【인교판】고등학교 물리 필수 제3권

📚 콘텐츠 요약

이 책은 고등학교 물리 필수 과정의 세 번째 교과서로, 전기와 자기학의 기초 내용을 다룹니다. 정전장, 전기장 내 에너지, 회로 이론, 전기 에너지 보존 법칙, 그리고 전자기 유도와 전자기파에 대한 초보적인 지식을 포함합니다. 실험, 사고 및 토론, 예제 분석 등 다양한 방식을 통해 학생들의 물리적 핵심 역량과 과학 탐구 능력을 기르는 것을 목표로 합니다.

미세한 전하에서 거대한 전자기파까지, 물리의 비밀을 탐구하며 고전 전자기학의 초기 체계를 구축하세요.

저자: 인민교육출판사 교과서연구소 물리교과서연구개발센터

감사의 말: 국가교과서위원회 전문위원회 심의 통과 (2019)

🎯 학습 목표

1. 전하 보존 법칙을 이해하고 원전하 개념을 숙지하며 마찰 전기, 감응 전기 등의 물리적 현상을 설명할 수 있다.
2. 전기장 강도의 정의(비율 정의법) 및 중첩 원리를 숙지하고, 전기장선을 이용해 전기장의 분포 규칙을 설명할 수 있다.
3. 정전 평형 상태에서 도체의 특성을 이해하고, 정전 차폐와 날카로운 끝부분에서의 방전 원리 및 산업·생활에서의 응용을 알고 있다.
4. 정전력이 경로에 관계없이 일하는 특성을 이해하고, 전기적 위치에너지와 정전력이 한 일 사이의 관계를 파악한다.
5. 전위, 전위차의 정의 및 벡터/스칼라 성질을 이해하고, 균일 전기장 문제 해결 시 U=Ed 공식을 활용할 수 있다.
6. 커패시터 개념을 이해하고 평행판 커패시터의 결정 요인을 숙지하며, 전기장 내에서 전하 입자가 가속되는 운동을 분석할 수 있다.
7. 전원의 역할과 전류, 정상 전류의 정의를 이해하고, 미시적 관점에서 전류 형성 원리를 설명할 수 있다.
8. 도체의 저항 법칙을 숙지하고, 저항률이 온도에 따라 변하는 규칙을 이해하며, 초전도 현상을 알 수 있다.
9. 전압-전류 특성 곡선을 인식하고 선형 및 비선형 소자의 차이를 구별할 수 있다.
10. 전기 일, 전기력, 조울 법칙을 이해하고 순저항 회로와 비순저항 회로에서의 에너지 변환을 구분할 수 있다.

🔹 수업 1: 제9장: 정전장과 그 응용

개요: 본 장은 정전 현상의 미세한 본질에 기반하여 전하 개념, 전하 보존 법칙, 원전하를 체계적으로 소개한다. '장'이라는 개념을 도입해 전기장 강도라는 전기장 성질을 설명하는 물리량을 논의하고, 전기장선, 균일 전기장, 중첩 원리를 활용해 전기장을 정성적·정량적으로 분석한다. 마지막으로 도체가 전기장 속에서 가지는 특성, 즉 정전 평형, 날카로운 끝부분에서의 방전, 정전 차폐를 깊이 있게 분석하며 정전의 방지와 활용 방법을 탐구한다.

학습 결과:

• 전하 보존 법칙을 이해하고 원전하 개념을 숙지하며 마찰 전기, 감응 전기 등의 물리적 현상을 설명할 수 있다.
• 전기장 강도의 정의(비율 정의법) 및 중첩 원리를 숙지하고, 전기장선을 사용해 전기장의 분포 패턴을 설명할 수 있다.
• 정전 평형 상태에서 도체의 특성을 이해하고, 정전 차폐와 날카로운 끝부분에서의 방전 원리 및 산업·생활에서의 응용을 이해한다.

🔹 수업 2: 제10장: 정전장 내 에너지

개요: 본 장은 정전장의 에너지적 특성에 초점을 맞춘다. 정전력이 한 일이 경로에 관계없는 특성에서 출발하여 전기적 위치에너지, 전위, 전위차 등의 핵심 물리량을 도입한다. 전위차와 전기장 강도 사이의 정량적 관계를 탐구함으로써 전기장의 에너지적 성질을 밝히며, 커패시터의 에너지 저장 원리와 전하 입자가 전기장 내에서 가속되는 응용까지 확장한다. 궁극적으로 일상생활로 돌아가 정전흡착, 먼지 제거, 분무 도장, 복사기 등 기술의 물리적 본질을 설명한다.

