고1 과학 「물질과 규칙성: 원소의 생성」 단원은 우주가 처음 열린 뒤 수소와 헬륨이 만들어지고, 별 안에서 더 무거운 원소가 이어서 생기기까지의 흐름을 다룹니다. 빅뱅과 원소 생성, 스펙트럼, 별의 진화와 원소가 한 줄로 이어지는 단원입니다. 아래 20문항으로는 용어를 기억하는지, 스펙트럼 선을 읽어 원소를 판단하는지, 비율 계산을 끝까지 해내는지를 확인합니다.
📝 물질과 규칙성: 원소의 생성 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
이 단원은 빅뱅 뒤에 수소와 헬륨이 생기고, 별 안에서 더 무거운 원소가 이어서 만들어지는 한 줄기 이야기입니다. 저는 이걸 낱말 카드처럼 따로따로 외우는 공부에 반대합니다. 순서가 머릿속에 그려지면 용어는 뒤따라옵니다.
20문항은 풀이를 보지 않고 처음부터 끝까지 아이 손으로 풀게 하세요. 화면에서 풀고 채점하기 버튼을 써도 됩니다. 채점이 끝나면 맞힌 문제는 넘어가고, 틀린 번호만 골라 해설을 소리 내어 읽게 합니다. 읽을 때는 알 것 같아도 자기 말로 한 번 설명시키면 어디가 비었는지 바로 드러납니다.
틀린 번호는 그날 한 번 고치고, 시험이 가까워지면 그 번호만 다시 풀게 하면 됩니다. 한 장을 이렇게 두 번 보는 쪽이 여러 장을 한 번씩 훑는 것보다 낫다고 봅니다.
— 수학의 신호 원장
원소는 언제, 어디서 만들어졌을까
빅뱅 직후의 우주는 매우 뜨거웠고, 식어 가는 동안 양성자와 중성자가 생긴 뒤 이들이 결합해 수소 핵과 헬륨 핵이 만들어졌습니다. 우주 탄생 후 약 3분 무렵까지의 일이며, 그래서 현재 우주에서 질량비가 가장 큰 두 원소가 수소와 헬륨입니다. 약 38만 년이 지나 원자가 만들어지면서 빛이 멀리 나아갔고, 그 빛이 우주 배경 복사로 지금도 관측됩니다.
탄소, 산소, 철 같은 무거운 원소는 우주 초기가 아니라 별 안에서 만들어집니다. 주계열성은 별이 일생의 대부분을 보내는 단계로, 중심부에서 수소 원자핵 4개가 헬륨 원자핵 1개로 융합하며 줄어든 질량이 에너지로 나옵니다. 스펙트럼은 이 내용을 확인하는 도구입니다. 별빛의 어두운 선을 원소마다 정해진 선의 위치와 맞춰 보면 별 대기에 무엇이 있는지 읽을 수 있습니다.
스펙트럼과 계산에서 자주 걸리는 곳
어두운 선과 밝은 선의 관계 저온 기체가 빛을 흡수해 생긴 어두운 선은 같은 기체가 달아올라 내는 밝은 선과 파장이 같습니다. 어두운 선을 기체가 빛을 새로 만든 흔적으로 읽으면 틀립니다.
일부 파장만 맞는 경우 별빛의 어두운 선을 원소별 목록과 하나씩 대조해야 합니다. 목록에는 있지만 별빛에 대응하는 선이 보이지 않는 원소는 있다고 말할 수 없는데, 이 점을 놓치기 쉽습니다.
질량비와 개수 계산 질량비와 개수비를 섞어 쓰면 값이 어긋납니다. 헬륨 핵 하나의 질량이 수소 핵의 4배라는 점을 반영한 뒤 개수로 돌려야 하고, 단위와 반올림 자리도 문제 조건대로 씁니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
주계열성의 중심부에서는 수소 원자핵 4개가 핵융합하여 새로운 원소의 원자핵 1개가 만들어진다. 이때 생성되는 원소의 이름을 쓰시오.정답 · 헬륨 — 주계열성은 중심부에서 수소 핵융합 반응으로 에너지를 내며, 수소 원자핵 4개가 융합해 헬륨 원자핵 1개가 된다. 이때 줄어든 질량이 에너지로 방출된다.
