Force Table을 활용한 돌림힘 관련 실험장치의 개발과 적용

현동걸,신애경 한국현장과학교육학회 2016 현장과학교육 Vol.10 No.3

The concepts about torque can be understood based on the concepts about vector and vector product. An experiment apparatus based on the concepts about vector and vector product for learning of the concepts about torque was developed in this study. This developed experiment apparatus has features that the learners can manufacture it easily utilizing the force table for the composition of forces and understand the concepts about vector and vector product as well as those about torque easily in the process of carrying out the experiments related to the torque. Also, This apparatus can be used to understand the phenomenon related to the torque from the elementary-school science class to the physics education of a university and to learn the concept about the vector product in the mathematics education effectively. As well, this study suggests a series of experiments that this apparatus can be applied to for learning of the concepts about torque. 돌림힘에 대한 개념들은 벡터와 벡터곱에 대한 개념들을 바탕으로 이해될 수 있다. 이 연구에서 돌림힘에 대한 개념들을 학습하기 위하여 벡터와 벡터곱에 대한 개념들을 기반으로 하는 실험장치가 개발되었다. 이 연구에서 개발된 실험장치는 포스 테이블을 활용하여 학습자들이 쉽게 제작할 수 있으며, 돌림힘 관련 실험을 수행하는 과정에서 돌림힘에 대한 개념들은 물론 벡터나 벡터곱에 대한 개념들을 학습자들이 쉽게 이해할 수 있다는 것이 특징이다. 또한 개발된 실험장치는 초등학교 실험수업에서부터 대학의 물리교육에 이르기까지 돌림힘에 관련된 현상들 이해하는데 사용할 수 있으며, 수학교육에서 벡터곱의 개념을 학습하는 데에도 유용할 것이다. 또한 본 연구는 개발된 돌림힘 관련 실험장치를 돌림힘 관련 학습에 적용할 수 있는 몇 가지 실험들을 제안한다.

물리교재에서 단진자 주기 유도과정의 문제와 해결을 위한 제안

현동걸,채동현,신애경 한국초등과학교육학회 2019 한국초등과학교육학회 학술대회 Vol.76 No.-

단진자는 물리교육에서 주기운동을 이해하는 데 중요한 자료이다. 고등학교의 물리 교재와 대학의 일반물리학 교재에서 단진자의 주기를 유도하는 방법은 공통적이다. 이 공통적인 방법은 단진자의 주기를 유도하기 위해서는 반드시 단진동자의 주기를 우선적으로 학습해야 하며, 그리고 단진자와 단진동자의 힘 방정식들을 비교하여야 한다. 그러나 교사들이나 학생들의 이러한 과정에 대한 이해 부족은 이에 대한 오개념을 발생시킬 뿐만 아니라, 교사들과 학생들에게 어려움을 야기하고 있다. 이 연구에서는 단진동자의 주기를 구하는 과정에 비교 함이 없이 단진자의 주기를 구할 수 있는 방법을 제안하였다.

다중고리전선에 흐르는 전류의 자기작용 관련 실험수업에서 발생하는 문제들에 대한 이론적 분석 l module, Infographic type, Students’ perception

