물리Ⅰ(2009)

1. 개요2. 내용

2.1. Ⅰ. 시공간과 우주

2.1.1. 1. 시간, 공간, 운동2.1.2. 2. 시공간의 새로운 이해

2.2. Ⅱ. 물질과 전자기장

2.2.1. 1. 전자기장2.2.2. 2. 물질의 구조와 성질

2.3. Ⅲ. 정보와 통신

2.3.1. 1. 소리와 빛2.3.2. 2. 정보의 전달과 저장

2.4. Ⅳ. 에너지

2.4.1. 1. 에너지의 발생2.4.2. 2. 힘과 에너지의 이용

3. 여담4. 관련 문서

1. 개요 [편집]

개정된 교육과정은 물리 Ⅰ에서 실생활 관련 주제를 이해하고 문제 해결을 위해 필요한 물리 개념과 이론들을 중심으로 구성 제시하였다. '과학' 과목에서 제시한 내용 전개와 연속성을 유지하면서, 고전적인 물리학 분야의 구분과 달리 '시공간과 우주', '물질과 전자기장', '정보와 통신', '에너지' 등 4개의 영역으로 새롭게 구성하였다. 시대의 변화에 맞추어 교육 과정 체제를 개정하고, 새로운 교과 내용이 학생들의 요구와 부합되어 학습 효과를 향상시켜 보려는 시도이다. 학생들이 일상생활의 친숙한 현상이나 첨단 기기들에 대한 물리학의 기초 개념들을 이해하도록 하였다. 현대 물리 내용이 도입되고 학생들이 완전한 이해에 도달하지는 못하더라도 정성적인 이해는 가능하도록 하여, 학생들이 향후 더 전문적인 이론 탐구에 대한 흥미와 호기심을 얻고자 하였다. 또한 다른 분야로 진출해서도 이러한 개념이 사용되는 상황을 만나게 될 때 도움을 얻게 하였다.
천재교육 물리Ⅰ의 머리말

‘물리Ⅰ’은 물리학의 기본 개념을 바탕으로 자연 현상과 첨단 과학 기술에 대한 이해를 기본 목표로 하며, 궁극적으로 민주사회의 시민으로서 갖추어야 할 물리학에 대한 소양을 함양하기 위한 과목이다.(2009개정 교육과정 물리Ⅰ 각론)

7차 교육과정의 물리Ⅰ은 물리Ⅰ(7차) 문서를 참고하고, 2015 개정 교육과정에서 이 과목을 계승한 과목은 물리학Ⅰ 문서를 참고하기 바란다.

2. 내용 [편집]

시공간과 우주
- 시간, 공간, 운동: 시간의 측정과 표준, 길이의 측정과 표준, 뉴턴 운동법칙, 운동량과 충격량, 역학적 에너지 보존 법칙
- 시공간의 새로운 이해: 중력의 발견, 상대성 이론, 블랙홀과 중력렌즈, 우주 모형, 4가지 상호작용과 기본입자

물질과 전자기장
- 전자기장: 전기장과 전기력선, 정전기 유도와 유전 분극, 자기장과 자기력선, 유도전류와 패러데이 법칙
- 물질의 구조와 성질: 에너지 준위와 빛의 방출, 에너지띠 이론, 반도체, 신소재

정보와 통신
- 소리와 빛: 음파와 초음파, 화음과 소음, 마이크와 전기신호, 광전효과와 광센서, 색채 인식과 영상장치
- 정보의 전달과 저장: 전자기파의 스펙트럼, 안테나와 무선통신, 광케이블, 교류와 신호조절, 정보저장장치

에너지
- 에너지의 발생: 기전력, 전기 에너지, 발전기, 핵발전, 핵융합과 태양에너지, 태양전지, 여러 가지 발전
- 힘과 에너지의 이용: 힘의 전달과 돌림힘, 힘의 평형과 안정성, 유체의 법칙, 열역학 법칙과 열기관, 열전달, 상태변화와 기상현상, 전기에너지 이용

2.1. Ⅰ. 시공간과 우주 [편집]

2.1.1. 1. 시간, 공간, 운동 [편집]

공식을 안다고 해서 문제를 다 안다는 생각은 절대금지다.
고전 역학을 배우는 단원으로, 역학의 기초 내용을 다룬다. 원래 이 부분에서는 미분과 적분을 이용하여 설명해야 하지만, 학습자가 아직 미분과 적분을 배우지 않은 것을 전제로 두기 때문에 설명할 때 속도-시간 그래프(대체로 선형그래프)를 제시하고 그래프와 x축 사이의 넓이가 변위이고 그래프의 기울기를 가속도라고만 간단히 설명한다.

