255 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4. ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของการเคลื่อนที่ในแนวตรงกับเวลา ในช่วงเวลา 10 นาทีของรถ A และ B แสดง ได้ดังกราฟ จงเปรียบเทียบอัตราเร็วเฉลี่ยของรถทั้ง 2 คัน * แนวคำตอบ รถ 2 คันเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงออกจากตำแหน่งเริ่มต้นไปยังตำแหน่งสุดท้าย ใช้เวลาทั้งหมด 10 วินาที โดยรถคัน A ได้ระยะทางทั้งหมด 140 เมตร และรถคัน B ได้ระยะทางทั้งหมด 180 เมตร จากอัตราเร็วเฉลี่ย = ระยะทางทั้งหมด เวลาทั้งหมดที่ใช้ A = 180 10 m s = 18 m/s B = 140 10 m s = 14 m/s เมื่อ A B = 18 14 A = 1.29 B อัตราเร็วเฉลี่ยของรถคัน A มีค่า 1.29 เท่าของอัตราเร็วเฉลี่ยของรถคัน B
256 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี สาระสำคัญ แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ เขียนลูกศรแทนแรงได้โดยความยาวของลูกศรแทนขนาดของแรง และหัวลูกศรแทน ทิศทางของแรง สามารถหาผลรวมของแรงหลายแรงหรือแรงลัพธ์ได้จากการเขียนแผนภาพแสดงแรง การรวมเวกเตอร์ แบบหางต่อหัว ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์ วัตถุจะไม่เปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ คือ วัตถุจะอยู่นิ่งหรือ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ แต่ถ้าแรงลัพธ์ไม่เป็นศูนย์ วัตถุจะเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ โดยเคลื่อนที่เร็วขึ้น ช้าลง หรือเปลี่ยนทิศทาง เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุเพื่อพยายามทำให้วัตถุเคลื่อนที่หรือออกแรงกระทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปบน พื้นผิวจะมีแรงต้านการเคลื่อนที่หรือแรงเสียดทานเกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัส โดยแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นขณะที่วัตถุยังไม่ เคลื่อนที่เป็นแรงเสียดทานสถิต ส่วนแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่เป็นแรงเสียดทานจลน์ แรงเสียดทานจะมีค่า มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะผิวสัมผัส และแรงที่พื้นผิวกระทำต่อวัตถุในแนวตั้งฉาก กิจกรรมในชีวิตประจำวันบาง กิจกรรมต้องเพิ่มแรงเสียดทานในการทำกิจกรรมนั้น ๆ บางกิจกรรมต้องลดแรงเสียดทาน ของเหลวมีแรงกระทำต่อวัตถุที่อยู่ในของเหลวนั้นในทุกทิศทาง โดยแรงกระทำจะตั้งฉากกับผิวสัมผัสของวัตถุ แรงที่ของเหลวกระทำในหนึ่งหน่วยพื้นที่ เรียกว่า ความดันของของเหลว ซึ่งความดันของของเหลวมีค่ามากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับระดับความลึกและความหนาแน่นของของเหลว ผลรวมของแรงทุกแรงของของเหลวที่กระทำต่อวัตถุจะมีทิศขึ้น เรียกว่า แรงพยุงของของเหลว ซึ่งแรงพยุงของของเหลวจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมใน ของเหลวและความหนาแน่นของของเหลว แรงพยุงของของเหลวมีผลต่อการจมการลอยของวัตถุ โดยถ้าแรงพยุงของ ของเหลวมีขนาดเท่าน้ำหนักของวัตถุ วัตถุจะลอยนิ่ง แต่ถ้าแรงพยุงของของเหลวน้อยกว่าน้ำหนักของวัตถุ วัตถุจะ เคลื่อนที่จมลงในของเหลวนั้น บทที่ 2 แรงในชีวิตประจำวัน
257 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุโดยแนวแรงไม่ผ่านจุดหมุน วัตถุอาจเกิดการหมุน โดยเกิดโมเมนต์ของแรง ซึ่งโมเมนต์ของ แรงคำนวณได้จากผลคูณของแรงและระยะตั้งฉากจากจุดหมุนไปยังแนวแรง ในกรณีที่ผลรวมของโมเมนต์ของแรงใน ทิศทางตามเข็มนาฬิกาเท่ากับผลรวมของโมเมนต์ของแรงในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา วัตถุจะอยู่ในสภาพสมดุลต่อการหมุน แม่เหล็กเป็นแหล่งสนามแม่เหล็ก วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าเป็นแหล่งสนามไฟฟ้า วัตถุที่มีมวลจะเป็นแหล่งสนามโน้มถ่วง แรงแม่เหล็ก แรงไฟฟ้า และแรงโน้มถ่วง ต่างเป็นแรงไม่สัมผัส แรงที่กระทำต่อขั้วแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กและแรงที่ กระทำต่อประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้าอาจมีทิศทางเดียวกันหรือทิศทางตรงข้ามกับทิศทางของสนามแม่เหล็กหรือ สนามไฟฟ้าได้ แต่แรงที่กระทำต่อวัตถุที่มีมวลในสนามโน้มถ่วงจะมีทิศทางเดียวกับทิศทางของสนามโน้มถ่วงเสมอ โดยความเข้มของแต่ละสนามจะลดลง เมื่อมีระยะห่างจากแหล่งสนามนั้น ๆ มากขึ้น จุดประสงค์บทเรียน เมื่อเรียนจบบทนี้แล้ว นักเรียนจะสามารถทำสิ่งต่อไปนี้ได้ 1. เขียนแผนภาพแสดงแรงและแรงลัพธ์ที่เกิดจากแรงหลายแรงที่กระทำต่อวัตถุในระนาบเดียวกัน 2. พยากรณ์การเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นผลของแรงลัพธ์ที่เกิดจากแรงหลายแรงที่กระทำต่อวัตถุในระนาบเดียวกัน จากหลักฐานเชิงประจักษ์ 3. อธิบายแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานจลน์จากหลักฐานเชิงประจักษ์ 4. ออกแบบการทดลองและทดลองด้วยวิธีที่เหมาะสมในการอธิบายปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงเสียดทาน 5. เขียนแผนภาพแสดงแรงเสียดทานที่กระทำต่อวัตถุเมื่อวัตถุหยุดนิ่งและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ 6. ตระหนักถึงประโยชน์ของความรู้เรื่องแรงเสียดทานโดยวิเคราะห์สถานการณ์ปัญหาและเสนอแนะวิธีการลด หรือเพิ่มแรงเสียดทานที่เป็นประโยชน์ต่อการทำกิจกรรมในชีวิตประจำวัน 7. ออกแบบการทดลองและทดลองด้วยวิธีที่เหมาะสมในการอธิบายปัจจัยที่มีผลต่อความดันของของเหลว 8. วิเคราะห์ปัจจัยที่มีผลต่อแรงพยุงของของเหลวและการจมการลอยของวัตถุในของเหลวจากหลักฐานเชิงประจักษ์ 9. เขียนแผนภาพแสดงแรงที่กระทำต่อวัตถุในของเหลว 10. ออกแบบการทดลองและทดลองด้วยวิธีที่เหมาะสมในการอธิบายโมเมนต์ของแรง เมื่อวัตถุอยู่ในสภาพสมดุล ต่อการหมุน และคำนวณโดยใช้สมการ = 11. เปรียบเทียบแหล่งของสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า และสนามโน้มถ่วง และทิศทางของแรงที่กระทำต่อวัตถุที่ อยู่ในแต่ละสนามจากข้อมูลที่รวบรวมได้ 12. เขียนแผนภาพแสดงแรงแม่เหล็ก แรงไฟฟ้า และแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุ
258 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จุดประสงค์ การเรียนรู้ของบทเรียน แนวความคิดต่อเนื่อง กิจกรรม รายการประเมิน 1. เขียนแผนภาพแสดงแรง และแรงลัพธ์ที่เกิดจาก แรงหลายแรงที่กระทำ ต่อวัตถุในระนาบ เดียวกัน 2. พยากรณ์การเคลื่อนที่ ของวัตถุที่เป็นผลของ แรงลัพธ์ที่เกิดจากแรง หลายแรงที่กระทำต่อ วัตถุในระนาบเดียวกัน จากหลักฐานเชิง ประจักษ์ 1. แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ การรวมแรงหลายแรงที่กระทำ ต่อวัตถุจึงต้องคำนึงถึงขนาด และทิศทางของแรง 2. การหาแรงลัพธ์ของแรงหลาย แรงที่กระทำต่อวัตถุอาจใช้วิธี หางต่อหัว 3. เมื่อมีแรงหลายๆ แรงกระทำ ต่อวัตถุแล้วแรงลัพธ์ที่กระทำ ต่อวัตถุมีค่าเป็นศูนย์ วัตถุจะ ไม่เปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ 4. ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมี ค่าไม่เป็นศูนย์ วัตถุจะ เปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ ได้แก่ วัตถุที่อยู่นิ่งเปลี่ยนเป็น เคลื่อนที่ วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ เปลี่ยนเป็นเคลื่อนที่เร็วขึ้น หรือช้าลง หรือหยุดนิ่ง หรือ เปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ กิจกรรมที่ 4.4 การรวมแรงในระนาบ เดียวกันทำได้อย่างไร 1. เขียนแผนภาพแสดงแรง และแรงลัพธ์ที่เกิดจาก แรงหลายแรงที่กระทำ ต่อวัตถุในระนาบ เดียวกัน 2. พยากรณ์การเคลื่อนที่ ของวัตถุที่เป็นผลของ แรงลัพธ์ที่เกิดจากแรง หลายแรงที่กระทำต่อ วัตถุในระนาบเดียวกัน 3. อธิบายแรงเสียดทานสถิต และแรงเสียดทานจลน์ จากหลักฐานเชิงประจักษ์ 1. แรงเสียดทานเป็นแรงที่ เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของ วัตถุเพื่อต้านการเคลื่อนที่ ของวัตถุไปบนผิวสัมผัสนั้น 2. ถ้าออกแรงกระทำต่อวัตถุที่ อยู่นิ่งบนพื้นผิวให้เคลื่อนที่ แรงเสียดทานจะต้าน การเคลื่อนที่ของวัตถุ กิจกรรมที่ 4.5 แรงเสียดทานเมื่อวัตถุ ไม่เคลื่อนที่และ เคลื่อนที่แตกต่างกัน อย่างไร 1. อธิบายแรงเสียดทาน 2. อธิบายความแตกต่าง ระหว่างแรงเสียดทานสถิต และแรงเสียดทานจลน์ ภาพรวมการจัดกิจกรรมการเรียนรู้
259 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จุดประสงค์ การเรียนรู้ของบทเรียน แนวความคิดต่อเนื่อง กิจกรรม รายการประเมิน 3. แรงเสียดทานที่เกิดขึ้น ในขณะที่วัตถุยังไม่เคลื่อนที่ เรียกว่า แรงเสียดทานสถิต แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อ วัตถุเคลื่อนที่ไปบนผิวสัมผัส นั้น เรียกว่าแรงเสียดทานจลน์ 4. ออกแบบการทดลองและ ทดลองด้วยวิธีที่เหมาะสม ในการอธิบายปัจจัยที่มีผล ต่อขนาดของแรงเสียดทาน 5. เขียนแผนภาพแสดง แรงเสียดทานที่กระทำต่อ วัตถุเมื่อวัตถุหยุดนิ่งและ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ 6.ตระหนักถึงประโยชน์ของ ความรู้เรื่องแรงเสียดทาน โดยวิเคราะห์สถานการณ์ ปัญหาและเสนอแนะ วิธีการลดหรือเพิ่ม แรงเสียดทานที่เป็น ประโยชน์ต่อการทำ กิจกรรมในชีวิตประจำวัน 1. ขนาดของแรงเสียดทาน ระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ขึ้นอยู่กับลักษณะผิวสัมผัส และขนาดของแรงที่พื้นผิว กระทำต่อวัตถุในแนวตั้งฉาก ระหว่างผิวสัมผัส 2. ความรู้เรื่องแรงเสียดทาน สามารถนำไปใช้ประโยชน์ ในชีวิตประจำวันได้ กิจกรรมที่ 4.6 ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อ ขนาดของแรงเสียดทาน 1. ออกแบบการทดลอง และทดลองเพื่อหา ปัจจัยที่มีผลต่อขนาด ของแรงเสียดทาน 2. เขียนแผนภาพแสดง แรงเสียดทานที่ กระทำต่อวัตถุเมื่อ วัตถุหยุดนิ่งและ เคลื่อนที่ด้วย ความเร็วคงที่ 3. วิเคราะห์สถานการณ์ ปัญหาและเสนอแนะ วิธีการลดหรือเพิ่ม แรงเสียดทานที่เป็น ประโยชน์ต่อการทำ กิจกรรม 7. เขียนแผนภาพแสดงแรง ที่กระทำต่อวัตถุใน ของเหลว 1. เมื่อวัตถุอยู่ในของเหลวจะมี แรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุ ในทุกทิศทาง 2. แรงที่ของเหลวกระทำตั้งฉาก กับผิววัตถุต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ เรียกว่าความดันของของเหลว (เชื่อมโยงกับความดันอากาศ) กิจกรรมที่ 4.7 น้ำมีแรงกระทำต่อวัตถุ หรือไม่ อย่างไร 1. เขียนแผนภาพแสดง แรงที่กระทำต่อวัตถุ ในของเหลว
260 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จุดประสงค์ การเรียนรู้ของบทเรียน แนวความคิดต่อเนื่อง กิจกรรม รายการประเมิน 8. ออกแบบการทดลอง และทดลองด้วยวิธีที่ เหมาะสมในการอธิบาย ปัจจัยที่มีผลต่อความดัน ของของเหลว 1. ความดันของของเหลวมี ความสัมพันธ์กับความลึกจาก ระดับผิวหน้าของของเหลว โดยบริเวณที่ลึกลงไปจาก ระดับผิวหน้าของของเหลว มากขึ้นความดันของของเหลว จะเพิ่มขึ้น เนื่องจากของเหลว ที่อยู่ลึกกว่าจะมีน้ำหนักของ ของเหลวที่อยู่เหนือกว่า กระทำมากกว่า 2. ความดันของของเหลวมี ความสัมพันธ์กับ ความหนาแน่นของของเหลว กิจกรรมที่ 4.8 ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อ ความดันของของเหลว 1. ออกแบบการทดลอง และดำเนินการ ทดลองเพื่อสำรวจ ตรวจสอบปัจจัยที่มี ผลต่อความดันของ ของเหลว 9. วิเคราะห์ปัจจัยที่มีผลต่อ แรงพยุงของของเหลว และการจมการลอยของ วัตถุในของเหลวจาก หลักฐานเชิงประจักษ์ 1. แรงพยุงของของเหลวจะ เท่ากับแรงลัพธ์ของของเหลวที่ กระทำต่อวัตถุที่จมอยู่ใน ของเหลว 2. เมื่อวัตถุอยู่ในของเหลวจะมี แรงพยุงของของเหลวเนื่องจาก ของเหลวกระทำต่อวัตถุโดยมี ทิศขึ้นในแนวดิ่งขนาดของ แรงพยุงของของเหลวหาได้จาก ผลต่างของน้ำหนักวัตถุที่ชั่งได้ ในอากาศและในของเหลว 3. ขนาดของแรงพยุงขึ้นอยู่กับ ปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมใน ของเหลวและความหนาแน่น ของของเหลว กิจกรรมที่ 4.9 แรงพยุงของของเหลว เป็นอย่างไร กิจกรรมที่ 4.10 ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อ ขนาดของแรงพยุงของ ของเหลว 1. วิเคราะห์ปัจจัยที่มี ผลต่อแรงพยุงของ ของเหลวและการจม การลอยของวัตถุใน ของเหลว