학습 결과:

• 정전력이 한 일이 경로에 관계없는 특성을 이해하고, 전기적 위치에너지와 정전력이 한 일 사이의 관계를 숙지한다.
• 전위, 전위차의 정의 및 벡터/스칼라 성질을 이해하고, 균일 전기장 문제 해결 시 U=Ed 공식을 적용할 수 있다.
• 커패시터 개념을 이해하고 평행판 커패시터의 결정 요인을 숙지하며, 전기장 내에서 전하 입자의 가속 운동을 분석할 수 있다.

🔹 수업 3: 제11장: 회로와 그 응용

개요: 본 과정은 회로의 기본 이론과 실용적 응용을 다루며, 전류의 미세한 형성 메커니즘부터 매크로적인 회로 측정 도구까지 포괄한다. 전원이 어떻게 일정한 전류를 유지하는지, 도체의 저항 특성(저항률과 초전도 포함), 리튬 배터리의 에너지 특성, 그리고 멀티미터를 사용한 전기량 측정의 숙련된 방법을 중심으로 논의한다.

학습 결과:

• 전원의 역할과 전류, 정상 전류의 정의를 이해하고, 미시적 관점에서 전류 형성 원리를 설명할 수 있다.
• 도체의 저항 법칙을 숙지하고, 저항률이 온도에 따라 변화하는 규칙을 이해하며, 초전도 현상을 알고 있다.
• 전압-전류 특성 곡선을 인식하고 선형 및 비선형 소자를 구별할 수 있다.

🔹 수업 4: 제12장: 전기 에너지와 에너지 보존

개요: 본 장은 전기 에너지의 변환, 전달 및 매크로적인 에너지 보존 법칙에 초점을 맞춘다. 미세한 회로 내 에너지 변환(전기 일과 열)에서 시작하여 전원의 특성을 설명하는 핵심 물리량인 전기력(자기전압)을 도입하고, 폐회로 오옴 법칙을 구성한다. 건전지와 과일 전지의 전기력과 내저항을 실험적으로 측정함으로써, 물리 실험의 데이터 처리 방법(예: 전압-전류 그래프 방법)을 습득하게 된다. 마지막으로 매크로적인 에너지 보존 법칙과 지속 가능한 에너지 개발로 확장되며, 에너지 변환의 방향성과 사회적 의미를 탐색한다.

학습 결과:

• 전기 일, 전기력, 조울 법칙을 이해하고 순저항 회로와 비순저항 회로에서의 에너지 변환을 구분할 수 있다.
• 전기력의 개념을 이해하고, 폐회로 오옴 법칙을 숙지하며 관련 종합 계산 문제를 해결할 수 있다.
• 전원의 전기력과 내저항을 측정하는 실험 원리와 방법을 숙지하고, 전압-전류 그래프를 활용해 실험 데이터를 처리할 수 있다.

🔹 수업 5: 제13장: 전자기 유도와 미세 에너지의 초보적 이해

개요: 본 단원은 매크로적인 자기장 현상에서 복잡한 전자기 유도로 넘어가고, 궁극적으로 전자기파와 미세 수준의 에너지 양자화를 깊이 있게 탐구한다. 자기장의 설명(자기장선, 자기감응강도, 자기통량), 전자기 유도의 발생 조건, 맥스웰의 전자기장 이론 기초, 그리고 플랑크가 제안한 에너지자 개념을 포함한다.

학습 결과:

• 자기장, 자기감응강도, 자기통량의 개념을 숙지하고, 안페르 법칙을 활용해 전류 방향과 자기장 방향의 관계를 판단할 수 있다.
• 전자기 유도 현상의 본질을 이해하고, 유도 전류가 발생하는 조건을 정확히 판단할 수 있다.
• 전자기파의 생성, 전파 특성 및 전자기파 스펙트럼의 분포를 이해하며, 에너지 양자화가 현대 물리학에 미친 돌파적 의미를 인식한다.