หน่วยที่ 1 การเคลื่อนที่แนวตรง 1. การเคลื่อนที่แนวตรง 1.1 ระยะทาง และ การกระจัด 1.1.1 ระยะทาง (Distance) คือ ความยาวตามเส้นทางที่วัตถุเคลื่อนที่ไปได้ทั้งหมด เป็น ปริมาณสเกลลาร์ คือ มีแต่ขนาดอย่างเดียว มีหน่วยเป็นเมตร โดยทั่วไปเราใช้สัญลักษณ์ S 1.1.2 การกระจัด (Displacement) คือ เส้นตรงที่ลากจากจุดเริ่มต้น ถึงจุดสุดท้ายของการ เคลื่อนที่เป็นปริมาณเวกเตอร์ คือ ต้องคานึงถึงทิศทางด้วย มีหน่วยเป็นเมตร โดยทั่วไปเขียนแบบ เวกเตอร์เป็น S หรือ d
ตัวอย่างที่ 1
ชายคนหนึ่งเดินจาก ก ไป ข แล้วจาก ข ไป ค และไป ง ชายคนนี้จะได้ระยะทาง = 6 + 3 + 2 เมตร = 11 เมตร ชายคนนี้จะได้การกระจัด = 5 เมตร
1.2 อัตราเร็วและความเร็ว 1.2.1 อัตราเร็ว (Speed) คือ ระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา หรือ อัตราการ เปลี่ยนระยะทาง จัดเป็นปริมาณสเกลลาร์ หน่วยในระบบเอสไอ มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที 1.2.2 ความเร็ว (Velocity) คือ ขนาดของการกระจัดที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา จัดเป็นปริมาณเวกเตอร์ ใช้หน่วยเดียวกับอัตราเร็ว สมการแสดงความสัมพันธ์ของอัตราเร็ว ระยะทาง และเวลาเป็นดังนี้ ให้ เป็นค่าอัตราเร็วหรือความเร็ว เป็นระยะทางหรือการกระจัด เป็นเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ สมการคือ
v
s t
อัตราเร็ว และความเร็ว เป็นปริมาณที่แสดงให้ทราบลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุ ถ้าในทุก ๆ หน่วยเวลาของการเคลื่อนที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยขนาดของอัตราเร็ว หรือ ความเร็วเท่ากันตลอดการ เคลื่อนที่ เรียกว่า วัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสม่าเสมอหรืออัตราเร็วคงที่ ในกรณีนี้การหาค่าอัตราเร็ว หรือความเร็ว หาได้สองลักษณะคือ 1. อัตราเร็วขณะใดขณะหนึ่ง หรือความเร็วขณะใดขณะหนึ่ง เป็นการหาค่าอัตราเร็ว หรือความเร็วในช่วงเวลาสั้น ๆ ช่วงใดช่วงหนึ่งของการเคลื่อนที่ 2. อัตราเร็วเฉลี่ยหรือความเร็วเฉลี่ย เป็นการหาค่าอัตราเร็วหรือความเร็วหลังจากมี การเคลื่อนที่ โดยคานวณหาจากการเฉลี่ยระยะทางทั้งหมดของการเคลื่อนที่ใน หนึ่งหน่วยเวลาของการเคลื่อนที่ หรือการเฉลี่ยการกระจัดของการเคลื่อนที่ใน หนึ่งหน่วยเวลา ข้อสังเกต วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสม่าเสมอ ค่าอัตราเร็วขณะใดขณะหนึ่ง กับค่าอัตราเร็วเฉลี่ย มีค่าเท่ากัน
กิจกรรมที่ 1 การหาอัตราเร็วเฉลี่ย วัสดุอุปกรณ์ 1. เครื่องเคาะสัญญาณเวลา 2. แถบกระดาษ 3. หม้อแปลงโวลต์ต่า วิธีทากิจกรรม 1. ต่อเครื่องเคาะสัญญาณเวลาเข้ากับหม้อแปลงโวลต์ต่าที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า 4-6 โวลต์ สอดแถบกระดาษผ่านใต้กระดาษคาร์บอนของเครื่องเคาะสัญญาณเวลา ติดแถบ กระดาษกับรถทดลอง เปิดสวิตช์หม้อแปลงโวลต์ต่าแล้วผลักรถทดลองให้แถบ กระดาษเครื่องที่ผ่านคันเคาะของเครื่องเคาะสัญญาณเวลา เลือกจุดเริ่มต้นและจุด สุดท้ายของแถบกระดาษที่สามารถวัดระยะทางได้สะดวก 2. นาข้อมูลมาอภิปรายในประเด็นต่อไปนี้ - ระยะทางระหว่างจุดเริ่มต้นและจุดสุดท้ายเป็นเท่าใด และมีกี่ช่วงจุด - ช่วงเวลาระหว่างจุดเริ่มต้นและจุดสุดท้ายเป็นเท่าใด - อัตราเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ในช่วงดังกล่าวเป็นเท่าใด 3. สรุปและนาเสนอผลการศึกษา
รายงานการทากิจกรรมที่ 1 เรื่อง การหาอัตราเร็วเฉลี่ย สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 1 เรื่อง การเคลื่อนที่แนวตรง คาชี้แจง ปฏิบัติกิจกรรมต่อไปนี้แล้วตอบคาถามท้ายใบงาน 1. ทากิจกรรมเช่นเดียวกับกิจกรรมที่ 1 แต่เปลี่ยนจากรถทดลองเป็นถุงทรายและปล่อย ให้ตกอย่างอิสระ 2. นาข้อมูลจากแถบกระดาษ มาอภิปรายในประเด็นต่อไปนี้ - ระยะห่างของแต่ละจุดบนแถบกระดาษ มีลักษณะเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร - หาความเร็วขณะหนึ่ง บนแถบกระดาษ แล้วนาไปเขียนกราฟระหว่างความเร็ว กับเวลา - หาความชันของเส้นกราฟที่ได้ 3. สรุปการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง และนาเสนอผลการศึกษา คาถามท้ายใบงาน 1. การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งมีการเปลี่ยนความเร็วหรือไม่ สังเกตจากอะไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. การตกอย่างอิสระของถุงทรายลงสู่พื้น มีความเร็วเปลี่ยนแปลงอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. ถุงทรายตกสู่พื้นด้วยความเร่งเท่าใด และมีทิศใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. ถ้าถุงทรายตกถึงพื้นใช้เวลา 3 วินาที ความเร็วของถุงทรายขณะถึงพื้นเป็นเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. จงยกตัวอย่างการเคลื่อนที่แนวตรงที่พบเห็นในชีวิตประจาวัน มา 5 ตัวอย่าง และอธิบาย ลักษณะของการเคลื่อนที่นั้น ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 1 เรื่องการเคลื่อนที่แนวตรง คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 30 นาที 1. ปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ในแนวตรงมี ปริมาณใดบ้าง เกี่ยวข้องกันหรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. การเคลื่อนที่ของวัตถุต่าง ๆ มีอัตราเร็วเท่ากันตลอดการเคลื่อนที่หรือไม่ และสามารถวัดได้ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. อัตราเร็ว และ ความเร็ว แตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. รถยนต์คันหนึ่งเคลื่อนที่ จาก A ไป B ได้ระยะทาง หรือ การกระจัด 500 เมตร ใช้เวลาในการ เคลื่อนที่ 10 วินาที ไปทางทางทิศเหนือ รถยนต์คันนี้มีอัตราเร็วและ ความเร็วเฉลี่ย เท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. นารี อยู่จังหวัดอุบราชธานี ต้องไปอบรมลูกเสือที่ จังหวัดมหาสารคาม ให้ทันเวลา 09.30 น.ซึ่ง มีระยะทาง 200 กิโลเมตร ถ้านารีนั่งรถโดยสารประจาทาง ที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเฉลี่ย 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และออกเดินทางเวลา 06.30 น. นารีจะเข้าอบรมทันเวลาหรือไม่ เพราะเหตุ ใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
6. รถยนต์คันหนึ่งเคลื่อนที่ได้ 50 กิโลเมตร ในครึ่งชั่วโมงแรก และเคลื่อนที่ต่อไป ได้ระยะทาง 70 กิโลเมตร ในครึ่งชั่วโมงต่อมา อัตราเร็วเฉลี่ยใน 1 ชั่วโมง มีค่าเท่าใด ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 7. ถ้าวัตถุหนึ่งตกอย่างอิสระ ความเร็วของวัตถุในขณะที่ตกจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร เพราะ เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… 8. นักเรียนคนหนึ่งวิ่งรอบสนามฟุตบอลที่มีความกว้าง และยาวของสนามเป็น 50 , 150 เมตร ได้ ครบ 1 รอบ และหยุดยืนที่จุดเริ่มต้นพอดี นักเรียนคนนี้วิ่งได้ ระยะทาง และ ระยะกระจัดเป็น เท่าใด ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………
ความเร่ง ความเร่ง (Acceleration) ถ้าพิจารณาแล้วพบว่าในแต่ละหน่วยเวลาของการเคลื่อนที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วหรือ ความเร็วที่แตกต่างกัน กล่าวว่า วัตถุเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร่ง หรือ ความเร่ง วัตถุที่มีความเร่งมี 3 ลักษณะ คือ 1. อัตราเร็วคงที่ แต่เปลี่ยนทิศทาง 2. อัตราเร็วเปลี่ยนแต่ทิศทางคงเดิม 3. เปลี่ยนทั้งอัตราเร็วและทิศทาง ความเร่ง (Acceleration) คือ ความเร็วที่เปลี่ยนแปลงไปในหนึ่งหน่วยเวลา หรืออัตราการ เปลี่ยนแปลงความเร็ว เป็นปริมาณเวกเตอร์ มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที2 การเคลื่อนที่ในแนวตรงด้วยความเร่งคงที่ ความเร่ง (a) = ความเร็วที่เปลี่ยนไป
=
v 2 v1 t 2 t1
ช่วงเวลาที่เปลี่ยนความเร็ว ตัวอย่างการคานวณหาความเร่ง
รถจักรยานยนต์เริ่มต้นเคลื่อนที่จากหยุดนิ่ง จนมีความเร็วเป็น 20 เมตร/วินาที ภายในเวลา 10 วินาที รถจักรยานยนต์คันนี้ มีความเร่งอย่างไร จากสมการ
a
v2 v1 20 0 20 2 m / s2 t 2 t1 10 0 10
ตอบ รถจักรยานยนต์คันนี้ มีความเร่ง 2 เมตรต่อวินาที2 มีทิศทางคงเดิม
กิจกรรมที่ 2 เรื่องการหาความเร่งของมือ วัสดุอุปกรณ์ 1. เครื่องเคาะสัญญาณเวลา 2. แถบกระดาษ 3. หม้อแปลงโวลต์ต่า วิธีทากิจกรรม 1. ต่อเครื่องเคาะสัญญาณเวลาเข้ากับหม้อแปลงโวลต์ต่าที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า 4-6 โวลต์ สอดแถบกระดาษผ่านใต้กระดาษคาร์บอนของเครื่องเคาะสัญญาณเวลา เปิดสวิตช์หม้อ แปลงโวลต์ต่าแล้วใช้มือดึงแถบกระดาษที่สอดผ่านใต้กระดาษคาร์บอนของเครื่องเคาะ สัญญาณเวลาที่กาลังทางาน 2. นาแถบกระดาษมาหาความเร็วต้น ความเร็วปลาย และช่วงเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยน ความเร็ว เพื่อนาไปหาความเร่งของมือ และนาข้อมูลมาอภิปรายในประเด็นต่อไปนี้ - อัตราเร็วช่วงเริ่มต้น และช่วงสุดท้าย แตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร - ความเร็วตลอดการเคลื่อนที่มีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร - ความเร่งเฉลี่ยของมือที่ดึงแถบกระดาษ มีค่าเป็นเท่าใด 3. สรุปและนาเสนอผลการศึกษา
รายงานการทากิจกรรมที่ 2 เรื่อง การหาความเร่งของมือ สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
กิจกรรมที่ 2.1 เรื่อง การหาความความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็วของยานพาหนะและระยะหยุด คาชี้แจง ให้นักเรียนพิจารณาแผนภาพและอภิปรายความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็วของยานพาหนะ และระยะหยุด และตอบคาถามท้ายกิจกรรม อัตราเร็ว( km/ hr )
40 56 72 88 104
ระยะคิด
8.2 m
ระยะเบรก
11.6 m
11.6 m
20.7 m
14.9 m 18.3 m 21.6 m
34.3 m 51.2 m 71.6 m
ในกรณีฉุกเฉิน คนขับต้องหยุดรถกะทันหัน ระยะทางที่รถเคลื่อนที่ได้นับตั้งแต่ เมื่อคนขับเริ่มมีปฏิกิริยาตอบสนองจนรถหยุดนิ่ง เรียกว่า ระยะหยุด ระยะหยุดประกอบด้วย ระยะคิด ซึ่งเป็นระยะทางที่รถเคลื่อนที่ได้ ก่อนที่คนขับจะ เหยียบเบรกและระยะเบรก ซึ่งเป็นระยะทางที่รถเคลื่อนที่ได้ หลังเหยียบเบรกจนรถหยุด
( ที่มา: ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี,สถาบัน. หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐาน การเคลื่อนที่และพลังงาน .ปี 2548, หน้า 12)
คาถามประกอบกิจกรรมที่ 2.1 1. จากแผนภาพข้างต้น อัตราเร็ว ระยะคิด และระยะเบรกมีความสัมพันธ์กันอย่างไร ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 2. ถ้าถนนเปียก หรือรถมีน้าหนักมาก หรือคนขับมีปฏิกิริยาตอบสนองช้า ระยะหยุดจะ เปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 3. จากข้อมูลตามแผนภาพ ถ้านักเรียนขับรถด้วยอัตราเร็ว 88 กิโลเมตร/ชั่วโมง นักเรียนควร เว้นระยะให้ห่างจากรถคันหน้าอย่างน้อยเป็นระยะทางเท่าใด จึงจะเป็นระยะที่ปลอดภัยใน การเบรกอย่างกะทันหัน ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 4. จากกิจกรรมที่ 2.1 นักเรียนได้ข้อคิดในเรื่องใด เกี่ยวกับการขับขี่ยานพาหนะบนท้องถนน ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 5. จงบอกประโยชน์ของการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็วของยานพาหนะและระยะ หยุด ในกิจกรรมนี้ ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................
ใบงานที่ 1 เรื่อง ความเร่ง คาชี้แจง ให้นักเรียนพิจารณา การเคลื่อนที่ของรถยนต์ต่อไปนี้แล้วตอบคาถามท้ายใบงาน ในการเคลื่อนที่ของรถยนต์คันหนึ่ง บนถนนตรง โดยสังเกตการณ์เปลี่ยนแปลงอัตราเร็วและเวลา ตั้งแต่รถเริ่มเคลื่อนที่จากหยุดนิ่ง แล้วเคลื่อนที่ไปได้ระยะหนึ่ง จนในที่สุดรถก็หยุดนิ่ง อีกครั้ง ดังภาพ
รถเริ่มเคลื่อนที่ v 0,t 0 s
v 90 km / hr t 25 s
v 90 km / hr t 50 s
รถหยุด v 0 , t 75 s
จากภาพ ให้นักเรียน หาความเร่งของรถยนต์ในช่วงเวลาต่อไปนี้ 1. จากเริ่มต้น t 0 s t 25 s 2. จากช่วงเวลา t 25 s t 50 s 3. จากช่วงเวลา t 50 s t 75 s ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................
คาถามท้ายใบงาน 6. แต่ละช่วงของการเคลื่อนที่มีความเร่งของการเคลื่อนที่เท่ากัน หรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 7. เมื่อรถยนต์ไม่มีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว ความเร่งมีค่าเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 8. ความเร็วและความเร่ง มีความสัมพันธ์กันอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 9. การขับรถยนต์ด้วยอัตราเร็วดังภาพ มีความสัมพันธ์กับการใช้เชื้อเพลิงอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 10. ความเร็ว ความเร่ง มีความสาคัญอย่างไร ต่อการนาไปใช้ในชีวิตประจาวัน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 2 เรื่อง ความเร่ง คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 30 นาที 1. “วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง” ข้อความดังกล่าว มีความหมายว่าอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. ความเร่ง และ ความหน่วง เหมือน หรือแตกต่างกันอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. รถคันหนึ่งเคลื่อนที่บนถนนตรงจากหยุดนิ่ง จนกระทั่งมีความเร็วเป็น 25 เมตร/วินาที ในช่วงเวลา 10 วินาที ความเร่งของรถยนต์คันนี้มีค่าเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. รถยนต์คันเดิม (จากข้อ3 )เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 25 เมตร/วินาที และเบรกจนหยุดนิ่ง ได้ในเวลา 5 วินาที รถยนต์คันนี้เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง หรือความหน่วง มีค่าเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. จากรูปแถบกระดาษ ที่ใช้กับเครื่องเคาะสัญญาณเวลาที่มี่ความถี่ 50 เฮิรตซ์ ความเร่ง ของแถบกระดาษนี้เป็นเท่าใด 9 เซนติเมตร 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 .. . . . . . . . . . 8 เซนติเมตร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก กาลิเลโอ ได้ทาการทดลองให้เห็นว่า วัตถุที่ตกลงสู่พื้นโลกอย่างอิสระ จะเคลื่อนที่ภายใต้ แรงดึงดูดของโลก ต่อมานิวตันสังเกตเห็นว่า ทาไมดวงจันทร์ไม่ลอยหลุดออกไปจากโลก ทาไมผล แอปเปิ้ลจึงตกลงสู่พื้นดิน นิวตันได้ทาการศึกษาค้นคว้าต่อ จนในที่สุดก็สามารถพิสูจน์ในเรื่องกฎ แห่งการดึงดูดของ สสาร โดยโลกและดวงจันทร์ต่างมีแรงดึงดูดซึ่งกันและ กัน แต่เนื่องจากดวง จันทร์โคจรรอบโลก จึงมีแรงหนีสู่ศูนย์กลางซึ่งต่อต้านแรงดึงดูดไว้ ทาให้ดวงจันทร์ลอยโคจรรอบ โลกได้ แต่ผลแอปเปิ้ลกับโลกก็มีแรงดึงดูดระหว่างกัน ผลแอปเปิ้ลเมื่อหลุดจากขั้วจึงเคลื่อนที่อิสระ ตามแรงดึงดูดนั้น
การตกอย่างอิสระนี้ วัตถุจะเคลื่อนตัวด้วยความเร่ง ซึ่งเรียกว่า Gravitational acceleration หรือ g ซึ่งมีค่าประมาณ 9.8 m/s2 ความเร่งของวัตถุที่มีอัตราเร็วคงที่ โดยทั่วไป วัตถุจะมีความเร่งเมื่อความเร็วเปลี่ยนแปลงไป นั่นคือความเร็วอาจเปลี่ยนแปลงได้ใน กรณีต่าง ๆ ต่อไปนี้ 1. ทั้งขนาดและทิศทาง 2. เปลี่ยนขนาดแต่ทิศทางคงที่ 3. เปลี่ยนทิศทางแต่ขนาดคงที่ คาถามลองคิด 1. การตกอย่างอิสระของวัตถุ มีความเร่งในกรณีใด ? 2. การโยนวัตถุขึ้นไปในแนวดิ่ง จะมีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว และ ความเร่งอย่างไร ?