261 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จุดประสงค์ การเรียนรู้ของบทเรียน แนวความคิดต่อเนื่อง กิจกรรม รายการประเมิน 10. ออกแบบการทดลอง และทดลองด้วยวิธีที่ เหมาะสมในการอธิบาย โมเมนต์ของแรง เมื่อ วัตถุอยู่ในสภาพสมดุล ต่อการหมุนและคำนวณ โดยใช้สมการ = 1. เมื่อมีแรงที่กระทำต่อวัตถุโดย ไม่ผ่านจุดหมุนจะเกิดโมเมนต์ ของแรง ทำให้วัตถุหมุนรอบ จุดหมุนนั้น 2. โมเมนต์ของแรงเป็นผลคูณ ของแรงที่กระทำต่อวัตถุกับ ระยะทางจากจุดหมุนไป ตั้งฉากกับแนวแรง กิจกรรมที่ 4.11 โมเมนต์ของแรง คืออะไร 1. อธิบายขนาดและ ทิศทางการหมุนของ โมเมนต์ของแรง 3. เมื่อผลรวมของโมเมนต์ของ แรงรอบจุดหมุนมีค่าเป็นศูนย์ วัตถุจะอยู่ในสภาพสมดุลต่อ การหมุน โดยโมเมนต์ของแรง ในทิศทางตามเข็มนาฬิกาจะมี ขนาดเท่ากับโมเมนต์ของแรง ในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา 4. ของเล่นของใช้หลายชนิด ประกอบด้วยอุปกรณ์หลาย ส่วนที่ใช้หลักการโมเมนต์ของ แรง ความรู้เรื่องโมเมนต์ของ แรงสามารถนำไปใช้ออกแบบ และประดิษฐ์ของเล่นของใช้ได้ กิจกรรมที่ 4.12 ทำอย่างไรให้ไม้เมตร อยู่นิ่งในแนวระดับ 1. ออกแบบวิธีการ แก้ปัญหาและ ดำเนินการแก้ปัญหา เพื่อทำให้วัตถุอยู่ใน สภาพสมดุลต่อ การหมุน 2. ระบุปัจจัยที่มีผลต่อ สภาพสมดุลของ การหมุน 11. เปรียบเทียบแหล่งของ สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้าและ สนามโน้มถ่วง และ ทิศทางของแรงที่ กระทำต่อวัตถุที่อยู่ใน แต่ละสนามจากข้อมูล ที่รวบรวมได้ 1. วัตถุที่เป็นแม่เหล็กจะมีสนาม แม่เหล็กอยู่โดยรอบ โดยสนาม แม่เหล็กมีทิศทางจากขั้วเหนือ ไปยังขั้วใต้ของแท่งแม่เหล็ก 2. แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อ ขั้วแม่เหล็กที่อยู่ในสนาม แม่เหล็กอาจมีทิศทางเดียวกัน หรือทิศทางตรงข้ามกับทิศทาง ของสนามแม่เหล็ก กิจกรรมที่ 4.13 สนามแม่เหล็ก เป็นอย่างไร 1. อธิบายแหล่งของ สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้าและ สนามโน้มถ่วง และ ทิศทางของแรงที่ กระทำต่อวัตถุ ที่อยู่ในแต่ละสนาม
262 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จุดประสงค์ การเรียนรู้ของบทเรียน แนวความคิดต่อเนื่อง กิจกรรม รายการประเมิน 12. เขียนแผนภาพแสดง แรงแม่เหล็ก แรงไฟฟ้า และแรงโน้มถ่วงที่ กระทำต่อวัตถุ 3. แรงแม่เหล็กที่กระทำต่อ สารแม่เหล็กจะมีทิศพุ่งเข้าหา แท่งแม่เหล็กเสมอ โดยขนาด ของแรงแม่เหล็กจะลดลงเมื่อ ระยะห่างจากแท่งแม่เหล็ก เพิ่มขึ้น 4. การประยุกต์ใช้ความรู้เรื่อง แรงในชีวิตประจำวันใน การแก้ปัญหา 2. เปรียบเทียบแหล่ง ของสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า และ สนามโน้มถ่วง และ ทิศทางของแรงที่ กระทำต่อวัตถุที่อยู่ ในแต่ละสนามจาก ข้อมูลที่รวบรวมได้ กิจกรรมที่ 4.14 ขนาดของแรงแม่เหล็ก ขึ้นอยู่กับอะไร 1. วิเคราะห์และอธิบาย ความสัมพันธ์ระหว่าง แรงแม่เหล็กที่กระทำ กับสารแม่เหล็กและ ระยะห่างจาก แท่งแม่เหล็ก 2. เขียนแผนภาพแสดง แรงแม่เหล็ก แรงไฟฟ้าและ แรงโน้มถ่วงที่ กระทำต่อวัตถุ กิจกรรมท้ายบท สร้างรถไฟ Maglev ได้ อย่างไร 1. เขียนแผนภาพแสดง แรงแม่เหล็ก แรงไฟฟ้า และแรงโน้มถ่วงที่ กระทำต่อวัตถุ 2. ประยุกต์ใช้ความรู้ เรื่องสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็ก และ แรงโน้มถ่วงใน การแก้ปัญหาจาก สถานการณ์ที่กำหนด
263 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ทักษะ เรียนรู้วิทยาศาสตร์อย่างไร 1 2 3 4 5 6 ท้ายบท ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ การสังเกต • • • • • • การวัด • • • • • การจำแนกประเภท การหาความสัมพันธ์ระหว่างสเปซกับสเปซ และสเปซกับเวลา • • • การใช้จำนวน • • • • การจัดกระทำและสื่อความหมายข้อมูล • • • • • การลงความเห็นจากข้อมูล • • • • • • การพยากรณ์ • การตั้งสมมติฐาน • • • การกำหนดนิยามเชิงปฏิบัติการ • • การกำหนดและควบคุมตัวแปร • • • การทดลอง • • • การตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป • • • • • การสร้างแบบจำลอง ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 ด้านการคิดอย่างมีวิจารณญาณและการแก้ปัญหา ด้านการสื่อสารสารสนเทศและการรู้เท่าทันสื่อ ด้านความร่วมมือ การทำงานเป็นทีมและภาวะผู้นำ ด้านการสร้างสรรค์และนวัตกรรม ด้านคอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยีสารสนเทศ และการสื่อสาร ด้านการทำงาน การเรียนรู้ และการพึ่งตนเอง ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 ที่ควรจะได้จากบทเรียน
264 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 1. กระตุ้นความสนใจของนักเรียนเพื่อนำเข้าสู่ บทที่ 2 แรงในชีวิตประจำวัน โดยอาจใช้ คำถามให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายและ ยกตัวอย่างดังนี้ • แรงที่กระทำต่อวัตถุมีผลต่อวัตถุอย่างไรบ้าง (นักเรียนตอบคำถามตามความเข้าใจของ ตนเอง เช่น แรงทำให้วัตถุเปลี่ยนแปลงการ เคลื่อนที่หรือเปลี่ยนแปลงรูปร่าง) • นักเรียนรู้จักแรงอะไรบ้าง (นักเรียนตอบ คำถามตามความเข้าใจของตนเอง เช่น แรงจากน้ำ แรงจากลม แรงไฟฟ้า แรงผลัก แรงเสียดทาน แรงแม่เหล็ก) 2. ให้นักเรียนสังเกตภาพนำบท พร้อมทั้งอ่าน เนื้อหานำบท และร่วมกันอภิปรายโดยอาจใช้ คำถามดังต่อไปนี้ • เมื่อนักกระโดดร่มกระโดดออกจากครื่องบิน จะมีแรงกระทำต่อนักกระโดดร่มหรือไม่ นักเรียนรู้ได้อย่างไร (มี เพราะนักกระโดดร่ม เปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่จากหยุดนิ่งเป็น เคลื่อนที่ ทำให้นักกระโดดร่มตกสู่พื้น) • ถ้ามีแรงกระทำต่อนักกระโดดร่มจะมีแรง อะไรบ้าง (แรงโน้มถ่วงและแรงต้านอากาศ) • แรงต้านอากาศมีค่าคงที่หรือไม่ อย่างไร และแรงต้านอากาศควรมีทิศทางใด (มีค่าไม่คงที่ขึ้นอยู่กับอัตราเร็วของ วัตถุ มีทิศตรงข้ามกับการเคลื่อนที่) • เมื่อแรงต้านอากาศมีขนาดเท่ากับน้ำหนักของนักกระโดดร่ม แรงลัพธ์ขณะนั้นมีค่าเป็นเท่าใด (แรงลัพธ์เป็นศูนย์ นักกระโดดร่มจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงตัว) ความรู้เพิ่มเติมสำหรับครู ภาพนำหน่วย คือ ภาพการกระโดดร่มแบบกระตุก โดยนัก กระโดดร่มจะปล่อยตัวเองให้ตกลงมาเรื่อย ๆ จนมีความเร็ว ประมาณ 200 กิโลเมตรต่อชั่วโมงจึงจะกระตุกร่ม การนำเข้าสู่หน่วยการเรียนรู้ ครูดำเนินการดังนี้
265 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 3. ให้นักเรียนอ่านคำถามนำบท จุดประสงค์ของบทเรียน และอภิปรายร่วมกัน เพื่อให้ทราบขอบเขตเนื้อหาในบทเรียน รวมทั้งเป้าหมายการเรียนรู้ในบทเรียน (นักเรียนจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับแรงลัพธ์และแรงต่าง ๆ ในชีวิตประจำวัน เช่น แรงเสียดทาน แรงเนื่องจากของเหลว แรงพยุงของของเหลว ตลอดจนแรงในสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า สนามโน้มถ่วง พร้อมทั้งเขียนแผนภาพเพื่อหาแรงลัพธ์และแรงต่าง ๆ นั้น และเรียนรู้เกี่ยวกับโมเมนต์ของแรงที่มี ผลต่อสภาพสมดุลต่อการหมุน)
266 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. นักเรียนสังเกตภาพนำเรื่อง อ่านเนื้อหานำเรื่อง และคำสำคัญ ซึ่งครูอาจใช้คำถามเพื่อให้ นักเรียนร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับภาพและ เนื้อหานำเรื่องว่า สะพานข้ามแม่น้ำที่มีเสากลาง สะพานจะกีดขวางการจราจรอย่างไร (นักเรียน ตอบตามความเข้าใจของตนเอง เช่น ทำให้พื้นที่ การจราจรแคบลง) จากนั้นให้นักเรียนทำ กิจกรรมทบทวนความรู้ก่อนเรียน เพื่อประเมิน ความรู้พื้นฐานของนักเรียนเกี่ยวกับการหา ขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์เมื่อแรงอยู่ใน แนวเดียวกัน หากพบว่านักเรียนยังมีความรู้ พื้นฐานไม่ถูกต้อง ครูควรทบทวนหรือแก้ไข ความเข้าใจผิดของนักเรียน เพื่อให้นักเรียนมี ความรู้พื้นฐานที่ถูกต้องและเพียงพอที่จะเรียน เรื่องแรงลัพธ์ต่อไป เรื่องที่ 1 แรงลัพธ์
267 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยทบทวนความรู้ก่อนเรียน 1. แรงที่กระทำต่อวัตถุต่อไปนี้เป็นเท่าใดและมีทิศทางอย่างไร 1.1 แนวคำตอบ แรงทั้งสองอยู่ในแนวเดียวกันและทิศทางเดียวกัน แรงลัพธ์มีค่าเท่ากับผลรวมของขนาดของแรงทั้งสอง แรงลัพธ์เท่ากับ 4 + 2 = 6 นิวตัน มีทิศทางเดียวกับ ⃑ 1 และ ⃑ 2 เขียนแผนภาพแทนแรงลัพธ์ได้ดังนี้ 6 นิวตัน 1.2 แนวคำตอบ แรงทั้งสองอยู่ในแนวเดียวกัน ทิศทางตรงกันข้าม แรงลัพธ์เท่ากับผลต่างของขนาดแรงทั้งสอง แรงลัพธ์ = 5 – 5 = 0 1.3 แนวคำตอบ แรงทั้งสามอยู่ในแนวเดียวกัน โดยแรงที่อยู่ทิศทาง เดียวกันจะนำขนาดมาบวกกัน ส่วนแรงที่อยู่ทิศทาง ตรงกันข้ามจะนำขนาดของแรงมาลบกัน แรงลัพธ์ เท่ากับ 3 + 4 – 6 = 1 นิวตัน แรงลัพธ์ = 1 นิวตัน ทิศทางตาม ⃑ 2 และ ⃑ 3 เขียนแผนภาพแทนแรงลัพธ์ได้ดังนี้ 1 นิวตัน 1.4 แนวคำตอบ แรงทั้งสองอยู่ในแนวเดียวกัน ทิศทางตรงกันข้าม แรงลัพธ์เท่ากับผลต่างของขนาดของแรงทั้งสอง แรงลัพธ์ = 6 – 3 = 3 นิวตัน ทิศตาม ⃑ 1 เขียนแผนภาพแสดงแรงลัพธ์ได้ดังนี้ 3 นิวตัน ⃑ 1 = 6 N ⃑ 2 = 3 N ⃑ 1 = 6 N ⃑ 2 = 3 N ⃑ 3 = 4 N ⃑⃑ 2 = 5 N 1 = 5 N ⃑ 1 = 4 N ⃑ 2 = 2 N
268 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 2. ตรวจสอบความรู้เดิมของนักเรียนเกี่ยวกับแรงและแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ โดยให้ทำกิจกรรมรู้อะไรบ้างก่อนเรียน นักเรียนสามารถเขียนและวาดภาพได้ตามความเข้าใจของตนเอง โดยครูไม่เฉลยคำตอบ และครูนำข้อมูลจาก การตรวจสอบความรู้เดิมของนักเรียนนี้ไปใช้ในการวางแผนการจัดการเรียนรู้ว่าควรเน้นย้ำหรืออธิบายเรื่องใด เป็นพิเศษ เมื่อนักเรียนเรียนจบเรื่องนี้แล้ว นักเรียนจะมีความรู้ความเข้าใจครบถ้วนตามจุดประสงค์ของบทเรียน 3. กำหนดประเด็นและคำถามให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับการหาผลรวมของแรง โดยอาจใช้สถานการณ์ว่า ถ้าออกแรงผลักโต๊ะบนพื้นลื่นไปทางตะวันออกด้วยแรง 3 นิวตัน และเพื่อนอีกคนหนึ่งผลักดันโต๊ะนี้ไปทางทิศเหนือ ด้วยแรง 4 นิวตัน โต๊ะจะเคลื่อนที่ไปในทิศของแรงใดแรงหนึ่งหรือไม่ ถ้าไม่ โต๊ะควรจะเคลื่อนที่อย่างไร และทิศทาง ตามแรงใด และนักเรียนคิดว่าผลรวมของแรงเป็นเท่าใด เพื่อนำเข้าสู่กิจกรรมที่ 4.4 การรวมแรงในระนาบเดียวกัน ทำได้อย่างไร เฉลยทบทวนความรู้ก่อนเรียน 2. แรง ⃑ 1 ขนาด 7 นิวตันกระทำต่อวัตถุหนึ่ง โดยมีทิศทางดังภาพ ถ้าต้องการให้แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ เป็นศูนย์ต้องมีแรงกระทำอย่างน้อยอีก 1 แรง แรงนี้มีขนาดและทิศทางเป็นอย่างไร แนวคำตอบ ถ้าต้องการให้แรงลัพธ์เป็นศูนย์ ต้องมีแรงกระทำอย่างน้อย 1 แรงที่มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้าม ดังนั้นต้องมีอีก หนึ่งแรงขนาด 7 นิวตัน มีทิศทางตรงกันข้ามกับ ⃑ 1 ความรู้เพิ่มเติมสำหรับครู จากภาพมีแรงกระทำต่อหนังสือ 2 แรง คือ แรงดึงดูดของโลก (น้ำหนักของ หนังสือ) มีทิศลง และแรงที่โต๊ะกระทำกับหนังสือมีทิศขึ้น โดยแรงลัพธ์ที่กระทำต่อ วัตถุเป็นศูนย์ เพราะวัตถุอยู่นิ่ง ตัวอย่างแนวคิดคลาดเคลื่อนซึ่งอาจพบในเรื่องนี้ • การรวมแรงเพื่อหาแรงลัพธ์สามารถนำขนาดของแรงแต่ละแรงมาบวกกัน • ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์ วัตถุจะอยู่นิ่งเสมอ • แรงกิริยามีค่าเท่ากับแรงปฏิกิริยา โดยแรงทั้งสองสามารถรวมกันได้แรงลัพธ์เป็นศูนย์ ⃑ 1 = 7 N
