คู่มือครู สสวท.รายวิชาเพิ่มเติมฟิสิกส์ 5

สถาบันสงเสริมการสอนวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ คู่มือครูรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ฟ�สิกส� เล�ม ๕ ชั้นมัธยมศึกษาป�ที่ ๖ ๕ ๖ ฟิสิกส์ เล่ม คู่มือครูรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ตัวอักษรกรีก ราชบัณฑิตยสถาน ศัพท์คณิตศาสตร์ ฉบับราชบัณฑิตยสถาน พิมพ์ครั้งที่ ๙ แก้ไขเพิ่มเติม กรุงเทพ : ราชบัณฑิตยสถาน, ๒๕๔๙. ตัวอักษร เล็ก ตัวอักษร ใหญ่ ชื่อ ตัวอักษร เล็ก ตัวอักษร ใหญ่ ชื่อ alpha beta gamma delta epsilon zeta eta theta iota kappa lambda mu A B G D E Z H Q I K L M N X O P R S T U F C Y W n x o p r s t u f c y w a b g d,0 e z h q i k l m แอลฟา บีตา แกมมา เดลตา เอปไซลอน ซีตา อีตา ทีตา ไอโอตา แคปปา แลมบ์ดา มิว nu xi omicron pi rho sigma tau upsilon phi chi psi omega นิว ไซ โอไมครอน พาย โร ซิกมา เทา อิปไซลอน ฟาย, ฟี ไค ซาย โอเมกา ´ , ∂

คู่มือครู รายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ ชั้น มัธยมศึกษาปีที่ ๖ เล่ม ๕ ตามผลการเรียนรู้ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. ๒๕๖๐) ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช ๒๕๕๑ จัดทำ โดย สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ ตัวอักษรกรีก ราชบัณฑิตยสถาน ศัพท์คณิตศาสตร์ ฉบับราชบัณฑิตยสถาน พิมพ์ครั้งที่ ๙ แก้ไขเพิ่มเติม กรุงเทพ : ราชบัณฑิตยสถาน, ๒๕๔๙. ตัวอักษร เล็ก ตัวอักษร ใหญ่ ชื่อ ตัวอักษร เล็ก ตัวอักษร ใหญ่ ชื่อ alpha beta gamma delta epsilon zeta eta theta iota kappa lambda mu A B G D E Z H Q I K L M N X O P R S T U F C Y W n x o p r s t u f c y w a b g d,0 e z h q i k l m แอลฟา บีตา แกมมา เดลตา เอปไซลอน ซีตา อีตา ทีตา ไอโอตา แคปปา แลมบ์ดา มิว nu xi omicron pi rho sigma tau upsilon phi chi psi omega นิว ไซ โอไมครอน พาย โร ซิกมา เทา อิปไซลอน ฟาย, ฟี ไค ซาย โอเมกา ´ , ∂

คำานำา สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) ได้รับมอบหมายจากกระทรวง ศึกษาธิการในการพัฒนามาตรฐานและตัวชี้วัดของหลักสูตรกลุ่มสาระการเรียนรู้คณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี และยังมีบทบาทหน้าที่ในการรับผิดชอบเกี่ยวกับการจัดทำาหนังสือเรียน คู่มือครู แบบฝึกทักษะ กิจกรรม และสื่อการเรียนรู้ ตลอดจนวิธีการจัดการเรียนรู้และการวัดและประเมินผล เพื่อให้การจัดการเรียนรู้คณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ คู่มือครูรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ ๖ เล่ม ๕ นี้ จัดทำาขึ้นเพื่อประกอบการใช้หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ ๖ เล่ม ๕ โดยครอบคลุมเนื้อหาตามผลการเรียนรู้และสาระการเรียนรู้ กลุ่มสาระ การเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. ๒๕๖๐) ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษา ขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช ๒๕๕๑ ในสาระฟิสิกส์ โดยมีตารางวิเคราะห์ผลการเรียนรู้และสาระการ เรียนรู้ เพื่อการจัดทำาหน่วยการเรียนรู้ในรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มีแนวการ จัดการเรียนรู้ การให้ความรู้เพิ่มเติมที่จำาเป็นสำาหรับครูผู้สอน รวมทั้งการเฉลยคำาถามและแบบฝึกหัด ในหนังสือเรียน สสวท. หวังเป็นอย่างยิ่งว่า คู่มือครูเล่มนี้จะเป็นประโยชน์ต่อการจัดการเรียนรู้ และเป็นส่วน สำาคัญในการพัฒนาคุณภาพและมาตรฐานการศึกษา กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ขอขอบคุณผู้ทรงคุณวุฒิบุคลากรทางการศึกษาและหน่วยงานต่าง ๆ ที่มีส่วนเกี่ยวข้องในการจัดทำาไว้ ณ โอกาสนี้ (ศาสตราจารย์ชูกิจ ลิมปิจำานงค์) ผู้อำานวยการสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ

คำ ชี้แจง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) ได้จัดทำ ตัวชี้วัดและสาระการเรียนรู้ แกนกลาง กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. ๒๕๖๐) ตามหลักสูตรแกนกลาง การศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช ๒๕๕๑ โดยมีจุดเน้นเพื่อต้องการพัฒนาผู้เรียนให้มีความรู้ความสามารถที่ ทัดเทียมกับนานาชาติ ได้เรียนรู้วิทยาศาสตร์ที่เชื่อมโยงความรู้กับกระบวนการ ใช้กระบวนการสืบเสาะหา ความรู้และแก้ปัญหาที่หลากหลายมีการทำ กิจกรรมด้วยการลงมือปฏิบัติเพื่อให้ผู้เรียนได้ใช้ทักษะกระบวนการ ทางวิทยาศาสตร์ และทักษะแห่งศตวรรษที่ ๒๑ ซึ่งในปีการศึกษา ๒๕๖๑ เป็นต้นไป โรงเรียนจะต้องใช้หลักสูตร กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. ๒๕๖๐) สสวท. ได้มีการจัดทำ หนังสือเรียน ที่เป็นไปตามมาตรฐานหลักสูตรเพื่อให้โรงเรียนได้ใช้สำ หรับจัดการเรียนการสอนในชั้นเรียน และเพื่อให้ครู สามารถสอนและจัดกิจกรรมต่าง ๆ ตามหนังสือเรียนได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงได้จัดทำ คู่มือครูสำ หรับใช้ ประกอบหนังสือเรียนดังกล่าว คู่มือครูรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ ๖ เล่ม ๕ นี้ ได้บอกแนวการจัดการ เรียนการสอนตามเนื้อหาในหนังสือเรียนประกอบด้วยเรื่องแม่เหล็กและไฟฟ้า ความร้อนและแก๊ส ของแข็งและของไหล ซึ่งครูสามารถนำ ไปใช้เป็นแนวทางในการวางแผน การจัดการเรียนรู้ให้บรรลุจุดประสงค์ ที่ตั้งไว้ โดยสามารถนำ ไปจัดกิจกรรมการเรียนรู้ได้ตามความเหมาะสมและความพร้อมของโรงเรียน ในการจัดทำ คู่มือครูเล่มนี้ได้รับความร่วมมือเป็นอย่างดียิ่ง จากผู้ทรงคุณวุฒิ นักวิชาการอิสระ คณาจารย์ รวมทั้งครู นักวิชาการ จากทั้งภาครัฐและเอกชน จึงขอขอบคุณมา ณ ที่นี้ สสวท. หวังเป็นอย่างยิ่งว่า คู่มือครูรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ ๖ เล่ม ๕ นี้ จะเป็นประโยชน์แก่ผู้สอนและผู้ที่เกี่ยวข้องทุกฝ่าย ที่จะช่วยให้การจัดการศึกษาด้านวิทยาศาสตร์ได้ อย่างมีประสิทธิภาพ หากมีข้อเสนอแนะใดที่จะทำ ให้คู่มือครูเล่มนี้มีความสมบูรณ์ยิ่งขึ้น โปรดแจ้งสสวท. ทราบด้วย จะขอบคุณยิ่ง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ

คำ อธิบายรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ เล่ม ๕ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. ๒๕๖๐) ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ ๖ เวลา ๘๐ ชั่วโมง จำ นวน ๒ หน่วยกิต ศึกษาสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็ก โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำ กับขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านเมื่อ อยู่ในสนามแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ไฟฟ้ากระแสสลับ ความร้อน แก๊สอุดมคติ ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส ของแข็ง สภาพยืดหยุ่นของของแข็ง ความตึงผิว ความหนืดของของเหลว ความดัน ในของไหล แรงพยุง ของไหลอุดมคติสมการความต่อเนื่อง และสมการแบร์นูลีโดยใช้กระบวนการ ทางวิทยาศาสตร์การสืบเสาะหาความรู้การสืบค้นข้อมูล การสังเกต วิเคราะห์เปรียบเทียบ อธิบาย อภิปราย และสรุปเพื่อให้เกิดความรู้ความเข้าใจมีความสามารถในการตัดสินใจมีทักษะปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ รวมทั้งทักษะแห่งศตวรรษที่ ๒๑ ในด้านการใช้เทคโนโลยีสารสนเทศ ด้านการคิดและการแก้ปัญหา ด้านการสื่อสาร สามารถสื่อสารสิ่งที่เรียนรู้และนำ ความรู้ไปใช้ในชีวิตของตนเอง มีจิตวิทยาศาสตร์จริยธรรม คุณธรรม และค่านิยมที่เหมาะสม ผลการเรียนรู้ สังเกตและอธิบายเส้นสนามแม่เหล็ก อธิบายและคำ นวณฟลักซ์แม่เหล็กในบริเวณที่กำ หนด รวมทั้งสังเกต และอธิบายสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ เส้นตรงและโซเลนอยด์ อธิบายและคำ นวณแรงแม่เหล็กที่กระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็ก ที่กระทำ ต่อเส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและวางในสนามแม่เหล็ก รัศมีความโค้งของการเคลื่อนที่เมื่อประจุ เคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก รวมทั้งอธิบายแรงระหว่างเส้นลวดตัวนำ คู่ขนานที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน อธิบายหลักการทำงานของแกลแวนอมิเตอร์และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง รวมทั้งคำ นวณปริมาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง สังเกตและอธิบายการเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ กฎการเหนี่ยวนำ ของฟาราเดย์และคำ นวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมทั้งนำ ความรู้เรื่องอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ไปอธิบายการทำ งานของเครื่องใช้ไฟฟ้า อธิบายและคำ นวณความต่างศักย์อาร์เอ็มเอส และกระแสไฟฟ้าอาร์เอ็มเอส อธิบายหลักการทำ งานและประโยชน์ของเครื่องกำ เนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ๓ เฟส การแปลงอีเอ็มเอฟ ของหม้อแปลง และคำ นวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง อธิบายและคำ นวณความร้อนที่ทำ ให้สสารเปลี่ยนอุณหภูมิความร้อนที่ทำ ให้สสารเปลี่ยนสถานะ และ ความร้อนที่เกิดจากการถ่ายโอนตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ๑. ๒. ๓. ๔. ๕. ๖. ๗.