2.1.2. 2. 시공간의 새로운 이해 [편집]

앞에서 어렵다고 역학 포기하고 1-2단원을 보자 하면, 융합형 과학을 배우고 온 세대는 익숙한 케플러 법칙이 반겨준다. 우주론과 기본 입자 파트는 개정 전 물리Ⅱ에서 내려온 내용이며, 상대성 이론은 새로 추가된 내용이다. 이 케플러 법칙과 만유인력 법칙으로 행성의 운동을 다루는 것을 잘 익혀두자. 그리고 지구 과학Ⅰ에 가면 또 나온다.

다음으로 상대성 이론을 다루는 단원이 나오는데, 핵심 포인트만 적어주자면,

속도가 빠른 우주선은 정지한 관찰자가 볼 때 진행방향에 대한 거리[1]가 짧아져 보인다.
속도가 빠른 우주선 내부의 사람이 바깥을 볼 때 진행방향에 대한 거리가 짧아져 보인다.
속도가 빠른 우주선 내부의 사람은 정지한 관찰자보다 시간이 느리게 흘러간다.[2][3]

그 다음 일반 상대론으로 넘어가서, 중력=가속도(관성력)이라는 것을 언급하고 간다. 바깥을 관찰할 수 없는 엘리베이터에서 지구에 가만히 내버려둔 엘리베이터 내부의 관찰자랑, 우주에서 지구중력가속도만큼 가속하는 관찰자는 중력과 관성력을 구분할 수 없다는 것과 중력은 시공간을 왜곡시킨다는 것을 외워준다(...)~~물론 유도 그런건 없다. 그럼 한번 볼래?~~ 또, 중력에 의해 공간이 휘어져서 빛이 따라 휘는 현상이 중력렌즈이고, 중력이 미친듯이 커진것이 블랙홀이다. 수성의 세차운동에 대해서도 언급하~~지만 그냥 외우면 되~~긴 한다. 시간을 왜곡시키는 것은 원판 위의 시계랑 연동해서 나오는데, 위의 특수 상대성 이론에서 '속도를 가지는 물체는 시간이 느리게 흐른다'를 연관시켜서 잘 생각하면 된다.[4]

이제 상대성 이론을 지나가면 기본입자에 대해서 설명하는데, 그냥 외우면 된다.(...) 쿼크의 전하량과 매개입자정도만 외워주고 넘어가면 이제 고비는 넘겼다고 보면 된다. 이 파트는 4단원 핵물리 파트와 잘 나오는 편.

여담으로, 상대성 이론에서 가장 중요한 명제가 무엇일까? 바로 상대성이론에서 바로 가설이라고 잘못 번역하는 "상대성 원리"와 "광속불변의 법칙"이다. 이 두 명제가 참이라는 전제 조건으로 특수 상대성 이론의 포문을 열기 때문에, 이 부분을 배울 때 아예 외우게 할 정도로 강조를 시키는 부분이다. 이를 정확하게 이해하는 것이 올바르게 물리 공부를 하는 자세이지, 물리 문제를 잘 푼다고 능사는 또 아니다. ~~물론 문제를 못풀고 이것만 알면 그냥 대학이 멀어지고~~ 우리나라 물리 교과서의 맹점중 하나가 이런 "가정"을 중요하게 가르치지 않는것과 물리를 기술할때 어떤 모델을 사용하고 있는지 언급조차 없다는 점이다. 자신이 물리학에 대한 자세를 엄밀하게 잡고자 한다면, 조금씩이라도 틀 전체를 바라보는 노력은 필요할 것이다.

2.2. Ⅱ. 물질과 전자기장 [편집]

2.2.1. 1. 전자기장 [편집]

개정 교육과정으로 넘어오면서 개정 전에 있었던 전기회로 기초 내용을 전부 없앴다. 자기장 파트는 개정 전과 내용 차이는 전기 단원보단 덜하다. 패러데이 법칙을 잘 사용하면 된다.