กิจกรรมที่ 3 การตกแบบเสรีของถุงทราย วัสดุอุปกรณ์ 1. เครื่องเคาะสัญญาณเวลา 2. ถุงทราย 3. แถบกระดาษ 4. หม้อแปลงโวลต์ต่า วิธีทากิจกรรม 1. ต่อเครื่องเคาะสัญญาณเวลาเข้ากับหม้อแปลงโวลต์ต่าที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้า 4-6 โวลต์ สอดแถบกระดาษผ่านใต้กระดาษคาร์บอนของเครื่องเคาะสัญญาณเวลา ติดแถบ กระดาษกับถุงทราย เปิดสวิตช์หม้อแปลงโวลต์ต่าแล้วปล่อยถุงทรายให้ตกอย่างอิสระ โดยให้แถบกระดาษเครื่องที่ผ่านคันเคาะของเครื่องเคาะสัญญาณเวลา เลือกจุดเริ่มต้น และจุดสุดท้ายของแถบกระดาษที่สามารถวัดระยะทางได้สะดวก 2. นาข้อมูลมาอภิปรายในประเด็นต่อไปนี้ - แนวการเคลื่อนที่ของถุงทรายมีการเปลี่ยนแปลงความเร็วหรือไม่ อย่างไร - ความเร่งของถุงทรายเมื่อเริ่มเคลื่อนที่ กับตอนที่ถุงทรายจะกระทบพื้น มีค่า แตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร - กราฟความสัมพันธ์ระหว่าง อัตราเร็วและเวลา ของการตกแบบเสรี มีลักษณะ เป็นอย่างไร 3. สรุปและนาเสนอผลการศึกษา
รายงานการทากิจกรรมที่ 3 เรื่อง การตกแบบเสรีของถุงทราย สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 3 เรื่อง การเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง คาชี้แจง ปฏิบัติกิจกรรมต่อไปนี้แล้วตอบคาถามท้ายใบงาน 1. ให้นักเรียนโยนถุงทรายขึ้นไปในแนวดิ่ง แล้วสังเกตแนวการเคลื่อนที่ของถุงทราย 2. นาข้อมูลจากการสังเกต มาอภิปรายในประเด็นต่อไปนี้ a. เมื่อเริ่มต้นโยน จนกระทั่งถุงทรายเคลื่อนที่ถึงจุดสูงสุด มีการเปลี่ยนแปลง ความเร็วหรือไม่ อย่างไร b. การเคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่งของถุงทราย กับการตกแบบเสรี มีลักษณะการ เคลื่อนที่เหมือนกัน หรือแตกต่างกัน อย่างไรบ้าง c. ความเร่งของการเคลื่อนขึ้นและลง ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก มีค่าเท่ากัน หรือไม่ อย่างไร 3. สรุปการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง และนาเสนอผลการศึกษา ผลอภิปรายประเด็นปัญหาจากใบงาน 1. เมื่อเริ่มต้นโยน จนกระทั่งถุงทรายเคลื่อนที่ถึงจุดสูงสุด มีการเปลี่ยนแปลงความเร็วหรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. การเคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่งของถุงทราย กับการตกแบบเสรี มีลักษณะการเคลื่อนที่ เหมือนกัน หรือแตกต่างกัน อย่างไรบ้าง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. ความเร่งของการเคลื่อนขึ้นและลง ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก มีค่าเท่ากันหรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 3 เรื่องการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 20 นาที 1. การตกแบบเสรีของวัตถุใด ๆ ภายใต้แรงโน้มถ่วง ความเร็วเริ่มต้นเป็นอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. เมื่อโยนลูกบอลให้เคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่ง ความเร็วของลูกบอลจะลดลงอย่างสม่าเสมอ ความเร่งของการเคลื่อนที่นี้ เป็นอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งมีการเปลี่ยนความเร็วหรือไม่ สังเกตจากอะไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. ถุงทรายตกสู่พื้นด้วยความเร่งเท่าใด และมีทิศใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. ถ้าถุงทรายตกถึงพื้นใช้เวลา 3 วินาที ความเร็วของถุงทรายขณะถึงพื้นเป็นเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ (Motion of a Projectile) คือ การเคลื่อนที่ของวัตถุเป็นแนวโค้ง ในกรณีที่วัตถุเคลื่อนที่อย่างเสรีด้วยแรงโน้มถ่วงคงที่ เช่น วัตถุเคลื่อนที่ไปในอากาศภายใต้แรงโน้ม ถ่วงของโลก ทางเดินของวัตถุจะเป็นรูปพาราโบลา vx
vx
vx
vx vx
vx
รูป 1 ความเร็วมี 2 แนว ตั้งฉากกัน และเกิดขึ้นในเวลาเดียวกัน สาหรับการเคลื่อนที่แบบโปรเจกไตล์ 1. ในแนวระดับ : ความเร่งในแนวระดับมีค่าเป็นศูนย์ นั่นคือ ความเร็วในแนวระดับมีค่าคงที่ ตลอดการเคลื่อนที่ ( a x 0 ; v x u x ค่าคงที่) 2. ในแนวดิ่ง : เป็นการตกอย่างอิสระ ความเร็วต้นเป็นศูนย์ และความเร็วเพิ่มขึ้นเมื่อตกใกล้ สู่พื้นโลก โดยมีความเร่งเท่ากับความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก ( a y g ) 3. เวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ทั้งในแนวดิ่งและแนวระดับ ใช้เวลาเท่ากัน 4. เมื่อวัตถุถึงตาแหน่งสูงสุดของการเคลื่อนที่ ความเร็ว ณ ตาแหน่งนั้นมีค่าเป็น ศูนย์ การคานวณหาปริมาณต่าง ๆ ในการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ S x u xt vxt แกน x : ความเร่งเป็น ศูนย์ a x 0 v y u y gt แกน y : 1 S y u y t gt 2 2 2 2 v y u y 2 gS y
หมายเหตุ ถ้าวัตถุตกอย่างอิสระมีทิศตามแรงโน้มถ่วง ค่า ของโลก (โยนขึ้น) ค่า g จะมีค่าเป็นลบ
g
แต่ถ้าวัตถุเคลื่อนต้านแรงดึงดูด
ตัวอย่างการคานวณ ตัวอย่างที่ 1 ขว้างวัตถุออกไปในแนวระดับจากหน้าผาสูง 20 เมตร จงหาว่าเวลาที่ใช้ในการ เคลื่อนที่จนกระทบพื้น มีค่าเท่าใด วิธีทา พิจารณาในแนวดิ่ง ความเร็วต้นเป็นศูนย์ หาเวลาในการเคลื่อนที่จากสมการ ดังนั้น
t
2S y g
1 S y u y t gt 2 2
2 x 20 4 2s 10
ตอบ เวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่จนกระทบพื้น มีค่าเท่ากับ 2 วินาที ตัวอย่างที่ 2
เด็กคนหนึ่งขว้างลูกบอลในแนวระนาบบนขอบเหวซึ่งสูงจากพื้นดิน 20 เมตร ลูกบอลสามารถ เคลื่อนที่ไปตามแนวระนาบได้ 40 เมตร เด็กขว้างลูกบอลด้วยความเร็วเท่าไร (g คือความเร่งโน้ม ถ่วงของโลก = 10 เมตรต่อวินาที2) วิธีทา
Sx ux
พิจารณาแนวระดับ
S x uxt ; t
พิจารณาแนวดิ่ง
1 S y u y t gt 2 -----------------------------(1) 2 uy 0
แทนค่า t ในสมการ และ จะได้ และ
1 S S y g x 2 ux
2
------------------------------(2) 1 1600 u x2 10 400 2 20
u x 400 20 m / s
ตอบ เด็กขว้างลูกบอลด้วยความเร็ว 20 เมตร/วินาที
กิจกรรมที่ 4 การเคลื่อนที่ในแนวโค้ง วัสดุอุปกรณ์ 1. แป้นไม้พร้อมรางโลหะ 2. ที่กั้นปิดทับด้วยกระดาษขาว และมีกระดาษคาร์บอนปิดทับกระดาษขาว 3. โลหะกลม 4. กระดาษกราฟ วิธีทากิจกรรม 1. ปล่อยโลหะกลมบนรางที่ระดับความสูงต่าง ๆ กัน แล้วสังเกตแนวการเคลื่อนที่ของ วัตถุหลังจากที่หลุดจากรางในแนวระดับ บันทึกตาแหน่งที่วัตถุตกลงบนพื้น 2. ปล่อยโลหะกลม ณ ตาแหน่งหนึ่ง แล้วใช้ที่กั้นดักไว้ เนื่องจากที่กั้นมีกระดาษคาร์บอน ติดอยู่ จึงปรากฏรอยกระแทกที่กั้น ทาเครื่องหมายบนกระดาษกราฟให้ตรงกับรอย กระแทกของโลหะกลมบนที่กั้น 3. ปล่อยโลหะกลม ณ ตาแหน่งเดิมอีก 6 – 8 ครั้ง ในแต่ละครั้ง เลื่อนที่กั้นให้ห่างออกไป 1 เซนติเมตร แล้วบันทึกตาแหน่งที่โลหะกระแทกที่กั้นบนกระดาษกราฟ 4. นาข้อมูลมาอภิปรายในประเด็นต่อไปนี้ a. ระยะที่วัตถุตกถึงพื้นจะใกล้จะไกล ขึ้นอยู่กับอะไร แนวการเคลื่อนที่ เป็นอย่างไร b. ถ้าลากเส้นต่อระหว่างจุดแสดงตาแหน่งของโลหะกลม ณ เวลาต่าง ๆ หลังการ ตกและบรรยายลักษณะแนวการเคลื่อนที่ของวัตถุ 5. สรุปผลการศึกษาและนาผลการศึกษาอภิปรายหน้าชั้นเรียน
รายงานการทากิจกรรมที่ 4 เรื่อง การเคลื่อนที่ในแนวโค้ง สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ เรื่อง การเคลื่อนที่ในแนวโค้ง คาชี้แจง พิจารณารูปต่อไปนี้แล้วตอบคาถามท้ายกิจกรรม
ในเมื่อมีการเคลื่อนที่ของลูกกระสุนเป็นวิถีโค้ง จึงทาให้นักยิงปืนยิงพลาดเป้าอยู่บ่อยครั้ง แต่ถ้าจะ ให้กระสุนเคลื่อนที่ในแนวระนาบตรง ๆ หลายสิบเมตรโดยไม่โค้งลงมาเป็นไปได้หรือไม่ ผลอภิปรายประเด็นปัญหาจากใบงาน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 4 เรื่องการเคลื่อนที่ในแนวโค้ง คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 20 นาที 1. การยิงลูกบาสเกตบอลให้ลงห่วง เป็นการเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์หรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์ในธรรมชาติภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก เป็นการ เคลื่อนที่แนวโค้งพาราโบลา เสมอไปหรือไม่ เพราะเหตุใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. ถ้าต้องการขว้างวัตถุให้เคลื่อนที่ไปได้ไกล ๆ ขึ้นอยู่กับปริมาณใด เพราะเหตุใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. คริสเตียโน่ โรนัลโด้ เตะลูกบอลด้วยความเร็วในแนวระดับ 20 เมตร/วินาที ถ้าลูกบอล ลอยอยู่ในอากาศนาน 5 วินาที ลูกบอลจะเคลื่อนที่ไปได้ไกลเป็นระยะเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. ยิงปืนสองครั้ง แต่ละครั้งตั้งลากล้องทามุม 45 องศากับพื้น ถ้าความเร็วจากลากล้องครั้ง แรกมากกว่าครั้งหลัง ลูกปืนจะสูงจากพื้นเท่ากันหรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
การเคลื่อนที่เป็นแนวโค้งแบบวงกลม ถ้าเรานาเชือกผูกติดกับวัตถุแล้วแกว่ง เราจะเห็นว่า วัตถุนั้นเคลื่อนที่โค้งเป็นแนววงกลม หรือเห็นการแสดงมอเตอร์ไซด์ไต่ถัง รถไฟเหาะ หรือเล่น สเกตในลานสเกตที่โค้งเป็นวงกลม การเคลื่อนที่เช่นนี้ เป็นการเคลื่อนที่เป็นแบบวงกลม
รูป 5.1 การเคลื่อนที่แบบวงกลม เมื่อวัตถุมวล m เคลื่อนที่เป็นวงกลม จะมีแรงกระทาต่อวัตถุ ซึ่งมีทิศเข้าหาศูนย์กลาง จะมี แรงกระทาต่อวัตถุ ซึ่งมีทิศเข้าหาศูนย์กลางของการเคลื่อนที่นั้นเสมอ เรียกว่า แรงสู่ศูนย์กลาง ( centripetal force , Fc ) ดังรูป 2. V m Fc Fc v v Fc m m v Fc m v รูป 5.2 แรงกระทาต่อวัตถุมีทิศเข้าหาศูนย์กลางการเคลื่อนที่ เมื่อมองจากตาแหน่งตั้งฉากกับระนาบการเคลื่อนที่ ในการเคลื่อนที่แบบวงกลม จะต้องมีแรงพอเหมาะกระทากับวัตถุ จึงจะทาให้วัตถุ เคลื่อนที่ในแนวโค้งของวงกลมได้ด้วยรัศมีค่าหนึ่ง และความเร็วค่าหนึ่งเท่านั้น ดังเช่น 1. การขับรถยนต์ รถจักรยานยนต์ บนถนนที่โค้ง 2. การเคลื่อนที่ของดาวเทียมที่โคจรรอบโลก 3. การโคจรของโลกและดาวเคราะห์อื่นรอบๆรอบดวงอาทิตย์ ดังนั้นการเคลื่อนที่ ต้องระวังการใช้อัตราเร็วให้เป็นไปตามที่กาหนดไว้จึงจะปลอดภัย ใน การออกแบบก่อสร้างถนน จะต้องสร้างให้ถนนเอียงเข้าหาศูนย์กลางของความโค้ง เพื่อช่วยเพิ่ม แรงสู่ศูนย์กลางที่กระทากับรถ ทาให้มีความปลอดภัยในการขับขี่มากขึ้น
เซอร์ไอแซค นิวตัน ได้เสนอกฎแรงดึงดูดระหว่างมวล (Law of gravity) ซึ่งมีใจความว่า วัตถุทุกชนิดในเอกภพจะส่งแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน โดยขนาดของแรงดึงดูดระหว่างมวลจะแปรผัน ตรงกับผลคูณระหว่างมวลของวัตถุทั้งสอง ดังนั้นจึงมีแรงดึงดูดระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก นั่นคือ ขณะที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์จะมีแรงโน้มถ่วงที่ดวงอาทิตย์ดึงดูดโลกซึ่งมีทิศสู่ศูนย์กลาง การเคลื่อนที่แบบวงกลมของวัตถุทั้งหมดนี้ มีลักษณะเฉพาะคือเป็นการเคลื่อนที่ที่วัตถุจะ เคลื่อนที่กลับมาซ้าทางเดิมเสมอ ช่วงเวลาที่วัตถุใช้ในการเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ เรียกว่า คาบ(period) ซึ่งมีหน่วยเป็น วินาที และจานวนรอบที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ใน 1 หน่วยเวลา เรียกว่า ความถี่ (frequency ) ซึ่งมีหน่วยเป็น รอบต่อวินาที หรือ เฮิรตซ์ (hertz) ความสัมพันธ์ของความถี่กับคาบเป็นดังนี้ f
เมื่อ f T
1 T
หรือ
T
1 f
คือ ความถี่ มีหน่วยเป็น รอบต่อวินาที คือ คาบ มีหน่วยเป็น วินาที
ตัวอย่าง รถมอเตอร์ไซด์ไต่ถังเคลื่อนที่รอบถัง 24 รอบ ในเวลา 4 นาที คาบและความถี่ของการ เคลื่อนที่เป็นเท่าไร วิธีทา จานวนรอบที่รถมอเตอร์ไซด์ไต่ถังเคลื่อนที่รอบถังได้ขณะนั้น 24 รอบ ใช้เวลา 4 นาที คิดเป็น 240 วินาที เวลาทีใ่ ช้ในการเคลื่อนที่ คาบของการเคลื่อนที่ ( T ) = = 240 = 10 วินาที/รอบ 24 จานวนรอบที่เคลือ่ นที ่ได้ จานวนรอบที่เคลือ่ นที ่ได้ ความถี่ของการเคลื่อนที่ ( f ) = = 24 = 0.1 รอบ/วินาที 240 เวลาทีใ่ ช้ในการเคลื่อนที่
กิจกรรมที่ 5 การเคลื่อนที่แบบวงกลม วัสดุอุปกรณ์ 1. แป้นไม้พร้อมรางโลหะ 2. ที่กั้นปิดทับด้วยกระดาษขาว และมีกระดาษคาร์บอนปิดทับกระดาษขาว 3. โลหะกลม 4. กระดาษกราฟ วิธีทากิจกรรม 1. เหวี่ยงจุกยางในชุดการเคลื่อนที่แบบวงกลม ให้เคลื่อนที่เหนือศีรษะ สังเกตเส้นทาง การเคลื่อนที่ของจุกยาง อัตราเร็วในการเคลื่อนที่ ความยาวของเชือก และแรงดึงเชือก 2. ลองเหวี่ยงจุกยางด้วยเงื่อนไขที่ต่างไปจากเดิม เช่น เหวี่ยงด้วยอัตราเร็วเพิ่มขึ้น แต่ ความยาวของเชือกเท่าเดิม หรือเหวี่ยงด้วยอัตราเร็วคงตัว แต่เปลี่ยนความยาวของเชือก หรือคิดเปลี่ยนเงื่อนไขอื่น ๆ ตามความสนใจ สังเกตและอธิบายเส้นทางการเคลื่อนที่ ของจุกยางในแต่ละกรณี 3. นาข้อมูลมาอภิปรายในประเด็นต่อไปนี้ a. จุกยางจะคงสภาพการเคลื่อนที่แบบวงกลมอยู่ได้ภายใต้เงื่อนไขอะไรบ้าง b. มีแรงดึงที่เชือกกระทาต่อจุกยางหรือไม่ c. วิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็วในการเคลื่อนที่ รัศมีการเคลื่อนที่ของ จุกยางและแรงดึงเชือก 4. สรุปผลการศึกษาและนาผลการศึกษาอภิปรายหน้าชั้นเรียน
รายงานการทากิจกรรมที่ 5 เรื่อง การเคลื่อนที่แบบวงกลม สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 5 เรื่อง การเคลื่อนที่แบบวงกลม v
m
Fc
O