현동걸,김두철 한국물리학회 2017 새물리 Vol.67 No.2

To discover the causes of the problems related to the magnetic interaction of electric currents flowing through multiple loops occurring in the science class and to solve those problems, we extended the model for the deflection of a compass needle near a straight electric wire with an electric current flowing through it, as proposed by Hyun and Park, and applied it to the deflection of a compass needle near multiple loops with electric currents flowing through them. The intensities of the magnetic fields formed by the electric currents flowing through multiple loops was found to increase in proportion to the number of loops because of the superposition of the magnetic fields so that they deviated from the proportion section. If the intensities of the magnetic fields are to be estimated based on the deflection angles of a compass needle, the intensities of the magnetic fields must be included in the proportion section connecting an electric light bulb with large resistance and a decreasing number of loop electric wires. 다중고리전선에 흐르는 전류의 자기작용 관련 실험수업에서 발생하는 문제들의 원인을 밝히고 그 문제들을 해결하기 위하여, Hyun과 Park이 제안한 전류가 흐르는 직선전선 부근의 나침반 자침의 편향 모형을 확장하여 전류가 흐르는 다중고리전선 부근의 나침반 자침의 편향에 적용하였다. 다중고리전선에 흐르는 전류에 의한 자기장의 세기는 자기장의 중첩에 의하여 고리전선의 수에 비례하여 커져서 비례영역을 쉽게 벗어난다. 나침반 자침의 편향각을 근거로 자기장의 세기를 예측하기 위하여서는 저항이 큰 전구를 전기회로에 연결하고 고리전선의 수를 적게 하여 자기장의 세기가 비례영역 내에 있도록 해야 한다.

과학문화재로서 한라산 신비의 도로에 대한 연구

현동걸,신애경,김두철 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.12

The Mysterious Road of Mt. Halla on Jeju island, which is a scientific cultural asset, and the marvelous phenomenon occurring on the road were analyzed and are discussed scientifically and topographically for utilization in popularizing science and in science education. The marvelous phenomenon is that an automobile in neutral rolls up the inclined Mysterious Road automatically without an external force acting upon it. The results from our analyses and discussions in this study led to the conclusion that the phenomenon is physically impossible and is due to an optical illusion, which is caused by the particular topographical conditions of the incline angles and the directions of the ridges of the hills around the road. A simple simulation using these conditions showed that the main causes of the optical illusion were the particular incline angle and the direction of the ridges of the hills around the Mysterious Road. 과학의 대중화와 과학교육에 활용을 위하여 과학문화재인 제주도 한라산 신비의 도로와 이 도로에서 일어나는 기이한 현상에 대하여 과학적 그리고 지형학적인 분석과 논의가 이루어졌다. 여기에서 기이한 현상이란 변속장치가 중립상태의 자동차가 오르막 도로를 외부로부터 어떠한 힘의 작용이 없이도 저절로 굴려 올라간다는 것이다. 이 연구의 분석과 결과는 이러한 현상은 물리학적으로 불가능하다는 것이며, 이것은 일종의 착시현상으로 도로 주변에 있는 구릉마루의 경사각과 방향의 특이한 지형적인 조건들에 기인한다는 것이다. 그리고 이 연구의 분석과 논의를 근거로 한 모의조작을 통하여 신비의 도로에서 일어나는 착시현상의 주된 원인이 도로 주변의 구릉마루의 특이한 경사각과 방향에 기인함을 보였다.

힘에 대한 오개념의 실태와 그 해설

현동걸 濟州敎育大學 科學敎育硏究所 1997 科學敎育硏究誌 Vol.13 No.-

발명을 위한 창의적 문제해결력 신장의 모색

현동걸 제주교육대학교 2002 論文集 Vol.31 No.-

ZnS : SmF₃와 ZnS : TmF₃EL 소자의 계면준위

현동걸 濟州敎育大學校 1993 論文集 Vol.22 No.-

The variation of the characteristics of the applied voltage and transferred charge has been observed, adding oxygen to ZnS : SmF₃and ZnS : TmF₃with double insulating layer of Si₃N₄. Assuming the trapping potential in the interface between insulator and phospher layer as the Coulomb potential well and using the basic equations for the electroluminescence mechanism, the electron trapping levels in the interface formed with S-vacancy and oxygen of iso-electronic impurity are estimated to be about 0.87 and 0.9 eV below the conduction band of ZnS.