269 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดังต่อไปนี้ • กิจกรรมนี้เกี่ยวกับเรื่องอะไร (การหาผลรวมของแรงในระนาบเดียวกัน โดยการรวมเวกเตอร์ของแรงแบบหางต่อหัว) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (เขียนแผนภาพแสดงขนาดและทิศทางของแรงที่กระทำต่อวัตถุโดยใช้ลูกศร และ เขียนแผนภาพแสดงขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์ของแรงหลายแรงที่กระทำต่อวัตถุโดยใช้การรวมเวกเตอร์แบบ หางต่อหัว) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ใช้เครื่องสปริง 3 เครื่องดึงปลายเชือกแต่ละเส้นที่ผูกติดกับวงแหวน ในทิศทางต่าง ๆ เมื่อวงแหวนอยู่นิ่ง บันทึกค่าแรงทั้งขนาดและทิศทาง จากนั้นเขียนลูกศรแทนเวกเตอร์ของแรง แล้วหาผลรวมของแรง 2 แรง โดยใช้การรวมเวกเตอร์แบบหางต่อหัว แล้วเปรียบเทียบกับแรงที่ 3 ทั้งขนาดและ ทิศทาง) ครูควรบันทึกขั้นตอนการทำกิจกรรมโดยสรุปบนกระดาน • ข้อควรระวังในการทำกิจกรรมมีอะไรบ้าง (การดึงเครื่องชั่งสปริงควรดึงโดยให้เครื่องชั่งอยู่ในแนวราบ ไม่เอียงขึ้น จากพื้นและในการนำเวกเตอร์แทนแรง ⃑ 1 และ ⃑ 2 รวมกันต้องระวังให้ความยาวเท่าเดิมและทิศทางเดิม) • นักเรียนต้องสังเกตหรือรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ค่าของแรงบนเครื่องชั่งสปริงขณะที่วงแหวนอยู่นิ่งและทิศทาง ของแรง) 2. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มลงมือทำกิจกรรม โดยครูเดินสังเกตการทำกิจกรรมของนักเรียนทุกกลุ่มเพื่อให้คำแนะนำ ถ้านักเรียนมีข้อสงสัย ทั้งนี้ครูควรให้คำแนะนำเกี่ยวกับการเขียนแผนภาพแทนแรงว่า ให้ใช้ดินสอจุดตามแนวเชือก แต่ละเส้นแล้วลากเส้นต่อตามแนวที่จุดไว้ จากนั้นวัดความยาวของแต่ละเส้นตามสัดส่วนของค่าของแรงที่อ่านได้จาก เครื่องชั่งสปริง พร้อมกำกับทิศทางของแรงโดยใช้หัวลูกศร ครูควรรวบรวมข้อมูลจากการทำกิจกรรมของนักเรียน เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการอภิปรายหลังการทำกิจกรรม กิจกรรมที่ 4.4 การรวมแรงในระนาบเดียวกันทำได้อย่างไร ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที) ระหว่างการทำกิจกรรม (25-30 นาที) นาที) ตอนที่ 1 รวมแรงในระนาบ http://ipst.me/9872
270 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอผลการทำกิจกรรม โดยอาจจัดกิจกรรม Gallery walk เพื่อให้นักเรียนมีส่วนร่วมใน การแสดงความคิดเห็น ร่วมกันอภิปรายผลการทำกิจกรรม และเปรียบเทียบผลการทำกิจกรรมของกลุ่มอื่นกับกลุ่มตนเอง 4. ให้นักเรียนตอบคำถามท้ายกิจกรรม จากนั้นนำเสนอและอภิปรายคำตอบร่วมกัน เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งมีทั้งขนาดและทิศทาง โดยเขียนแทนได้ด้วยลูกศรให้ความยาวของลูกศรแทนขนาดของ เวกเตอร์ หัวลูกศรแทนทิศทางของเวกเตอร์ การรวมเวกเตอร์ทำได้จากการเขียนแผนภาพการรวมเวกเตอร์แบบหาง ต่อหัวโดยนำหางเวกเตอร์หนึ่งมาต่อกับหัวของอีกเวกเตอร์หนึ่ง และหาเวกเตอร์ลัพธ์โดยลากเส้นจากหางเวกเตอร์แรก ไปยังหัวเวกเตอร์สุดท้าย และเมื่อใช้เชือกดึงวงแหวนให้อยู่นิ่งจะได้ว่า ผลรวมของแรงสองแรงแรกจะมีขนาดเท่ากับ แรงที่สามแต่มีทิศทางตรงกันข้าม โดยแรงลัพธ์ของแรงทั้งหมดมีค่าเป็นศูนย์ แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดังต่อไปนี้ • กิจกรรมนี้เกี่ยวกับเรื่องอะไร (การพยากรณ์การเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นผลของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (พยากรณ์การเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นผลของแรงลัพธ์ที่เกิดจากแรงหลายแรง ที่กระทำต่อวัตถุ) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ใช้เครื่องสปริง 3 เครื่องดึงปลายเชือกแต่ละเส้นที่ผูกติดกับวงแหวน ในทิศทางต่าง ๆ เมื่อวงแหวนอยู่นิ่ง จากนั้นพยากรณ์ว่าถ้าตัดเชือกที่ผูกกับวงแหวน 1 เส้น วงแหวนจะเคลื่อนที่ ในทิศทางใด ดำเนินการสำรวจตรวจสอบและสังเกตการเคลื่อนที่ของวงแหวน และหาแรงลัพธ์ของแรง 2 แรงที่ เหลือ) ครูควรบันทึกขั้นตอนการทำกิจกรรมโดยสรุปบนกระดาน • ข้อควรระวังในการทำกิจกรรมมีอะไรบ้าง (การดึงเครื่องชั่งสปริงควรดึงโดยให้เครื่องชั่งอยู่ในแนวราบ ไม่เอียงขึ้นจากพื้น) • นักเรียนต้องสังเกตหรือรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ค่าของแรงบนเครื่องชั่งสปริงขณะที่วงแหวนอยู่นิ่ง และทิศทาง การเคลื่อนที่ของวงแหวนเมื่อตัดเชือกที่ผูกวงแหวนเส้นใดเส้นหนึ่ง) หลังการทำกิจกรรม (15 นาที) ตอนที่ 2 พยากรณ์การเคลื่อนที่ ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที)
271 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 2. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มลงมือทำกิจกรรม โดยครูเดินสังเกตการทำกิจกรรมของนักเรียนทุกกลุ่มเพื่อให้คำแนะนำ ถ้านักเรียนมีข้อสงสัย ทั้งนี้ครูควรให้คำแนะนำเกี่ยวกับการดึงเครื่องชั่งสปริงและการเขียนแผนภาพของแรงว่า การดึง เครื่องชั่งสปริงให้ดึงในแนวราบ และการเขียนทิศทางของแรงให้ใช้ดินสอจุดตามแนวเชือกแต่ละเส้น ครูควรรวบรวม ข้อมูลจากการทำกิจกรรมของนักเรียนเพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการอภิปรายหลังการทำกิจกรรม 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอผลการทำกิจกรรม โดยอาจจัดกิจกรรม Gallery walk เพื่อให้นักเรียนมีส่วนร่วมใน การแสดงความคิดเห็น ร่วมกันอภิปรายผลการทำกิจกรรม และเปรียบเทียบผลการทำกิจกรรมของกลุ่มอื่นกับกลุ่มตนเอง 4. ให้นักเรียนตอบคำถามท้ายกิจกรรม จากนั้นนำเสนอและอภิปรายคำตอบร่วมกัน เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์หรือผลรวมของแรงที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์ วัตถุจะไม่เปลี่ยนแปลงสภาพ การเคลื่อนที่ โดยถ้าเดิมวัตถุอยู่นิ่ง วัตถุจะอยู่นิ่งต่อไป แต่ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุไม่เป็นศูนย์หรือผลรวมของแรงที่ กระทำต่อวัตถุไม่เป็นศูนย์วัตถุจะเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ โดยวัตถุที่เดิมอยู่นิ่งก็จะเคลื่อนที่ในทิศทางเดียวกับ ทิศทางของแรงลัพธ์จากนั้นครูให้ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ว่า ถ้าแรงลัพธ์ที่ กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์ วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่โดยจะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วคงที่ แต่ถ้าแรงลัพธ์ที่ กระทำต่อวัตถุไม่เป็นศูนย์ วัตถุจะเปลี่ยนแปลงสภาพการเคลื่อนที่ โดยอาจเคลื่อนที่เร็วขึ้น ช้าลง หรือเปลี่ยน ทิศทางการเคลื่อนที่ 5. ให้นักเรียนศึกษาการรวมแรงโดยวิธีหางต่อหัวจากตัวอย่างโจทย์ ตอบคำถามชวนคิด และร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับ คำตอบของนักเรียน ระหว่างการทำกิจกรรม (15 นาที) หลังการทำกิจกรรม (15 นาที)
272 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยคำถามชวนคิด 1. ออกแรงหลายแรงกระทำกับวัตถุด้วยขนาดและทิศทางต่างกัน เมื่อนำเวกเตอร์แต่ละแรงมาต่อกันแบบหาง ต่อหัวจะได้ดังภาพ ขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุในแต่ละภาพเป็นเท่าใด (กำหนดให้ ความยาวลูกศร 1 เซนติเมตรเท่ากับแรง 20 นิวตัน) 1.1 แนวคำตอบ จากภาพเป็นการรวมเวกเตอร์ ⃑ 1 ⃑ 2 ⃑ 3 ⃑ 4 และ ⃑ 5 แบบหางต่อหัว สามารถลากเวกเตอร์ ลัพธ์จากหางเวกเตอร์ ⃑ 1 ไปยังหัวเวกเตอร์ ⃑ 5 ได้ดังภาพ วัดแรงลัพธ์ (∑ ⃑) ได้5.0 เซนติเมตร เท่ากับแรง 100 นิวตัน ทิศทางเหนือ ดังนั้น แรงลัพธ์ของ ⃑ 1 ⃑ 2 ⃑ 3 ⃑ 4และ ⃑ 5 เป็น ∑ 100 นิวตัน มีทิศไปทางทิศเหนือ ⃑
273 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยคำถามชวนคิด 1.2 แนวคำตอบ จากภาพเป็นการรวมเวกเตอร์ ⃑ 1 ⃑ 2 ⃑ 3 ⃑ 4 และ ⃑ 5 แบบหางต่อหัว สามารถลากเวกเตอร์ ลัพธ์จากหางเวกเตอร์ ⃑ 1 ไปยังหัวเวกเตอร์ ⃑ 5 ได้ดังภาพ วัดแรงลัพธ์ (∑ ⃑) ได้3.6 เซนติเมตร เท่ากับแรง 72 นิวตัน ทำมุมประมาณ 34 องศา กับทิศตะวันตกไป ทางทิศเหนือ 34o
274 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยคำถามชวนคิด 2. ออกแรง 3 แรงกระทำกับวัตถุที่มีน้ำหนัก 50 นิวตันซึ่งวางบนพื้นลื่น ดังภาพ 2.1 จงหาขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์ 2.2 วัตถุจะเคลื่อนที่หรือไม่ ถ้าเคลื่อนที่จะเคลื่อนที่ไปทางใด แนวคำตอบ 2.1 วัตถุมีน้ำหนัก 50 นิวตัน ซึ่งคือ แรงที่โลกดึงวัตถุในทิศลง ดังนั้น แรงที่กระทำต่อวัตถุจะมี 4 แรง ดังภาพ จะได้ว่าแรงลัพธ์ในแนวดิ่งจะมีค่าเป็นศูนย์ เนื่องจาก ⃑ 3 มีค่า 50 นิวตัน ในทิศขึ้นซึ่งมีทิศทางตรงข้าม กับน้ำหนักของวัตถุ จากภาพ แรงในแนวราบ คือ ⃑ 1 และ ⃑ 2 มีทิศทางเดียวกัน จะได้แรงลัพธ์ เท่ากับ 30 N + 40 N หรือ 70 นิวตัน ไปทางขวามือ 2.2 วัตถุเคลื่อนที่โดยเคลื่อนที่ไปทางขวา ซึ่งเป็นทิศทางเดียวกับทิศทางของแรงลัพธ์ พื้นลื่น น้ำหนัก 50 นิวตัน พื้นลื่น
275 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยคำถามชวนคิด 3. แขวนถุงทรายหนัก 18 นิวตันให้อยู่นิ่งโดยใช้เครื่องชั่งสปริง 2 เครื่อง ดังภาพ ถ้าเครื่องชั่งสปริงเครื่องแรก อ่านค่าได้ 9 นิวตัน เครื่องชั่งสปริงอีกเครื่องควรจะอ่านค่าได้เท่าใด แนวคำตอบ ถุงทรายแขวนด้วยเครื่องชั่งสปริงแล้วอยู่นิ่ง แรงลัพธ์ที่กระทำต่อถุงทรายจะเป็นศูนย์ นั่นคือ แรงที่ดึงขึ้นจะมีขนาดเท่ากับแรงที่ดึงลง วัตถุมีน้ำหนัก 18 นิวตัน คือโลกดึงวัตถุในทิศลงเท่ากับ 18 นิวตัน ให้แรงที่เครื่องชั่งสปริงอีกอันหนึ่งอ่านค่าแรงเป็น ⃑ 2 จาก แรงที่ดึงขึ้น = แรงที่ดึงลง 9 N + ⃑ 2 = 18 N ดังนั้น ⃑ 2 = 9 N เครื่องชั่งอีกเครื่องหนึ่งควรอ่านค่า 9 นิวตัน 4. พิจารณาแผนภาพต่อไปนี้ แรง ⃑ 1 ⃑ 2 ⃑ 3 และ ⃑ 4 มีขนาดและทิศทางดังภาพกระทำต่อวัตถุหนึ่ง ทำให้วัตถุนั้นอยู่นิ่งไม่เคลื่อนที่ ถ้าต้องการให้วัตถุเคลื่อนที่ไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือ ต้องออกแรงกระทำต่อวัตถุอย่างไร แนวคำตอบ จากที่กำหนดให้วัตถุอยู่นิ่ง แสดงว่าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์ จะได้ว่า ⃑ 1 มีขนาดเท่ากับ ⃑ 3 และ ⃑ 2 มีขนาดเท่ากับ ⃑ 4 ดังนั้นถ้าต้องการให้วัตถุเคลื่อนที่ไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือ อาจออกแรงได้ หลายแบบ แต่ต้องให้แรงลัพธ์อยู่ในแนวตะวันตกเฉียงเหนือ เช่น • ถ้าออกแรง 1 แรง แรงนั้นต้องมีทิศทางไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือ • ถ้าออกแรง 2 แรง แรงทั้งสองต้องมีขนาดเท่ากันในทิศตะวันตกและทิศเหนือ 18 นิวตัน 9 นิวตัน ሬሬ⃑ = 18 N ⃑ 2 ⃑ 1 = 9 N