อธิบายกฎของแก๊สอุดมคติและคำ นวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง อธิบายแบบจำ ลองของแก๊สอุดมคติทฤษฎีจลน์ของแก๊ส และอัตราเร็วอาร์เอ็มเอสของโมเลกุลของแก๊ส รวมทั้งคำ นวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง อธิบายและคำ นวณงานที่ทำ โดยแก๊สในภาชนะปิดโดยความดันคงตัว และอธิบายความสัมพันธ์ระหว่าง ความร้อน พลังงานภายในระบบ และงาน รวมทั้งคำ นวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง และนำ ความรู้เรื่อง พลังงานภายในระบบไปอธิบายหลักการทำ งานของเครื่องใช้ในชีวิตประจำ วัน อธิบายสภาพยืดหยุ่นและลักษณะการยืดและหดตัวของวัสดุที่เป็นแท่งเมื่อถูกกระทำ ด้วยแรงค่าต่าง ๆ รวมทั้งทดลอง อธิบายและคำ นวณความเค้นตามยาว ความเครียดตามยาว และมอดุลัสของยัง และนำ ความรู้เรื่องสภาพยืดหยุ่นไปใช้ในชีวิตประจำ วัน อธิบายและคำ นวณความดันเกจ ความดันสัมบูรณ์ และความดันบรรยากาศ รวมทั้งอธิบายหลักการ ทำ งานของแมนอมิเตอร์บารอมิเตอร์และเครื่องอัดไฮดรอลิก ทดลอง อธิบายและคำ นวณขนาดแรงพยุงจากของไหล ทดลอง อธิบายและคำ นวณความตึงผิวของของเหลว รวมทั้งสังเกตและอธิบายแรงหนืดของของเหลว อธิบายสมบัติของของไหลอุดมคติ สมการความต่อเนื่อง และสมการแบร์นูลลี รวมทั้งคำ นวณปริมาณ ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง และนำ ความรู้เกี่ยวกับสมการความต่อเนื่องและสมการแบร์นูลลีไปอธิบายหลักการ ทำ งานของอุปกรณ์ต่าง ๆ รวมทั้งหมด ๑๕ ผลการเรียนรู้ ๘. ๙. ๑๐. ๑๑. ๑๒. ๑๓. ๑๔. ๑๕.

ข้อแนะนำ ทั่วไปในการใช้คู่มือครู วิทยาศาสตร์มีความเก่ียวข้องกับทุกคนทั้งในชีวิตประจำ วันและการงานอาชีพต่าง ๆ รวมทั้ง มีบทบาทสำ คัญในการพัฒนาผลผลิตต่าง ๆ ที่ใช้ในการอำ นวยความสะดวกทั้งในชีวิต และการทำ งาน นอกจากนี้วิทยาศาสตร์ยังช่วยพัฒนาวิธีคิดและทำ ให้มีทักษะที่จำ เป็นในการตัดสินใจและแก้ปัญหา อย่างเป็นระบบ  การจัดการเรียนรู้เพื่อให้นักเรียนมีความรู้และทักษะท่ีสำ คัญตามเป้าหมายของ การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์จึงมีความสำ คัญยิ่ง  ซึ่งเป้าหมายของการจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ มีดังนี้ 1. เพื่อให้เข้าใจหลักการและทฤษฎีที่เป็นพื้นฐานของวิชาวิทยาศาสตร์ 2. เพื่อให้เกิดความเข้าใจในลักษณะ ขอบเขต และข้อจำ กัดของวิทยาศาสตร์ 3. เพื่อให้เกิดทักษะท่ีสำ คัญในการศึกษาค้นคว้าและคิดค้นทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4. เพื่อพัฒนากระบวนการคิดและจินตนาการ ความสามารถในการแก้ปัญหาและการจัดการ ทักษะในการส่ือสารและความสามารถในการตัดสินใจ 