이동하고 줄 끝을 잡고 있는 손에서 반사되어 되돌아간다. 이때 진동원에서 발생한 파동과 손끝에서 반사된 파동이 겹쳐져 정상파가 만들어진다.

참고로 정상파의 발생원리와 관련한 시뮬레이션(가상실험)을 참고하고 싶으시면 아래의 링크를 참고해 주시기 바랍니다. 정상파 발생과 관련한 가상실험을 통해 확인하실 수 있습니다. 

링크

정상파의 생성과정(가상실험)(http://yjh-phys.tistory.com/42)