276 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 6. ให้นักเรียนเรียนรู้อ่านเกร็ดน่ารู้เกี่ยวกับการหาแรงลัพธ์โดยวิธีสี่เหลี่ยมด้านขนาน ในหนังสือเรียนหน้า 177 ครูนำ อภิปรายเปรียบเทียบการหาแรงลัพธ์ด้วยวิธีสี่เหลี่ยมด้านขนานกับวิธีเขียนแผนภาพการรวมแรงแบบหางต่อหัว รวมทั้งข้อดีข้อด้อยของแต่ละวิธี 7. ถ้าพบว่านักเรียนมีแนวคิดคลาดเคลื่อนเกี่ยวกับเรื่องนี้ ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายเพื่อแก้ไขแนวคิดคลาดเคลื่อนให้ ถูกต้อง เช่น แนวคิดคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง การรวมแรงเพื่อหาแรงลัพธ์สามารถนำ ขนาดของแรงแต่ละแรงมาบวกกัน (สุพรรษา หอมฤทธิ์ และชนินันท์ พฤกษ์ ประมูล, 2560) แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งมีทั้งขนาดและทิศทาง ไม่สามารถนำ ขนาดมาบวกกันได้ เพราะต้องคำนึงถึงทิศทางของแรงด้วยการหา แรงลัพธ์ วิธีหนึ่งคือการเขียนรูปแบบหางต่อหัว แรงลัพธ์จะหาได้ จากความยาวลูกศรแทนแรงที่ลากจากหางเวกเตอร์แรกไปยัง หัวเวกเตอร์สุดท้าย ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์ วัตถุจะอยู่นิ่งเสมอ (สุพรรษา หอมฤทธิ์ และชนินันท์ พฤกษ์ประมูล, 2560) ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์ วัตถุไม่จำเป็นต้องอยู่นิ่ง วัตถุ อาจจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ก็ได้ เพราะถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อ วัตถุเป็นศูนย์ วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ คือ ถ้าเดิมวัตถุ อยู่นิ่งก็จะอยู่นิ่งต่อไป แต่ถ้าเดิมวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วค่าหนึ่งก็ จะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วค่านั้น 8. เชื่อมโยงเข้าสู่เรื่องแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา โดยอาจยกสถานการณ์การผลักโต๊ะที่หนัก ๆ ไปข้างหน้าขณะที่นั่งเก้าอี้ ที่มีล้อ โต๊ะไม่เคลื่อนที่แต่เก้าอี้กลับเคลื่อนที่ถอยหลัง ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายว่า • แรงที่ทำให้เก้าอี้เคลื่อนที่มีทิศทางใด • แรงนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร • ทำไมเก้าอี้ที่เคยอยู่นิ่งจึงถอยหลังได้ทั้งที่คนนั่งออกแรงไปทางด้านหน้า ซึ่งสถานการณ์นี้ครูอาจสุ่มนักเรียนมาสาธิตให้เพื่อนดูได้ จากการอภิปราย เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า แรงที่ทำให้เก้าอี้ เคลื่อนที่มีทิศตรงข้ามกับแรงที่ผลักโต๊ะ และแรงนี้จะเกิดขึ้นโต้ตอบแรงที่เราผลักโต๊ะ 9. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 178-182 พร้อมทั้ง ศึกษาตัวอย่างของแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวัน ตอบคำถามระหว่างเรียนและร่วมกัน อภิปรายเกี่ยวกับแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า เมื่อมีแรงกิริยากระทำต่อวัตถุก็จะมีแรงปฏิกิริยา จากวัตถุกระทำโต้ตอบ โดยแรงทั้งสองจะมีขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางตรงกันข้าม ไม่สามารถนำมารวมกันได้เพราะ กระทำต่อวัตถุคนละก้อน http://ipst.me/9874
277 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 10. เปิดโอกาสให้นักเรียนทำกิจกรรมเสริม ลูกโป่งเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้อย่างไร โดยครูอาจจัดให้มีการแข่งขันกัน ระหว่างกลุ่มว่า ลูกโป่งของกลุ่มใดไปได้เร็วกว่า ร่วมกันอภิปรายว่า ลูกโป่งเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้อย่างไร และปัจจัย ใดบ้างที่จะทำให้ลูกโป่งเคลื่อนที่ไปได้เร็วที่สุด เฉลยคำถามระหว่างเรียน จากภาพ ถ้าเด็กชาย B ออกแรงดึงเชือก เด็กชายทั้ง 2 คนจะมีการเคลื่อนที่หรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ ถ้าเด็กชาย B ออกแรงดึงเชือก ทั้งเด็กชาย A และ B จะมีการเคลื่อนที่เข้าหากัน เพราะเมื่อเด็กชาย B ออกแรงดึงเชือก เชือกก็มีแรงปฏิกิริยาโต้ตอบ ทำให้เด็กชาย B เคลื่อนที่ และเชือกก็ดึงเด็กชาย A ทำให้เด็กชาย A เคลื่อนที่ และในขณะเดียวกัน เด็กชาย A ก็ดึงเชือกด้วย กิจกรรมเสริม ลูกโป่งเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างไร ตัวอย่างผลการทำกิจกรรมเสริม การออกแบบลูกโป่ง วัสดุอุปกรณ์ 1. ลูกโป่งแบบกลม 2. หลอดดูด 3. เทปใส 4. ยางวง วิธีทำ 1. เป่าลูกโป่งให้มีขนาดใหญ่ ใช้ยางวงรัดปากลูกโป่งให้แน่น 2. ติดหลอดดูดกับลูกโป่งด้วยเทปใส 3. ร้อยเชือกผ่านหลอดดูด ดึงเชือกให้ตึง จากนั้นตรึงปลายเชือกทั้งสองข้างกับกำแพง 4. ใช้มือปิดปากลูกโป่ง นำยางวงออก แล้วปล่อยมือที่ปิดปากลูกโป่ง ตัวอย่างองค์ความรู้ เมื่อปล่อยมือที่ปิดปากลูกโป่ง ผนังลูกโป่งจะหดตัว มีแรงกระทำต่ออากาศในลูกโป่ง ดันอากาศให้ออก จากปากลูกโป่งไปทางด้านหลัง อากาศก็จะมีแรงปฏิกิริยากระทำต่อลูกโป่ง ดันผนังลูกโป่งให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้า B ดึงเชือก เชือกดึง A เชือกดึง B A ดึงเชือก
278 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 11. ร่วมกันอภิปรายและสรุปสิ่งที่ได้เรียนรู้เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า การหาแรงลัพธ์ของแรงหลายแรงที่กระทำต่อวัตถุ ในระนาบเดียวกันด้วยการเขียนแผนภาพแสดงแรงลัพธ์ โดยใช้การรวมเวกเตอร์แทนแรงแบบหางต่อหัว ถ้าแรงลัพธ์ที่ กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์วัตถุจะไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ โดยวัตถุอาจหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ แต่ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุไม่เป็นศูนย์ วัตถุจะเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่ โดยอาจเคลื่อนที่เร็วขึ้น ช้าลง หยุด หรือ เปลี่ยนทิศทาง และเมื่อมีแรงกิริยาจะมีแรงปฏิกิริยาเกิดขึ้นเสมอ โดยแรงทั้งสองจะมีขนาดเท่ากัน ทิศทางตรงกันข้าม ไม่สามารถนำมารวมกันได้ เพราะกระทำบนวัตถุคนละก้อน 12. ถ้าพบว่านักเรียนมีแนวคิดคลาดเคลื่อนเกี่ยวกับเรื่องนี้จากการตอบคำถามก่อนเรียน ระหว่างเรียน หรืออาจ ตรวจสอบโดยใช้กลวิธีอื่น ๆ ให้ครูแก้ไขแนวคิดคลาดเคลื่อนนั้นให้ถูกต้อง เช่น แนวคิดคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง แรงกิริยามีค่าเท่ากับแรงปฏิกิริยา โดยแรงทั้งสอง สามารถรวมกันเป็นศูนย์ได้(สุพรรษา หอมฤทธิ์ และ ชนินันท์ พฤกษ์ประมูล, 2560) แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยามีค่าเท่ากัน แต่ไม่ สามารถนำมารวมกันเป็นศูนย์ได้ เพราะแรงทั้งสอง กระทำต่อวัตถุคนละก้อน 13. เชื่อมโยงเข้าสู่เรื่องแรงเสียดทาน โดยอาจใช้คำถามว่า ถ้านักเรียนออกแรงเพื่อผลักให้ตู้เคลื่อนที่ แต่ตู้ไม่เคลื่อนที่จึง ใช้ผ้ารองใต้ตู้แล้วผลักตู้ใหม่ ปรากฏว่าตู้เคลื่อนที่ ทำไมในตอนแรกตู้จึงไม่เคลื่อนที่ แต่เมื่อใช้ผ้ารองใต้ตู้แล้วทำไมตู้จึง เคลื่อนที่ นักเรียนร่วมกันอภิปรายตามความเข้าใจของตนเองโดยครูยังไม่เฉลยคำตอบ
279 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. นำเข้าสู่เรื่องแรงเสียดทาน โดยครูอาจสาธิตการ เคลื่อนที่ของแผ่นซีดีที่ติดหลอดดูดขนาดใหญ่ไว้ ตรงกลางแผ่น โดยเป่าลูกโป่งให้มีขนาดใหญ่ หมุนปากลูกโป่งให้เป็นเกลียวเพื่อไม่ให้อากาศ ออกจากลูกโป่ง แล้วสวมปากลูกโป่งเข้ากับปลาย หลอดดูด จากนั้นปล่อยมือแล้วออกแรงกระทำ ให้แผ่นซีดีเคลื่อนที่จะพบว่า แผ่นซีดีเคลื่อนที่ได้ เร็วขณะที่มีอากาศออกจากปากลูกโป่ง จากนั้น เมื่อแผ่นซีดีหยุดเคลื่อนที่ให้ออกแรงกระทำต่อ แผ่นซีดีให้แผ่นซีดีเคลื่อนที่อีกครั้งพบว่า แผ่นซีดี จะเคลื่อนที่ได้ช้ากว่าและหยุดอย่างรวดเร็ว ครูตั้ง คำถามให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายว่า ทำไมจึง เป็นเช่นนั้น (นักเรียนตอบตามความเข้าใจของ ตนเอง) ความรู้เพิ่มเติมสำหรับครู การเตรียมแผ่นซีดีเพื่อการสาธิตการเคลื่อนที่มีวิธีดังนี้ 1. ใช้กระดาษแข็งปิดช่องตรงกลางของแผ่นซีดี 2. เจาะรูที่กระดาษบริเวณช่องตรงกลางของแผ่นซีดีหลาย ๆ รู 3. ติดหลอดดูดขนาดใหญ่ ยาวประมาณ 3 เซนติเมตร กับแผ่นซีดีให้ปิดทับรูที่เจาะไว้โดยใช้กาวร้อน เรื่องที่ 2 แรงเสียดทาน
280 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 2. ให้นักเรียนสังเกตภาพนำเรื่อง อ่านเนื้อหานำเรื่องและ คำสำคัญ และร่วมกันอภิปรายโดยอาจใช้คำถามดังนี้ • การที่ตัวรถไฟ Maglev ลอยอยู่เหนือรางรถไฟจะ ทำให้รถไฟวิ่งเร็วขึ้นหรือไม่ อย่างไร (นักเรียน ตอบตามความเข้าใจของตนเอง) • เมื่อเปรียบเทียบแผ่นซีดีขณะที่มีอากาศออกจาก ปากลูกโป่งกับรถไฟความเร็วสูงมีส่วนที่เหมือนกัน อย่างไร (แผ่นซีดีลอยอยู่เหนือพื้นเช่นเดียวกับ รถไฟความเร็วสูง ทำให้เคลื่อนที่ได้เร็ว) 3. ให้นักเรียนทำกิจกรรมทบทวนความรู้ก่อนเรียนเพื่อประเมินความรู้พื้นฐานของนักเรียนเกี่ยวกับเรื่องขนาดและ ทิศทางของแรงเสียดทาน หากพบว่านักเรียนยังมีความรู้พื้นฐานไม่ถูกต้อง ครูควรทบทวนหรือแก้ไขความเข้าใจผิด ของนักเรียนเพื่อให้นักเรียนมีความรู้พื้นฐานที่ถูกต้องและเพียงพอที่จะเรียนเรื่องแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทาน จลน์ ตลอดจนปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงเสียดทานต่อไป ความรู้เพิ่มเติมสำหรับครู ภาพนำเรื่องคือรถไฟความเร็วสูง Maglev มาจากคำเต็ม ๆ ว่า Magnetic levitation ซึ่งแปลตรงตัวว่า การใช้สนามแม่เหล็กยกให้รถไฟ ลอยอยู่เหนือราง การที่รถไฟลอยอยู่เหนือรางเป็นการลดแรงเสียดทาน ทำให้รถไฟนี้วิ่งเร็วกว่ารถไฟทั่วไป
281 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4. ให้นักเรียนทำกิจกรรมรู้อะไรบ้างก่อนเรียน เพื่อตรวจสอบความรู้เดิมเกี่ยวกับแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานจลน์ นักเรียนสามารถเขียนและวาดภาพได้ตามความเข้าใจของตนเอง โดยครูไม่เฉลยคำตอบ ครูนำข้อมูลจาก การตรวจสอบความรู้เดิมของนักเรียนนี้ไปใช้ในการวางแผนการจัดการเรียนรู้ว่าควรเน้นย้ำหรืออธิบายเรื่องใด เป็นพิเศษ เมื่อนักเรียนเรียนจบเรื่องนี้แล้ว นักเรียนจะมีความรู้ความเข้าใจครบถ้วนตามจุดประสงค์ของบทเรียน ตัวอย่างแนวคิดคลาดเคลื่อนที่อาจพบในเรื่องนี้ • วัตถุที่อยู่นิ่ง ๆ บนพื้นราบมีแรงเสียดทาน (Chee, 2019) • เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่แต่วัตถุไม่เคลื่อนที่ แสดงว่าแรงที่กระทำน้อยกว่าแรงเสียดทาน (Chee, 2019) • แรงเสียดทานจะมีค่ามากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับลักษณะผิวสัมผัสและน้ำหนักของวัตถุ (สสวท., 2561) 5. ให้นักเรียนอ่านเนื้อหาเกี่ยวกับสถานการณ์การผลักวัตถุหนัก ๆ และเปรียบเทียบแรงที่ใช้ในการผลักขณะวัตถุอยู่นิ่ง กับวัตถุเคลื่อนที่ โดยครูอาจยกสถานการณ์การเข็นรถยนต์ที่อยู่นิ่งให้เคลื่อนที่ จากนั้นร่วมกันอภิปรายว่า ทำไมเมื่อ วัตถุเคลื่อนที่จึงออกแรงน้อยลง โดยครูยังไม่ต้องเฉลย 6. นำเข้าสู่กิจกรรมที่4.5 แรงเสียดทานเมื่อวัตถุไม่เคลื่อนที่และเคลื่อนที่แตกต่างกันอย่างไร โดยครูอาจใช้คำถาม เพื่อให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายว่า ถ้าวางวัตถุไปบนพื้นราบ ขณะนั้นจะมีแรงเสียดทานหรือไม่ อย่างไร เฉลยทบทวนความรู้ก่อนเรียน เขียนลูกศรแสดงขนาดและทิศทางของแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อออกแรงดึงกล่องไปทางขวา แนวคำตอบ กล่องไม่ขยับและกล่องเคลื่อนที่ไปทางขวาด้วยความเร็วคงที่ ทั้งสองกรณีนี้แรงลัพธ์ที่กระทำต่อ กล่องจะเป็นศูนย์ถ้ามีแรงดึงกล่องไปทางขวา ดังนั้นจะต้องมีแรงที่มีขนาดเท่ากับแรงที่ดึงแต่มีทิศทางตรงข้าม แรงที่เกิดขึ้นนี้เป็นแรงเสียดทาน ดังภาพ กล่องไม่ขยับ กล่องเคลื่อนที่ไปทางขวาด้วยความเร็วคงที่ แรงที่ดึงกล่อง แรงที่ดึงกล่อง กล่องไม่ขยับ กล่องเคลื่อนที่ไปทางขวาด้วยความเร็วคงที่ แรงที่ดึงกล่อง แรงที่ดึงกล่อง แรงเสียดทาน แรงเสียดทาน