คาชี้แจง จากรูปให้นักเรียนช่วยกันพิจารณา และตอบคาถามในประเด็นต่อไปนี้ 1. เมื่อวัตถุมวล m เคลื่อนที่เป็นวงกลม จะมีแรงใดเกิดขึ้นบ้าง อธิบายและวาดภาพประกอบ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. ในขณะที่วัตถุมวล m เคลื่อนที่เป็นวงกลมได้ระยะหนึ่งแล้ว ถ้าเชือกที่ผูกติดมวล m ขาด วัตถุนี้จะเคลื่อนที่ต่อไปอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. เพราะเหตุใด ดวงจันทร์จึงสามารถโคจรรอบโลกได้ โดยที่ไม่มีเชือกดึง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
“คนที่รู้อย่างเดียวแล้วทาสาเร็จ ดีกว่าคนที่รู้ทุกอย่างแต่ทาไม่สาเร็จสักอย่าง”
แบบฝึกหัดที่ 5 เรื่องการเคลื่อนที่แบบวงกลม คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 20 นาที 1. การขับรถบนถนนโค้งในสภาพถนนเปียกลื่น ควรขับรถอย่างไรให้ปลอดภัยมากที่สุด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. ในการขับรถเข้าโค้ง จะมีแรงสู่ศูนย์กลางเกิดขึ้น แรงนี้มาจากไหน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. สภาพของยางและถนน มีความสาคัญอย่างไรกับความปลอดภัยในการขับรถยนต์และ รถจักรยานยนต์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. ดาวเทียมที่วงโคจรใกล้หรือไกลจากโลก จะมีอัตราเร็วในการโคจรแตกต่างกัน อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. มอเตอร์ไซค์ไต่ถังคันหนึ่ง เคลื่อนที่รอบถัง 4 รอบ ในเวลา 1 นาที คาบและ ความถี่ของ การเคลื่อนที่เป็นเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย การสั่นของสายกีตาร์ การแกว่งของลูกตุ้ม การแกว่ง ของชิ่งช้า การสั่นของวัตถุ การเคลื่อนที่ของวัตถุเหล่านี้จะเคลื่อนที่กลับไปกลับมาซ้าทางเดิมหลาย ครั้ง โดยขณะเคลื่อนที่ออกไปถึงตาแหน่งหนึ่ง ก็จะหยุดชั่วขณะ แล้วก็จะเคลื่อนที่กลับไปสู่อีกทาง หนึ่ง และเมื่อถึงอีกตาแหน่งหนึ่ง ก็จะหยุดชั่วขณะแล้วเคลื่อนที่กลับไปอีกทางหนึ่ง และเป็นอย่างนี้ หลายครั้งจนในที่สุด ก็จะหยุดเพราะมีแรงต้านการเคลื่อนที่ตลอดเวลา ดังรูป 6.1
การสั่นของสายกีตาร์ การแกว่งของลูกตุ้ม การเคลื่อนที่ของชิงช้า รูป 6.1 การเคลื่อนทีก่ ลับไปกลับมา แต่ การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย ( Simple Harmonic Motion , SHM ) นั้น เป็น การเคลื่อนที่กลับไปกลับมาซ้าทางเดิม โดยมุมที่เบนจากแนวดิ่งหรือระยะจากแนวสมดุลถึง ตาแหน่งไกลสุดคงตัวตลอด การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย ก็เป็นการเคลื่อนที่ซ้าทางเดิม คล้ายกับการเคลื่อนที่ แบบ วงกลม ดังนั้นปริมาณที่ใช้คิดเหมือนกัน คือ คาบ และ ความถี่ โดยมีสมการดังนี้ การหาคาบและความถี่ จากสปริง
T 2
m k
และ
f
1 2
k m
เมื่อ m คือ มวล ( kg ) และ k คือ ค่าคงที่ของสปริง การหาคาบและความถี่ จากลูกตุ้มนาฬิกา
T 2
L g
และ
f
1 2
g L
เมื่อ L ความยาวของเส้นเชือก ความรู้เรื่องการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย นาไปสู่การสร้างนาฬิกาแบบลูกตุ้ม ใน ธรรมชาติและกิจกรรมต่างๆ ในชีวิตประจาวันของมนุษย์ มีเรื่องที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่มากมาย การที่เราเข้าใจลักษณะการเคลื่อนที่แบบต่างๆ นอกจากจะทาให้เราซาบซึ้งในธรรมชาติและช่วยให้ เราทากิจกรรมที่เกี่ยวข้องได้สาเร็จแล้วยังช่วยให้เรามีความปลอดภัย รวมทั้งเป็นแนวคิดพื้นฐานที่ นาไปสู่การพัฒนาทางเทคโนโลยีอีกด้วย
กิจกรรมที่ 6 การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย วัสดุอุปกรณ์ 1. นอต1.5 เซนติเมตร จานวน 5 ตัว 2. สายเอ็นแบบอ่อนยาว 1 เมตร 3. ขาตั้งใช้แขวนนอต 4. นาฬิกาข้อมือที่มีเข็มวินาที วิธีทากิจกรรม 1. จัดอุปกรณ์ ดังภาพ ผลักนอตให้แกว่งโดยเส้นเชือกทามุมเล็ก ๆ กับแนวดิ่ง แล้วจับ เวลาที่นอตแกว่งครบ 10 รอบ แล้วคานวณหาคาบการแกว่ง 2. ระดมความคิดออกแบบการทดลองเพื่อการศึกษาว่าการเปลี่ยนแปลงค่าตัวแปรต่าง ๆ ในชุดทดลอง มีผลต่อคาบการแกว่งอย่างไร 3. นาเสนอผลการทดลองในรูปกราฟ และอธิบายความสัมพันธ์จากกราฟ
ภาพการจัดอุปกรณ์
รายงานการทากิจกรรมที่ 6 เรื่อง การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 6 เรื่อง การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม และระดมสมอง ยกตัวอย่างการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย วาดภาพประกอบ และอธิบายลักษณะการเคลื่อนที่ 2. ถ้านักเรียนทราบความยาว และมวลของลูกตุ้ม นักเรียนสามารถหาค่าความเร่ง เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกได้หรือไม่ อย่างไร ให้ออกแบบกิจกรรมเพื่อหาค่า g ผลการปฏิบัติงาน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 6 เรื่องการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 20 นาที 1. การเคลื่อนที่ของชิงช้าแกว่งเป็นการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายหรือไม่ อธิบาย ประกอบ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. เหตุใดการหาคาบการเคลื่อนที่จึงต้องจับเวลาในการเคลื่อนที่หลาย ๆ รอบ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย ต่างจากการเคลื่อนที่แบบวงกลม หรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. ลูกตุ้มนาฬิกามีแขนยาว 2.5 เมตร เมื่อนาไปแกว่งในสนามโน้มถ่วงของโลก จะมี ความถี่และคาบเท่าใด กาหนดให้ g 10 m / s 2 ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. แขวนมวล 1 กิโลกรัม ที่ปลายของสปริงซึ่งมรค่าคงที่ 400 นิวตันต่อเมตร แล้วทาให้ สปริงสั่น จะมีความถี่และคาบเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
หน่วยที่ 2 สนามของแรง แม่เหล็ก (Magnet) โดยทั่วไปจะหมายถึง แม่เหล็กธรรมชาติ (ซึ่งมีส่วนผสมส่วนใหญ่ คือ Fe3O4) มีคุณสมบัติ สามารถดูดเหล็ก และนิเกิ ล ได้ นอกจากนี้อาจเป็นแม่เหล็ก ที่ส ร้างขึ้นเองซึ่งมีรูปร่างต่างๆ กั น เรียกว่า แท่งแม่เหล็ก มีได้ต่างกัน เช่น เป็นแท่งสี่เหลี่ยม แท่งทรงกระบอก รู ปเกือกม้า เข็มทิศ เป็นต้น และสามารถดูดพวกสารแม่เหล็กได้โดยการเหนี่ยวนา โดยปกติมี 2 ขั้ว คือ ขั้วเหนือ (north pole “N”) และขั้วใต้ (south pole “S”) ขั้วแม่เหล็ก (Magnetic pole) เป็นบริเวณปลายทั้งสองของแท่งแม่เหล็กที่มีอานาจแม่เหล็กแรงมาก แรงกระทาระหว่างขั้วแม่เหล็กมี 2 แบบ 1. แรงดูดกัน เกิดจากการนาขั้วแม่เหล็กต่างชนิดกันมาวางใกล้กัน 2. แรงผลักกัน เกิดจากการนาขั้วแม่เหล็กชนิดเดียวกันมาวางใกล้กัน สนามแม่เหล็ก (Magnetic field) คือบริเวณที่อานาจการกระทาที่เกิดจากแม่เหล็ก อานาจการกระทาที่ส่งออกมา จากแม่เหล็กนี้มีลักษณะเป็นเวกเตอร์ มีสัญลักษณ์เป็น B เส้นแรงแม่เหล็ก (Magnetic line of force) มีลักษณะดังนี้ 1. ภายนอกแท่งแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กจะมีทิศพุ่งออกจากขั้วเหนือ (N) เข้าสู่ขั้วใต้ (S) 2. ภายในแท่งแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กจะมีทิศพุ่งออกจากขั้วใต้ (S) เข้าสู่ขั้วเหนือ (N)
กิจกรรมที่ 7.1 เส้นสนามแม่เหล็ก วัสดุอุปกรณ์ 1. แท่งแม่เหล็กขั้วอยู่ปลายแท่ง 2 แท่ง 2. ผงเหล็ก 3. กระดาษขาว 4. เข็มทิศ วิธีทากิจกรรม 1. โรยผงเหล็กบนกระดาษขาว ใช้นิ้วเคาะแผ่นกระดาษเบา ๆ สังเกตการณ์เรียงตัวของผง เหล็ก จากนั้นโรยผงเหล็กบนกระดาษขาวอีกแผ่นหนึ่งซึ่งวางยู่บนแท่งแม่เหล็ก เคาะ กระดาษเบา ๆ สังเกตและเขียนแผนภาพบันทึกการเรียงตัวของผงเหล็กเปรียบเทียบกัน 2. สังเกตและเขียนแผนภาพบันทึกลักษณะเส้นสนามแม่เหล็ก ของแท่งแม่เหล็กสองแท่ง ที่วางในลักษณะต่าง ๆ ดังนี้ a. หันขั้วชนิดเดียวกันเข้าหากัน b. หันขั้วต่างชนิดเข้าหากัน c. วางขนานและหันขั้วชนิดเดียวกันไปทางเดียวกัน d. วางขนานและหันขั้วต่างชนิดไปทางเดียวกัน 3. ถ้าต้องการหาเส้นสนามแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็กโดยใช้เข็มทิศ จะทาอย่างไรและ ได้ผลเหมือนกรณีใช้ผงเหล็กหรือไม่ 4. เปรียบเทียบการเรียงตัวของผงเหล็กในแต่ละกรณี
รายงานการทากิจกรรมที่ 7 เรื่อง เส้นสนามแม่เหล็ก สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
กิจกรรมที่ 7.2 เรื่อง สนามแม่เหล็กสม่าเสมอ คาชี้แจง ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม และปฏิบัติกรรมตามขั้นตอนต่อไปนี้ 1. วางเข็มทิศขนาดเล็กให้เรียงกันเป็นสามแถวชิดกัน แถวละ 3 อัน สังเกตการณ์วางตัว ของเข็มทิศ 2. วางแม่เหล็กสองอันขนานกัน และให้ขั้วต่างชนิดใกล้กัน โดยให้เข็มทิศทุกอันอยู่ ระหว่างแม่เหล็กทั้งสอง สังเกตการณ์วางตัวของเข็มทิศ ผลการปฏิบัติกิจกรรม 1. เขียนแผนภาพแสดงเส้นสนามแม่เหล็กตามแนวเข็มทิศชี้ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. การวางตัวของเข็มทิศครั้งหลัง เหมือนหรือต่างจากครั้งแรกอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. อธิบายผลการทากิจกรรมนี้อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 7 เรื่อง สนามแม่เหล็ก คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 20 นาที 1. สนามแม่เหล็ก หมายความว่าอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. สนามแม่เหล็กรอบแท่งแม่เหล็กมีขนาดสม่าเสมอหรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. เมื่อนาโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตรอนไปวางในสนามแม่เหล็ก จะมีแรงแม่เหล็ก กระทาต่ออนุภาคเหล่านั้นหรือไม่ เพราะเหตุใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. เพราะเหตุใด ถ้านาแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้บริเวณหน้าจอภาพในโทรทัศน์ ภาพบนจอจึง บิดเบี้ยว ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. ยกตัวอย่างประโยชน์ที่เกิดจากสนามแม่เหล็ก ในชีวิตประจาวัน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
กิจกรรมสาธิตที่ 8.1 ผลของสนามแม่เหล็กต่อการเคลื่อนที่ของลาอิเล็กตรอน วัสดุอุปกรณ์ 1. แท่งแม่เหล็กขั้วอยู่ปลายแท่ง 2 แท่ง 2. หลอดรังสีแคโทด 3. แหล่งจ่ายไฟโวลต์สูง วิธีทากิจกรรม ต่อขั้วทั้งสองของหลอดรังสีแคโทด เข้ากับแหล่งจ่ายไฟโวลต์สูง (ประมาณ 12,00015,000) เปิดสวิตช์ของแหล่งจ่ายไฟตรงโวลต์สูงสังเกตสิ่งที่เกิดขึ้น นาขั้วเหนือของแม่เหล็กเข้าใกล้ หลอด จากนั้นสลับขั้วให้ขั้วใต้ของแม่เหล็กเข้าใกล้หลอดบ้าง สังเกตการณ์เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงที่สังเกตเห็นคืออะไร และเกิดจากอะไร ข้อควรระวัง ต้องไม่ให้ส่วนใดของร่างกายและโลหะเข้าใกล้ขั้วหลอดรังสีแคโทด เพราะจะเป็น อันตราย เนื่องจากไฟฟ้าโวลต์สูง ผลการสังเกตกิจกรรมสาธิต ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
กิจกรรมที่ 8.2 ผลของสนามแม่เหล็กต่อการเคลื่อนที่ของตัวนาที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน วัสดุอุปกรณ์ 1. แบตเตอรี่ 3 โวลต์ 2. สายไฟอ่อนพร้อมปากคีบ 2 เส้น 3. แผ่นอะลูมิเนียมฟอยล์ 4. แม่เหล็กขั้วข้าง 2 แท่ง วิธีทากิจกรรม 1. นาแถบอะลูมิเนียมฟอยล์ที่ต่ออยู่กับแบตเตอรี่และสวิตช์ ไปวางระหว่างแม่เหล็กสองอันที่ หันขั้วต่างชนิดเข้าหากัน โดยจัดให้ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก กดสวิตช์ให้กระแสไฟฟ้าผ่าน แถบอะลูมิเนียมฟอยล์ สังเกตการณ์เปลี่ยนแปลง แล้วตัดวงจรทันที 2. ทาการทดลองซ้า โดยกลับทิษของกระแสไฟฟ้าหรือทิศของสนามแม่เหล็ก สังเกตผลที่ เกิดขึ้น เปรียบเทียบกับการทดลองในตอนแรก 3. ทาการทดลองซ้า โดยให้กระแสไฟฟ้ามีทิศเดียวกับสนามแม่เหล็ก สังเกตและบันทึกผล
รายงานการทากิจกรรมที่ 8 เรื่อง ผลของสนามแม่เหล็กต่อการเคลื่อนที่ของตัวนาที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 4. ………………………………………… 2. ................................................................. 5. ………………………………………… 3. ................................................................ 6. ............................................................... จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 8 เรื่อง มอเตอร์อย่างง่าย คาชี้แจง ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม และปฏิบัติกิจกรรมตามขั้นตอนต่อไปนี้ 1. สืบค้นข้อมูล และศึกษาหลักการทางานของมอเตอร์ อย่างง่าย 2. ออกแบบสร้างมอเตอร์อย่างง่าย เพื่อใช้งานตามที่กลุ่มร่วมกันกาหนด 3. บอกประโยชน์ของชิ้นงานและการนาไปใช้ 4. นาเสนอชิ้นงาน พร้อมแสดงหลักการทางาน ขั้นตอนการทา และประโยชน์ที่ได้จาก ใบงานนี้ โดยสามารถนาเสนอได้หลายวิธีตามความถนัด เช่น การนาเสนอโดยใช้ โปรแกรม PowerPoint , สื่อ วีซีดี ฯลฯ การวางปฏิบัติกิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 8 เรื่อง ผลของสนามแม่เหล็ก คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้องใช้เวลา 20 นาที 1. ความรู้เรื่องการเบนของลาอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็ก มีประโยชน์อะไรบ้าง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. มอเตอร์ไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีหลักการทางานอย่างไร อธิบาย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 6. ยกตัวอย่างเครื่องใช้ไฟฟ้า ที่มีมอเตอร์เป็นส่วนประกอบ สัก 5 ตัวอย่าง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 7. สนามแม่เหล็กโลกมีลักษณะอย่างไร และมีความสาคัญอย่างไรต่อมนุษย์บนโลก ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 8. สนามแม่เหล็กโลกมีประโยชน์ในการป้องกันรังสีจาก “ลมสุริยะ” ได้อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
