- 춘분, 하지, 추분, 동지 중 태양의 남중 고도가 가장 높은 때를 먼저 예상합니다.
- 공전 관찰판에서 네 위치를 차례로 선택하고 모든 위치의 자전축이 같은 방향을 가리키는지 확인합니다.
- 서울 부근 37.5°N, 정오, 높이 100 cm 막대라는 같은 조건에서 남중 고도와 낮의 길이, 그림자 길이를 기록합니다.
- 하지와 동지를 비교해 남중 고도가 높은 때의 낮과 그림자가 각각 어떻게 달라지는지 말합니다.
- 관찰한 차이를 지구가 자전축이 기울어진 채 공전한다는 사실과 연결해 계절 변화의 원인을 설명합니다.
- 북반구의 여름은 지구가 태양에 더 가까워져서 생기는 것이 아닙니다. 실제로 지구는 북반구 여름인 7월 무렵 태양에서 더 멀지만, 계절 변화의 주된 원인은 기울어진 자전축과 공전입니다.
- 지구의 자전축은 공전 위치마다 태양 쪽으로 돌아서지 않습니다. 1년 동안 거의 같은 우주 방향을 가리키므로 북반구가 태양 쪽을 향하는 때와 등지는 때가 생깁니다.
- 태양 고도가 높으면 같은 막대의 그림자는 길어지는 것이 아니라 짧아집니다.
- 춘분과 추분의 낮과 밤은 이 단순 기하 모형에서 각각 12시간이지만, 실제 일출·일몰은 대기 굴절과 태양 원반 크기 때문에 정확히 같지 않을 수 있습니다.
- 남중 고도와 낮의 길이가 곧 기온을 뜻하지는 않습니다. 실제 기온은 지표와 바다가 데워지고 식는 데 걸리는 시간, 구름과 바람 등의 영향도 받습니다.
- 학생이 먼저 고른 절기를 기록한 뒤 화면의 네 지구 자전축이 서로 평행한지 손가락으로 따라가게 합니다.
- 서울 부근, 정오, 같은 막대라는 통제 조건을 먼저 읽고 하지와 동지의 세 수치를 비교합니다.
- 남중 고도가 높을수록 낮이 길고 정오 그림자가 짧다는 관계를 수치에서 찾게 합니다.
- 춘분과 추분의 값이 같은 이유를 공전 위치와 햇빛 방향으로 설명하게 합니다.
- 마지막에는 거리 때문이라는 오개념을 지우고 ‘자전축이 기울어진 채 공전’이라는 원인 문장을 관찰 근거와 연결합니다.
- 하지와 동지 중 태양의 남중 고도가 더 높은 때는 언제인가요?
- 남중 고도가 높아질 때 낮의 길이와 같은 막대의 정오 그림자는 각각 어떻게 달라지나요?
- 춘분과 추분의 남중 고도와 낮의 길이가 같은 까닭은 무엇인가요?
- 네 공전 위치에서 지구 자전축은 어느 방향을 가리키고 있나요?
- 관찰 결과로 계절 변화가 지구와 태양의 거리 때문이라는 설명을 반박할 수 있나요?
칠판 정리
지구가 자전축이 기울어진 채 공전하면 계절에 따라 태양의 남중 고도와 낮의 길이가 달라져 지표가 받는 햇빛에 차이가 생긴다.
- 강한 조명이나 실제 태양을 직접 눈으로 보지 않도록 지도합니다.
- 실외 그림자 관찰에서는 막대를 수직으로 고정하고 이동 통로를 막지 않게 합니다.
수업 전 준비
- 계절의 변화 단원에서 춘분·하지·추분·동지의 남중 고도, 낮의 길이, 정오 그림자를 같은 조건의 표로 비교합니다.
- 준비물: 지구본, 손전등, 막대, 자, 계절 비교 활동지
관찰 순서
- 춘분, 하지, 추분, 동지 중 태양의 남중 고도가 가장 높은 때를 먼저 예상합니다.
- 공전 관찰판에서 네 위치를 차례로 선택하고 모든 위치의 자전축이 같은 방향을 가리키는지 확인합니다.
- 서울 부근 37.5°N, 정오, 높이 100 cm 막대라는 같은 조건에서 남중 고도와 낮의 길이, 그림자 길이를 기록합니다.
- 하지와 동지를 비교해 남중 고도가 높은 때의 낮과 그림자가 각각 어떻게 달라지는지 말합니다.
- 관찰한 차이를 지구가 자전축이 기울어진 채 공전한다는 사실과 연결해 계절 변화의 원인을 설명합니다.
교사용 진행 큐
- 학생이 먼저 고른 절기를 기록한 뒤 화면의 네 지구 자전축이 서로 평행한지 손가락으로 따라가게 합니다.
- 서울 부근, 정오, 같은 막대라는 통제 조건을 먼저 읽고 하지와 동지의 세 수치를 비교합니다.
- 남중 고도가 높을수록 낮이 길고 정오 그림자가 짧다는 관계를 수치에서 찾게 합니다.
- 춘분과 추분의 값이 같은 이유를 공전 위치와 햇빛 방향으로 설명하게 합니다.
- 마지막에는 거리 때문이라는 오개념을 지우고 ‘자전축이 기울어진 채 공전’이라는 원인 문장을 관찰 근거와 연결합니다.
학생 질문
- 하지와 동지 중 태양의 남중 고도가 더 높은 때는 언제인가요?
- 남중 고도가 높아질 때 낮의 길이와 같은 막대의 정오 그림자는 각각 어떻게 달라지나요?
- 춘분과 추분의 남중 고도와 낮의 길이가 같은 까닭은 무엇인가요?
- 네 공전 위치에서 지구 자전축은 어느 방향을 가리키고 있나요?
- 관찰 결과로 계절 변화가 지구와 태양의 거리 때문이라는 설명을 반박할 수 있나요?
칠판 정리
- 지구가 자전축이 기울어진 채 공전하면 계절에 따라 태양의 남중 고도와 낮의 길이가 달라져 지표가 받는 햇빛에 차이가 생긴다.
- 안전 유의: 강한 조명이나 실제 태양을 직접 눈으로 보지 않도록 지도합니다. 실외 그림자 관찰에서는 막대를 수직으로 고정하고 이동 통로를 막지 않게 합니다.
모형 확인
- 서울 부근의 대표 위도 37.5°N을 고정하고, 자전축 기울기 23.44°와 춘분·하지·추분·동지의 태양 적위를 사용한 결정적 기하 모형입니다.
- 남중 고도는 90°에서 위도와 태양 적위의 차이를 뺀 값으로, 낮의 길이는 구면 천문 기하의 일몰 시각각으로 계산합니다.
- 높이 100 cm 막대의 정오 그림자는 막대 높이를 남중 고도의 탄젠트로 나누어 계산합니다. 실제 바닥의 기울기와 막대 오차는 포함하지 않습니다.
- 지구와 태양의 크기·거리와 공전 궤도는 화면에 맞게 단순화했으며 실제 축척이 아닙니다. 지구–태양 거리 차이를 계절 원인 변수로 사용하지 않습니다.
- 낮 길이는 태양 중심이 기하학적 지평선에 닿는 시점을 기준으로 하며 대기 굴절과 태양 원반의 크기를 생략합니다. 수치는 수업 비교용 반올림 값입니다.