다음 실험 결과에 대한 해석으로 옳은 것은? 백열전구의 빛을 분광기로 관찰하는 실험 (가), 백열전구의 빛을 저온의 수소 기체가 든 유리관에 통과시킨 뒤 관찰하는 실험 (나), 고온으로 들뜬 수소 기체의 빛을 관찰하는 실험 (다)를 하였다. 결과는 (가)에서 연속 스펙트럼, (나)에서 연속 스펙트럼 위의 656 nm와 486 nm 위치의 어두운 선, (다)에서 65 ① (나)의 어두운 선의 파장은 (다)의 밝은 선의 파장과 같으므로, 수소 원자가 특정 파장의 빛을 흡수함을 알 수 있다. ② (나)에서 어두운 선이 생긴 것은 수소 기체가 656 nm와 486 nm의 빛을 새로 만들었기 때문이다. ③ (가)에서 연속 스펙트럼이 나타난 것은 백열전구 속 기체가 저온이기 때문이다. ④ (다)의 밝은 선의 파장은 수소 기체의 온도가 바뀌면 다른 파장으로 달라진다.정답 · ① (나)의 어두운 선의 파장은 (다)의 밝은 선의 파장과 같으므로, 수소 원자가 특정 파장의 빛을 흡수함을 알 수 있다. — 저온 수소 기체는 연속광 중에서 수소 원자가 방출할 수 있는 파장의 빛만 흡수하므로, (나)의 흡수선 파장은 (다)의 방출선 파장과 일치한다. 수소 기체가 빛을 새로 만들었다면 어두운 선이 아니라 밝은 선이 나타났을
이 자료에 대한 해석으로 옳은 것은? 수소 기체를 방전관에 넣고 전류를 흘리자 선 스펙트럼이 나타났다. 전자가 높은 에너지 준위에서 n=2 준위로 내려올 때 방출된 빛의 파장은 n=3→2에서 656 nm, n=4→2에서 486 nm, n=5→2에서 434 nm, n=6→2에서 410 nm였다. ① n=3→2 전이에서 방출된 빛의 에너지가 가장 크다. ② n=6→2 전이에서 방출된 빛의 에너지가 가장 크다. ③ 방출된 빛의 파장이 짧을수록 빛의 에너지가 작다. ④ 네 전이에서 방출된 빛의 에너지는 모두 같다.정답 · ② n=6→2 전이에서 방출된 빛의 에너지가 가장 크다. — 빛의 에너지는 두 에너지 준위의 차와 같고, 파장이 짧을수록 에너지가 크다. 파장이 가장 짧은 410 nm인 n=6→2 전이에서 방출된 빛의 에너지가 가장 크다.
빅뱅 이후 원자핵이 생성되고 난 직후 우주에서 수소 원자핵과 헬륨 원자핵의 질량비는 약 3 : 1이었다. 수소 원자핵 한 개의 질량을 1, 헬륨 원자핵 한 개의 질량을 4라 할 때, 헬륨 원자핵이 1.0×10^10개라면 수소 원자핵은 몇 개인가? (단위를 포함하여 쓰시오.)정답 · 1.2×10^11개 — 헬륨 원자핵의 총질량은 4 × 1.0×10^10 = 4.0×10^10이다. 수소 원자핵의 총질량은 그 3배인 1.2×10^11이고, 수소 원자핵 한 개의 질량이 1이므로 수소 원자핵은 1.2×10^11개이다.
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
물질과 규칙성: 원소의 생성 시험지에 나오는 문항 모양
개념 확인
선다
단답
원리 적용
그래프·표 해석
집에서는 이런 순서로 해 보세요
먼저 빅뱅 후 약 3분, 약 38만 년, 별 내부로 이어지는 시간 순서를 각 시기에 만들어진 것과 함께 한 줄로 적어 봅니다. 하루에 한 단계씩만 외워도 충분하며, 수소·헬륨과 무거운 원소가 각각 어디서 생겼는지 구분이 되면 용어 문항은 대부분 정리됩니다.
그다음 연속·방출·흡수 스펙트럼이 각각 어떤 조건에서 나오는지 적어 두고, 별빛 문항은 어두운 선의 파장을 원소별로 하나씩 지워 가며 대조합니다. 계산 문항은 식과 단위까지 직접 써서 푼 뒤, 질량 결손과 헬륨 질량비 계산을 마지막에 다시 해 봅니다.