สนามไฟฟ้า ในวันที่อากาศแห้ง เวลานาหวีมาถูผมแห้ง ๆ แล้วนาไปวางใกล้กระดาษชิ้นเล็ก ๆ จะพบว่า หวีสามารถดูดเศษกระดาษได้ แรงดูดนี้เป็น แรงไฟฟ้า (Electric force) และหวีที่ทาให้เกิดแรงดูดนี้ มี ประจุไฟฟ้า (Electric Charge) เรียกสั้น ๆ ว่า ประจุ ซึ่งมีทั้ง ประจุบวก และ ประจุลบ ประจุไฟฟ้าจะมีสนามไฟฟ้า (Electric field) แผ่กระจายโดยรอบ สนามไฟฟ้าของประจุ มีลักษณะดังภาพ 9.1 +
-
รูป 9.1 สนามไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุอิสระ ถ้าสนามไฟฟ้าที่พิจารณาเป็นสนามไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจุมากกว่า 1 จุดประจุ เส้นแรง ไฟฟ้าจะเป็นเส้นแสดงทิศทางของสนามไฟฟ้าลัพธ์มีทิศเดียวกับทิศของแรงลัพธ์ที่กระทาต่อประจุ บวก ตัวอย่างของเส้นแรงไฟฟ้าจะมีลักษณะ ดังรูป 9.2
รูป 9.2 แสดงทิศของสนามไฟฟ้าของจุดประจุที่ต่างชนิดกัน นอกจากนี้ยังมีเส้นแรงไฟฟ้าของแผ่นตัวนาขนาน และเส้นแรงไฟฟ้าจากประจุต่างชนิดกัน _ ของ วงกลม ดังรูป 9.3 + _ ก ข + _ รูป 9.3 ก. เส้นแรงไฟฟ้าเนื่อ_งจากประจุต่างชนิดกันของแผ่นตัวนาขนาน ข. เส้นแรงไฟฟ้าเนื่องจากประจุต่างชนิดกันของตัวนาวงกลมซ้อนกัน ในการศึกษาอนุภาคที่มีประจุในสนามไฟฟ้า พบว่า อนุภาคที่มีประจุบวกเมื่ออยู่ใน สนามไฟฟ้า จะถูกแรงเนื่องจากสนามไฟฟ้า กระทาต่ออนุภาคนั้น ให้เคลื่อนที่ในทิศเดียวกับ สนามไฟฟ้า ส่วนอนุภาคที่เป็นประจุลบจะเคลื่อนที่ในทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า
หลักการนี้สามารถนาไปใช้ในการกาจัดฝุ่น เพื่อลดมลภาวะของอากาศโดยเมื่อให้อากาศที่ มีฝุ่นละอองผ่านเครื่องกาจัดฝุ่น ฝุ่นเล็ก ๆ จะรับประจุไฟฟ้าลบจากขั้วลบของเครื่อง และถูกดูดติด แน่นโดยแผ่นขั้วบวก เครื่องกาจัดฝุ่นนี้มักใช้ดักจับฝุ่นจากปล่องควันของบ้านเรือน หรือโรงงาน อุตสาหกรรม ก่อนจะปล่อยออกสู่บรรยากาศ การทาให้ลาอิเล็กตรอนเบนไปจากแนวเดิม นอกจากสามารถใช้สนามแม่เหล็กแล้ว สนามไฟฟ้าก็สามารถทาให้ลาอิเล็กตรอนเบี่ยงเบนได้ คือ เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในทิศตั้งฉากกับ สนามไฟฟ้าสม่าเสมอ พบว่าแรงไฟฟ้าจะกระทาต่ออนุภาคประจุลบ เบนไปจากแนวเดิม ความรู้นี้ นาไปสู่การสร้างเครื่องมือจอแสดงผลของเครื่องมือและอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์หลายชนิด เช่น จอเรดาห์ และ ออสซิลโลสโคป เป็นต้น
รูป 9.4 การเบนของลาอิเล็กตรอน ในหลอดรังสีแคโทด
กิจกรรมที่ 9 เส้นสนามไฟฟ้า วัสดุอุปกรณ์ 1. ผงด่างทับทิมที่บดละเอียด 2. กระดาษกรอง 15 cm X 15 cm 3. เครื่องจ่ายไฟตรงโวลต์สูง (300 โวลต์) 4. แผ่นกระจกสาหรับรองแผ่นกระดาษกรอง 5. ขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว (โลหะปลายแหลม 2 ปลาย) ติดอยู่กับแผ่นโลหะ วิธีทากิจกรรม ตอนที่ 1 1. ต่อขั้วโลหะปลายแหลมกับเครื่องจ่ายไฟตรงโวลต์สูง (ยังไม่เปิดสวิตช์) 2. นาขั้วไฟฟ้าทั้งสองแตะบนกระดาษกรองเปียกน้าหมาด ๆ ที่วางบนแผ่นกระจก โดยให้ ขั้วทั้งสองห่างกัน ประมาณ 4 เซนติเมตร 3. โรยผงด่างทับทิมบดละเอียดลงบนกระดาษกรอง โดยกระจายผงให้สม่าเสมอใน บริเวณระหว่างขั้วและรอบขั้ว 4. เปิดสวิตช์ให้เครื่องจ่ายไฟตรงทางาน สังเกตการณ์เปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น บันทึกผล ตอนที่ 2 1. จัดอุปกรณ์เช่นเดียวกับตอนที่ 1 เปลี่ยนขั้วไฟฟ้าปลายแหลม เป็น ขั้วไฟฟ้าแผ่นขนาน 2. ทาเหมือนตอนที่ 1 อาจเลื่อนระยะขั้วไฟฟ้าเป็น 5 เซนติเมตร ข้อควรระวัง 1. โรยผงด่างทับทิมลงบนกระดาษกรองแล้วต้องใช้เวลาประมาณ 1-2 นาที จะมองเห็นการ เปลี่ยนแปลง 2. ขั้วไฟฟ้าต้องเรียบเสมอกัน หรือต้องเช็ดให้สะอาดก่อนการทดลอง 3. ขณะทาการทดลอง ถ้ามือเปียกอย่าจับเครื่องจ่ายไฟตรงโวลต์สูงเป็นเด็ดขาด จะเกิดอันตราย 4. ห้ามแตะขั้วไฟฟ้า ขณะเครื่องจ่ายไฟตรงโวลต์สูงกาลังทางาน
รายงานการทากิจกรรมที่ 9 เรื่อง เส้นสนามไฟฟ้า สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 9 เรื่อง สนามไฟฟ้า คาชี้แจง ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม และสืบค้นข้อมูลเกี่ยวกับหัวข้อต่อไปนี้ 1. ประโยชน์ที่ได้จากการใช้สนามไฟฟ้า เช่น เครื่องดูดฝุ่น, เครื่องถ่ายเอกสาร,เครื่องกาจัด ควัน ,จอเรดาห์ เป็นต้น 2. อธิบายหลักการทางานของอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เลือก และนาเสนอหน้าชั้นเรียน ผลการปฏิบัติกิจกรรม 1. ประโยชน์ที่ได้จากการใช้สนามไฟฟ้า ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. อุปกรณ์ที่ใช้หลักการทางานของสนามไฟฟ้าที่กลุ่มทาการศึกษาค้นคว้า คือ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. อธิบายหลักการทางานของอุปกรณ์ดังกล่าวที่เลือก ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 9 เรือ่ ง สนามไฟฟ้า คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 20 นาที 1. สนามไฟฟ้าของประจุบวก และประจุลบ มีลักษณะแตกต่างกันอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. เราสามารถตรวจสอบสนามไฟฟ้าให้ปลอดภัยได้อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. ถ้าให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับสนามไฟฟ้าสม่าเสมอ แนวการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอนจะเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. ยกตัวอย่างประโยชน์ของสนามไฟฟ้าในชีวิตประจาวัน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. เมื่อนา โปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตรอน ไปวางในสนามไฟฟ้าสม่าเสมอ จะมีแรงกระทาต่อ อนุภาคเหล่านี้หรือไม่ เพราะเหตุใด และอนุภาคทั้งสามนี้ จะเคลื่อนที่ในทิศทางใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สนามโน้มถ่วง
เมื่อปล่อยวัตถุ วัตถุจะตกสู่พื้นโลก เนื่องจากโลกมีสนามโน้มถ่วง (Gravitational field) อยู่ รอบโลก สนามโน้มถ่วงทาให้เกิดแรงดึงดูดกระทาต่อมวลของวัตถุทั้งหลาย แรงดึงดูดนี้เรียกว่า แรงโน้มถ่วง (Gravitational force) สนามโน้มถ่วงเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ g และสนามมีทิศพุ่งเข้าสู่ศูนย์กลางของโลก สนามโน้มถ่วง ณ ตาแหน่งใด ๆ บนผิวโลก มีค่าเฉลี่ยประมาณ 9.8 นิวตันต่อกิโลกรัม ดาวฤกษ์ โลก ดวงจันทร์ ดาวเคราะห์อื่น ๆ รวมทั้งสรรพวัตถุทั้งหลาย ก็มีสนามโน้มถ่วง รอบตัว โดยมีค่าแตกต่างกันไป การเคลื่อนที่ของวัตถุในสนามโน้มถ่วง วัตถุที่อยู่ในสนามโน้มถ่วงของโลกจะถูกโลกดึงดูดเอาไว้ ดังนั้นเมื่อปล่อยวัตถุให้ตก บริเวณใกล้ผิวโลก แรงดึงดูดของโลกจะทาให้วัตถุเคลื่อนที่เร็วขึ้น นั่นคือ วัตถุมีความเร่ง การตกของวัตถุที่มีมวลต่างกันในสนามโน้มถ่วง วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงตัว เรียกว่า ความเร่งโน้มถ่วง (Gravitational acceleration) มีทิศเข้าสู่ศูนย์กลางของโลก ความเร่งโน้ม ถ่วงที่ผิวโลกมีค่าแตกต่างกันตามตาแหน่งภูมิศาสตร์ ในการตกของวัตถุ วัตถุจะเคลื่อนที่ลงด้วยความเร่งโน้มถ่วง 9.8 m / s 2 ซึ่งหมายความว่า ความเร็วของวัตถุจะเพิ่มขึ้นวินาทีละ 9.8 เมตรต่อวินาที ถ้าโยนวัตถุขึ้นในแนวดิ่ง วัตถุจะมีความเร็วลดลง วินาทีละ 9.8 เมตรต่อวินาที จนกระทั่ง เป็นศูนย์ จากนั้นแรงดึงดูดของโลกจะดึงวัตถุให้ตกลงมาสู่โลกด้วยความเร่งเท่าเดิม การเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงของวัตถุที่บริเวณใกล้ผิวโลก ถ้าคานึงถึงแรงโน้มถ่วงเพียงอย่าง เดียว โดยไม่คิดแรงต้านของอากาศ วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงตัวนี้เสมอ เราเรียกการเคลื่อนที่ แบบนี้ว่า การตกแบบเสรี (Free fall) แรงโน้มถ่วงที่โลกกระทาต่อวัตถุ ก็คือ น้าหนัก (Weight) ของวัตถุบนโลก หาค่าได้จาก สมการ เมื่อ m คือมวลของวัตถุ มีหน่วยเป็น กิโลกรัม (kg) W mg W คือ นาหนักของวัตถุ มีหน่วยเป็น นิวตัน(N) และ g คือ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก มีค่าคงที่ ประมาณ 9.8 m / s 2
กิจกรรมที่ 10 การเคลื่อนที่ของวัตถุในสนามโน้มถ่วงของโลก วัสดุอุปกรณ์ 1. ถุงทราย 3 ถุง 2. เครื่องเคาะสัญญาณเวลา 3. แถบกระดาษ 4. หม้อแปลงโวลต์ต่า ความถี่ 50 เฮิรตซ์ วิธีทากิจกรรม 1. ปล่อยถุงทราย 1 ถุง 2 ถุง และ 3 ถุง ลงในแนวดิ่ง โดยให้ถุงทรายผูกติดกับแถบ กระดาษที่สอดผ่านเครื่องเคาะสัญญาณเวลา นาแถบกระดาษทั้งสามแถบ มา เปรียบเทียบลักษณะการเคลื่อนที่ 2. อภิปรายและสรุปผลการเคลื่อนที่จากผลการทากิจกรรม
รายงานการทากิจกรรมที่ 10 เรื่อง การเคลื่อนที่ของวัตถุในสนามโน้มถ่วงของโลก สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 10 เรื่อง สนามโน้มถ่วง คาชี้แจง จากรูปจงอภิปรายเพื่อหาตอบคาถามและแสดงเหตุผลประกอบ
สมมติว่าช้างและขนนกเผอิญตกลงมาจากหน้าผาอันสูงชันพร้อมกัน นักเรียนคิดว่าอะไรจะตกลงมาถึงพื้นก่อน ช้าง ขนนก
แบบฝึกหัดที่ 10 เรื่อง สนามโน้มถ่วง คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 20 นาที 1. การเคลื่อนที่แบบโพรเจกไทล์เป็นการตกแบบเสรีหรือไม่ เพราะเหตุใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. การโดดร่มของนักดิ่งพสุธา เป็นการตกแบบเสรีหรือไม่ เพราะเหตุใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. นักเรียนมีมวล และ น้าหนัก เท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. วัตถุที่อยู่บนโลกและบนดวงจันทร์ จะมีน้าหนักเท่ากันหรือไม่ เพราะเหตุใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. นักบินอวกาศที่กาลังลอยตัวในยานอวกาศ หรือกาลังปฏิบัติภารกิจนอกยานอวกาศ มี น้าหนักหรือไม่ เพราะเหตุใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
หน่วยที่ 3 คลื่น คลื่น (Wave) เป็นปรากฏการณ์จากการรบกวนแหล่งกาเนิด แล้วมีการแผ่กระจายพลังงานอันเป็นผลจาก การรบกวนนี้สิ่งที่คลื่นพาไปด้วยคือ พลังงาน 1. การจาแนกคลื่นตามการใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ 1.1 คลื่นกล (Mechanical wave) เป็นคลื่นที่อาศัยตัวกลาง เช่น คลื่นน้า คลื่นเสียง 1.2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic wave) เป็นคลื่นที่ไม่อาศัยตัวกลาง เช่น คลื่นแสง 2. การจาแนกคลื่นตามลักษณะการสั่นของอนุภาคตัวกลาง 2.1 คลื่นตามขวาง (Transverse wave) อนุภาคตัวกลางสั่นในแนวตั้งฉากกับการ เคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นแสง 2.2 คลื่นตามยาว (Longitudinal wave) อนุภาคสั่นในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของ คลื่น เช่น คลื่นเสียง ลักษณะทั่วไปของคลื่น คลื่นทั่วไปแบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ คือ คลื่นดล ( pulse wave ) คลื่นที่เกิดในเวลาช่วงสั้นๆ ให้ลูกคลื่น 2 – 3 ลูก คลื่นต่อเนื่อง ( continuous wave ) คลื่นที่เกิดขึ้นและแผ่พลังงานออกไปอย่างสม่าเสมอ
กิจกรรมที่ 11 ลักษณะของคลื่น วัสดุอุปกรณ์ 1. ลวดสปริง ยาว 3 เมตร 2. ด้ายสีแดง 1 ม้วนเล็ก 3. เชือก ยาว 3. เมตร วิธีทากิจกรรม 1. ผูกด้ายสีที่ตรงกลางลวดสปริง ซึ่งอยู่บนพื้นราบ ยึดปลายข้างหนึ่งของลวดสปริงไว้ ดึง ปลายอีกข้างหนึ่งให้ยืดออกประมาณ 3 เมตร แล้วสะบัดไปมาในแนวราบ สังเกตการ เคลื่อนที่ของด้ายและลวดสปริง แล้วบันทึกผล 2. วางลวดสปริงในลักษณะเดิม อัดสปริงเข้าออกเป็นจังหวะช้า ๆ สังเกตการเคลื่อนที่ของ ด้ายและลวดสปริง แล้วบันทึกผล 3. อภิปราย ลักษณะการเคลื่อนที่ของสปริงทั้งสองกรณี ว่าเหมือนหรือแตกต่างกัน อย่างไร นาเสนอผลการทากิจกรรมหน้าชั้นเรียน
รายงานการทากิจกรรมที่ 11 เรื่อง ลักษณะของคลื่น สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 11 เรื่อง คลื่นกล คาชี้แจง ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม และปฏิบัติกรรมตามขั้นตอนต่อไปนี้ 1. สืบค้นข้อมูล เกี่ยวกับความหมาย ชนิด หรือประเภทของ คลื่นกล 2. ยกตัวอย่างปรากฏการณ์ในธรรมชาติหรือเหตุการณ์ ที่แสดงให้เห็นว่าเกิดคลื่นกล พร้อมวาดภาพประกอบ ผลการปฏิบัติกิจกรรม 1. ความหมาย และประเภทของคลื่นกล ที่สืบค้นได้ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ/เหตุการณ์ ที่เกิดคลื่นกล ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. แผนภาพแสดงการเกิด คลื่นกล ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 11 เรื่อง คลื่นกล คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 20 นาที 1. คลื่นกลกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แตกต่างกัน อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. คลื่นตามขวาง มีลักษณะการเคลื่อนที่อย่างไร ยกตัวอย่างประกอบ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. คลื่นตามยาว มีลักษณะการเคลื่อนที่อย่างไร ยกตัวอย่างประกอบ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. ถ้านักเรียนใช้เท้ากระทุ้งน้า 1 – 2 ครั้ง เกิดคลื่นที่ผิวน้าหรือไม่ และเป็นคลื่นชนิดใด ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. คลื่นบนผิวน้า หรือคลื่นในเส้นเชือก เกิดขึ้นได้อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