282 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดังต่อไปนี้ • กิจกรรมนี้เกี่ยวกับเรื่องอะไร (แรงเสียดทาน เมื่อวัตถุไม่เคลื่อนที่และวัตถุเคลื่อนที่) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (สังเกต อธิบายและเปรียบเทียบแรงเสียดทานเมื่อวัตถุไม่เคลื่อนที่และเมื่อวัตถุ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ และเขียนแผนภาพของแรงเสียดทานที่กระทำต่อวัตถุเมื่อวัตถุไม่เคลื่อนที่และเมื่อวัตถุ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ใช้เครื่องชั่งสปริงดึงแผ่นไม้ที่มีถุงทราย 3 ถุงวางอยู่ด้านบน โดยเพิ่ม แรงที่ดึงเครื่องชั่งสปริงครั้งละ 1 นิวตัน สังเกตการเคลื่อนที่ของแผ่นไม้จนแผ่นไม้เริ่มเคลื่อนที่ จากนั้นดึงแผ่นไม้ ให้เริ่มเคลื่อนที่ บันทึกผล และดึงแผ่นไม้ให้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ บันทึกค่าของแรงที่อ่านได้ เขียนแผนภาพ แสดงแรงที่ใช้ดึงและแรงเสียดทานเมื่อแผ่นไม้ยังไม่เคลื่อนที่ เริ่มเคลื่อนที่ และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่) ครูควร บันทึกขั้นตอนการทำกิจกรรมโดยสรุปบนกระดาน • นักเรียนต้องสังเกตและรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริงเมื่อแผ่นไม้ยังไม่เคลื่อนที่ เริ่มเคลื่อนที่ และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่) 2. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มลงมือทำกิจกรรม โดยครูเดินสังเกตนักเรียนทุกกลุ่มเพื่อให้คำแนะนำเกี่ยวกับการดึงเครื่องชั่ง สปริงว่าต้องดึงเครื่องชั่งสปริงขนานกับพื้น และแนะนำวิธีอ่านค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริงเมื่อวัตถุเริ่มเคลื่อนที่ โดย ต้องเพิ่มแรงที่ดึงเครื่องชั่งสปริงทีละน้อย และเมื่อแผ่นไม้ขยับ ค่าของแรงจะลดลงเล็กน้อย ให้บันทึกค่าสูงสุดที่อ่านได้ ในกรณีที่นักเรียนอ่านค่าของแรงไม่ทัน อาจใช้วิธีถ่ายภาพหรือถ่ายคลิปวิดีทัศน์จากโทรศัพท์มือถือได้ และสำหรับ กรณีการอ่านค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริงเมื่อดึงให้แผ่นไม้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ควรให้นักเรียนคนที่ดึง เครื่องชั่งสปริงและคนที่อ่านค่าของแรงเป็นคนละคนกัน เพื่อให้แผ่นไม้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่จริง ๆ และค่าที่อ่าน ได้เป็นค่าที่แม่นยำ นอกจากนี้ครูควรรวบรวมข้อมูลจากการทำกิจกรรมของนักเรียน เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบ การอภิปรายหลังการทำกิจกรรม ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที) ระหว่างการทำกิจกรรม (20 นาที) กิจกรรมที่ 4.5 แรงเสียดทานเมื่อวัตถุไม่เคลื่อนที่และเคลื่อนที่แตกต่างกันอย่างไร
283 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 3. สุ่มนักเรียนนำเสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันสรุปผลของกิจกรรมโดยใช้คำถามท้าย กิจกรรม เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า เมื่อมีแรงกระทำต่อแผ่นไม้เพื่อให้แผ่นไม้เคลื่อนที่จะมีแรงต้าน การเคลื่อนที่นั้น ๆ เมื่อเพิ่มแรงให้มากขึ้นเรื่อย ๆ โดยแผ่นไม้ยังไม่เคลื่อนที่ แรงต้านก็จะเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน โดยแรง ต้านจะมีขนาดเท่ากับแรงที่กระทำแต่มีทิศตรงกันข้าม และเมื่อแรงกระทำมากขึ้นจนถึงค่าหนึ่ง แผ่นไม้จะเริ่มเคลื่อนที่ แต่เมื่อดึงต่อไปให้แผ่นไม้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ แรงที่ดึงแผ่นไม้ก็จะมีค่าลดลงเล็กน้อย 4. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงเสียดทาน โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 185-186 ตอบคำถามระหว่าง เรียน และร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานจลน์ เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า แรงเสียดทานสถิต เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุไม่เคลื่อนที่หรือวัตถุเริ่มเคลื่อนที่ โดยแรงเสียดทานสถิตมีค่าเปลี่ยนแปลงได้ แต่จะ มีค่าสูงสุดหนึ่งค่า เรียกว่า ค่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุด ส่วนแรงเสียดทานจลน์เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นขณะที่วัตถุ เคลื่อนที่ โดยแรงเสียดทานจลน์จะมีค่าคงที่ค่าหนึ่ง ๆ เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุแล้ววัตถุยังไม่เคลื่อนที่ หรือเริ่ม เคลื่อนที่ หรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ แรงเสียดทานจะมีขนาดเท่ากับแรงที่มากระทำ เฉลยคำถามระหว่างเรียน • กล่องที่วางอยู่นิ่งบนโต๊ะฝืดจะมีแรงเสียดทานหรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ กล่องที่วางนิ่งบนโต๊ะฝืด จะไม่มีแรงเสียดทานถ้าไม่มีแรงใด ๆ มากระทำให้กล่องเคลื่อนที่ ในแนวขนานกับผิวสัมผัส • แรงเสียดทานจลน์จะมีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตเสมอหรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ แรงเสียดทานจลน์ไม่จำเป็นต้องมีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิต เพราะแรงเสียดทานสถิตมีค่าได้ ตั้งแต่ศูนย์ถึงค่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุด แต่แรงเสียดทานจลน์จะมีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุด 5. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายสรุปสิ่งที่ได้เรียนรู้เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า เมื่อมีแรงกระทำเพื่อให้วัตถุเคลื่อนที่จะมี แรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุในทิศทางตรงกันข้าม เพื่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้น • แรงเสียดทานสถิต เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุอยู่นิ่ง มีได้หลายค่าแต่มีค่าสูงสุดค่าหนึ่ง เรียกว่า แรงเสียดทานสถิตสูงสุด • แรงเสียดทานจลน์เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ โดยแรงเสียดทานจลน์จะมีค่าน้อยกว่า แรงเสียดทานสถิตสูงสุด • เมื่อมีแรงมากระทำต่อวัตถุให้วัตถุเคลื่อนที่ไปบนพื้นผิวแต่วัตถุยังคงอยู่นิ่ง หรือเริ่มเคลื่อนที่ หรือเคลื่อนที่ด้วย ความเร็วคงที่ ในแต่ละกรณีแรงเสียดทานจะมีขนาดเท่ากับแรงที่มากระทำนั้นแต่มีทิศทางตรงข้าม หลังการทำกิจกรรม (15 นาที)
284 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 6. ถ้าพบว่านักเรียนมีแนวคิดคลาดเคลื่อนเกี่ยวกับเรื่องนี้จากการตอบคำถามก่อนเรียน ระหว่างเรียน หรืออาจตรวจสอบ โดยใช้กลวิธีอื่น ๆ ให้ครูแก้ไขแนวคิดคลาดเคลื่อนนั้นให้ถูกต้อง เช่น แนวคิดคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง วัตถุที่อยู่นิ่ง ๆ บนพื้นราบมีแรงเสียดทาน (Chee, 2019) เมื่อไม่มีแรงกระทำต่อวัตถุและวัตถุอยู่นิ่งบนพื้นราบ จะไม่มีแรงเสียดทานต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ แต่วัตถุไม่ เคลื่อนที่ แสดงว่าแรงที่กระทำน้อยกว่าแรงเสียดทาน (Chee, 2019) เมื่อออกแรงกระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ แต่วัตถุไม่ เคลื่อนที่ แรงลัพธ์จะเป็นศูนย์ แสดงว่าแรงที่กระทำ มีค่าเท่ากับแรงเสียดทาน แต่แรงที่กระทำขณะนั้น น้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุด 7. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปราย โดยอาจใช้คำถามว่า แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปัจจัยใด ซึ่งครู ยังไม่เฉลยคำตอบ เพื่อนำเข้าสู่กิจกรรมที่ 4.6 ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อขนาดของแรงเสียดทาน
285 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดังต่อไปนี้ • กิจกรรมนี้เกี่ยวข้องกับเรื่องอะไร (ปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงเสียดทาน) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (ออกแบบการทดลองและทดลองด้วยวิธีที่เหมาะสมเพื่อหาปัจจัยที่มีผลต่อขนาด ของแรงเสียดทาน) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงเสียดทาน จากนั้นเลือกศึกษาปัจจัยใดปัจจัยหนึ่ง ตั้งสมมติฐาน ระบุตัวแปร ออกแบบการทดลอง และทดลองเพื่อ ตรวจสอบสมมติฐานแล้วนำเสนอพร้อมอภิปรายผลการทดลองร่วมกัน) ครูควรบันทึกขั้นตอนการทำกิจกรรม โดยสรุปบนกระดาน • นักเรียนต้องสังเกตและรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ค่าของแรงจากเครื่องชั่งสปริงเมื่อวัตถุยังไม่เคลื่อนที่เริ่ม เคลื่อนที่ และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ลักษณะพื้นผิวคู่สัมผัส และแรงที่กดพื้นผิว) 2. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงเสียดทาน จากนั้นให้แต่ละกลุ่มเลือกที่จะศึกษา ปัจจัยดังกล่าว 1 ปัจจัย พร้อมตั้งสมมติฐาน ระบุตัวแปรต้น ตัวแปรตาม และตัวแปรควบคุม รวมทั้งออกแบบ การทดลองและดำเนินการทดลอง โดยครูเป็นผู้ให้คำแนะนำถ้านักเรียนมีข้อสงสัย นอกจากนี้ครูควรรวบรวมข้อมูล จากการทำกิจกรรมของนักเรียน เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการอภิปรายภายหลังการทำกิจกรรม 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันสรุปผลของกิจกรรมโดยใช้ คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า ขนาดของแรงเสียดทานจะมีค่ามากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น ลักษณะพื้นผิวของคู่สัมผัส แรงที่กดพื้นผิวหรือน้ำหนักของวัตถุ ซึ่งบางปัจจัยอาจสรุปได้ยัง ไม่ถูกต้องสมบูรณ์นัก แต่นักเรียนจะได้เรียนเมื่ออ่านเนื้อหาในเรื่องต่อไป 4. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับลักษณะผิวของคู่สัมผัสที่มีผลต่อขนาดของแรงเสียดทาน โดยอ่านเนื้อหาใน หนังสือเรียนหน้า 188 และตอบคำถามระหว่างเรียน จากนั้นร่วมกันอภิปราย เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า ลักษณะผิวของคู่ สัมผัสที่หยาบและขรุขระจะมีแรงเสียดทานมากกว่าผิวสัมผัสที่ลื่นและเรียบ ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที) หลังการทำกิจกรรม (15 นาที) กิจกรรมที่ 4.6 ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อขนาดของแรงเสียดทาน ระหว่างการทำกิจกรรม (25-30 นาที) http://ipst.me/9529
286 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยคำถามระหว่างเรียน • ทำไมเวลาฝนตกถนนเปียกจึงต้องเพิ่มความระมัดระวังในการขับรถ แนวคำตอบ ขณะฝนตกถนนเปียกต้องเพิ่มความระมัดระวังในการขับรถ เพราะเมื่อถนนเปียกน้ำ ลักษณะของ ผิวสัมผัสจะเปลี่ยนไป โดยถนนที่เปียกน้ำจะลื่น ทำให้มีแรงเสียดทานน้อยกว่าถนนที่แห้ง เมื่อเบรครถเพื่อหยุด จะหยุดได้ยากกว่าซึ่งอาจทำให้เกิดอุบัติเหตุได้ 5. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับขนาดของแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับน้ำหนักของวัตถุหรือไม่ โดย อ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 189-190 และร่วมกันอภิปรายจากตัวอย่างกิจกรรมการดึง แม่เหล็กที่วางอยู่บนตาชั่งให้เริ่มเคลื่อนที่ เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า ปัจจัยอีกหนึ่งปัจจัยที่มีผลต่อขนาด ของแรงเสียดทาน คือ แรงที่พื้นผิวกระทำต่อวัตถุในแนวตั้งฉาก โดยแรงนี้อาจมีขนาดเท่าหรือไม่ เท่ากับน้ำหนักของวัตถุก็ได้ และเพื่อให้นักเรียนได้มีประสบการณ์จริง ครูอาจจัดอุปกรณ์ต่าง ๆ ตามหนังสือเรียน ได้แก่ แม่เหล็กขั้วข้าง ตาชั่งพลาสติก เชือก และเครื่องชั่งสปริง เพื่อให้นักเรียนได้ลงมือปฏิบัติจริง จากนั้นให้นักเรียน ร่วมกันอภิปรายเพื่อตอบคำถามระหว่างเรียน เฉลยคำถามระหว่างเรียน • การเพิ่มหรือลดแรงเสียดทานทำได้อย่างไร แนวคำตอบ การเพิ่มหรือลดแรงเสียดทานอาจทำได้โดยเพิ่มหรือลดแรงที่พื้นผิวกระทำต่อวัตถุในแนวตั้งฉาก หรือเปลี่ยนลักษณะของผิวสัมผัส 6. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายสรุปเกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงเสียดทาน เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า ปัจจัยที่มีผลต่อ ขนาดของแรงเสียดทาน คือ ลักษณะผิวสัมผัสและแรงที่พื้นผิวกระทำต่อวัตถุในแนวตั้งฉาก จากนั้นให้นักเรียนร่วมกัน อภิปรายเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของรถไฟฟ้าความเร็วสูงในเนื้อหาของภาพนำเรื่อง เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า การที่ตัวรถไฟ ลอยอยู่เหนือรางรถไฟเป็นการลดแรงที่รางรถไฟกระทำต่อตัวรถไฟในแนวตั้งฉาก ซึ่งจะทำให้แรงเสียดทานลดลงจึงทำ ให้รถไฟฟ้าเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น 7. ถ้าพบว่านักเรียนมีแนวคิดคลาดเคลื่อนเกี่ยวกับเรื่องนี้จากการตอบคำถามก่อนเรียน ระหว่างเรียน หรืออาจตรวจสอบ โดยใช้กลวิธีอื่น ๆ ให้ครูแก้ไขแนวคิดคลาดเคลื่อนนั้นให้ถูกต้อง เช่น แนวคิดคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง แรงเสียดทานมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะ ผิวสัมผัสและน้ำหนักของวัตถุ (สสวท., 2561) แรงเสียดทานมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะ ผิวสัมผัส และแรงที่พื้นผิวกระทำต่อวัตถุในแนวตั้งฉาก http://ipst.me/9529
