‘전자기학과 빛, 파동’ 편은 학생들이 물리를 공부할 때 가장 어려워하는 부분이다. ‘역학, 시공간’을 배울 때보다 더 까다롭게 받아들인다. 눈으로 확인하기 어려운 현상들이 주를 이루는 탓이다. 전작 『빛나는 지단쌤 임대환의 한눈에 사로잡는 물리|고전역학ㆍ시공간』으로 “물리 공부가 재미있고 흥미로울 수 있다”는 인식을 심어준 지단쌤이 학생들의 이 같은 고민을 풀어주고자 두 번째 책을 냈다. 바로 『빛나는 지단쌤 임대환의 한눈에 사로잡는 물리|전자기학ㆍ빛』 편이다. 간단한 개념 소개와 풀이에 그친 기존 교과서와 달리, 읽을 때는 재미있는데 책을 덮으면 머릿속이 뒤죽박죽되는 교양서와 달리, 이 책은 학교에서 물리를 배우는 학생들이 특별한 과외 수업을 받지 않고 ‘스스로’ 공부할 수 있도록 집필한 ‘잘 짜인 진짜 물리교과서’이다. 특히 학습자 본인의 수준에 맞게 단계별로 공부할 수 있도록 구성되었다는 점이 이 책의 특장이다. 이를 테면 기본이 부족한 학습자는 첫 단계에서 설명만 먼저 읽는다. 그러고 나서 두 번째 단계에서는 개념을 정리한 ‘이것만은 꼭’과 간단한 문제풀이인 ‘적용’을 공부한다. 마지막으로 ‘개념 넓히기’를 읽으면서 좀 더 깊게 생각하고, ‘요약노트’와 ‘대표문제’로 실력을 점검한다. 이미 기본을 갖춘 학생이라면 내용을 보충해주는 재미있는 삽화와 사진들을 보면서 개념정리를 읽고 바로 ‘적용’ ‘대표문제’로 점프해도 좋다. 저자 임대환 선생은 현재 파주 문산고등학교 교사로서 인천 과학사랑 교사모임, 고양시 과학사랑 교사모임에서 ‘즐거운 배움, 행복한 나눔’을 몸소 실천하려고 노력 중인 베테랑 물리 교사다. 쓴 책으로 『빛나는 지단쌤 임대환의 한눈에 사로잡는 물리|고전역학ㆍ시공간』이 있다. 물리를 처음 접하는 학습자, 과학논술을 준비하는 수험생, 서술ㆍ논술형 평가에 대비하는 학생들, 중학교에서 통합과학을 가르치느라 고군분투하는 물리 비전공자 교사들, 그리고 지적 욕구와 호기심은 있지만 ‘물리에 대한 안 좋은 소문’ 때문에 쉽게 다가서지 못하는 일반인에게도 이 책을 강력히 추천한다.
떼려야 뗄 수 없는 사이, 전자기학과 빛
빛은 어디에나 넘쳐난다. 눈에 보이는 빛도 있고 사람의 눈으로는 보지 못하는 빛도 있다. 빛은 끊임없이 물질들과 상호작용을 한다. 물질은 빛을 방출하고 빛은 다시 물질에 흡수된다. 때로는 물질 속을 아무렇지도 않게 지나치기도 하고 물질의 표면에서 오던 길을 되돌아가기도 한다. 빛은 생명을 진화시켰고 빛 덕분에 TV와 스마트폰은 사람들의 장난감이 되었다. 이처럼 빛은 사람들이 애써 나눠놓은 경계를 비웃으며 세상 구석구석에서 존재감을 떨친다. 지담쌤의 두 번째 책 『빛나는 지단쌤 임대환의 한눈에 사로잡는 물리|전자기학ㆍ빛』은 ‘빛과 빛의 친구들’에 대한 이야기다. 우리가 알고 있는 모든 물질들은 전자의 바다이다. 물질들 속에는 셀 수 없을 만큼 많은 수의 전자들이 있으니까! 빛은 그 전자의 바다를 헤엄치면서 끊임없이 전자들과 상호작용한다. 그래서 “전자기학은 빛과 떼려야 뗄 수 없는 사이”라고 말하는 것이다. 전자기학은 ‘전기를 띠고 있는 입자들에 의한 자연현상’을 다루는 공부이다. 저자는 이 책에서는 전기를 띠고 있는 알갱이들이 보여주는 전기적 현상과 자기적 현상을 설명하고, 물질들이 가지는 전기적 성질에 대해서 알려준다. 물론 1권에서처럼 물리학자들의 흥미진진한 역사를 따라가면서 빛에 대한 인식과 공부가 어떻게 진행되었고 발전을 거듭했는지도 밝힌다.
이보다 쉽고 재미있을 수는 없다!
“물리교과서가 이렇게 재미있어?” 『빛나는 지단쌤 임대환의 한눈에 사로잡는 물리|고전역학ㆍ시공간』을 읽은 독자들의 첫 번째 반응이다. “집에 두고 온가족이 교양서로 읽어야겠어!” 두 번째 반응이다. 그만큼 지단쌤의 물리책은 기존 물리학 서적의 한계?딱딱하고 어렵다, 무슨 소리인지 모르겠다?를 가볍게 극복한다. 그가 물리를 진정으로 사랑하는 뛰어난 이야기꾼인 덕분이다. ‘고전역학과 시공간’을 다룬 전작에서처럼 저자는 ‘전자기학과 빛’ 편에서도 스토리텔링의 실력을 유감없이 발휘한다. 특히 이해하기 까다로운 ‘반도체의 전기적 성질’을 다룬 3강에서 그의 스토리텔링 실력은 정점을 찍는다. 최외각 전자를 주고받는 규소와 인의 공유결합을 ‘반도체 동맹’으로 상정, 판타지버전의 이야기로 풀어낸 것을 읽노라면 자연스레 혀를 내두르게 된다. 저자가 학생들에게 ‘물리를 쉽고 재미있게, 가까이 할 수 있는 과목’으로 가르치기 위해 얼마나 고심했는지 그 노력의 흔적을 확인할 수 있는 대목이기도 하다. 뿐만 아니다. 빛의 파동설과 입자설 사이에서 과학자들끼리 설왕설래하는 모습을 역사적으로 찬찬히 짚어준다든지, 굴절률을 배울 때 학생들이 무작정 암기하려고 하는 ‘스넬의 법칙’을 행진하는 군인의 모습에 빗대어 설명한다든지, 파동을 이야기하면서 우리에게 친숙한 악기를 예로 들어주는 것을 보면 그가 얼마나 ‘과학의 쓸모를 현실에서 재발견하기’ 위해 노력하는 교사인지 잘 알 수 있다. 스토리텔링의 재미는 이 같은 저자의 열정과 노력의 산물이다.
지담쌤과 함께 물리와 사랑에 빠지는 법
상대방을 잘 알고 깊이 이해하면 더 많이 사랑할 수 있다. 학습도 마찬가지다. 공부하는 영역에 대해 충분히 이해한다면 목표하는 효과를 내는 것은 결국 시간문제다. 그런 점에서 저자의 두 번째 책 『빛나는 지단쌤 임대환의 한눈에 사로잡는 물리|전자기학ㆍ빛』은 학습자들이 물리 공부의 매력을 발견하고, ‘더 알고 싶다’고 생각하도록 욕구를 촉발해준다. 이 책의 특장은 내용이 입체적이라는 점이다. 물리 공부의 개념을 확실하게 잡지 못한 고등학생, 혹은 진학을 앞둔 예비고등학생은 첫 단계에서 설명만 먼저 읽어도 무방하다. 그러고 나서 두 번째 단계에서 개념 정리 ‘이것만은 꼭’과 ‘개념 넓히기’를 비롯한 간단한 문제풀이 ‘적용’을 학습하면 좋다. 학교 수업시간에 물리를 배우고 있거나 개념이 잡힌 학생이라면 1~2단계를 건너 뛰어 ‘개념 넓히기’를 중심으로 ‘요약노트’와 ‘대표문제’로 실력을 재점검해도 된다. 또 하나, 이 책이 과학의 지평을 넓혀가는 데 일조하는 교양서로서의 재미를 담보하면서도 기존 도서들과 차별성을 획득하는 지점은 학생들에게 반드시 필요한 ‘지필시험 문제 풀이 능력’을 무시하지 않았다는 점이다. 따라서 학교 내신 시험 및 수능시험에 대비할 수 있는 지침서로 활용해도 손색이 없다. 고등학교 공부를 처음 시작하는 17세 학생들에게 『빛나는 지단쌤 임대환의 한눈에 사로잡는 물리|전자기학ㆍ빛』 편은 ‘물리학 분야 중 이해하기가 매우 까다로운 영역’이라는 선입견을 깨주는 동시에 학습자를 흥미롭고 진지한 과학의 세계로 인도할 것이다.
임대환
저자 임대환은 서울대학교 물리교육학과를 졸업하고 신도시 아파트 숲에 둘러싸인 도시 학교에서 12년 동안 물리를 가르쳤다. 현재는 복잡한 도시를 떠나 파주시 문산읍에 있는 문산고등학교에서 투박한 촌놈들과 3년째 사랑에 빠져 있다. 픽션과 논픽션을 위태롭게 넘나들면서 과학사와 일상사 속에서 어려운 물리 개념을 이야기로 풀어내는 재주가 있다. 책상을 어지럽히면서 무언가를 만들고 있을 때 가장 행복하고, 새로운 실험기구를 만들어서 동료 선생님들에게 소개할 때 가장 신이 난다. 인천 과학사랑 교사모임, 고양시 과학사랑 교사모임에서 ‘즐거운 배움, 행복한 나눔’을 몸소 실천하려고 노력 중이다. 쓴 책으로 『빛나는 지단쌤 임대환의 한눈에 사로잡는 물리 | 고전역학 ? 시공간』이 있다.