องค์ประกอบของคลื่น y สันคลื่น
ความยาวคลื่น
C o
แอมพลิจูด
แอมพลิจูด
C/ แอมพลิจูด
2
x ท้องคลื่น 1. สันคลื่น (Crest) คือ ส่วนบนสุดของคลื่นแต่ละลูก 2. ท้องคลื่น (Trough) คือ ส่วนล่างสุดของคลื่นแต่ละลูก 3. ความยาวคลื่น (wavelength) คือ ระยะทางจากสันคลื่นถึงสันคลื่น 4. แอมพลิจูด (Amplitude) คือ ระยะที่มีการกระจัดมากที่สุด 5. เฟส (Phase) คือ ค่ามุมที่ใช้บอกตาแหน่งบนคลื่น 6. ความถี่ (frequency) คือ จานวนลูกคลื่นที่ผ่านจุดๆ หนึ่งใน 1 หน่วยเวลา 7. คาบ (Period) คือ เวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ในครบ 1รอบ 8. อัตราเร็วคลื่น (wave speed) คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ในใน 1 หน่วยเวลา
ระยะทางทีคลื ่ ่นเคลือนที ่ ่ เวลา λ v = = f T
อัตราเร็วคลื่น ( v ) =
v = f
9. หน้าคลื่น (wave front) คือ ตาแหน่งบนคลื่นที่มีเฟสตรงกัน
ตัวอย่างการคานวณ สมศรีนั่งใช้เท้ากระทุ้งน้า สังเกตเห็นคลื่นน้าผ่านจุดสังเกตหนึ่ง 5 รอบใน 2 วินาที แผ่ออกไป ด้านหน้า ถ้าวัดความยาวคลื่น 0.2 เมตร คลื่นลูกนี้จะมีความถี่และ อัตราเร็วเป็นเท่าใด 5 2.5 Hz 2 v f 2.5 x 0.2 0.5 m / s
วิธีทา กาหนด ความยาวคลื่น ( 0.2 m ) และ ความถี่ ดังนั้น อัตราเร็ว จะมีค่า ตอบ ความถี่
f
5 2.5 Hz 2
f
และ อัตราเร็วมีค่า 0.5 เมตร/วินาที
กิจกรรมที่ 12 องค์ประกอบของคลื่น วัสดุอุปกรณ์ 1. ด้ายสีแดง 1 ม้วนเล็ก 2. เชือก ยาว 3. เมตร วิธีทากิจกรรม 1. ผูกด้ายสีที่ตรงกลางเชือก ซึ่งอยู่บนพื้นราบ ยึดปลายข้างหนึ่งของเชือกไว้ ดึงปลายอีก ข้างหนึ่งให้ตึง แล้วสะบัดไปมาในแนวราบ สังเกตการเคลื่อนที่ของด้ายและเชือก แล้ว บันทึกผล 2. ออกแรงสะบัดเชือกให้มีแรงมากน้อยแตกต่างกัน สังเกตการเคลื่อนที่ของเส้นเชือก และองค์ประกอบของคลื่นที่สังเกตเห็น บันทึกผล 3. อภิปราย ลักษณะองค์ประกอบของคลื่น เมื่อออกแรงไม่เท่ากัน ว่าเหมือนหรือแตกต่าง กันอย่างไร (สังเกต แอมพลิจูด ความยาวคลื่น คาบ และความถี่ ของคลื่น) วาดภาพประกอบ แล้วนาเสนอผลการทากิจกรรมหน้าชั้นเรียน
รายงานการทากิจกรรมที่ 12 เรื่อง องค์ประกอบของคลื่น สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 12 เรื่อง องค์ประกอบของคลื่น คาชี้แจง ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม และสืบค้นข้อมูล หาความหมายในหัวข้อต่อไปนี้ และบันทึกลงสมุด 1. คลื่น 2. ชนิดของคลื่นเมื่อเคลื่อนที่จากแหล่งกาเนิดโดยอาศัยตัวกลางและไม่อาศัยตัวกลาง 3. ชนิดของคลื่นเมื่อพิจารณาจากการสั่นของตัวกลางกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น 4. องค์ประกอบของคลื่น 5. ปริมาณที่เกี่ยวข้อง 6. คุณสมบัติของคลื่น ผลการปฏิบัติกิจกรรม 1. คลื่น ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. ชนิดของคลื่นเมื่อเคลื่อนที่จากแหล่งกาเนิดโดยอาศัยตัวกลางและไม่อาศัยตัวกลาง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. ชนิดของคลื่นเมื่อพิจารณาจากการสั่นของตัวกลางกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. องค์ประกอบของคลื่น ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. ปริมาณที่เกี่ยวข้อง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 6.คุณสมบัติของคลื่น ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 12 เรื่อง องค์ประกอบของคลื่น คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 30 นาที จากรูปจงตอบคาถาม ข้อ 1- 3 A
1.
C B
จากรูป A B และ C คือ องค์ประกอบใดของคลื่น …………………………………………………. ............................................................................. .............................................................................
2 cm
2. 2 cm
3. 1cm
ถ้าแต่ละช่อง ห่างกัน 2 เซนติเมตร คลื่นลูกนี้ มีความยาวคลื่นเป็นเท่าใด.............................
ถ้าคลื่นลูกนี้เคลื่อนที่ผ่านจุด A เป็น 2 รอบต่อวินาที คลื่นลูกนี้ จะมีอัตราเร็วเท่าใด …………………………………………………….. …………………………………………………….. ……………………………………………………..
4. จงวาดรูคลื่นกลชนิดตามขวาง ที่มีความยาวคลื่น 6 เซนติเมตร แอมพลิจูด 1 เซนติเมตร พร้อมบอกองค์ประกอบต่าง ๆ ในคลื่นที่นักเรียนออกแบบวาด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
สมบัติของคลื่น การที่เราจะตัดสินว่าสิ่งที่เราสังเกตนั้นเป็นคลื่นหรือไม่ต้องอาศัยเกณฑ์ตัดสินที่ว่าสิ่งนั้นมี สมบัติของคลื่นอย่างน้อยครบ 4 ประการ คือ 1. การสะท้อน 2. การหักเห 3. การแทรกสอด 4. การเลี้ยวเบน สมบัติ 2 ข้อแรกนั้นเป็นสมบัติที่มีได้ทั้งอนุภาคและคลื่น สมบัติที่ใช้แยกคลื่นออกจากอนุภาคได้ ก็คือสมบัติ 2 ข้อหลัง การสะท้อนของคลื่น เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ถึงเขต (Boundary) ซึ่งอาจเป็นปลายสุด หรือ เป็นเขต ระหว่างตัวกลางคลื่น จะมีการสะท้อนกลับมาในตัวกลางเดิม ปลายเชือกหรือสปริงที่ปล่อยปลายไว้เป็นอิสระก็สะท้อน คลื่นได้เช่นกัน แต่มีการสะท้อนต่างกับปลายที่ถูกยึด (ให้สังเกตการสะท้อนของคลื่นน้าจากถาด คลื่นที่ตั้งไว้ให้ทดลอง) ถ้าแหล่งกาเนิดเป็นจุดเราจะได้หน้าคลื่นเป็นวงกลมบนระนาบหนึ่ง หรือเป็นทรงกลมใน สามมิติ การสะท้อนของคลื่นวงกลม t1
t2
t3
S
S
S’
S’
ผลการสะท้อน ก็คือ คลื่นที่สะท้อนออกมานั้นเสมือนออกมาจากจุด S’ ซึ่งคือตาแหน่งของภาพ (Image) นั่นเอง ที่จุด A จะเห็นว่า แนวของหน้าคลื่นซึ่งตั้งฉากกับทิศที่คลื่นเคลื่อนที่นั้น แสดง กฎการสะท้อนที่ว่ามุมตก = มุมสะท้อนและเป็นจริงเช่นนั้นทุก ๆ จุดบนหน้าคลื่นที่มีการสะท้อน
การสะท้อนของหน้าคลื่นที่เป็นเส้นตรง
ผิวสะท้อน
ผิวสะท้อน เส้นปกติ รังสีตกกระทบ มุมตกกระทบ
รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน เส้นปกติ มุมตกกระทบ มุมสะท้อน
รังสีสะท้อน มุมสะท้อน
ผิวที่เกิดการสะท้อน
คือแนวที่คลื่นวิ่งเข้าชนตัวสะท้อนก่อนสะท้อน คือแนวที่คลื่นวิ่งออกจากตัวสะท้อนหลังสะท้อน คือเส้นที่ลากตั้งฉากกับตัวสะท้อน ณ ตาแหน่งที่คลื่นตกกระทบ คือมุม 1 อาจวัดได้จากมุมที่ หน้าคลื่นตกกระทบทากับแนวตัวสะท้อน หรือมุม ที่รังสีตกกระทบทากับเส้นปกติ คือ มุม 2 อาจวัดได้จากมุมที่ หน้าคลื่นสะท้อนทากับแนวตัวสะท้อน หรือมุมที่ รังสีสะท้อนทากับเส้นปกติ
กฎการสะท้อน 1. มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน 2. รังสีตกกระทบ เส้นปกติ และรังสีสะท้อนต้องอยู่บนระนาบเดียวกัน คุณสมบัติการสะท้อนของคลื่น เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปชนสิ่งกีดขวาง หรือเคลื่อนที่ไปถึงปลายสุดของตัวกลางจะทาให้เกิด คลื่นสะท้อนขึ้นมา คลื่นสะท้อนที่เกิดขึ้นมานั้น จะต้องมีคุณสมบัติดังนี้ 1. ความถี่ของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับความถี่ของคลื่นตกกระทบ 2. ความเร็วและความยาวคลื่นของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับความเร็วและความยาวคลื่นตก กระทบเสมอ 3. ถ้าการสะท้อนไม่สูญเสียพลังงาน จะได้แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับ แอมพลิจูด ของคลื่นตกกระทบ
การหักเหของคลื่น การหักเหของคลื่นคือการเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่เมื่อผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีก ตัวกลางหนึ่งเพราะคลื่นมีความเร็วเฟสเปลี่ยนไป พิจารณาแง่คณิตศาสตร์ เนื่องจากความถี่ในตัวกลางทั้งสองเท่ากันเพราะมาจาก แหล่งกาเนิดคลื่นอันเดียวกัน จากสูตร V = f อธิบายได้ว่าความยาวคลื่นในตัวกลางทั้งสองไม่ เท่ากัน ถ้ามีความเร็วเฟสในตัวกลางที่สองน้อยกว่าความเร็ว เฟสในตัวกลางที่ 1 ความยาวคลื่นใน ตัวกลางนี้ก็จะน้อยลงด้วย (เพราะ f คงที่และเท่ากับ
V
)
ดูรูปแสดงข้อเท็จจริงเรื่องคลื่นน้ามีการเปลี่ยน และมีการหักเห บริเวณน้าลึก -1-
ทิศการเคลื่อนที่ ความถี่ f
-2
บริเวณน้าตื้น ความยาวคลื่นเปลี่ยนเมื่อผ่านน้าตื้น และแสดงว่าเมื่อคลื่นตรงตกตั้งฉากจะไม่เปลี่ยน ทิศทาง ย่านน้าลึก
ทิศทางเคลื่อนที่
-1 -2
ผิวรอยต่อ
ย่านน้าตื้น
เราถือได้ว่าบริเวณน้าลึกเปรียบเสมือนตัวกลางหนึ่ง และบริเวณน้าตื้นเป็นเสมือนอีก ตัวกลางหนึ่งได้ ความยาวคลื่นในน้าลึกจะยาวกว่าในน้าตื้นเพราะคลื่นน้าเคลื่อนที่ในน้าลึกได้เร็ว กว่าในน้าตื้น
แสดงว่าเมื่อคลื่นตกไม่ตั้งฉากกับระนาบ (เส้นแบ่งเขตน้าลึกและน้าตื้น) จะมีการหักเห เพราะเปลี่ยนความเร็ว หน้าคลื่นตกกระทบ - 1 -
รังสีตกกระทบ
C
B
รังสีหักเห
A D
แนวต่อของตัวกลาง
-2 -
N
หน้าคลื่นตกกระทบ
** การหักเหของคลื่นไม่เปลี่ยนความถี่ การแทรกสอด
การรวมกันได้ของคลื่น เมื่อคลื่นตั้งแต่คลื่น 2 คลื่นขึ้นไปเคลื่อนที่มาพบกัน ณ ตาแหน่ง หนึ่ง ขณะชั่วเวลาที่พบกันจะเกิดการรวมกันขึ้น โดยมีการรวมกันแบบเสริมกัน และแบบหักล้าง กัน การเลี้ยวเบน คือปรากฎการณ์ที่คลื่นสามารถแผ่จากขอบของสิ่งกีดขวางไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวาง ได้ ถ้าทาให้สิ่งกีดขวางเป็นช่องเปิดเล็กๆ จะสังเกตการเลี้ยวเบนของคลื่นได้ชัดเจน เรียกช่องเปิด เล็กๆ ว่า สลิต ถ้าความกว้างของสลิต มากกว่าความยาวคลื่นที่ลอดผ่ายสลิตออกมา คลื่นจะแทรกสอดกัน เกิดแนวบัพ
หลักการเลี้ยวเบน ( หลักของฮอยเกนส์ ; Huygenss ) มีใจความว่า ทุกๆจุดบนหนน้าคลื่น ถือว่าเป็นต้นกาเนิด ใหม่ ซึ่งให้กาเนิดคลื่นวงกลม ที่มีเฟสเดียวกัน เคลื่อนที่ไปในทางทิศเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่น นั้น ทิศการเคลื่อนทีข่ องคลื่น
vt vt ก. หน้าคลื่นเส้นตรง
ข. หน้าคลื่นวงกลม
คลื่นนิ่ง คือการแทรกสอดของคลื่นเหมือนกัน 2 ขบวนเคลื่อนที่ไปทางทิศตรงข้ามกัน ( คลื่น 2 ขบวนวิ่งสวนทางกัน เกิดคลื่นนิ่ง )
ทิศการ เคลื่อนที่ ของคลืน่
กิจกรรมที่ 13 สมบัติของคลื่น วัสดุอุปกรณ์ 1. ชุดถาดคลื่น 2. หม้อแปลงโวลต์ต่า 3. กระดาษขาว วิธีทากิจกรรม ตอนที่ 1 (การสะท้อน) วางแผ่นกั้นหน้าตรงที่บริเวณกลางถาดคลื่น โดยให้เอียงทามุมหนึ่งกับแนวการเคลื่อนที่ ของคลื่น เปิดมอเตอร์ทาให้เกิดคลื่นเคลื่อนที่ไปตกกระทบแผ่นกั้น สังเกตและบันทึกการ เปลี่ยนแปลง ตอนที่ 2 (การหักเห) วางแผ่นกระจกใสลงในถาดคลื่น น้าที่อยู่เหนือแผ่นกระจกใสจะเป็นบริเวณน้าตื้น เปิด สวิตช์มอเตอร์ทาให้เกิดคลื่นเคลื่อนที่จากบริเวณน้าลึกเข้าสู่บริเวณน้าตื้น สังเกตและบันทึกทิศการ เคลื่อนที่และความยาวคลื่นในบริเวณน้าลึกและน้าตื้น ตอนที่ 3 (การเลี้ยวเบน) วางแผ่นกั้นหน้าตรงที่บริเวณกลางถาดโดยให้ขนานกับแนวการเคลื่อนที่ของคลื่น ทาให้ คลื่นเคลื่อนที่เข้าหาแผ่นกั้น สังเกตและบันทึกลักษณะของคลื่นขณะผ่านขอบแผ่นกั้น ตอนที่ 4 (การแทรกสอด) จัดปุ่มกาเนิดคลื่นสองปุ่มให้แตะผิวน้า เพื่อทาให้เกิดคลื่นวงกลมสองขบวนแผ่ออกไป สังเกตและบันทึกภาพที่เกิดขึ้น ให้นักเรียนวิเคราะห์ผลการทากิจกรรมแต่ละตอน แล้วอภิปรายผล นาเสนอผลการศึกษา สมบัติของคลื่น
รายงานการทากิจกรรมที่ 13 เรื่อง สมบัติของคลื่น สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 13 เรื่อง สมบัติของคลื่น คาชี้แจง ให้นักเรียนสืบค้นข้อมูล และศึกษาปรากฏการณ์ธรรมชาติที่อาศัยหลักการตามสมบัติของ คลื่น ตามประเด็นต่อไปนี้ 1. การสะท้อน เช่น การดารงชีพของค้างคาว โดยการใช้เสียงความถี่สูงสะท้อน กับสิ่งกีดขวาง เป็นต้น 2. การหักเห เช่น การเห็นฟ้าแลบ แต่ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เป็นต้น 3. การเลี้ยวเบน เช่น การได้ยินเสียง แม้อยู่ข้างผนังตึก เป็นต้น 4. การแทรกสอด เช่น การเกิดบีตส์ เป็นต้น ผลการปฏิบัติกิจกรรม 1. การสะท้อน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. การหักเห ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. การเลี้ยวเบน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. การแทรกสอด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 13 เรื่อง สมบัติของคลื่น คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 30 นาที 1. เมื่อคลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวกลางหนึ่งที่ต่างกัน ปริมาณใดต่อไปนี้คง เดิม และปริมาณใดเปลี่ยนไป ความยาวคลื่น ความถี่ และอัตราเร็วคลื่น ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. การเกิดเสียงก้อง เมื่อเราตะโกนอยู่กลางหุบเขา เป็นคุณสมบัติข้อใดของคลื่น เพราะ เหตุใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. ยกตัวอย่างการใช้ประโยชน์จากสมบัติของคลื่น พร้อมอธิบายประกอบ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. คลื่นนิ่งในเส้นเชือกที่ยาว 4 เมตร ที่แสดงดังรูป ถ้าเชือกสั่นด้วยความถี่ 100 รอบต้อ 4m วินาที จงหา a. ความยาวคลื่นในเส้นเชือก b. อัตราเร็วในเส้นเชือก ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………… คลื่นเสียง การเกิดเสียง เสียงเกิดจากการสั่นของวัตถุ วัตถุที่มีการสั่นแล้วทาให้เกิดเสียงเรียกว่า แหล่งกาเนิดเสียง สาหรับมนุษย์เสียงพูดเกิดจากการสั่นสะเทือนของสายเสียงซึ่งอยู่ภายในกล่องเสียงบริเวณด้านหน้า ของลาคอเรียกว่าลูกกระเดือก มนุษย์สามารถควบคุมเสียงที่พูดพูดขึ้นโดยใช้ฟัน ลิ้น ริมฝีปาก ทาให้ เกิดเสียงที่แตกต่างกัน แต่เสียงจะมีประโยชน์อย่างสมบูรณ์ต้องมีการได้ยิน เสียงที่นักเรียนได้ยินใน ชีวิตประจาวันเกิดจากสั่นสะเทือน ของแหล่งกาเนิดเสียงหรือไม่