초등과학영재교육의 교수·학습의 실제

현동걸 제주교육대학교 2004 論文集 Vol.33 No.-

전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 대한 중등교사들의 이해도

현동걸,신애경 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.2

currents according to the connection methods of the batteries in simple electric circuits. The test for this study was administered to 32 physics major teachers and 30 non-physics major teachers. The test was composed of `the cognition of resistance', `the learned concepts’ and `the differentiated concepts’ of the connections of batteries. The results showed that the physics major teachers gained significantly higher averages than the non-physics major teachers on the test. However, the averages of the two groups were similar when the scores were divided based on the learned concepts and the differentiated concepts. Half of the physics major teachers recognized the internal resistance of the battery and the resistance of the electric wire, but almost no non-physics major teachers recognized them. Both the physics major teachers and the non-physics major teachers understood the learned concepts well, but neither understood the differentiated concepts. 이 연구에서는 중등교사를 대상으로 전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 대한 이해도를 알아보았다. 이 연구를 위한 검사는 물리 전공 교사 32명과 비물리 전공 교사 30명에게 실시되었다. 검사지는 ‘저항에 대한 인식’, 단순 전기회로의 전지의 연결에서 부하저항이 전지의 내부저항보다 큰 ‘학습개념’ 영역, 그리고 부하저항이 전지의 내부저항보다 작은 ‘분화개념’ 영역으로 구성되어졌다. 연구 결과로는, 전지의 연결방법에 따른 전류의 특성에 대한 물리 전공 교사 집단의 평균이 비물리 전공 교사 집단의 평균보다 유의미하게 높았으나, 영역별로 나누어 분석한 결과 두 집단의 평균에는 차이가 없는 것으로 나타났다. 그리고 물리 전공 교사들은 전지의 내부저항이나 전선의 저항에 대해 어느 정도 인식하고 있었으나, 비물리 전공 교사들은 거의 인식하지 못하고 있었다. 학습개념에 대해서는 물리 전공 교사와 비물리 전공 교사 모두 잘 이해하고 있었으나, 분화개념에 대해서는 두 집단 모두 거의 이해하지 못하고 있는 것으로 나타났다.

물리교육에서 다루어지는 전자석의 자기력에 대한 이론적 연구

현동걸,신애경,박상우 한국현장과학교육학회 2015 현장과학교육 Vol.9 No.1

The magnetic force of an electromagnet acting upon a material object have been treated qualitatively in physics education of elementary school. But the degree of understanding about the magnetic force of an electromagnet of elementary school teachers or science teachers was very low. It is a reason for them that it is very difficult to find the informations about the magnetic force of an electromagnet. The purpose of this study is to provide the qualitative and quantitative informations about the magnetic force of an electromagnet to elementary school teachers or science teachers. The magnetic field of an electromagnet was derived on the base of the concepts about the magnetization of the core of an electromagnet, and the magnetic force of an electromagnet was derived using the magnetic potential energy method and was discussed in this study. The magnetic force of an electromagnet derived in this study is proportional to the cross section area of the electromagnet and the magnetic susceptibility of the material object, and is proportional to the squares of the relative permeability of the core material, the number of loop wire per unit length, and the current through a loop wire of the electromagnet. 전자석이 물체에 작용하는 자기력은 초등학교의 물리교육에서 정성적으로 다루어진다. 그러나 초등학교 교사나 과학교사들의 이에 대한 이해도는 매우 낮다. 이러한 이유 중에 하나는 이들에 대한 정보들을 찾아보기가 매우 어렵다는 것이다. 이 연구의 목적은 전자석의 자기력에 대한 정성적이고 정량적인 정보를 초등학교 교사나 과학교사들에게 제공하는 것이다. 이 연구에서 전자석의 철심의 자화에 대한 개념들을 바탕으로 전자석의 자기장을 유도하였으며, 그리고 자기포텐샬에너지 방법으로 전자석의 자기력을 체계적으로 유도하고 논의하였다. 이 연구에서 유도된 물체에 작용하는 전자석의 자기력은 전자석의 단면적과 물체의 자화도에 비례하며, 철심의 상대투자율, 단위 길이당 고리전선의 수, 그리고 고리전선에 흐르는 전류의 제곱에 비례한다.