들어가는 말 _물리의 바다에 빠져라!
프롤로그 _전자의 바다에서 춤추는 빛
제1강 전기 ㆍ18
전기와 자기 현상의 발견 ㆍ22 | 마찰 전기 ㆍ26 | 정전기 ㆍ29 | 정전기의 이용 ㆍ33 | 정전기 유도와 유전 분극 ㆍ35 | 검전기 ㆍ41 | 전류의 발견 ㆍ47 | 전류와 전하 운반자 ㆍ49 | 전류의 방향 ㆍ55 | 직류와 교류 ㆍ57 | 전원 장치의 혁신 ㆍ58 | 축전기(capacitor) ㆍ61 | 쿨롱의 법칙(Coulomb force law) ㆍ66 | 전하량 ㆍ67 | 볼타 전지의 발명 ㆍ69 | 볼타 전지의 원리 ㆍ72 | 옴의 법칙 ㆍ74 | 전류의 세기 ㆍ77 | 전기장과 전기력선 ㆍ81 | 전기장의 방향과 세기 ㆍ86 | 전기장과 전기력에 의한 퍼텐셜 에너지 ㆍ88 | 전압, 전위차 ㆍ92 | 전기 저항 ㆍ95 | 비저항 ㆍ99 | 초전도체 ㆍ102 | 옴의 법칙과 전기 회로 ㆍ103 | 전기 저항과 전기 에너지 ㆍ126 | 전력 ㆍ132 | 대표 문제 ㆍ142 | 요약 노트 ㆍ146
제2강 자기 ㆍ148
외르스테드의 위대한 발견 ㆍ150 | 자기력선과 자기장의 세기 ㆍ152 | 앙페르의 법칙 ㆍ155 | 원형 도선에 흐르는 전류에 의한 자기장 ㆍ159 | 물질이 자성을 띠는 이유 ㆍ163 | 자기장 속에서 전하가 받는 힘 ㆍ168
자기장 속에서 전류가 받는 힘 ㆍ172 | 지구 자기장 ㆍ176 | 전자기 유도 ㆍ178 | 유도 기전력 ㆍ180 | 렌츠의 법칙 ㆍ184 | 대표 문제 ㆍ188 | 요약 노트 ㆍ192
제3강 고체와 반도체의 전기적 성질 ㆍ194
전자의 에너지 준위 ㆍ198 | 고체 원자 속 전자의 에너지 준위 ㆍ209 | 에너지띠와 고체의 전기적 성질 ㆍ212 | 반도체에는 어떤 전하 운반자들이 있을까? ㆍ215 | 불순물 반도체 : n형 반도체 ㆍ218 | 불순물 반도체 : p형 반도체 ㆍ222 | p-n 접합 다이오드 ㆍ226 | 트랜지스터 ㆍ231 | 대표 문제 ㆍ238 | 요약 노트 ㆍ242
제4강 빛은 입자인가, 파동인가? ㆍ244
망원경과 현미경의 발명 ㆍ247 | 반사 ㆍ249 | 거울에 의한 ‘상(image)’ ㆍ252 | 반사된 빛의 경로 추적 ㆍ257 | 오목거울에 의한 여러 가지 상 ㆍ264 | 볼록거울에 의한 상 ㆍ270 | 평면거울 ㆍ277 | 굴절과 스넬의 법칙 ㆍ279 | 굴절에 의한 현상 : 전반사 ㆍ286 | 굴절에 의한 현상 : 꺾여 보이는 젓가락 ㆍ291 | 굴절에 의한 현상 : 신기루 ㆍ292 | 볼록렌즈에 의한 상 ㆍ293 | 오목렌즈에 의한 상 ㆍ304 | 거울과 렌즈의 배율 ㆍ308 | 망원경의 원리 ㆍ310 | 현미경의 원리 ㆍ312 | 빛의 정체 ㆍ313 | 파동과 진동 ㆍ314 | 파동의 진동수와 주기 ㆍ316 | 변위와 진폭 ㆍ319 | 파동의 위상 ㆍ321 | 파동의 파장 ㆍ323 | 파동의 파장, 진동수, 속도 사이의 관계 ㆍ325 | 파동의 독립성, 중첩, 간섭 ㆍ329 | 소리와 청각 ㆍ333 | 종파와 횡파 ㆍ337
정상파 ㆍ344 | 정상파와 현악기 ㆍ350 | 정상파와 관악기 ㆍ356 | 공명과 정상파 ㆍ364 | 회절 ㆍ369 | 토마스 영의 회절 간섭 실험 ㆍ375 | 빛과 전자기파 ㆍ380 | 광전 효과와 광량자설 : 빛은 입자인가, 파동인가? ㆍ386 | 빛과 물질의 이중성 ㆍ398 | 편광 ㆍ400 | 빛과 물체의 색 ㆍ406 | 대표 문제 ㆍ414 | 요약 노트 ㆍ418
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