เสียงเดินทางจากแหล่งกาเนิดมาถึงผู้ฟังได้ อย่างไร
การเดินทางของเสียง เมื่อเสียงเกิดจากสั่นสะเทือนของวัตถุ แสดงว่าวัตถุได้รับพลังงาน พลังงานนี้ก็จะถูกถ่าย โอนผ่านอากาศมายังหูผู้ฟัง ถ้าไม่มีอากาศเป็นตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงาน เราจะไม่ได้ยินเสียง เลย เราสามารถทดสอบความจริงนี้ได้ โดยการทดลองใช้กระดิ่งไฟฟ้าที่ส่ง เสียงตลอดเวลาใส่ไว้ในครอบแก้ว แล้วค่อยๆสูบอากาศออก เราจะได้ยินเสียง กระดิ่งไฟฟ้าค่อยลงๆ จนในที่สุดจะไม่ได้ยินเสียงกระดิ่งไฟฟ้าในครอบแก้วอีก เลย เมื่อภายในครอบแก้วเป็นสุญญากาศ จากสถานะการณ์ ข้ า งต้ น สรุ ป ได้ ว่ า การเคลื่ อ นที่ ข องเสี ย งจากตั ว ก่ อ ก าเนิ ด เสี ย ง ต้ อ งอาศั ย ตั ว กลางในการถ่ า ยโอนพลั ง งานการสั่ น ของตั ว ก่อกาเนิดเสียงนั้นไปยังที่ต่างๆ สูบอากาศออก จะเห็นได้ว่า เสียงที่เราได้ยินนี้ เป็นพลังงานรูปหนึ่งและถือว่าเป็นคลื่น ประเภทหนึ่งด้วย และพิจารณาจากอากาศที่เป็นตัวกลางนั้นการถ่ายโอนพลังงานเสียง อนุภาคของ ตัวกลางคืออากาศจะมีการสั่นในลักษณะอัดขยายสลับกันไป จึงถือได้ว่า เสียงเป็นคลื่นตามยาว การเคลื่อนที่ของเสียงในตัวกลางหนึ่งๆ จะคงตัว เมื่ออุณหภูมิของตัวกลางคงตัว ดังแสดงในตาราง
ตาราง อัตราเร็วของเสียงในตัวกลางต่างๆที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส อัตราเร็ว(เมตร/วินาที) ตัวกลาง แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ 272 อากาศ 346 แก๊สไฮโดรเจน 1,339 น้า 1,498 น้าทะเล 1,531 แก้ว 4,540 อะลูมิเนียม 5,000 เหล็ก 5,200
จากตารางนี้ นั ก เรี ย นคิ ด ว่ า เสียงเดินทางผ่านตัวกลางใด ได้เร็วที่สุดเมื่อเทียบระหว่าง ของแข็ง ของเหลว แก๊ส
คุณสมบัติของเสียง เสียงเป็นคลื่นชนิดหนึ่งที่เคลื่อนที่โดยอาศัยตัวกลาง ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติเหมือนคลื่น คือ 1. การสะท้อน 2. การหักเห 3. การแทรกสอด 4. การเลี้ยวเบน การสะท้อนของเสียง เนื่องจากเสียงเป็นพลังงานชนิดหนึ่ง เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวาง จะทาให้ เกิดการสะท้อนของเสียง และปัจจัยที่มีผลต่อการสะท้อนของเสียง ได้แก่ 1. ลักษณะพื้นผิวที่คลื่นเสียงไปกระทบ ( ผิวเรียบและแข็ง สะท้อนได้ดี ส่วนผิวอ่อนนุ่ม เนื้อพรุน จะดูดซับเสียงได้ดี 2. มุมตกกระทบกับระนาบสะท้อนเสียง ( เสียงจะสะท้อนได้ดี เมื่อ มุมของเสียงสะท้อน เท่ากับมุมของเสียงตกกระทบ ) มนุษย์และสัตว์ ได้อาศัยประโยชน์จากการสะท้อนของเสียง หลายอย่างเช่น การเดินเรือ การประมง หาความลึกของท้องทะเล หาระดับของเรือดาน้า หาฝูง ปลา โดยการส่งคลื่นอัลตราโซนิกออกไป แล้วรอรับฟังคลื่นที่สะท้อน จากเครื่องรับ การส่งคลื่นชนิดนี้เรียกว่า โซนาร์ ( Sonar – Sound โซนาร์
Navigation and Ranging ) ค้างคาว เป็นสัตว์สายตาไม่ดี ใช้หลักการสะท้อนเสียง โดยส่งและรับ ความถี่สูง อุตสาหกรรมใช้ในการตรวจสอบรอยร้าว ทางการแพทย์ใช้ตรวจสอบเนื้อเยื่อของอวัยวะ ต่างๆ ใช้ในการสลายนิ่วในไต ใช้ทาลายเชื้อโรคบางชนิดในอาหาร และน้า การหักเหของเสียง คลื่นเสียงเมื่อเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นแตกต่าง เส้นตั้งฉาก อากาศ รอยต่อระหว่าง กั นจะเกิ ด การเปลี่ ย นแปลงทิ ศ ทางความเร็ วและความยาวคลื่น แต่ ตัวกลาง ความถี่คลื่นยัง คงที่ กล่า วคื อเมื่ อเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความ น้า หนาแน่นน้อย(อากาศ) เข้าสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า(น้า) เสียงจะหักเหออกจากเส้นตั้งฉาก หลักการนี้ใช้อธิบาย การเห็นฟ้าแลบ แต่ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เพราะเมื่อ เกิ ดฟ้ า แลบ แม้ จะมี เ สีย งเกิ ดขึ้ นแต่เราไม่ ไ ด้ยิ นเสีย ง ทั้งนี้เพราะอากาศใกล้พื้ นดิน มี อุณ หภู มิ สูง กว่า อากาศเบื้ อ งบน ท าให้ ก ารเคลื่ อนที่ข องเสี ย งเคลื่ อนที่ ไ ด้ ใ นอั ตราที่ต่ างกั น คื อ เคลื่อนที่ในอากาศที่มี อุณหภูมิสูงได้เร็วกว่าในอากาศที่มีอุณหภูมิต่า ดังนั้น เสียงจึงเคลื่อนที่เบนขึ้น ทีละน้อยๆ จนข้ามหัวเราไป จึงทาให้ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง การแทรกสอดของเสียง การแทรกสอดของเสียงเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากคลื่นเสียงที่มาจากแหล่งกาเนิดเสียงตั้งแต่ 2 แหล่งขึ้นไปรวมกัน จึงเกิดการแทรกสอดแบบเสริมกันและหักล้างกัน ทาให้เกิดเสียงดัง และ เสียง ค่อย เสียงความถี่ f1 เสียงความถี่ f2 เสียงความถี่ f1 และ f2 รวมกัน
เสริม
หักล้าง
เสริมหักล้าง
เสริหัมกล้าง
เกิดการแทรกกัน ( เสริม , หักล้าง )
เสริม หักล้าง
ในกรณีที่เป็นเสียงเสริมกัน ตาแหน่งที่มีการเสริมกันจะมีเสียงดัง ส่วนตาแหน่งที่แทรก สอดแล้วหักล้างกันจะมี เสียงค่อย แต่การเกิดปรากฏการณ์แทรกสอดเกิดจากแหล่งกาเนิดเสียงที่มี ความถี่ต่างกัน ทาให้เกิดเสียงดัง เสียงค่อยเป็นจังหวะๆ เรียกว่า บีตส์ ( Beats ) ประโยชน์จากการ แทรกสอดและบีตส์นี้ นามาใช้เทียบเครื่องดนตรี โดยมีเครื่องเทียบเสียงมาตรฐาน ใช้หลักว่าเมื่อ ความถี่เสียงเท่ากันจะไม่เกิดบีตส์ ถ้ายังมีบีตส์อยู่แสดงว่า ความถี่เสียงยังไม่เท่ากัน ต้องปรับจนเสียง ทั้งสองมีความถี่เท่ากันจึงไม่ทาให้เกิดบีสต์ ถ้า เราตั้ ง ล าโพงลั ก ษณะเหมื อ นๆกั น 2 ตัว ให้ห่ า งกั น ระยะหนึ่ง ดัง รู ป แล้ ว เดิ น ใน แนวขนานกับลาโพงทั้งสองตามแนว AB A
B
การแทรกสอดของเสียง S1 S2 จากการเดินในแนว AB ดังกล่าว เราจะรู้สึกได้ว่า เสียงที่เราได้รับจะมีลักษณะดัง-ค่อย สลับกันไป การเลี้ยวเบนของเสียง นอกจากการหักเหของเสียงที่เกิดขึ้น เมื่อผ่านตัวกลางต่างชนิดกันแล้วยังมีการเลี้ยวเบนได้ การเลี้ยวเบนของเสียงมักจะเกิดพร้อมกับการสะท้อนของเสียง เสียงที่เลี้ยวเบน จะได้ยินค่อย กว่าเดิม เพราะพลังงานของเสียงลดลง ในชีวิตประจาวันที่เราพบได้อย่างเสมออย่างหนึ่งคือการได้ยินเสียงของผู้อื่นได้โดยไม่เห็น ตัวผู้พูด เช่น ผู้พูดอยู่คนละด้านของมุมตึก ปรากฏการณ์ดังนี้ แสดงว่าเสียงสามารถเลี้ยวเบนได้ การ อธิบายปรากฏการณ์นี้สามารถจะกระทาได้โดยใช้หลักการของฮอยเกนท์อธิบายว่า ทุกๆจุดบนหน้า คลื่นสามารถทาหน้าที่เป็นต้นกาเนิดคลื่นอันใหม่ได้ ดังนั้นอนุภาคของอากาศที่ทาหน้าที่ส่งผ่าน คลื่นเสียงตรงมุมตึกย่อมเกิดการสั่น ทาหน้าที่เหมือนต้นกาเนิด ลาโพง เสียงใหม่ ส่งคลื่นเสียไปยังผูฟ้ ังได้ เราสามารถทดลอง การเลี้ยวเบนของเสียงได้โดย ให้ผู้ฟัง ผนังห้อง ประตู ผนังห้อง ฟังเสียงลาโพงจากนอกห้องดังรูป ที่ตาแหน่ง ก. ข. ค. ง. ก. ข. ค. ง. ผู้ฟังย่อมได้ยินเสียงลาโพง ที่อยู่ในห้องได้ทุกคน แสดงว่าเสียง สามารถเลี้ยวเบนได้ตามแบบของคลื่น
การเลี้ยวเบนของเสียงจะเกิดได้ดี เมื่อช่องกว้างที่ให้เสียงผ่านมีขนาดเท่ากับความยาวคลื่น ของเสียงนั้น เนื่องจาก ช่องกว้างนั้นจะทาหน้าที่เหมือนเป็นแหล่งกาเนิดเสียงขนาดนั้นได้พอดี นั่นเอง ปรากฏการณ์บางอย่างของเสียง บีตส์ (Beats) เป็นปรากฏการณ์ที่คลื่นเสียงสองชุดซึ่งมีความถี่ใกล้เคียงกัน แอมพลิจูดเท่ ากันหรือไม่ก็ได้ เคลื่อนที่ในตัวกลางเดียวกัน เกิดการแทรกสอดกันขึ้น ได้คลื่นเสียงลัพธ์ซึ่งมีแอมพลิจูดไม่คงที่ แปรเปลี่ยนตลอดเวลา ทาให้เกิดเสียงดัง-ค่อย เป็นจังหวะสลับกันไป จานวนครั้งของเสียงดัง ( หรือ จานวนครั้งของเสียงค่อย ) ใน 1 วินาที เรียกว่าความถี่บีตส์ ( fb )
กิจกรรมที่ 14 การเกิดบีตส์ วัสดุอุปกรณ์ 1. กล่องสั่นพ้อง (resonance box) 2 กล่อง 2. ค้อนเคาะส้อมเสียง 1 อัน วิธีทากิจกรรม 1. เคาะส้อมเสียงบนกล่องที่ 1 สังเกตเสียงที่ได้ยิน ใช้มือจับให้หยุดสั่น แล้วเคาะส้อม เสียงบนกล่องที่ 2 โดยเลื่อนที่ปรับความถี่ของส้อมเสียงให้ต่างจากส้อมเสียงอันแรก เล็กน้อย สังเกตเสียงที่ได้ยิน 2. เคาะส้อมเสียงทั้งสองอันในเวลาใกล้กัน แล้วสังเกตเสียงที่ได้ยิน 3. เลื่อนที่ปรับความถี่ของส้อมเสียงให้ต่างกัน แล้วนามาทดลองซ้า คาถามท้ายการทากิจกรรม เสียงที่ได้ยินเมื่อเคาะส้อมเสียงทั้งสอง เป็นอย่างไร
รายงานการทากิจกรรมที่ 14 เรื่อง การเกิดบีตส์ สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 14 เรื่อง เสียงรบกวนในท้องถิ่น คาชี้แจง ให้นักเรียนสืบค้นข้อมูลและระดมความคิดร่วมกัน เกี่ยวกับระดับความเข้มเสียงบริเวณ ต่าง ๆ ในท้องถิ่น เช่น การจราจร โรงงาน สถานประกอบการ หรือบริเวณอื่นใดที่อาจมีปัญหา มลภาวะของเสียง แล้วอภิปรายร่วมกัน เสนอแนวคิดในการลดมลภาวะของเสียง จากนั้น ให้ร่วมกันนาเสนอผลงาน หน้าชั้นเรียน ผลการปฏิบัติกิจกรรม 1. มลภาวะทางเสียง คืออะไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. สถานที่มีปัญหามลภาวะทางเสียง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. แนวทางการลดปัญหามลภาวะทางเสียง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 14 เรื่อง เสียงและการได้ยิน คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 30 นาที 1. คลื่นเสียงเป็นคลื่นชนิดใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. มีเสียงช่วงความถี่ใดบ้างที่คนได้ยินแต่สัตว์ไม่ได้ยิน หรือ สัตว์ได้ยินแต่คนไม่ได้ยิน แล้วจะนาความรู้นี้มาใช้ประโยชน์อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. เราสามารถใช้อัลตราซาวด์สารวจความลึกของมหาสมุทรและแหล่งปลา ด้วยวิธีใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. การรับฟังเสียงที่มีความดังมาก ๆ ติดต่อกันเป็นเวลานาน จะเป็นอันตรายต่อหูหรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. เพราะเหตุใด เสียงเครื่องดนตรีจึงมีเสียงทุ้ม แหลม แตกต่างกัน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ( electromagnetic wave ) คือ คลื่นชนิดหนึ่งที่เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง โดยอาศัยการเหนี่ยวนากันระหว่างสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าซึ่งเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ทิศ ของสนามทั้งสองตั้งฉากกันและตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ ดังรูป สนามไฟฟ้า
สนามแม่เหล็ก
ทิศการเคลื่อนที่
จากการศึกษายังพบว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงความถี่ต่างๆ มีลักษณะเฉพาะตัว จึงมีชื่อ เรียกต่างกัน เมื่อเรียงลาดับจากความถี่ต่าไปความถี่สูงจะได้ดังนี้ คลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ รังสี อินฟราเรด แสงที่ตามองเห็น รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา คลื่น แม่เหล็กไฟฟ้าทุกช่วงที่มีความถี่ที่ต่อเนื่องกัน รวมเรียกว่า สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic spectrum) สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หมายถึง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความต่อเนื่องกันตั้งแต่ความถี่ต่าสุด ถึง ความถี่สูงสุด จะพบว่าสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีชื่อเรียกต่างๆกันตามแหล่งกาเนิดและ วิธีการตรวจวัด แต่มีคุณสมบัติที่เหมือนกัน คือ 1. คุณสมบัติการสะท้อน, การหักเห, การแทรกสอด,การเลี้ยวเบน และมีสมบัติเป็นโพราไรเซชัน 2. มีความเร็วเท่ากับความเร็วแสง คือ 3 x 108 m/s 3. มีพลังงานส่งผ่านไปพร้อมๆกับคลื่น ซึ่งพลังงานนี้จะขึ้นอยู่กับความถี่ และความยาว คลื่น โดยพิจารณาในรูปพลังงานโฟตอน
1. คลื่นวิทยุ ( Radio wave ) เป็นคลื่นที่มีความถี่อยู่ในช่วง 104 – 109 เฮิตรซ์ ความยาวคลื่น ประมาณ 10-1 - 103 เมตร สามารถแบ่งลักษณะของการใช้งานซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ระบบ คือ 1.1 ระบบ AM ( Amplitude Modulation ) +
คลื่นพาหะความถี่สูง สัญญาณเสียง คลื่น AM ส่งคลื่นโดยการเปลี่ยนแปลงแอมปลิจูด ของคลื่นพาหะตามสัญญาณของคลื่นที่ ส่งออกไปดังรูป มีความถี่อยู่ในช่วง 530 - 1600 กิโลเฮิตรซ์ และกาหนดช่วงความกว้างของ ความถี่เพื่อป้องกันการรบกวนของสถานีใกล้เคียงไว้เป็น 10 กิโลเฮิตรซ์ 1.2 ระบบ FM ( Frequency Modulation ) +