5. เพื่อให้ตระหนักถึงความสัมพันธ์ระหว่างวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีมวลมนุษย์และ สภาพแวดล้อม ในเชิงที่มีอิทธิพลและผลกระทบซึ่งกันและกัน 6. เพื่อนำ ความรู้ความเข้าใจเรื่องวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไปใช้ให้เกิดประโยชน์ต่อ สังคมและการดำ รงชีวิตอย่างมีคุณค่า 7. เพื่อให้มีจิตวิทยาศาสตร์มีคุณธรรม จริยธรรม และค่านิยมในการใช้ความรู้ทาง วิทยาศาสตร์อย่างสร้างสรรค์ คู่มือครูเป็นเอกสารที่จัดทำ ขึ้นควบคู่กับหนังสือเรียน สำ หรับให้ครูได้ใช้เป็นแนวทาง ในการจัดการเรียนรู้เพ่ือให้นักเรียนได้รับความรู้และมีทักษะที่สำ คัญตามจุดประสงค์การเรียนรู้ ในหนังสือเรียน ซึ่งสอดคล้องกับผลการเรียนรู้ตามสาระการเรียนรู้ ส่งเสริมให้บรรลุเป้าหมายของ การจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ได้อย่างไรก็ตาม  ครูอาจพิจารณาดัดแปลงหรือเพ่ิมเติมการจัดการเรียนรู้ ให้เหมาะสมกับบริบทของแต่ละห้องเรียนได้โดยคู่มือครูมีองค์ประกอบหลักดังต่อไปนี้ ผลการเรียนรู้ ผลการเรียนรู้เป็นผลลัพท์ที่ควรเกิดกับนักเรียนทั้งด้านความรู้เเละทักษะ ซึ่งช่วยให้ครูได้ทราบ เป้าหมายของการจัดการเรียนรู้ในแต่ละเนื้อหาและออกแบบกิจกรรมการเรียนรู้ให้สอดคล้องกับ ผลการเรียนรู้ได้ทั้งนี้ครูอาจเพ่ิมเติมเนื้อหาหรือทักษะตามศักยภาพของนักเรียน รวมทั้งอาจสอดแทรก เนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับท้องถิ่น เพื่อให้นักเรียนมีความรู้ความเข้าใจมากขึ้นได้

การวิเคราะห์ผลการเรียนรู้ การวิเคราะห์ความรู้ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 จิตวิทยาศาสตร์ ที่เกี่ยวข้องในแต่ละผลการเรียนรู้ เพื่อใช้เป็นแนวทางในการจัดการเรียนรู้ ผังมโนทัศน์ แผนภาพที่เเสดงความสัมพันธ์ระหว่างความคิดหลัก ความคิดรอง และความคิดย่อย เพื่อช่วยให้ ครูเห็นความเชื่อมโยงของเนื้อหาภายในบทเรียน สรุปเเนวความคิดสำ คัญ การสรุปเนื้อหาสำ คัญของบทเรียน เพื่อช่วยให้ครูเห็นกรอบเนื้อหาทั้งหมด รวมทั้งลำ ดับของ เนื้อหาในบทเรียนนั้น เวลาที่ใช้ เวลาที่ใช้ในการจัดการเรียนรู้ ซึ่งครูอาจดำ เนินการตามข้อเสนอแนะที่กำ หนดไว้ หรืออาจปรับ เวลาได้ตามความเหมาะสมกับบริบทของแต่ละห้องเรียน ความรู้ก่อนเรียน คำ สำ คัญหรือข้อความที่เป็นความรู้พื้นฐาน ซึ่งนักเรียนควรมีก่อนที่จะเรียนรู้เนื้อหาใน บทเรียนนั้น การจัดการเรียนรู้ของแต่ละหัวข้อ การจัดการเรียนรู้ในเเต่ละข้ออาจมีองค์ประกอบเเตกต่างกัน โดยรายละเอียดเเต่ละองค์ประกอบ มีดังนี้ - จุดประสงค์การเรียนรู้ เป้าหมายของการจัดการเรียนรู้ที่ต้องการให้นักเรียนเกิดความรู้หรือทักษะหลังจากผ่าน