287 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 8. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงเสียดทานในชีวิตประจำวัน โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 191-194 และ ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันอภิปราย เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า กิจกรรมบางอย่างต้องเพิ่มแรงเสียดทาน และ กิจกรรมบางอย่างต้องลดแรงเสียดทาน เฉลยคำถามระหว่างเรียน อ่านสถานการณ์ต่อไปนี้ และเสนอแนะว่าในสถานการณ์นั้น ๆ ควรลดหรือเพิ่มแรงเสียดทานอย่างไร • ช่างไฟฟ้านำบันไดวางบนพื้นแล้วพาดกับผนังเพื่อซ่อมโคมไฟที่ผนังห้อง และเพื่อความปลอดภัย ช่างไฟฟ้า ไม่ต้องการให้บันไดเลื่อนไถลขณะที่เขายืนบนบันได แนวคำตอบ ถ้าแรงเสียดทานระหว่างบันไดกับพื้นและบันไดกับผนังมีค่าน้อยเกินไป บันไดจะไถลลงมา ทำให้ ไม่สามารถปีนไปถึงโคมไฟได้ ดังนั้นควรเพิ่มแรงเสียดทานโดยติดหรือหุ้มวัสดุที่มีความฝืดที่ปลายบันไดทั้งสอง ข้าง เพื่อให้บริเวณที่บันไดสัมผัสกำแพงและพื้นมีแรงเสียดทานมากพอที่จะทำให้บันไดอยู่นิ่งได้ • ลากโต๊ะที่วางบนพื้นฝืดโดยไม่ต้องออกแรงมาก แนวคำตอบ เพื่อให้ลากโต๊ะได้ง่ายขึ้นโดยออกแรงไม่มากนัก จะต้องลดแรงเสียดทานระหว่างขาโต๊ะกับพื้น โดยอาจนำผ้ามารองขาโต๊ะ แรงเสียดทาน (⃑ 1 ) แรงเสียดทาน (⃑ 2 ) แรงเสียดทาน (⃑ 1 ) แรงเสียดทาน (⃑ 2 )
288 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยคำถามระหว่างเรียน • พนักงานขนส่งสินค้าโดยนำสินค้าวางบนท้ายรถบรรทุก ซึ่งไม่ต้องการให้สินค้าไถลตกลงมาเมื่อรถเคลื่อนที่ แนวคำตอบ เมื่อรถเคลื่อนที่ไปข้างหน้า สินค้าอาจไถลตกจากรถไปทางด้านหลังรถ เพื่อไม่ให้สินค้าไถลตก จากรถ อาจทำได้โดย 1. เพิ่มแรงเสียดทานระหว่างสินค้ากับพื้นรถ โดยอาจนำวัสดุที่มีผิวฝืดมารองใต้สินค้า 2. เพิ่มแรงกดพื้นรถ ซึ่งทำได้โดยการใช้เชือกรัดสินค้าจากด้านบนเข้ากับตัวรถ ดังภาพ 3. ยึดสินค้าให้ติดกับตัวรถ โดยผูกเชือกเข้ากับตัวรถ ดังภาพ 9. เชื่อมโยงไปสู่เรื่องแรงและความดันของของเหลว โดยอาจใช้คำถามเพื่อให้ร่วมกันอภิปรายว่า ถ้าเราเปลี่ยนจากการทำ กิจกรรมบนพื้นไปเป็นทำกิจกรรมใต้น้ำ เช่น การดำน้ำ นักเรียนคิดว่าเมื่อเราดำลงไปใต้น้ำจะมีแรงกระทำกับเรา หรือไม่ แรงนั้นมาจากไหนและเกิดขึ้นได้อย่างไร แรงเสียดทาน (⃑) แรงเสียดทาน (⃑)
289 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. นำเข้าสู่เรื่องแรงและความดันของของเหลว โดย ให้นักเรียนสังเกตภาพนำเรื่องเกี่ยวกับการดำน้ำ แบบลึก อ่านเนื้อหานำเรื่องและคำสำคัญ ครูให้ นักเรียนร่วมกันอภิปราย โดยอาจใช้คำถามดังนี้ • การดำน้ำแบบดำน้ำตื้นต่างจากการดำน้ำ แบบน้ำลึกอย่างไร (นักเรียนตอบตามความ เข้าใจของตนเอง ซึ่งอาจมีนักเรียนบางคน อธิบายว่าการดำน้ำตื้นไม่ต้องใส่ชุดประดาน้ำ และหายใจโดยมีท่อหายใจซึ่งโผล่พ้นผิวน้ำ) • ในขณะที่นักประดาน้ำอยู่ในน้ำมีแรงใดที่ กระทำต่อนักประดาน้ำบ้าง แรงนี้เกิดจากอะไร (นักเรียนตอบตามความเข้าใจของตนเอง) • นักประดาน้ำดำน้ำลึกตื้นต่างกันจะมีแรง กระทำต่างกันหรือไม่ อย่างไร (นักเรียนตอบ ตามความเข้าใจของตนเอง) 2. ให้นักเรียนทำกิจกรรมทบทวนความรู้ก่อนเรียน เพื่อประเมินความรู้พื้นฐานของนักเรียนเกี่ยวกับ แรงดันอากาศและความหนาแน่นของสสาร หากพบว่านักเรียนยังมีความรู้พื้นฐานไม่ถูกต้อง ครูควรทบทวนหรือแก้ไขความเข้าใจผิดของ นักเรียน เพื่อให้นักเรียนมีความรู้พื้นฐานที่ถูกต้อง และเพียงพอที่จะเรียนเรื่องความดันของของเหลว ต่อไป ความรู้เพิ่มเติมสำหรับครู ภาพนำเรื่องเป็นการดำน้ำแบบลึกของนักประดาน้ำ ซึ่งมี อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ชุดประดาน้ำพร้อมถังบรรจุแก๊สออกซิเจน เพื่อช่วยให้หายใจได้ในน้ำ มีหน้ากากดำน้ำช่วยให้มองดู สิ่งต่าง ๆ ในน้ำได้โดยน้ำไม่เข้าตา มีรองเท้าตีนกบเพื่อให้ เคลื่อนที่ในน้ำได้ เรื่องที่ 3 แรงและความดันของของเหลว
290 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยทบทวนความรู้ก่อนเรียน เขียนเครื่องหมาย หน้าข้อความที่ถูกต้อง และทำเครื่องหมาย หน้าข้อความที่ไม่ถูกต้อง ของเหลวแต่ละชนิดมีความหนาแน่นคงที่ที่อุณหภูมิหนึ่ง ๆ เพราะความหนาแน่นของของเหลวจะคงที่ที่อุณหภูมิหนึ่ง ๆ เสมอ กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความหนาแน่นจะลดลงเนื่องจากอนุภาคของของเหลวจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงขึ้น ส่งผลให้ปริมาตร ของของเหลวเพิ่มขึ้นในขณะที่มวลคงที่ จากความสัมพันธ์ ความหนาแน่น = มวล ปริมาตร ดังนั้น เมื่อของเหลวมีอุณหภูมิสูงขึ้น ความหนาแน่นของของเหลวจะมีค่าลดลง อนุภาคของของเหลวสามารถเคลื่อนที่ได้อิสระ เพราะอนุภาคของของเหลวอยู่ใกล้กันโดยมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคของของเหลวน้อยกว่าของแข็ง แต่มากกว่าแก๊ส อนุภาคของของเหลวจึงเคลื่อนที่ได้แต่ไม่เป็นอิสระ ความดันอากาศจะสูงขึ้นเมื่ออยู่ในบริเวณที่สูงขึ้น เพราะความดันอากาศมีความสัมพันธ์กับความสูงจากพื้นโลก โดยบริเวณที่สูงจากพื้นโลกขึ้นไปอากาศ เบาบางลง มวลอากาศน้อยลง ความดันอากาศก็จะลดลง อากาศมีแรงกระทำเฉพาะที่ผิวบนของวัตถุ เรียกว่า ความกดอากาศ เพราะความกดอากาศเป็นการเรียกความดันอากาศในทางอุตุนิยมวิทยา ซึ่งอากาศมีแรงกระทำต่อวัตถุ ในทุกทิศทางในแนวตั้งฉากกับผิววัตถุ ความดันคือแรงที่กระทำต่อพื้นที่หนึ่งหน่วย เพราะมีการกำหนดให้ขนาดของแรงที่กระทำต่อพื้นที่หนึ่งตารางหน่วย เรียกว่า ความดัน 3. ตรวจสอบความรู้เดิมเกี่ยวกับความดันของของเหลวของนักเรียน โดยให้ทำกิจกรรมรู้อะไรบ้างก่อนเรียน นักเรียน สามารถเขียนและวาดภาพได้ตามความเข้าใจของตนเอง โดยครูไม่เฉลยคำตอบและครูควรรวบรวมแนวคิด คลาดเคลื่อนที่พบเพื่อนำไปใช้ในการวางแผนการจัดการเรียนรู้และแก้ไขแนวคิดเหล่านั้นให้ถูกต้อง ตัวอย่างแนวคิดคลาดเคลื่อนที่อาจพบในเรื่องนี้ • แรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุจะมีทิศทางขึ้นในแนวดิ่งเท่านั้น (Engel Clough & Driver, 1985) • ความดันของน้ำขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำ โดยน้ำที่มีปริมาณมากจะมีความดันมาก (Kiray et al., 2015) 4. ให้นักเรียนอ่านเนื้อหาเกี่ยวกับทิศทางของแรงที่กระทำต่อวัตถุ จากนั้นให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายว่า ของเหลวมี แรงกระทำต่อวัตถุเหมือนอากาศหรือไม่ อย่างไร (นักเรียนตอบตามความเข้าใจของตนเอง) เพื่อกระตุ้นความสนใจของ นักเรียนเข้าสู่กิจกรรมที่ 4.7 น้ำมีแรงกระทำต่อวัตถุหรือไม่ อย่างไร ✓ ×
291 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดังต่อไปนี้ • กิจกรรมนี้เกี่ยวกับเรื่องอะไร (แรงที่น้ำกระทำต่อวัตถุและทิศทางของแรงนั้น) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (ระบุทิศทางของแรงที่น้ำกระทำต่อวัตถุ) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (สวมถุงมือให้เลยข้อมือ สังเกตลักษณะของถุงพลาสติก จากนั้นจุ่มมือ ลงไปในน้ำให้จมถึงข้อมือ สังเกตลักษณะของถุงพลาสติกอีกครั้ง) ครูควรบันทึกขั้นตอนการทำกิจกรรมโดยสรุปบน กระดาน • นักเรียนต้องสังเกตและรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ลักษณะของถุงพลาสติกที่หุ้มมือก่อนและหลังจุ่มลงในภาชนะ บรรจุน้ำ) 2. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มลงมือทำกิจกรรม โดยครูควรเดินสังเกตการทำกิจกรรมของนักเรียนแต่ละกลุ่ม เพื่อให้คำแนะนำ ถ้านักเรียนมีข้อสงสัยในกิจกรรมนี้ ครูควรแนะนำให้นักเรียนระมัดระวังเมื่อจุ่มมือในน้ำ ไม่ให้จมลงไปในน้ำเลยข้อมือ หรือปากถุงพลาสติกเพื่อไม่ให้น้ำเข้าไปในถุงได้ นอกจากนี้ครูควรรวบรวมข้อมูลจากการทำกิจกรรมของนักเรียน เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการอภิปรายหลังการทำกิจกรรม 3. สุ่มนักเรียนนำเสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันอภิปรายโดยใช้คำถามท้ายกิจกรรมเป็น แนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า น้ำมีแรงกระทำต่อวัตถุโดยมีแรงกระทำในทุกทิศทาง สังเกตได้จากรูปร่าง ที่เปลี่ยนไปของถุงพลาสติกที่ถูกน้ำดันให้แนบกับมือในทุกทิศทาง 4. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุ โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 198-199 และ ตอบคำถามระหว่างเรียน จากนั้นร่วมกันอภิปราย เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า นอกจากของเหลวจะมีแรงกระทำต่อวัตถุใน ทุกทิศทางแล้ว แรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุจะมีทิศทางตั้งฉากกับผิววัตถุ และได้มีการกำหนดว่าแรงที่ของเหลว กระทำต่อพื้นที่หนึ่งหน่วย เรียกว่า ความดันของของเหลว เป็นปริมาณสเกลาร์ ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที) ระหว่างการทำกิจกรรม (5 นาที) หลังการทำกิจกรรม (5 นาที) กิจกรรมที่ 4.7 น้ำมีแรงกระทำต่อวัตถุหรือไม่ อย่างไร http://ipst.me/9870
292 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 5. ตรวจสอบความเข้าใจในเรื่องความดันของของเหลว โดยให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายคำตอบ โดยอาจใช้คำถามดังนี้ • ความดันของของเหลวมีหน่วยเป็นอะไร (นิวตันต่อตารางเมตร เพราะความดันเป็นแรงที่กระทำต่อพื้นที่หนึ่งหน่วย แรงมีหน่วยนิวตัน พื้นที่มีหน่วยตารางเมตร) • แผ่นเหล็กพื้นที่ 5 ตารางเมตร จมอยู่ใต้น้ำ แรงที่น้ำกระทำต่อเหล็กแผ่นนั้นเป็น 2,000 นิวตัน ความดันของน้ำ ณ ตำแหน่งนั้นเป็นเท่าใด (ความดันของน้ำเท่ากับ 400 นิวตันต่อตารางเมตร เพราะในพื้นที่ 5 ตารางเมตร มีแรง กระทำ 2,000 นิวตัน ดังนั้นในพื้นที่ 1 ตารางเมตร จะมีแรงกระทำ เท่ากับ 2,000 5 หรือมีค่า 400 นิวตันต่อตาราง เมตร) 6. เปิดโอกาสให้นักเรียนทำกิจกรรมทางเลือก เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับแรงที่น้ำกระทำต่อวัตถุและทิศทางของแรงที่น้ำกระทำ ต่อพื้นที่ผิวสัมผัส โดยทำกิจกรรมแรงจากน้ำมีทิศทางอย่างไร ครูควรให้นักเรียนนำเสนอผลการทำกิจกรรม โดยอาจ ติดผลการทำกิจกรรมรอบผนังห้องเรียน หรือจัดแสดงชุดสาธิต นักเรียนทุกคนเดินศึกษา (Gallery walk) จากนั้น ร่วมกันอภิปรายผลการทำกิจกรรม เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า น้ำมีแรงกระทำต่อวัตถุในทิศทางตั้งฉากกับผิววัตถุและตอบ คำถามระหว่างเรียน ตัวอย่างผลการทำกิจกรรมทางเลือก นำขวดพลาสติกรูปทรงต่าง ๆ มาเจาะรูที่ตำแหน่งต่าง ๆ แล้วปิดด้วยเทปใส จากนั้นบรรจุน้ำให้เต็ม แล้วดึง เทปใสออก สังเกตทิศทางของน้ำที่ออกจากรู ผลการสังเกตเมื่อดึงเทปใสที่ปิดรูที่เจาะไว้ข้างขวดพลาสติกที่มีน้ำบรรจุอยู่พบว่า มีน้ำออกจากรูทุกรู ดังภาพ ความรู้ที่ได้คือ น้ำมีแรงกระทำต่อวัตถุ โดยแรงจะมีทิศทางตั้งฉากกับผิววัตถุ