คลื่นพาหะความถี่สูง สัญญาณเสียง คลื่น FM คลื่น FM หมายถึง คลื่นที่ส่งโดยเปลี่ยนความถี่ของคลื่นพาหะตามสัญญาณของคลื่นที่ ต้องการส่งออกไปมีความถี่อยู่ในช่วง 88 – 108 MHZ และกาหนดช่องกว้างของแถบความถี่ไว้ 150 KHZ การส่งคลื่นวิทยุ สาหรับคลื่นวิทยุ AM จะสะท้อนที่ชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นที่มีประจุ ไฟฟ้าอิสระอยู่จานวนมาก ดังนั้นคลื่นวิทยุ AM จึงดินทางได้ 2 ทาง คือ 1. คลื่นดิน เคลื่อนที่ไปตามแนวรอบโดยตรงมีรัศมี 80 กิโลเมตร 2. คลื่นฟ้า เป็นคลื่นที่สะท้อนยังชั้นไอโอโนสเฟียร์ ดังนั้นจึงเดินทางไปได้ไกล และสามารถอ้อมสิ่งกีดขวางขนาดใหญ่ เช่น ภูเขา หรือตึกได้ แต่จะถูกรบกวนง่ายจากคลื่น แม่เหล็กไฟฟ้าแหล่งอื่น สาหรับคลื่นวิทยุ FM มีความถี่สูงกว่าและจะทะลุทะลวงผ่านชั้นไอโอโนสเฟียร์จึงไม่สาม รถใช้คลื่นฟ้าได้ คลื่นวิทยุ FM จึงเดินทางได้ระยะใกล้แต่จะถูกรบกวนได้ยากเนื่องจากคลื่นมี ความถี่สูง ในการทาเสาอากาศสาหรับส่งคลื่น FM ถ้าจะทาให้คลื่นที่ส่งออกไปไม่ถูกรบกวนได้ ง่าย ความสูงของเสาอากาศจะต้องมีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น
2. คลื่นโทรทัศน์ และ ไมโครเวฟ คลื่นโทรทัศน์และคลื่นไมโครเวฟมีความถี่อยู่ในช่วง 108 – 1012 HZ คลื่นนี้จะไม่สะท้อนที่ ชั้นไอโอโนสเฟียร์และจะทะลุผ่านชั้นบรรยากาศ ในการส่งคลื่นโทรทัศน์ไปเป็นระยะทางไกลๆ จะต้องใช้สถานีถ่ายทอดไปเป็นระยะๆ เพื่อรับคลื่นโทรทัศน์ที่เคลื่อนที่จากสถานีส่งมาในแนว เส้นตรงแล้วขยายให้สัญญาณแรงขึ้นก่อนที่จะส่งไปยังสถานีที่อยู่ถัดไป เพราะสัญญาณเดินทาง เป็นเส้นตรง และสัญญาณจะไปได้ไกลสุดประมาณ 80 กิโลเมตร เท่านั้น คลื่นโทรทัศน์มีความยาวคลื่นสั้นจึงไม่สามารถเลี้ยวเบนอ้อมผ่านสิ่งกีดขวางใหญ่ๆได้ เมื่อ คลื่นโทรทัศน์ถูกรบกวน ทั้งนี้เนื่องจากคลื่นสะท้อนจากรถยนต์หรือเครื่องบินเกิดการแทรกสอด กับคลื่นที่ส่งมาจากสถานีแล้วเข้าเครื่องรับพร้อมกัน เนื่องจากไมโครเวฟสะท้อนจากผิวโลหะได้ดีจึงมีการนาสมบัตินี้ไปใช้เป็นประโยชน์ใน การตรวจหาตาแหน่งของยานอวกาศ ซึ่งอุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่า เรดาร์ 3. รังสีอินฟราเรด คุณสมบัติ - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ 1011 - 1014 เฮริตซ์ หรือความยาวคลื่นตั้งแต่ประมาณ 10-3 – 10-6 เมตร เรียกว่า รังสีใต้แดง - วัตถุร้อนจะแผ่รังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า 10-4 เมตรออกมา - ประสาทสัมผัสทางผิวหนังของมนุษย์สามารถรับรังสีอินฟราเรดได้ - ฟิล์มถ่ายรูปบางชนิดสามารถถ่ายรูปได้โดยอาศัยรังสีอินฟราเรด - สิ่งมีชีวิตจะแผ่รังสีอินฟราเรดออกมาตลอกเวลา - รังสีอินฟราเรดเป็นตัวนาคาสั่งจากอุปกรณ์ควบคุมไปยังเครื่องรับ ที่เรียกว่า รีโมท คอนโทรล หรือการควบคุมระยะไกล สาหรับควบคุมการทางานของเครื่องรับโทรทัศน์ เช่น การ ปิด – เปิด การเปลี่ยนสถานี ประโยชน์ - ใช้ในทางการทหารนาไปใช้เกี่ยวกับการคบวคุมให้อาวุธนาวิถีเคลื่อนที่ไปยังเป้าได้อย่าง ถูกต้อง - ใช้ในวงการแพทย์ เช่น การฆ่าเชื้อโรค กายภาพบาบัด การตรวจวินิจฉัยโรค - ใช้ในวงการอุตสาหกรรม เช่น การผลิตรถยนต์ การอบสีรถ แหล่งกาเนิดของรังสีอินฟราเรด ได้จากแหล่งกาเนิดความร้อนทุกชนิด
4. คลื่นแสง คลื่นแสงมีความถี่ประมาณ 104 HZ ความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 4 x 10-7 – 7 x 10-7 m และ คลื่นแสงเป็นคลื่นที่ตามองเห็น วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงมากๆจะเปล่งแสงได้ เช่น ไส้หลอดไฟฟ้า ดวง อาทิตย์ เครื่องกาเนิดเลเซอร์เป็นแหล่งกาเนิดแสงอาพันธ์ที่ให้แสงได้ โดยไม่อาศัยความร้อน เช่น วงการแพทย์ใช้เลเซอร์ในการผ่าตัดนัยน์ตา 5. รังสีอัลตราไวโอเลต - ความถี่อยู่ในช่วง 1015 - 1018 HZ ความยาวคลื่น 3.8 x 10-7 – 10-11 m - รังสีนี้เป็นตัวการที่ทาให้เกิดประจุอิสระ และไอออนในบรรยากาศชั้นไอโอโนส เฟียร์ - ทาให้สารเรืองแสงเกิดการเรืองแสง - สามารถทะลุผ่านวัตถุบางๆบางชนิดได้ เช่น เสื้อผ้า แผ่นพลาสติก - ทาลายเซลล์เล็กๆบางอย่างได้ ประโยชน์ของรังสีอัลตราไวโอเลต - ใช้ในการพิสูจน์เอกสาร ตรวจสอบลายเซ็น - ช่วยร่างกายสังเคราะห์วิตามินดี - ใช้ตรวจสอบคุณภาพอาหารว่าเสียหรือไม่ - ใช้ตรวจสอบสารเคมี โทษจากรังสีอัลตราไวโอเลต - เป็นอันตรายต่อผิวหนังและตาคน เมื่อรับมามากๆอาจเป็นมะเร็งผิวหนังได้ - รังสีอัลตราไวโอเลตที่มาจากดวงอาทิตย์จะถูกสกัดกั้นให้เป็นส่วนใหญ่จาก บรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ ซึ่งมีก๊าซโอโซนเป็นองค์ประกอบอยู่ แต่ปัจจุบัน โอโซนในบรรยากาศมีจานวนลดลงมากจึงทาให้รังสีอัลตราไวโอเลตแผ่ลงมายังผิว โลก
6. รังสีเอกซ์ - มีความถี่อยู่ในช่วง 1016 – 1022 HZ ความยาวคลื่นอยู่ระหว่าง 10-8 – 10-13 m แหล่งกาเนิดรังสีเอกซ์ คือ ดวงอาทิตย์ หลอดรังสีเอกซ์ เครื่องรับโทรทัศน์ คุณสมบัติของรังสีเอกซ์ - มีอานาจในการทะลุทะลวงสูง - ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก - ทาให้ก๊าซหรืออากาศรอบๆแตกตัวเป็นไอออนได้ - ทาปฏิกิริยากับแผ่นฟิล์มถ่ายรูปเหมือนกับแสง ประโยชน์ของรังสีเอกซ์ - ใช้ในวงการแพทย์ ตรวจวินิจฉัยโรค ตลอดจนการรักษาโรคมะเร็ง - ใช้ในวงการอุตสาหกรรม และการก่อสร้างเพื่อตรวจสอบรูรั่วหรือรอยร้าวต่างๆ - ใช้ตรวจสอบสิ่งแปลกปลอม อาวุธในกระเป๋าหรือหีบห่อต่างๆ - ใช้ตรวจสอบวัตถุโบราณว่ามีอายุยาวนานเท่าไร โทษของรังสีเอกซ์ - เมื่อร่างกายรับเข้าไปมากจะทาให้เซลล์ตาย หรือเสื่อมคุณภาพ - อาจทาให้เกิดโรคมะเร็งได้ - อาจทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในยีนมีผลต่อกรรมพันธ์ 7. รังสีแกมมา - มีความถี่อยู่ในช่วง 3 x 1018 – 1022 HZ ความยาวคลื่น 10-10 – 10-14 m แหล่งกาเนิดของรังสีแกมมา - เกิดจากการสลายตัวของนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสี - รังสีคอสมิกที่มาจากนอกโลกจะมีรังสีแกมมาอยู่ด้วย
คุณสมบัติของรังสีแกมมา - ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก - ทาให้สารเรืองแสงเกิดการเรืองแสง - ทาปฏิกิริยากับฟิล์มถ่ายรูปและฟิล์มที่ไม่ไวต่อแสง ประโยชน์ของรังสีแกมมา - ใช้ในวงการแพทย์รักษาโรคมะเร็ง - ใช้ในวงการเกษตรศึกษาโรคพืชต่างๆ การดูดซึมแร่ธาตุต่างๆของรากพืช โทษของรังสีแกมมา ทาลายเซลล์ร่างกาย เนื้อเยื่อต่าง อาจทาให้เกิดมะเร็งได้
กิจกรรมที่ 15 สืบค้นข้อมูลเรื่องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม จับฉลากเนื้อหา สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยมีหัวข้อ เป็น คลื่นวิทยุ, รังสีอินฟาเรด, แสง , อัตราไวโอเลต, รังสีเอกซ์ และ รังสีแกมมา 2. เมื่อได้รับเนื้อหา ให้สืบค้นข้อมูล โดยศึกษา ประเด็นต่อไปนี้ - ความถี่ ความยาวคลื่น - แหล่งกาเนิด - คุณสมบัติ - ประโยชน์ - โทษ 3. การนาเสนอ สามารถนาเสนอได้หลากหลาย ตามความถนัด และ ความน่าสนใจ 4. นาเสนอหน้าชั้นเรียน
ใบงานที่ 15 เรื่อง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คาชี้แจง ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม และตอบปัญหาต่อไปนี้ 1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแตกต่างจากคลื่นกลอย่างไร ………………………………………………………………………………………………… …………….…………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. 2. จงเรียงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่อไปนี้ จากคลื่นที่มีความยาวคลื่นน้อยไปมาก รังสีอินฟราเรด คลื่นวิทยุ รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีแกมมา แสงที่มองเห็นได้ รังสีเอกซ์ และไมโครเวฟ ………………………………………………………………………………………………… …………….…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. 3. สถานีวิทยุแห่งหนึ่งส่งคลื่นวิทยุความถี่ 102.25 MHz คลื่นวิทยุสถานีนี้ ส่งคลื่นวิทยุความยาวคลื่น เป็นเท่าใด ………………………………………………………………………………………………… …………….…………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 15 เรือ่ ง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 30 นาที 1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นชนิดใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. สถานีวิทยุกรีนเวฟส่งกระจายเสียงด้วยความถี่ 106.5 เมกะเฮิรตซ์ จะมีความยาวคลื่น เท่าใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. จงบอกประโยชน์และโทษของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่นักเรียนสนใจ อย่างน้อย 1 ช่วง ความถี่ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดขึ้นได้อย่าง มนุษย์สามารถผลิตคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้หรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. ดาวเคราะห์เหมือนโลก ที่มีการค้นพบใหม่ ห่างจากโลกของเรา 20 ปีแสง นักเรีย ทราบหรือไม่ว่า หมายความว่าอย่างไร และดาวเคราะห์ดวงนี้อยู่ห่างจากโลก กี่กิโลเมตร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
หน่วยที่ 4 กัมมันตภาพรังสี และพลังงานนิวเคลียร์ กัมมันตภาพรังสี เฮนรี เบ็กเคอเรล ( Henri Becquerel ) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสพบว่าสารประกอบของ ยู เ รเนี ย มชนิ ด หนึ่ ง คื อ สารโพแทสเซี ย มยู เ รนิ ล ซั ล เฟตสามารถปล่ อ ยรั ง สี ช นิ ด หนึ่ ง ออกมาได้ ตลอดเวลา เบ็กเคอเรล ยังพบอีกว่าสารประกอบของยูเรเนียมทุกชนิดก็ปล่อยรังสีดังกล่าวเช่นกัน และเรียกรังสีนี้ว่า รังสียูเรนิก ( uranic ray ) การค้นพบของเบ็กเคอเรล ทาให้นักวิทยาศาสตร์สงสัย ว่าธาตุอื่นๆ มีการแผ่รังสีเช่นเดียวกับยูเรเนียมหรือไม่ มารี คูรี ( Marie Curie ) และสามีได้ทดลอง กับธาตุหลายชนิดและพบว่าธาตุบางชนิด เช่น พอโลเนียม เรเดียม มีการแผ่รังสีได้เช่นเดียวกับ ยูเรเนียม เรียกธาตุที่มีการแผ่รังสีได้เองว่า ธาตุกัมมันตรังสี ( radioactive element ) และ ปรากฏการณ์การแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่องเช่นนี้ เรียกว่า กัมมันตภาพรังสี ( radioactivity ) การศึกษาพบว่า รังสีที่ธาตุกัมมันตรังสีแผ่ออกมามี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา ( alpha ray ) รังสีบีตา ( beta ray ) และรังสีแกมมา ( gamma ray ) นิยมเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ และ ตามลาดับ รังสีแอลฟา เป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียม ( 42 He ) สามารถทาให้สารที่ผ่านเกิดการแตก ตัวเป็นไอออนได้ดี จึงเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว ดังนั้นรังสีแอลฟาจึงมีอานาจทะลุผ่านน้อยมาก สามารถเดินทางผ่านอากาศได้ระยะทางเพียง 3 – 5 เซนติเมตร เพียงใช้แผ่นกระดาษบางๆ กั้น รังสี แอลฟาก็ไม่อาจทะลุผ่านได้ กระดาษ อะลูมิเนียม ตะกั่ว รังสีบีตา เป็นอิเล็กตรอน สามารถ ผ่านอากาศได้ประมาณ 1 – 3 เมตร รังสีบีตาจึงมี อานาจทะลุผ่านมากกว่ารังสีแอลฟา รังสีแกมมา เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ มีความยาวคลื่นสั้นมาก สามารถทะลุผ่านแผ่น อะลูมิเนียมที่หนาหลายเซนติเมตรได้จึงมีอานาจ รูป 16.1 อานาจทะลุผ่านของรังสี ทะลุผ่านมากที่สุดในบรรดารังสีทั้งสามชนิด
กฎการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี กล่าวไว้ว่า 1. จานวนนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีที่สลายไปในหนึ่งหน่วยเวลา ( อัตราการสลายตัว ของธาตุกัมมันตรังสี ) จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจานวนนิวเคลียสที่มีอยู่ 2. ในการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี โอกาสที่นิวเคลียสแต่ละตัวจะสลายไปในหนึ่งเวลา เท่ากันหมดทุกนิวเคลียส ซึ่งเป็นสมบัติเฉพาะตัวของธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิด 3. อัตราการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีไม่ขึ้นกับสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ หรือความดัน ประโยชน์และอันตรายของกัมมันตภาพรังสี ประโยชน์ของกัมมันตภาพรังสี 1. ด้านการเกษตร ได้แก่ - ควบคุมและกาจัดแมลง - ใช้รังสีปรับปรุงพันธุ์พืช ด้วยการดัดแปลงทางพันธุกรรม - ใช้ในการถนอมผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร 2. ด้านอุตสาหกรรม ได้แก่ - การใช้รังสีเป็นสารติดตาม - เสริมคุณภาพน้ายางในธรรมชาติด้วยรังสี - เสริมคุณภาพฉนวนไฟฟ้า - กาจัดแก๊สพิษออกจากการเผาไหม้ในอุตสาหกรรม - ควบคุมความหนาของแผ่นโลหะให้สม่าเสมอ - การถ่ายภาพด้วยรังสีอุตสาหกรรม 3. การใช้กัมมันตภาพรังสีในการหาอายุวัตถุโบราณ 4. ใช้ในการแพทย์ - เพื่อวินิจฉัยโรค - เพื่อบาบัดโรค อันตรายจากกัมมันตภาพรังสี 1. การได้รับปริมาณมากจะมีผลต่อร่างกาย ทาให้เกิดโรคเรื้อรัง เสียชีวิตด้วยโรคต่อมา เช่น โรคลูคิเมีย โรคมะเร็ง โรคคีลอยด์ ต้อแก้วตา โรคที่เกิดจากเซลล์ไขกระดูกถูกทาลายเป็นต้น 2. การทาเป็นอาวุธสงคราม เช่นระเบิดนิวเคลียร์ อานาจการทาลายล้างจะมากมาย มหาศาลมาก
กิจกรรมที่ 16 เรื่อง สถานการณ์จาลองการสลายกัมมันตรังสี วัสดุอุปกรณ์ 1. ลูกเต๋าสี 1 หน้า 40 ลูก และลูกเต๋าแต้มสี 2 หน้า 40 ลูก 2. กล่องใส่ลูกเต๋า 3. กระดาษกราฟ วิธีทากิจกรรม 1. นาลูกเต๋าที่แต้มสีเพียงหนึ่งหน้า จานวน 40 ลูก ไปใส่ในกล่อง แล้วทอดลงบนพื้น คัด ลูกเต๋าที่หงายหน้าที่แต้มสีออก นาลูกเต๋าที่เหลือใส่กล่อง แล้วทอดลงบนพื้นอีก ทาซ้าหลาย ๆ ครั้ง จนเหลือลูกเต๋าที่จะทอดเพียง 2 – 3 ลูก หลังการทอดแต่ละครั้ง บันทึกจานวนครั้งที่ ทอดกับจานวนลูกเต๋าที่เหลือลงในตารางบันทึกผล 2. ทากิจกรรมซ้าอีก 2 ครั้ง 3. นาข้อมูลจากการทดลองแต่ละครั้งไปเขียนกราฟระหว่างจานวนครั้งที่ทอดกับจานวน ลูกเต๋าที่เหลือ โดยให้จานวนครั้งที่ทอดอยู่บนแกนนอน และจานวนลูกเต๋าที่เหลืออยู่บน แกนตั้ง คาถามท้ายกิจกรรม 1. ปริมาณต่อไปนี้ จานวนลูกเต๋า จานวนครั้งที่ทอด จานวนลูกเต๋าที่เหลืออยู่จากการทอด แต่ละครั้ง และจานวนลูกเต๋าที่คัดออก เทียบได้กับปริมาณใดในการสลายจริงของธาตุ กัมมันตรังสี 2. กราฟที่ได้จากการทากิจกรรมทั้งสามครั้ง เหมือนหรือต่างกันอย่างไร 3. จานวนครั้งที่ทอดลูกเต๋าแล้วทาในลูกเต๋าเหลือครึ่งหนึ่ง มีค่าประมาณเท่าใด
