1. 실험 결과이번 실험에서는 축전기의 구조와 원리를 이해하고, 축전기의 전극 사이의 전위차, 전극 사이의 거리, 전극의 크기, 유전체를 변경하는 네 가지 실험을 통해 전기용량이 어떻게 달라지는지 관찰해보았다.(1) 실험 1. 전압에 따른 전기용량실험 1에서는 전극 사이의 간격을 일정하게 유지하여 축전기의 형태가 변하지 않을 때, 인가하는 전압이 변하면 축전기의 전기용량이 어떻게 변화하는지를 확인하였다. 축전기 전기용량의 실험값을 구할 때는 식 을, 이론값을 계산할 때는 식 을 사용한다. 이때 는 아래쪽 전극에 작용하는 힘, 는 전극 사이의 거리, 는 전극의 전압, 는 진공유전율, 는 전극의 면적을 의미한다.실험 1에서는 전극의 반지름(r)을 53.0mm, 전극 사이의 거리(d)를 6.00m로 하고, 전극에 인가하는 전압을 4kV, 6kV, 8kV, 10kV로 바꾸어가며 실험을 진행하였다. 전자저울로 측정한 질량(m)을 통해 아래쪽 전극에 작용하는 힘(F)를 계산하는데, 이때 사용하는 중력가속도(g)의 값은 9.80665으로 한다. 또한, 진공의 유전율( )는 × ∙ 임을 고려한다.
본 실험에서는 대전된 기름방울이 전기장의 영향을 받을 때의 운동을 관찰하여 물질의 기본 전하량을 구하는 활동을 하였다. 두 전극 사이에 기름방울을 낙하시키고 음전하로 대전시킨 다음, 전극에 전압을 가했다가 가하지 않는 것을 반복하여 기름방울이 상승과 낙하를 반복하는 운동을 관찰하였다. 낙하할 때의 종단속도와 상승속도를 측정하여 대전된 기름방울의 전하량을 계산할 수 있는데, 그때 사용하는 식은 다음과 같다.<중 략>3. 토의 및 결론밀리컨 기름방울 실험을 더욱 정밀하게 진행하기 위해서는 ‘2. 결과 분석’에서 언급된 오차 요인을 제어해야 한다. 오차를 개선하기 위한 방안은 다음과 같다. 먼저 기름방울의 종단속도를 더 정확하게 측정하기 위해서 기름방울이 상승에서 낙하로, 또는 낙하에서 상승으로 운동 방향을 바꾼 직후부터가 아니라 시간이 어느 정도 흐른 뒤부 터 시간 측정을 시작한다.
1. 실험 결과(1) 실험 1. 횡파의 정상파 1 실험 1에서는 줄의 길이와 장력을 일정하게 유지하고 줄에 가해지는 진동수를 변화시켜 정상파가 관찰되는 진동수를 찾는 활동을 하였다. 그런 다음, 아래 공식을 활용하여 실험을 통해 구할 수 있는 선밀도를 계산하였고, 이를 줄의 실제 선밀도와 비교하여 측정이 얼마나 정확하게 이루어졌는지를 확인하였다. 공식에서 f는 줄에 가해지는 진동수, n은 진동하는 줄에서 나타나는 배(antinode)의 개수, L은 줄의 길이, F는 줄에 가해지는 장력, 는 줄의 선밀도르를 의미한다.<중 략>(3) 실험 3. 종파의 정상파 1실험 3에서는 막힌 관에서 종파의 대표적인 종류 중 하나인 소리의 정상파를 관찰하는 실험이다. 공명관의 한쪽 끝에는 800Hz, 1000Hz의 음파를 방출하는 스피커가 있고, 피스톤을 잡아당기면서 관의 길이를 증가시키며 스피커 아래에 장착된 마이크로 음파의 진폭을 측정하는 것이다. 공명이 발생하는 지점에서는 음파의 크기가 최대가 되므로 마이크에서 나오는 전압을 Capstone 프로그램으로 시각화했을 때 진폭이 최대로 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 이때 진폭이 최대가 되는 지점끼리 비교했을 때 관의 길이의 차이는 파장의 절반에 해당하기 때문에, 실험 결과를 통해 음파의 파장을 구하고, × 공식을 이용하여 음파의 속력을 계산할 수 있다. 다음은 800Hz, 1000Hz의 음파 방출했을 때, 소리의 진폭이 최대가 되는 관의 길이와 그것을 통해 구한 정상파의 을 정리한 표이다.
1. 실험 결과(1) 실험 1. 막대형 물리 진자 실험 1에서는 막대형 물리 진자의 운동을 관찰하여 운동 주기의 실험값을 측정한 다음, 공식을 통해 구한 이론값과 비교해보는 활동을 하였다. 막대형 물리 진자로는 길이가 500.0mm인 막대를 사용하였는데, 고정점과 막대 중심 사이의 거리를 d라고 했을 때 d값을 230.0mm, 190.0mm, 144.0mm, 100.0mm, 60.0mm로 변경해가면서 실험을 진행하였다. 각 실험에서 진자를 진동시키면 Capstone 프로그램을 통해 시간에 따른 각도 그래프를 그릴 수 있다. 그래프상에서 위로 볼록한 구간의 peak를 측정 기준점으로 정하여 이웃한 기준점간의 시간차를 계산함으로써 해당 구간의 주기를 구할 수 있다. 각 거리(d)당 3번씩 실험을 반복하였으며 그 결과를 정리하면 다음과 같다.<중 략>(2) 실험 2. 원판형 물리 진자실험 2에서는 실험 1에서와 동일한 과정으로 진행되었는데, 실험 1의 막대형 물리 진자를 실험 2에서는 원판형 물리 진자로 바꾸어 진행하였다. 원판형 물리 진자의 운동을 관찰하며 운동 주기의 실험값을 측정하고, 공식을 통한 이론값과 비교해보는 활동을 했다. 원판형 물리 진자의 반지름 R은 100.0mm이고, 고정점과 원판 중심 사이의 거리 d를 90.0mm, 70.0mm, 50.0mm, 30.0mm로 변경해가면서 주기를 측정하였다. 각 실험에서 Capstone 프로그램에서 그려지는 시간에 따른 주기 그래프를 분석하였고 위로 볼록한 구간의 peak를 측정 기준점으로 하여 이웃한 peak 사이의 시간차, 즉 해당 구간의 주기를 측정할 수 있었다. 각 거리(d)당 3번씩 실험이 반복되었으므로 3개의 측정값의 평균을 내어 해당 d에 해당하는 주기 실험값을 구하였고, 그 결과를 정리해보면 다음과 같다.
1. 실험 결과(1) 실험 1. 용수철 상수 측정 실험 1에서는 추의 질량에 따라 용수철의 길이의 변화량을 측정하여 용수철 상수를 구하는 활동을 하였다. 추걸이와 다양한 질량의 추를 조합하여 총 질량이 40g일 때부터 80g이 될 때까지 5g씩 증가하도록 용수철에 매달며 용수철이 늘어난 길이를 측정하였다. 추걸이와 추의 총 질량이 40g일 때 용수철의 늘어난 길이를 0m, 용수철에 작용하는 힘을 0N이라고 설정한 후 측정값을 정리하였다. 용수철에 늘어난 길이에 대한 용수철에 작용하는 힘을 그래프로 그렸을 때 직선형 그래프가 나타나는데, 이때 직선의 기울기가 용수철 상수에 해당한다. 실험을 통해 질량에 따라 용수철 길이의 변화량, 용수철에 작용하는 힘을 정리하고 그래프를 통해 용수철 상수를 구하면 다음과 같다.