293 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยคำถามระหว่างเรียน • วัตถุ A และ B ต่างอยู่ในของเหลว ณ ตำแหน่งที่มีความดันของของเหลวเท่ากัน แรงที่ของเหลวกระทำต่อ วัตถุทั้งสองจะเท่ากันด้วย นักเรียนเห็นด้วยหรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ เห็นด้วย ถ้าวัตถุ A และ B มีพื้นที่เท่ากัน ไม่เห็นด้วย ถ้าวัตถุ A และ B มีพื้นที่ไม่เท่ากัน แรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุทั้งสองก็จะไม่ เท่ากัน โดยวัตถุที่มีพื้นที่มาก แรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุนั้นก็จะมากด้วย แต่แรงที่ของเหลวกระทำในพื้นที่ 1 ตารางหน่วยเท่ากัน 7. ถ้าพบว่านักเรียนมีแนวคิดคลาดเคลื่อนเกี่ยวกับเรื่องนี้จากการตอบคำถามก่อนเรียน ระหว่างเรียน หรืออาจตรวจสอบ โดยใช้กลวิธีอื่น ๆ ให้ครูแก้ไขแนวคิดคลาดเคลื่อนนั้นให้ถูกต้อง เช่น แนวคิดคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง แรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุจะมีทิศทางขึ้นในแนวดิ่ง เท่านั้น (Engel Clough & Driver, 1985) ของเหลวมีแรงกระทำต่อวัตถุในทุกทิศทาง โดย จะตั้งฉากกับผิววัตถุ 8. ให้นักเรียนศึกษาเกี่ยวกับความดันอากาศ โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 199 และร่วมกันอภิปราย เพื่อให้ได้ ข้อสรุปว่า ความดันอากาศจะมีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามระดับความสูงจากระดับน้ำทะเล โดยตำแหน่งที่สูงจาก ระดับน้ำทะเลมากขึ้น ความดันอากาศจะลดลง และตำแหน่งที่ต่ำจากระดับน้ำทะเลมากขึ้น ความดันของอากาศจะ เพิ่มขึ้น จากนั้นให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายเพื่อเปรียบเทียบความดันอากาศกับความดันของของเหลวว่า ความดันของ ของเหลวจะเปลี่ยนแปลงโดยขึ้นอยู่กับระดับความสูงจากระดับน้ำทะเลเหมือนความดันอากาศหรือไม่ อย่างไร โดยครู ยังไม่เฉลยคำตอบ ซึ่งครูควรรวบรวมข้อมูลจากการอภิปรายไว้เป็นข้อมูลประกอบการอภิปรายหลังจากทำกิจกรรม 9. กระตุ้นความสนใจของนักเรียนเพื่อนำเข้าสู่กิจกรรมที่ 4.8 ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อความดันของของเหลว โดยให้ นักเรียนร่วมกันอภิปราย ซึ่งอาจใช้ภาพและคำถามดังนี้ • จากภาพที่ 1 ตำแหน่ง ข อยู่สูงจากพื้นดินมากกว่าตำแหน่ง ก ความดันอากาศของตำแหน่งใดมากกว่า เพราะเหตุ ใด (นักเรียนตอบตามความเข้าใจของตนเอง) • จากภาพที่ 2 ตำแหน่ง A เป็นตำแหน่งของน้ำในแก้วซึ่งอยู่ต่ำจากผิวน้ำมากกว่าตำแหน่ง B ความดันของน้ำที่ ตำแหน่งใดมากกว่า เพราะเหตุใด (นักเรียนตอบตามความเข้าใจของตนเอง) อากาศ ภาพที่ 1 พื้นดิน • ข • ก ภาพที่ 2 น้ำ • B • A
294 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดังต่อไปนี้ • กิจกรรมนี้เกี่ยวกับเรื่องอะไร (การวัดความดันของของเหลว) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (สร้างอุปกรณ์วัดความดันของของเหลวและดำเนินการวัดความดันของของเหลว) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ทำอุปกรณ์วัดความดันของของเหลวโดยใส่ลูกแก้วและน้ำสีลงใน ลูกโป่ง แล้วครอบปากลูกโป่งด้วยจุกยางที่มีหลอดแก้วนำแก๊สเสียบอยู่ อภิปรายการทำงานของอุปกรณ์ วัดความดันของของเหลว จากนั้นวัดความดันของน้ำโดยสังเกตระดับน้ำสีในหลอดแก้วนำแก๊ส) ครูควรบันทึก ขั้นตอนการทำกิจกรรมโดยสรุปบนกระดาน • นักเรียนต้องสังเกตและรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (การเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำสีในหลอดแก้วนำแก๊สของอุปกรณ์ วัดความดันของของเหลวเมื่อจุ่มลงในภาชนะบรรจุน้ำ) 2. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับการทำงานของอุปกรณ์วัดความดันของของเหลวโดยครูให้คำปรึกษา จากนั้นให้ แต่ละกลุ่มดำเนินการวัดความดันของของเหลวโดยจุ่มอุปกรณ์ในน้ำ โดยครูให้คำแนะนำถ้านักเรียนมีข้อสงสัย นอกจากนี้ครูควรรวบรวมข้อมูลจากการทำกิจกรรมของนักเรียน เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการอภิปรายภายหลัง การทำกิจกรรม 3. นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันสรุปผลของกิจกรรม โดยใช้ คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า เมื่อมีแรงกระทำต่ออุปกรณ์วัดความดันของ ของเหลว น้ำสีในลูกโป่งจะถูกบีบ ทำให้ระดับน้ำสีในหลอดแก้วนำแก๊สสูงขึ้น และเมื่ออุปกรณ์วัดความดันของ ของเหลวจมในน้ำจะมีแรงที่น้ำกระทำต่อลูกโป่งในทุกทิศทาง ทำให้ระดับน้ำสีในหลอดแก้วนำแก๊สสูงขึ้น ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที) ระหว่างการทำกิจกรรม (15 นาที) หลังการทำกิจกรรม (10 นาที) กิจกรรมที่ 4.8 ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อความดันของของเหลว ตอนที่ 1 อุปกรณ์วัดความดันของของเหลว
295 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดังต่อไปนี้ • กิจกรรมนี้เกี่ยวกับเรื่องอะไร (ปัจจัยที่มีผลต่อความดันของของเหลว) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อย่างไร (ออกแบบการทดลองและทดลองด้วยวิธีที่เหมาะสมเพื่อหาปัจจัยที่มีผลต่อ ความดันของของเหลว) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อความดันของของเหลว จากนั้นเลือกศึกษาปัจจัยใดปัจจัยหนึ่ง ตั้งสมมติฐาน ระบุตัวแปร ออกแบบการทดลอง และดำเนินการทดลอง เพื่อตรวจสอบสมมติฐานแล้วนำเสนอ พร้อมทั้งอภิปรายการทดลองร่วมกัน) ครูควรบันทึกขั้นตอนการทำกิจกรรม โดยสรุปบนกระดาน • นักเรียนต้องสังเกตและรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (การเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำสีในหลอดแก้วนำแก๊สของอุปกรณ์ วัดความดันของของเหลวเมื่อจุ่มอุปกรณ์นี้ลงในภาชนะบรรจุของเหลวที่ระดับความลึกต่าง ๆ หรือจุ่มในภาชนะ บรรจุของเหลวชนิดต่าง ๆ ที่ระดับความลึกเดียวกัน) 2. ให้นักเรียนทั้งห้องทำกิจกรรม โดยร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อความดันของของเหลว โดยครูให้คำปรึกษา จากนั้นให้แต่ละกลุ่มเลือกสำรวจตรวจสอบปัจจัยเพียง 1 ปัจจัยพร้อมตั้งสมมติฐาน ระบุตัวแปรต้น ตัวแปรตาม และ ตัวแปรควบคุม รวมทั้งออกแบบวิธีทดลองและดำเนินการทดลอง โดยครูให้คำแนะนำถ้านักเรียนมีข้อสงสัย นอกจากนี้ครูควรรวบรวมข้อมูลจากการทำกิจกรรมของนักเรียน เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการอภิปรายภายหลังการ ทำกิจกรรม 3. นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันสรุปผลของกิจกรรมโดยใช้ คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า ปัจจัยที่มีผลต่อความดันของของเหลว ได้แก่ ระดับความลึกและความหนาแน่นของของเหลว ตอนที่ 2 ปัจจัยที่มีผลต่อความดันของของเหลว ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที) ระหว่างการทำกิจกรรม (15 นาที) หลังการทำกิจกรรม (10 นาที)
296 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความดันของของเหลว โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 201 ตอบคำถามระหว่างเรียน จากนั้นร่วมกันอภิปราย เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า ความดันของของเหลวขึ้นอยู่ กับความลึกของผิวของเหลว โดยยิ่งลึกลงไปความดันยิ่งมากขึ้น นอกจากนี้ความดันของของเหลว ยังขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของของเหลว โดยของเหลวที่มีความหนาแน่นมากจะมีความดันมาก เฉลยคำถามระหว่างเรียน • นักเรียนคิดว่าที่ระดับความลึกเดียวกัน น้ำทะเลกับน้ำในแม่น้ำจะมีความดันเหมือนหรือต่างกันอย่างไร แนวคำตอบ น้ำทะเลและน้ำในแม่น้ำที่ระดับความลึกเดียวกันจะมีความดันต่างกัน โดยน้ำทะเลจะมีความดัน มากกว่า เพราะน้ำทะเลมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำในแม่น้ำ 5. ให้นักเรียนศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องมือวัดความดันของของเหลวและการนำความรู้เรื่องความดันไปใช้ประโยชน์ โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 202-204 ตอบคำถามระหว่างเรียน และอภิปรายคำตอบร่วมกัน จากนั้นอ่าน เกร็ดน่ารู้เกี่ยวกับเรื่องการออกแบบสร้างยานดำน้ำเพื่อดำลงไปยังจุดที่ลึกที่สุดของโลกที่เรียกว่า Challenger deep เฉลยคำถามระหว่างเรียน • อาคารสูง 5 ชั้น ติดตั้งแทงค์น้ำประปาอยู่บนดาดฟ้า เมื่อปล่อยน้ำลงมาตามท่อไปยังชั้นต่าง ๆ นักเรียน คิดว่าน้ำที่ไหลจากก๊อกน้ำชั้นใดจะแรงที่สุด แนวคำตอบ น้ำที่ไหลออกจากก๊อกน้ำของชั้นที่ 1 จะแรงที่สุด เพราะน้ำในท่อส่งน้ำที่อยู่ด้านล่างจะมีความดัน สูงสุดเนื่องจากชั้นล่างอยู่ต่ำจากระดับผิวน้ำในแทงค์มากที่สุด 6. ถ้าพบว่านักเรียนมีแนวคิดคลาดเคลื่อนเกี่ยวกับเรื่องนี้จากการตอบคำถามก่อนเรียน ระหว่างเรียน หรืออาจตรวจสอบ โดยใช้กลวิธีอื่น ๆ ให้ครูแก้ไขแนวคิดคลาดเคลื่อนนั้นให้ถูกต้อง เช่น แนวคิดคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง ความดันของน้ำขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำ โดยน้ำที่มี ปริมาณมากจะมีความดันมาก (Kiray et al., 2015) ความดันของน้ำไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำ แต่ขึ้นอยู่กับ ความลึกจากผิวน้ำ และความหนาแน่นของของเหลว 8. เชื่อมโยงไปสู่เรื่องแรงพยุงของของเหลว โดยใช้คำถามให้นักเรียนร่วมกันอภิปราย เช่น • ปลาว่ายขึ้นลงในน้ำได้อย่างไร • ทำไมเรือจึงลอยน้ำได้ http://ipst.me/9871
297 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนสังเกตภาพนำเรื่องแรงพยุงของ ของเหลว อ่านเนื้อหานำเรื่องและคำสำคัญ จากนั้นร่วมกันอภิปราย โดยอาจใช้คำถามดังนี้ • ทำไมบ้านลอยน้ำจึงสามารถลอยน้ำได้ (นักเรียนตอบตามความเข้าใจของตนเอง) • ถ้าฝนตกหนักระดับน้ำสูงขึ้น น้ำจะท่วมเข้า บ้านลอยน้ำหรือไม่ (นักเรียนตอบตามความ เข้าใจของตนเอง) 2. กระตุ้นความสนใจของนักเรียนเพื่อนำเข้าสู่ เรื่องแรงพยุงของของเหลวโดยปั้นดินน้ำมัน เป็นก้อนกลม แล้วให้นักเรียนคาดคะเนว่า ถ้าปล่อยมือ ดินน้ำมันจะจมน้ำหรือไม่ และมีวิธี ทำให้ดินน้ำมันลอยน้ำได้หรือไม่ อย่างไร โดยครู อาจสุ่มนักเรียนให้สาธิตการทำให้ดินน้ำมัน ลอยน้ำ แล้วร่วมกันอภิปรายว่าทำไมจึงเป็น เช่นนั้น (นักเรียนตอบตามความเข้าใจของ ตนเอง) 3. ให้นักเรียนทำกิจกรรมทบทวนความรู้ก่อนเรียน เพื่อประเมินความรู้พื้นฐานของนักเรียนเกี่ยวกับ แรงที่น้ำกระทำต่อของเหลว หากพบว่านักเรียน ยังมีความรู้พื้นฐานไม่ถูกต้อง ครูควรทบทวนหรือ แก้ไขความเข้าใจผิดของนักเรียน เพื่อให้นักเรียน มีความรู้พื้นฐานที่ถูกต้องและเพียงพอที่จะเรียน เรื่องแรงพยุงของของเหลวต่อไป ความรู้เพิ่มเติมสำหรับครู ภาพบ้านลอยน้ำออกแบบโดยทีมวิศวกรของบริษัท Water studio วัสดุที่ใช้เป็นคอนกรีตเสริมสไตโรโฟม ซึ่งเป็นวัสดุที่มี น้ำหนักเบา ทนทาน ทนความร้อน และกันน้ำได้ดี เรื่องที่ 4 แรงพยุงของของเหลว
298 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยทบทวนความรู้ก่อนเรียน 1. แผนภาพในข้อใดแสดงแรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุที่อยู่ในของเหลวได้อย่างถูกต้อง แนวคำตอบ ข้อที่ถูกคือ ข้อ 2 6 และ 8 เพราะของเหลวมีแรงกระทำต่อวัตถุทุกทิศทางและตั้งฉากกับผิววัตถุที่ สัมผัสของเหลวนั้น โดยที่ระดับความลึกมากขึ้น ความดันหรือแรงที่ของเหลวกระทำต่อพื้นที่หนึ่งหน่วยจะมากขึ้น และที่ระดับความลึกเดียวกับความดันของของเหลวจะมีค่าเท่ากัน 2. จากภาพ เขียนแผนภาพแทนแรงที่กระทำต่อดินน้ำมันที่แขวนนิ่งกับเครื่องชั่งสปริง และระบุว่าเป็นแรงอะไร แนวคำตอบ เมื่อพิจารณาที่ดินน้ำมัน แรงที่กระทำต่อดินน้ำมันมี2 แรง คือแรงที่โลกดึงดูดดินน้ำมันหรือน้ำหนัก ของดินน้ำมัน แรงนี้มีทิศลงในแนวดิ่ง และแรงที่เครื่องชั่งสปริงดึงดินน้ำมันขึ้น แรงนี้มีทิศขึ้นในแนวดิ่ง เขียนแผนภาพ ได้ดังรูป แรงที่เครื่องชั่งสปริงดึงดินน้ำมัน น้ำหนักของดินน้ำมัน (แรงที่โลกดึงดูดดินน้ำมัน)
299 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4. ตรวจสอบความรู้เดิมเกี่ยวกับแรงพยุงของของเหลวของนักเรียนโดยทำกิจกรรมรู้อะไรบ้างก่อนเรียน ซึ่งนักเรียน สามารถเขียนและวาดภาพได้ตามความเข้าใจของตนเองโดยครูไม่เฉลยคำตอบ ครูควรรวบรวมแนวคิดคลาดเคลื่อนที่ พบเพื่อนำไปใช้ในการวางแผนการจัดการเรียนรู้และแก้ไขแนวคิดเหล่านั้นให้ถูกต้อง 5. ให้นักเรียนอ่านเนื้อหาเกี่ยวกับแรงพยุงของของเหลว ร่วมกันอภิปรายเพื่อนำเข้าสู่กิจกรรมที่ 4.9 แรงพยุงของ ของเหลวเป็นอย่างไร โดยอาจใช้คำถามดังนี้ • คำว่าพยุงมีความหมายว่าอะไร (นักเรียนตอบตามความเข้าใจของตนเอง) • แรงพยุงควรมีทิศทางใด (นักเรียนตอบตามความเข้าใจของตนเอง) ตัวอย่างแนวคิดคลาดเคลื่อนที่อาจพบในเรื่องนี้ • เมื่อวัตถุจมมิดทั้งก้อนในของหลวแล้ว ถ้าวัตถุจมลึกลงไปอีก แรงพยุงของของเหลวจะเพิ่มขึ้นอีก(Kiray et al., 2015) • วัตถุที่ลอยน้ำได้ เพราะน้ำหนักวัตถุน้อยกว่าแรงพยุงของน้ำ (Kiray et al., 2015)