조금 팁을 주자면 전자의 관성과 스핀, 그리고 회전방향. 간단하게, 도선에 N극이 다가오면 도선 스스로가 N극을 만들고[5] 다시 N극이 멀어지면 S극을 만드는[6] 현상(...).[7] '유도 기전력=자속의 시간변화율'임을 체크하자. 보다 자세한 설명은 http://lsgn.com.ne.kr/junjagi/frad.htm을 참고하자. 이 현상은 교류 회로의 코일 부분에서 다시 나온다. 참고로 중3 과학 융합과학에 이어 세 번 째 나오는 부분이다(...). 시험에서 다들 엄지손가락 돌리고 있을 예정.~~오른손으로 문제푼다고 왼손으로 오른나사의 법칙을 적용하면(...)~~

2.2.2. 2. 물질의 구조와 성질 [편집]

공과대학 전자공학과 과정인 전자회로에서 맨 앞부분에 기초 내용만 따와서 만든 듯하다. 원자의 구조와 에너지 준위를 설명하며 시작한다. 간혹 보어의 원자 구조를 물질파를 가지고 유도해 내는 책 (하이탑 등) 도 있다. 이 부분은 화학Ⅰ [8]과 겹치고 물리Ⅱ에서 내려온 내용이다. 이후 반도체에 대한 설명이 나오는데, 융합형 과학에도 나온 내용이다. 가장 중요하게 다뤄지는 요소인 p-n 접합 다이오드의 경우, p-n 접합 다이오드의 순방향 연결은 (+)쪽 방향에 p형 반도체가 온다는 것을 기억하고 역방향 연결은 그 반대로 알면 된다. 이후 신소재 단원은 어쩔 수 없는 암기이다. 전부 외우자(...). 다만 액정의 원리에서 액정 셀에 전압을 걸어 줄 때 그 액정 셀이 두 번째 편광판을 통과하지 못한다는 것은 짚고 넘어가야 할 부분.

2.3. Ⅲ. 정보와 통신 [편집]

2.3.1. 1. 소리와 빛 [편집]

파동에 대한 이론적인 내용을 중점적으로 다루는 것은 전부 물리Ⅱ가 맡게 되었으며,[9] 마치 개정 전의 화학Ⅰ마냥 현상을 설명하고 그것에 적용된 이론을 설명하는 식으로 바뀌었다. 음파 부분을 비롯한 몇몇 부분에서 파동의 성질에 대해서 언급하는데, 수업시간에 잘 듣자. 이해가 안 되면 현실 생활과 접합시켜 생각하면 된다. 특히 빛과 소리는 정반대로 외워주고 빛을 암기해주면 쉽게 간다. 간단히 설명하자면

	빛	소리
매질필요성	X	O
매질이 있을시	느려짐	빨라짐
소→밀[10] 진행시 굴절각	작아	커짐[11][12]
밀→소[13] 진행시 굴절각	커짐[14]	작아짐

뒤에 마이크와 스피커가 나오는데, 패러데이 법칙의 연장선상에 있다. 뒤의 교류회로에서 나오겠지만, 음파가 교류로 저장, 재생이 된다.~~황금귀가 되는 것을 방지할 수 있다~~

광전 효과는 빛의 입자성을 설명해 준다는 상당한 의의가 있으나 정작 그 빛의 입자성은 물리Ⅱ의 양자 물리 단원에서 자세하게 설명하고, 물리Ⅰ에서는 광전 효과를 이용해 태양 전지를 비롯한 여러 가지 현상을 중점적으로 다룬다.

2.3.2. 2. 정보의 전달과 저장 [편집]

전자기파의 종류와 특성에 대해 다루는 것으로 시작한다. 진동수가 가장 큰[15] 순서대로 γ선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 전파 순.

대망의 교류회로와 안테나가 나오는데, 개정 전 물리Ⅱ에서 내려온 내용이며, 물리Ⅰ에서는 공명 진동수와 코일, 축전기와 주파수의 상관관계만 언급하고 지나가지만 물리Ⅰ에서 간단히 코일은 주파수에 비례하여 저항(정확히 말하면 임피던스) 증가, 축전기는 주파수에 반비례한다는 것을 외워 주자.