รายงานการทากิจกรรมที่ 16 เรื่อง สถานการณ์จาลองการสลายกัมมันตรังสี สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 16 เรื่อง ประโยชน์ของกัมมันตภาพรังสี คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม จับฉลากเนื้อหา ประโยชน์ด้านต่าง ๆ ของกัมมันตภาพรังสี โดยมี หัวข้อ คือ ด้านการแพทย์, ด้านอุตสาหกรรม,ด้านเกษตร,ด้านโบราณคดีและธรณีวิทยา 2. เมื่อได้รับเนื้อหา ให้สืบค้นข้อมูล โดยศึกษา ประเด็นต่อไปนี้ a. ชนิดของธาตุกัมมันตรังสีที่ถูกนาไปใช้ b. การนาไปใช้ c. ประโยชน์ 3. การนาเสนอ สามารถนาเสนอได้หลากหลาย ตามความถนัด และ ความน่าสนใจ 4. นาเสนอหน้าชั้นเรียน ผลการปฏิบัติกิจกรรม 1. ชนิดของธาตุกัมมันตรังสีที่ถูกนาไปใช้ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. การนาไปใช้ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. ประโยชน์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 16 เรื่อง กัมมันตภาพรังสี คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 30 นาที 1. รังสีที่ธาตุกัมมันตรังสีแผ่ออกมากี่ชนิด แต่ละชนิดแตกต่างกันอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. รังสีเหล่านี้ออกมาจากส่วนใดของอะตอม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. นิวเคลียสของสารกัมมันตรังสี จะมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. กัมมันตภาพรังสีมีประโยชน์อย่างไรบ้าง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. ถ้านิวเคลียสหนึ่งมีการสลายให้รังสีแกมมา เลขอะตอมและเลขมวลจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
รังสีกับมนุษย์ ในสิ่งแวดล้อมมีรังสีตามธรรมชาติ รังสีเหล่านี้ ได้แก่ รังสีคอสมิกจากอวกาศ และรังสี เรดอนซึ่งเป็นธาตุกัมมันตรังสีที่มีอยู่ในอากาศ หิน ดิน และต้นไม้ นอกจากนี้ยังมีรังสีจาก สิ่งประดิษฐ์และกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การทดลองทางนิวเคลียร์ อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ การตรวจ รักษาโรคด้วยรังสี รวมทั้งอาหาร และน้าดื่ม รังสีจึงเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งแวดล้อม ที่ทุกคนได้รับ ตลอดเวลา และหลีกเลี่ยงไม่ได้ รังสีเหล่านี้ เรียกว่า รังสีพื้นฐาน (Background radiation) ซึ่ง โดยทั่วไปแล้วมีปริมาณไม่มากและไม่เป็นอันตรายต่อร่างกาย รังสีที่มนุษย์ได้รับจากสิ่งแวดล้อมมีปริมาณน้อยมาก จึงไม่มีผลใด ๆ ต่อร่างกาย แต่ถ้า ร่างกายได้รับรังสีในปริมาณสูง อาการผิดปกติก็อาจเกิดขึ้นต่อร่างกายจนเป็นอันตรายต่อชีวิต อันตรายนี้เป็นผลมาจาก สมบัติของรังสีที่ทาให้สารที่รังสีผ่านแตกตัวเป็นไอออน กล่าวคือ เมื่อ ร่างกายได้รับรังสี เนื้อเยื่อร่างกายจะดูดกลืนพลังงานของรังสีทาให้เซลล์ต่าง ๆ ถูกทาลาย นอกจากนี้รังสียังอาจทาให้เกิดโรค เช่น มะเร็ง และอาจมีผลทางพันธุกรรม ซึ่งถ่ายทอดไปยังรุ่น ลูกหลาน แต่อย่างไรก็ตาม รังสีจะไม่ตกค้างอยู่ในร่างกายหรืออาหารที่อาบรังสี ถ้าสารกัมมันตรังสีเข้าสู่ร่างกาย อันตรายจากรังสีจะเพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะสารกัมมันตรังสี ที่อยู่ในสภาพแก๊สหรือผง ซึ่งจะเข้าสู่ร่างกายได้ง่าย โดยการหายใจ หรือรับประทาน เมื่อสาร กัมมันตรังสีเข้าสู่ร่างกายจะดูดกลืนพลังงานจากรังสีตลอดเวลา ทาให้ร่างกายเป็นอันตรายมากกว่า การได้รับรังสีจากภายนอกร่างกาย การกาจัดกากกัมมันตรังสี การกาจัดกากกัมมันตรังสีสามารถทาได้หลายวิธี เช่น กรณีที่เป็นของเหลวอาจใช้วิธีการ ตกตะกอน การกลั่น ส่วนที่เป็นของแข็งอาจใช้วิธีเผาทาลาย หรือนามาแปรสภาพ และตรึงให้แน่น ด้วยเนื้อสารที่คงทนต่อการเปลี่ยนแปลง เช่น ซีเมนต์ ซิลิกา และแก้ว แล้วหาสถานที่เก็บชั่วคราว ก่อนนาไปกาจัดถาวร โดยถ้าเป็นกากกัมมันตรังสีระดับต่าและระดับกลาง จะใช้วิธีฝังดินตื้น โดย สภาพพื้นที่จะต้องไม่เป็นที่ลุ่ม ไม่มีประวัติแผ่นดินไหวหรือภูเขาไฟระเบิด และน้าใต้ดินลึกมากกว่า 10 เมตร ถ้าเป็นกากกัมมันตรังสีระดับสูงจะใช้วิธีฝังในชั้นธรณีลึกและมั่นคง โดยสภาพที่จะต้องมี ชั้นหินอัคนี หินแปร หรือหินชนวน อยู่ในระดับความลึกที่เหมาะสม
กิจกรรมที่ 17 รังสีในสิ่งแวดล้อม วิธีทากิจกรรม นาเครื่องตรวจรังสีที่พร้อมใช้งาน ไปวางในห้องปฏิบัติการในช่วงเช้าก่อนเปิดใช้ ถ้ามีเสียง ดังขึ้น แสดงว่ามีรังสีเข้ามาในห้อง หัววัดรังสี นับและบันทึกจานวนครั้งที่เสียงดังขึ้นเป็นเวลา 5 นาที ทาซ้า แต่เปลี่ยนสถานที่ตรวจรังสีเป็นบริเวณกลางแจ้งตามที่ต่าง ๆ ที่นักเรียนสนใจ คาถามท้ายกิจกรรม รังสีที่วัดได้จากสถานที่ทั้งสองแห่ง เท่ากันหรือไม่ และรังสีเหล่านั้นมาจากไหน
รายงานการทากิจกรรมที่ 17 เรื่อง รังสีในสิ่งแวดล้อม สมาชิกในกลุ่ม 1. ................................................................. 2. ................................................................. 3. ................................................................
4. ………………………………………… 5. ………………………………………… 6. ...............................................................
จุดประสงค์การทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สมมติฐานการทดลอง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ตัวแปรต้น……………………………………………………………………… ตัวแปรตาม……………………………………………………………………… อุปกรณ์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ขั้นตอนการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ผลจากการทากิจกรรม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… สรุปผลและอภิปราย ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 17 เรื่อง สารกัมมันตรังสีกับมนุษย์ คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม สืบค้นข้อมูลเกี่ยวกับประโยชน์และโทษ ของสารกัมมันตรังสี ที่มีต่อ มนุษย์ในด้านต่าง ๆ ในชีวิตประจาวัน 2. การนาเสนอ สามารถนาเสนอได้หลากหลาย ตามความถนัด และ ความน่าสนใจ 3. นาเสนอหน้าชั้นเรียน ผลการปฏิบัติกิจกรรม 1. สารกัมมันตรังสีกับมนุษย์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. ประโยชน์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. โทษ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 17 เรื่อง รังสีกับมนุษย์ คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 30 นาที 1. รังสีพื้นฐานหมายถึงอะไร มีความสัมพันธ์อย่างไรกับมนุษย์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. ถ้ามนุษย์สัมผัสหรือได้รับรังสีมาก ๆ จะมีผลต่อร่างกายอย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. ถ้านักเรียนพบกล่องหรือภาชนะที่มีเครื่องหมาย ดังภาพ นักเรียนควรจะปฏิบัติตนอย่างไร ………………………………………………………... ………………………………………………………... ………………………………………………………… ………………………………………………………… 4. นักเรียนมีวิธีในการกาจัดกากกัมมันตรังสี อย่างไรบ้าง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. ทริเทียมเป็นไอโซโทปกัมมันตรังสี มีครึ่งชีวิต 12.5 ปี เมื่อเวลาผ่านไป 25 ปี จะเหลือทริเทียม ร้อยละเท่าใดของปริมาณเดิม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ คือ กระบวนการที่นิวเคลียสเกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบ หรือ ระดับพลังงานจากการชนระหว่างนิวเคลียสกับนิวเคลียส หรือนิวเคลียสกับอนุภาค ดังสมการ X + a Y + b + E เมื่อ X แทน นิวเคลียสของธาตุที่ใช้เป็นเป้า a แทน อนุภาคที่วิ่งมาชนเป้า Y แทน นิวเคลียสของธาตุใหม่หลังการชน b แทน อนุภาคใหม่ที่เกิดขึ้นภายหลังการชน E แทน พลังงานที่ปลดปล่อยจากปฏิกิริยา ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะเป็นการคายพลังงาน ถ้า E เป็นบวก โดยพลังงานที่ ปลดปล่อยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ เรียกว่า พลังงานนิวเคลียร์ และ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะดูด พลังงาน ถ้า E เป็นลบ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน เกิดจากการให้นิวเคลียสหนัก( เลขมวล 230 ) แยกตัว โดยมี นิวตรอนเป็นตัววิ่งชน เป็นผลทาให้ได้นิวเคลียสที่มีขนาดปานกลาง และมีนิวตรอนที่มีความเร็วสูง เกิดขึ้นประมาณ 2- 3 ตัว ทั้งมีการคายพลังงานออกมาด้วย ดังตัวอย่างปฏิกิริยาต่อไปนี้ 235 92 U
94 1 + 01 n 140 54 Xe + 38 Sr + 2 0 n + + 200 MeV
1 0n
1 0n 235 92 U
1 0n
140 54 Xe
94 38 Sr
200 MeV
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน เกิดจากนิวเคลียสเบา ( เลขมวล 20 ) หรืออนุภาครวมตัวกันที่ อุณหภูมิสูงเป็นนิวเคลียสที่ใหญ่ขึ้นและมีพลังงานปลดปล่อยออกมา ดังตัวอย่างปฏิกิริยาต่อไปนี้ 2 1H
+ 21 H 31 H + 11 H + 4 MeV
2 1H
+ 21 H 23 He + 01 n + 3.3 MeV
จากการศึกษาพบว่า ก่อนเกิดปฏิกิริยา มวลรวมของนิวเคลียสของเป้าและอนุภาคที่วิ่งมาชน เป้า มีค่ามากกว่ามวลรวมของนิวเคลียสของธาตุใหม่และอนุภาคที่ได้จากการชน แสดงว่าหลัง เกิดปฏิกิริยา มีมวลที่หายไป แล้วถูกเปลี่ยนเป็นพลังงาน ตามความสัมพันธ์ระหว่างมวล ( m ) และ พลังงาน ( E ) ของไอน์สไตน์ที่ว่า E = mc2 เมื่อ c เป็นอัตราเร็วของแสง ผลการคานวณพบว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ของ 235 1 140 94 1 92 U + 0 n 54 Xe + 38 Sr + 2 0 n + + 200 MeV จะเกิดพลังงานนิวเคลียร์ 200 MeV เมื่อเกิดต่อเนื่องเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ จะได้พลังงานมหาศาลเช่นเดียวกับระเบิดนิวเคลียร์ มนุษย์นาพลังงานนิวเคลียร์ไปใช้ประโยชน์หลายอย่าง เช่น ผลิตพลังงานไฟฟ้า ใช้ ขับเคลื่อนเรือเดินสมุทร เป็นต้น
กิจกรรมที่ 18 พลังงานนิวเคลียร์ คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนสืบค้นข้อมูล และอภิปรายตามหัวข้อต่อไปนี้ 1. ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ฟิวชั่น และฟิชชั่น 2. ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารและพลังงาน 3. การนาพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์ในชีวิตและสิ่งแวดล้อม 4. โทษต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม 2. การนาเสนอ สามารถนาเสนอได้หลากหลาย ตามความถนัด และ ความน่าสนใจ 3. นาเสนอหน้าชั้นเรียน ผลการปฏิบัติกิจกรรม 1. ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ฟิวชั่น และฟิชชั่น ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารและพลังงาน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. การนาพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์ในชีวิตและสิ่งแวดล้อม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4.โทษต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
ใบงานที่ 18 เรื่อง การใช้พลังงานนิวเคลียร์ในทางสันติ คาชี้แจง ให้นักเรียนเข้ากลุ่ม และปฏิบัติกิจกรรมตามขั้นตอนต่อไปนี้ 1. สืบค้นข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้พลังงานนิวเคลียร์ในทางสันติ 2. ระดมความคิดในการอภิปรายว่า ถ้ามีโครงการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในประเทศไทย นักเรียนจะเห็นด้วยหรือไม่ ให้สืบค้นข้อมูลเพื่อหาเหตุผลเชิงวิทยาศาสตร์มาสนับสนุน ความคิดเห็นของตนเอง ผลการปฏิบัติกิจกรรม 1. การใช้พลังงานนิวเคลียร์ในทางสันติ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. ถ้ามีโครงการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ในประเทศไทย เห็นด้วยหรือไม่ เพราะเหตุใด ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัดที่ 18 เรื่อง พลังงานนิวเคลียร์ คาชี้แจง 1. ให้นักเรียนตอบคาถามลงไปในช่องว่างให้สมบูรณ์ถูกต้อง 2. ใช้เวลา 20 นาที 1. การที่อนุภาคในนิวเคลียสอยู่กันอย่างแน่นมาก นิวเคลียสจะแตก หรือรวมกันได้หรือไม่ อย่างไร ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2. มนุษย์นาพลังงานนิวเคลียร์จากฟิชชันไปใช้ประโยชน์ อะไรบ้าง ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. ยกตัวอย่างการนาพลังงานนิวเคลียร์ไปใช้ประโยชน์ ในชีวิตประจาวัน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 4. จงเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์กับโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหิน ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 5. อธิบายความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยาลูกโซ่ในระเบิดปรมาณูและเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………