300 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดังต่อไปนี้ • กิจกรรมนี้เกี่ยวกับเรื่องอะไร (แรงพยุงของของเหลว) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (วิเคราะห์และอธิบายขนาดและทิศทางของแรงพยุงของของเหลว และเขียน แผนภาพแสดงแรงพยุงของของเหลว) • วิธีการดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (แขวนดินน้ำมันกับเครื่องชั่งสปริง อ่านค่าของแรงบนเครื่องชั่ง สปริงเมื่อดินน้ำมันอยู่นิ่ง เมื่อใช้มือพยุงดินน้ำมัน และเมื่อดินน้ำมันจมมิดในน้ำ พร้อมวาดแผนภาพแสดงแรงที่ กระทำต่อดินน้ำมันทั้ง 3 สถานการณ์) ครูควรบันทึกขั้นตอนการทำกิจกรรมโดยสรุปบนกระดาน • นักเรียนต้องสังเกตและรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ขนาดของแรงที่อ่านจากใช้เครื่องชั่งสปริงเมื่อดินน้ำมันอยู่นิ่งใน อากาศ เมื่อใช้มือพยุงดินน้ำมันในอากาศ และเมื่อดินน้ำมันจมมิดในน้ำ) 2. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มลงมือทำกิจกรรม โดยครูควรเดินสังเกตการทำกิจกรรมของนักเรียนแต่ละกลุ่ม เพื่อให้คำแนะนำ ถ้านักเรียนมีข้อสงสัย และครูควรรวบรวมข้อมูลในการทำกิจกรรมของนักเรียน เพื่อใช้ประกอบการอภิปรายหลังการ ทำกิจกรรม 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันสรุปผลของกิจกรรม โดยอาจ ใช้คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า เมื่อวัตถุอยู่ในน้ำจะมีแรงพยุงจากน้ำกระทำใน ทิศขึ้นตามแนวดิ่ง ทำให้ค่าที่อ่านได้จากเครื่องชั่งสปริงเมื่อชั่งน้ำหนักวัตถุในน้ำมีค่าน้อยกว่าเมื่อชั่งวัตถุในอากาศ 4. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงพยุงของของเหลว โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 208 ตอบคำถาม ระหว่างเรียน และร่วมกันอภิปรายสรุปเกี่ยวกับแรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุ เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า เมื่อวัตถุอยู่ใน ของเหลว ของเหลวมีแรงกระทำต่อวัตถุในทุกทิศทาง แต่แรงลัพธ์ที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุมีทิศขึ้นตามแนวดิ่ง ซึ่งแรงนี้คือ แรงพยุงของของเหลว โดยขนาดของแรงที่ของเหลวพยุงวัตถุมีค่าเท่ากับผลต่างของค่าของแรงที่อ่านได้ เมื่อชั่งวัตถุในอากาศและในของเหลว ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที) ระหว่างการทำกิจกรรม (20 นาที) หลังการทำกิจกรรม (15 นาที) กิจกรรมที่ 4.9 แรงพยุงของของเหลวเป็นอย่างไร http://ipst.me/9476
301 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เฉลยคำถามระหว่างเรียน • วัตถุที่อยู่ในอากาศจะมีแรงพยุงจากอากาศกระทำต่อวัตถุนั้นเช่นเดียวกับของเหลวหรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ วัตถุที่อยู่ในอากาศจะมีแรงพยุงจากอากาศกระทำต่อวัตถุเช่นเดียวกับแรงพยุงของของเหลว เนื่องจากอากาศมีแรงกระทำต่อวัตถุในทุกทิศทางเช่นกัน และขนาดของแรงที่อากาศกระทำต่อวัตถุจะลดลง ตามระดับความสูง ทำให้แรงลัพธ์ที่อากาศกระทำต่อวัตถุมีทิศขึ้นเช่นเดียวกับแรงพยุงของของเหลว 5. นำเข้าสู่การทำกิจกรรมที่ 4.10 ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อขนาดของแรงพยุงของของเหลว โดยอาจยกสถานการณ์ที่ คนสามารถลอยอยู่ในทะเลสาบเดดซี(Dead Sea) และให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายว่า เป็นเพราะเหตุใด โดยครูยังไม่ เฉลยคำตอบ
302 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดังต่อไปนี้ • กิจกรรมนี้เกี่ยวกับเรื่องอะไร (ปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงพยุงของของเหลว) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (วิเคราะห์และอธิบายปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงพยุงของของเหลว) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ตอนที่ 1 ปั้นดินน้ำมันเป็นแท่งสี่เหลี่ยมหรือทรงกระบอก ผูกด้วย เชือกแล้วเกี่ยวกับเครื่องชั่งสปริง อ่านค่าของแรงบนเครื่องชั่งสปริงเมื่อถือเครื่องชั่งให้นิ่งในอากาศและเมื่อถือ เครื่องชั่งให้นิ่งในขณะที่ดินน้ำมันจมลงในน้ำเป็น 1 4 ⁄ 1 2 ⁄ 3 4 ⁄ ของแท่งดินน้ำมัน จมมิดทั้งก้อน และจมต่อไปอีก จนเกือบถึงก้นภาชนะ และหาค่าของแรงพยุงของน้ำ) ครูควรบันทึกขั้นตอนการทำกิจกรรมโดยสรุปบนกระดาน • นักเรียนต้องสังเกตและรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ตอนที่ 1 ขนาดของแรงที่อ่านจากใช้เครื่องชั่งสปริงเมื่อดินน้ำมัน อยู่นิ่งในอากาศ เมื่อดินน้ำมันจมลงในน้ำเป็น 1 4 ⁄ 1 2 ⁄ 3 4 ⁄ ของแท่งดินน้ำมัน เมื่อดินน้ำมันจมมิดทั้งก้อน และ เมื่อดินน้ำมันจนต่อไปจนเกือบถึงก้นภาชนะ และหาค่าของแรงพยุงของน้ำ) 2. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มลงมือทำกิจกรรม โดยครูควรเดินสังเกตการทำกิจกรรมของนักเรียนแต่ละกลุ่ม เพื่อให้คำแนะนำ ถ้านักเรียนมีข้อสงสัยในการทำกิจกรรมนี้ ซึ่งครูควรแนะนำให้นักเรียนระวังไม่ให้ดินน้ำมันสัมผัสข้างภาชนะหรือ ก้นภาชนะเวลาชั่ง และครูควรรวบรวมข้อมูลในการทำกิจกรรมของนักเรียน เพื่อใช้ประกอบการอภิปรายหลังการทำ กิจกรรม 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมสรุปผลการทำกิจกรรมโดยอาจใช้ คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า แรงพยุงของของเหลวจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่ กับปริมาตรของวัตถุส่วนจม โดยแรงพยุงของของเหลวจะมีค่ามาก ถ้าปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมมีค่ามาก ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที) ระหว่างการทำกิจกรรม (25-30 นาที) กิจกรรมที่ 4.10 ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อขนาดของแรงพยุงของของเหลว ตอนที่ 1 ขนาดของแรงพยุงเมื่อวัตถุมีปริมาตรส่วนที่จมในของเหลวต่างกัน หลังการทำกิจกรรม (15 นาที) http://ipst.me/9528
303 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แนวการจัดการเรียนรู้ครูดำเนินการดังนี้ 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดังต่อไปนี้ • กิจกรรมนี้เกี่ยวกับเรื่องอะไร (ปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงพยุงของของเหลว) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (วิเคราะห์และอธิบายปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของแรงพยุงของของเหลว) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (ชั่งดินน้ำมันทั้งก้อนในน้ำ และคาดการณ์ค่าที่อ่านได้ เมื่อเติมเกลือใน ปริมาณต่าง ๆ เปรียบเทียบกับค่าของแรงที่อ่านได้ในตอนที่ 1 เมื่อดินน้ำมันจมทั้งก้อน ทำกิจกรรมตรวจสอบ การพยากรณ์พร้อมหาค่าแรงพยุงของของเหลว) ครูควรบันทึกขั้นตอนการทำกิจกรรมโดยสรุปบนกระดาน • นักเรียนต้องสังเกตและรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ขนาดของแรงที่อ่านจากใช้เครื่องชั่งสปริงเมื่อดินน้ำมันจมมิดทั้ง ก้อนในน้ำ เมื่อดินน้ำมันจมมิดทั้งก้อนในน้ำเกลือที่มีความเข้มข้นน้อย และเมื่อดินน้ำมันจมมิดทั้งก้อนในน้ำเกลือที่ มีความเข้มข้นมาก) 2. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มลงมือทำกิจกรรม โดยครูควรเดินสังเกตการทำกิจกรรมของนักเรียนแต่ละกลุ่ม เพื่อให้คำแนะนำ ถ้านักเรียนมีข้อสงสัยในการทำกิจกรรมนี้ ซึ่งครูควรแนะนำให้นักเรียนระวังไม่ให้ดินน้ำมันสัมผัสข้างภาชนะหรือ ก้นภาชนะเวลาชั่ง และครูควรรวบรวมข้อมูลในการทำกิจกรรมของนักเรียน เพื่อใช้ประกอบการอภิปรายหลังการทำ กิจกรรม 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมสรุปผลการทำกิจกรรมโดยอาจใช้ คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า แรงพยุงของของเหลวจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่ กับความหนาแน่นของของเหลวที่วัตถุนั้นจมอยู่ โดยแรงพยุงของของเหลวจะมีค่ามาก ถ้าความหนาแน่นของ ของเหลวมีค่ามาก 4. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงพยุงของของเหลว โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 210-211 ตอบคำถาม ระหว่างเรียนและร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับแรงพยุงของของเหลว เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า ปัจจัยที่มีผลต่อขนาดของ แรงพยุงของของเหลว คือ ปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมในของเหลวและความหนาแน่นของของเหลว หลังการทำกิจกรรม (10 นาที) ระหว่างการทำกิจกรรม (25-30 นาที) ตอนที่ 2 ขนาดของแรงพยุงของของเหลวในของเหลวที่มีความหนาแน่นต่างกัน ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที)
304 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หน่วยที่ 4 | การเคลื่อนที่และแรง คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 5. ถ้าพบว่านักเรียนมีแนวคิดคลาดเคลื่อนเกี่ยวกับเรื่องนี้ จากการตอบคำถามก่อนเรียน ระหว่างเรียน หรืออาจ ตรวจสอบโดยใช้กลวิธีอื่น ๆ ให้ครูแก้ไขแนวคิดคลาดเคลื่อนนั้นให้ถูกต้อง เช่น เฉลยคำถามระหว่างเรียน • ถ้าวัตถุที่มีปริมาตรเท่ากันจมมิดในน้ำเกลือและน้ำเชื่อมที่มีความหนาแน่นเท่ากัน แรงพยุงของของเหลว ทั้งสองจะเท่ากันหรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ เมื่อวัตถุที่มีปริมาตรเท่ากันจมมิดในน้ำเกลือและน้ำเชื่อมที่มีความหนาแน่นเท่ากัน แรงพยุงของ ทั้งน้ำเกลือและน้ำเชื่อมจะเท่ากัน เพราะแรงพยุงของของเหลวจะมีขนาดมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปริมาตรของ วัตถุส่วนจมและความหนาแน่นของของเหลว ในที่นี้ปริมาตรของวัตถุส่วนที่จมเท่ากันและความหนาแน่นของ ของเหลวก็เท่ากัน แรงพยุงของของเหลวจึงเท่ากันถึงแม้จะเป็นของเหลวคนละชนิดก็ตาม แนวคิดคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง เมื่อวัตถุจมมิดทั้งก้อนในของเหลวแล้ว ถ้าวัตถุ จมลึกลงไปอีกแรงพยุงของของเหลวจะเพิ่มขึ้น (Kiray et al., 2015) เมื่อวัตถุจมมิดทั้งก้อนในของเหลวแล้ว ถ้าวัตถุจมลึกลงไป อีก แรงพยุงของของเหลวจะเท่าเดิม เพราะปริมาตรของ วัตถุส่วนที่จมเท่าเดิมไม่ว่าจมลึกลงไปเท่าใดก็ตาม 6. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการจมการลอยของวัตถุ โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหน้า 212-214 ตอบคำถาม ระหว่างเรียน และร่วมกันอภิปราย เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า เมื่อแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเป็นศูนย์ นั่นคือ แรงพยุงของ ของเหลวจะมีขนาดเท่ากับน้ำหนักวัตถุ วัตถุนั้นจะลอยอยู่นิ่งในของเหลว ส่วนวัตถุที่จมลงไปในของเหลวเป็นเพราะ น้ำหนักของวัตถุมากกว่าแรงพยุงของของเหลว แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุจึงไม่เป็นศูนย์และมีทิศดิ่งลง ทำให้วัตถุจมลง ตามทิศทางของแรงลัพธ์ จากนั้นให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการนำความรู้เรื่องแรงพยุงของของเหลวไปใช้ ประโยชน์ เฉลยคำถามระหว่างเรียน • ถ้าเรือสำราญลำหนึ่งหนักหนึ่งล้านนิวตัน ลอยอยู่ในทะเลโดยตัวเรือมีส่วนที่จมลงไปในน้ำทะเลเป็น หนึ่งในสี่ของความสูงเรือ แรงพยุงของน้ำทะเลจะมีขนาดเป็นเท่าใด แนวคำตอบ เรือลอยอยู่ได้แสดงว่าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อเรือเป็นศูนย์ เพราะแรงพยุงของน้ำทะเลจะมีขนาด เท่ากับน้ำหนักของเรือ ดังนั้น แรงพยุงของน้ำทะเลเท่ากับหนึ่งล้านนิวตันด้วย