이렇게 대망의 RLC회로가 끝나면, 간단한 CD의 원리와 RLC회로를 응용한 RFID라는 ~~썩소머니~~교통카드의 원리에 대해 설명한다. RLC 회로의 공진주파수와 교통카드 내부가 공진하여 작동하는 원리라고 한다. 축전기와 코일의 전기 용량과 자체 유도 계수를 응용하여 실제 정량적 계산을 하는것은 당연하겠지만 물리Ⅱ에서 나온다. 그리고 이렇게 교류회로 단원은 끝.

이 단원은 그냥 암기이며, 뒤에 전반사 내용이 나오는데, 발생 조건 그리고 광섬유에서 코어를 밀한 매질로, 클래딩을 소한 매질로 만들어야 한다는 것을 기억해 두자.

2.4. Ⅳ. 에너지 [편집]

2.4.1. 1. 에너지의 발생 [편집]

여러 에너지에 대해 설명한다.

첫 단원에서는 전기에너지가 나온다. 여기서 변압기를 설명하는데, 오개념을 가지기 정말 쉬운 내용이다.[16]

그 다음 단원은 핵에너지로, 개정 전 물리Ⅱ의 핵물리 단원에 있었던 내용. 핵분열과 핵융합에 대한 차이와 질량 결손,[17]

연료전지는 헷갈리기 쉬운 편인데, H가 공급되는 쪽이 -전지가 된다. 이유는 H가 H⁺가 되면서 e^-는 저항(전구)로 H⁺는 전해질을 따라 이동하기 때문에 전구입장에서는 H가 공급된쪽에서 O가 공급된 쪽으로 전자가 이동. 즉, O가 +극이 되고, H가 -극이 된다.

2.4.2. 2. 힘과 에너지의 이용 [편집]

개정 물리Ⅰ에서 고난도 문항 출제의 중추 중 하나.
많이들 어렵다는 이유로 2015 교육과정에서 돌림힘 부분은 물리학Ⅱ로 쫓겨나고, 유체부분은 아예 고등학교 과정 전체에서 들어내버릴 예정이며(심지어 과고용~~이라고 쓰고 아무도 신경안쓴다고 읽는~~ 고급물리학에서조차 안나온다.), 열역학 부분만 일부 남아 역학 단원으로 흡수될 예정이다.

개정 때 새로 추가되었으며 먼저 토크가 나오는데, 돌림힘=거리*힘의 크기. 즉, 중학교 때 배운 지렛대 원리가 조금 더 일반화되고 정량적이다. 파스칼 법칙은 전체적으로 압력이 동일하게 더해진다이지, 전체적으로 압력이 동일하다가 아니므로 주의.

호리병 모양의 유체관(벤츄리 관)에서 압력을 묻는 문제가 자주 출제된다. 연속방정식과 베르누이의 정리

p_1+ \rho gh_1 + {1 \over 2} \rho v_1^2 = p_2+ \rho gh_2 + {1 \over 2} \rho v_2^2

를 자주 사용하자.

열역학은 가장 마지막. 개정 전 물리Ⅱ였다. 문제는 주로 피스톤을 주고 열을 가한 다음 발생하는 열역학적 과정에 대해 정성적으로 판단하도록 문제를 내고 있다. 물리Ⅰ에서는 열역학 제2법칙에서 엔트로피 개념을 배우지 않고. 대신 열효율을 배운다.융합형 과학에서는 엔트로피와 열효율 둘 다 배운다.~~정말 개판이다. 2015 개정 교육과정에서는 물화생지 II와 동급으로 취급된다고~~ (열효율)=(열기관이 외부에 한 일)/(흡수한 열)이며, 항상 1보다 작다.(열역학 제2법칙)

3. 여담 [편집]

물리Ⅱ와 마찬가지로 목차만 보고 접는 사람이 꽤 많은 과목이다. 상대성 이론이 매우 어려워 보이지만 실제로는 수박 겉핥기 수준이며, 문제도 쉽게 나온다. 이전 교육 과정의 물리Ⅰ이 자연과학스러웠다면, 개정 이후의 물리Ⅰ은 교육과정총론에서 고시했듯이 기술·공학스럽게 바뀌었다. 이러한 물리의 교육 과정 변화가 아쉽다는 평가가 많았다. 역학 파트에서는 마찰력, 탄성력이 통째로 빠졌으며, 파동 파트가 기술·가정스럽게 변모하였고 진짜 파동은 물리Ⅱ로 통째로 이사가게 되었다.

이 과목의 교과서를 발행하는 출판사는 천재교육과 교학사 둘 뿐이다. 이것은 지구 과학Ⅰ도 마찬가지.

개정 이후 기술·가정으로 변하면서 공대 조합에서 탈락해버렸다는 의견이 지배적이다.(자연과학대/공과대학 조합: 물리Ⅱ, 화학Ⅰ, 화학Ⅱ)

물리Ⅰ이 개정 이후로 공학 교양Ⅰ ~~또는 기술가정~~ 으로 변모하면서, 물리Ⅱ의 위상을 상승시켰다! 따라서 물리Ⅰ는 ~~하이탑으로~~ 심화적으로 공부하지 않는 이상 그냥 수박 겉핥기에 불과한 과목으로 바뀌었으며, 이를 두고 이게 무슨 물리냐고 비판하는 전공자들도 많아졌다. 공대 진학과의 효용성을 비교하면 물리Ⅰ보다는 물리Ⅱ가 압도적으로 낫다.

4. 관련 문서 [편집]

[1] ' x축 방향으로 달리는 우주선은 y''축 방향의 거리가 짧아지지 않는다.[2] 4광년 거리를 우주선이 0.8c로 이동할 때, 정지한 관찰자는 5년만에 우주선이 이동을 하겠지만, 우주선 내부의 있는 사람은 거리가 짧아져서(이떄 로렌츠인자를 잠깐 이용하면 거리는 0.6배 팽창하여 2.4광년이 되고, 우주선 내부의 사람은 3년만에 이동한다고 느낀다.[3] 쉽게 설명하자면 초1때 두 학생이 있는데 0.8c의 우주선에 탄 초등학생은 4광년을 여행하면서 초4가 되어있지만, 이때 그냥 지구에 있는 초등학생은 초6이 된다. 여기서 '돌아왔을 때'를 뺀 이유는 이 부분이 등가속도 운동에 속하므로 일반 상대성 이론까지 꼬여 성립이 안 되기 때문. 사실 이거 쌍둥이 패러독스라고, 말이 안 되는 상황을 설명하는 것이다. 정 이 부분이 이해가 안 간다면 로렌츠 인자로 다 증명해 보자. 생각보다 어렵지는 않다.[4] 시계가 회전 → 구심력의 관성(원심력)→ 가속도→ 중력 → 왜곡! → PROFIT![5] N극을 향해 N극을 만들어 다가오는 N극에 척력을 작용하여 오지 못하게 하려고.[6] N극을 향해 S극을 만들어 멀어져가는 N극에 인력을 작용하여 가지 못하게 하려는[7] 도선은 까다로운 녀석이라서 있었던 대로 있고 싶어 하는, 즉 자기 주변에 원래 있었던 자기장을 좋아하는 거라고 생각해 보자. 그러면 N극이 다가올 때 N극을 형성해 오지 못하게 하려는 현상을 이해할 수 있다.[8] 화학쌤: 물리Ⅰ에서 자세하게 배우세요. / 물리쌤: 화학Ⅰ에서 자세하게 배우세요.[9] 일부 참고서에서는 아직도 7차 시절에 있던 상대 굴절률 같은 것을 설명하고 있다.[10] 예) 공기→물[11] 전반사도 일어남[12] 이 현상의 예로 공기로 듣는 소리보다 땅을 통하여 듣는 소리가 더 빨라서 서부개척시대의 원주민이 바닥으로 소리를 듣는다고 한다.[13] 예) 물→공기[14] 전반사도 일어남[15] 바꿔 말하면 파장이 가장 짧은[16] 1차 회로(변압 전 회로)에 흐르는 전류의 세기(I1)는 항상 일정할 거라는 오해에 의해 2차 회로(변압 후 회로)에 흐르는 전류의 세기(I2)가 2차 회로의 전압, 저항값과는 상관없이 N1:N2에 의해 결정될 거라는 오개념이 생기는 경우가 많다. 이 오개념에 따르자면 곧 옴의 법칙과 전력 공식 사이에 모순이 발생하는 것을 발견하게 될 것이다. 1차 회로에 흐르는 전류의 세기가 2차 회로에서의 소비전력에 따라 변한다는 사실을 염두해두자. 즉, 생산 전력이 소비 전력을 결정하는 것이 아니라, 소비 전력과 일치하게끔 생산 전력이 조정되는 것이다.[17] E=MC²