กิจกรรมการเรียนรู้ในเเต่ละหัวข้อ ซึ่งสามารถวัดเเละประเมินผลได้ทั้งนี้ครูอาจตั้งจุดประสงค์ เพิ่มเติมจากที่ให้ไว้ตามความเหมาะสมกับบริบทของแต่ละห้องเรียน - ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น เนื้อหาที่นักเรียนอาจเกิดความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่พบบ่อย ซึ่งเป็นข้อมูลให้ครูได้พึงระวัง หรืออาจเน้นย้ำ ในประเด็นดังกล่าวเพื่อป้องกันการเกิดความเข้าใจที่คลาดเคลื่อนได้

- สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า สื่อการเรียนรู้ เช่น บัตรคำ คลิปวีดิทัศน์ หรือ วัสดุและอุปกรณ์ที่ต้องใช้ในการประกอบ การจัดการเรียนรู้ซึ่งครูควรเตรียมล่วงหน้าก่อนเริ่มการจัดการเรียนรู้ - แนวการจัดการเรียนรู้ แนวทางการจัดการเรียนรู้ที่สอดคล้องกับจุดประสงค์การเรียนรู้โดยมีการนำ เสนอทั้งใน ส่วนของเนื้อหาและกิจกรรมเป็นขั้นตอนอย่างละเอียด ทั้งนี้ครูอาจปรับหรือเพิ่มเติมกิจกรรม จากที่ให้ไว้ตามความเหมาะสมกับบริบทของแต่ละห้องเรียน - กิจกรรม การปฏิบัติที่ช่วยในการเรียนรู้เนื้อหาหรือฝึกฝนให้เกิดทักษะตามจุดประสงค์การเรียนรู้ของ บทเรียน โดยอาจเป็นการทดลอง การสาธิต การสืบค้นข้อมูล หรือกิจกรรมอื่นๆ ซึ่งควรให้ นักเรียนลงมือปฏิบัติด้วยตนเองโดยองค์ประกอบของกิจกรรมมีรายละเอียด ดังนี้ จุดประสงค์ เป้าหมายที่ต้องการให้นักเรียนเกิดความรู้หรือทักษะหลังจากผ่านกิจกรรมนั้น วัสดุและอุปกรณ์ รายการวัสดุ อุปกรณ์ หรือสารเคมีที่ต้องใช้ในการทำ กิจกรรม ซึ่งครูควรเตรียมให้เพียงพอ สำ หรับการจัดกิจกรรม สิ่งที่ครูต้องเตรียม ข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้าสำ หรับการจัดกิจกรรม เช่น การเตรียม สารละลายที่มีความเข้มข้นต่าง ๆ การเตรียมตัวอย่างสิ่งมีชีวิต ข้อเสนอแนะการทำ กิจกรรม ข้อมูลที่ให้ครูเเจ้งต่อนักเรียนให้ทราบถึงข้อระวัง ข้อควรปฏิบัติหรือข้อมูลเพิ่มเติมใน การทำ กิจกรรมนั้น ๆ ตัวอย่างผลการทำ กิจกรรม ตัวอย่างผลการทดลอง การสาธิต การสืบค้นข้อมูลหรือกิจกรรมอื่น ๆ เพื่อให้ครูใช้เป็นข้อมูล สำ หรับตรวจสอบผลการทำ กิจกรรมของนักเรียน

อภิปรายหลังการทำ กิจกรรม ตัวอย่างข้อมูลที่ควรได้จากการอภิปรายเเละสรุปผลการทำ กิจกรรม ซึ่งครูอาจใช้คำ ถาม ท้ายกิจกรรมหรือคำ ถามเพิ่มเติม เพื่อช่วยให้นักเรียนอภิปรายในประเด็นที่ต้องการรวมทั้ง ช่วยกระตุ้นให้นักเรียนช่วยกันคิดและอภิปรายถึงปัจจัยต่าง ๆที่ทำ ให้ผลของกิจกรรมเป็นไป ตามที่คาดหวัง หรืออาจไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง นอกจากนี้อาจมีข้อแนะนำ เพิ่มเติมสำ หรับครูความรู้เพิ่มเติมสำ หรับครูเพื่อให้ครูมีความรู้ ความเข้าใจในเรื่องนั้น ๆ เพิ่มขึ้น ซึ่งไม่ควรนำ ไปเพิ่มเติมให้กับนักเรียนเพราะเป็นส่วนเสริมจากเนื้อหาที่มี ในหนังสือเรียน - แนวการวัดและประเมินผล แนวทางการวัดและประเมินผลที่สอดคล้องกับจุดประสงค์การเรียนรู้  ซึ่งประเมินทั้งด้านความรู้ ทักษะกระบวนทางการวิทยาศาสตร์ทักษะเเห่งศตวรรษที่ 21 ประเมินจิตวิทยาศาสตร์ของ นักเรียนที่ควรเกิดขึ้นหลังจากได้เรียนรู้ในเเต่ละหัวข้อ ผลที่ได้จากการประเมินจะช่วยให้ครู ทราบถึงความสำ เร็จของการจัดการเรียนรู้รวมทั้งใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงและพัฒนา การเรียนรู้ให้เหมาะสมกับนักเรียน เครื ่องมือวัดและประเมินผลมีอยู่หลายรูปแบบ เช่น แบบทดสอบรูปแบบต่าง ๆ แบบประเมินทักษะ แบบประเมินคุณลักษณะด้านจิตวิทยาศาสตร์ซึ่งครูอาจเรียกใช้เครื่องมือ สำ หรับการวัดและประเมินผลจากเครื่องมือมาตรฐานที่มีผู้พัฒนาไว้ดัดเเปลงจากเครื่องมือ ที่ผู้อื่นทำ ไว้เเล้ว หรือสร้างเครื่องมือใหม่ขึ้นเอง ตัวอย่างเครื่องมือวัดและประเมินผล ดังภาคผนวก - แนวคำ ตอบคำ ถามตรวจสอบความเข้าใจ เเละเฉลยเบบฝึกหัด แนวคำ ตอบของคำ ถามตรวจสอบความเข้าใจ และเฉลยแบบฝึกหัดท้ายหัวข้อ ทั้งนี้ครูควรใช้ คำ ถามตรวจสอบความเข้าใจเรียนเพื่อตรวจสอบความรู้ความเข้าใจของนักเรียนก่อนเริ่ม เนื้อหาใหม่เพื่อให้สามารถปรับการการจัดการเรียนรู้ให้เหมาะสมต่อไป และให้แบบฝึกหัดเพื่อ ฝึกฝนทักษะการแก้ปัญหาและทักษะอื่น ๆ - เฉลยแบบฝึกหัดท้ายบท ประกอบด้วยแนวคำ ตอบของคำ ถามท้ายบทเรียนในหนังสือเรียน รวมทั้งเฉลยปัญหาและ เฉลยปัญหาท้าทาย ซึ่งครูควรใช้คำ ถามและปัญหาในแบบฝึกหัดท้ายบทในการตรวจสอบว่า หลังจากที่นักเรียนเรียนจบบทเรียนแล้ว นักเรียนยังขาดความรู้ความเข้าใจในเรื่องใดเพื่อให้ สามารถวางแผนการทบทวนหรือเน้นย้ำ เนื้อหาให้กับนักเรียนก่อนการทดสอบได้ ส่วนปัญหา ท้าทาย เป็นปัญหาสำ หรับนักเรียนที่มีศักยภาพสูง และต้องการโจทย์ท้าทายเพิ่มเติม

สารบัญ บทที่ เนื้อหา หน้า บทที่ 15 15 แม่เหล็กและไฟฟ้า ผลการเรียนรู้ การวิเคราะห์ผลการเรียนรู้ ผังมโนทัศน์แม่เหล็กและไฟฟ้า สรุปแนวความคิดสำ คัญ เวลาที่ใช้ ความรู้ก่อนเรียน 15.1 สนามแม่เหล็ก 15.1.1 เส้นสนามแม่เหล็ก 15.1.2 ฟลักซ์แม่เหล็ก 15.1.3 สนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้าผ่านเส้นลวด ตัวนำ 15.2 แรงแม่เหล็ก 15.2.1 แรงแม่เหล็กกระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า 15.2.2 แรงแม่เหล็กกระทำ ต่อลวดตัวนำ ที่มีกระแส ไฟฟ้าผ่าน 15.2.3 แรงระหว่างลวดตัวนำ ที่มีกระแสไฟฟ้า 15.3 โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำ ต่อขดลวดที่มีกระแส ไฟฟ้าผ่าน เมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก 15.3.1 โมเมนต์ของแรงคู่ควบ 15.3.2 แกลแวนอมิเตอร์ 15.3.3 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 15.4 กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ 15.4.1 กฎการเหนี่ยวนำ ของฟาราเดย์ 15.4.2 เครื่องกำ เนิดไฟฟ้า 15.4.3 การประยุกต์ใช้หลักการอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ 15.5 ไฟฟ้ากระแสสลับ 15.5.1 ค่ายังผลของความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้า ของไฟฟ้ากระแสสลับ 1 1 7 8 11 11 12 13 16 17 30 31 37 41 53 53 55 58 65 66 71 78 83 84

สารบัญ บทที่ เนื้อหา หน้า บทที่ 15-16 16 ความร้อนและแก๊ส ผลการเรียนรู้ การวิเคราะห์ผลการเรียนรู้ ผังมโนทัศน์ความร้อนและแก๊ส สรุปแนวความคิดสำ คัญ เวลาที่ใช้ ความรู้ก่อนเรียน 16.1 ความร้อน 16.1.1 อุณหภูมิ 16.1.2 ความจุความร้อนและความร้อนจำ เพาะ 16.1.3 ความร้อนแฝง 16.1.4 การถ่ายโอนความร้อนและสมดุลความร้อน 16.2 แก๊สอุดมคติ 16.2.1 แบบจำ ลองแก๊สอุดมคติ 16.2.2 กฎของแก๊สอุดมคติ 16.3 ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส 16.3.1 ความสัมพันธ์ระหว่างความดันและอัตราเร็ว อาร์เอ็มเอสของโมเลกุลของแก๊ส 16.3.2 ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานจลน์เฉลี่ยของ แก๊สกับอุณหภูมิ 16.3.3 ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็วอาร์เอ็มเอส ของโมเลกุลของแก๊สกับอุณหภูมิ 16.4 กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ 16.4.1 พลังงานภายในระบบ 16.4.2 งานที่ทำ โดยแก๊ส 16.4.3 กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ 135 135 139 140 142 142 143 143 150 151 153 158 159 159 162 163 164 165 168 169 169 170 15.5.2 การผลิตและการส่งไฟฟ้ากระแสสลับ เฉลยแบบฝึกหัดท้ายบทที่ 15 87 95

สารบัญ บทที่ เนื้อหา หน้า บทที่ 16-17 17 บทที่ เนื้อหา หน้า ของแข็งและของไหล ผลการเรียนรู้ การวิเคราะห์ผลการเรียนรู้ ผังมโนทัศน์ของแข็งและของไหล สรุปแนวความคิดสำ คัญ เวลาที่ใช้ ความรู้ก่อนเรียน 17.1 ของแข็งและสภาพยืดหยุ่นของของแข็ง 17.1.1 สภาพยืดหยุ่นของของแข็ง 17.1.2 ความเค้น ความเครียดของของแข็ง 17.1.3 มอดุลัสของยัง 17.1.4 การประยุกต์ใช้สภาพยืดหยุ่นในชีวิตประจำ วัน 17.2 ความตึงผิวและความหนืดของของเหลว 17.2.1 ความตึงผิวของของเหลว 17.2.2 ความหนืดของของเหลว 17.3 ของไหลสถิต 17.3.1 ความดันในของไหล 17.3.2 อุปกรณ์ที่ใช้วัดความดัน 17.3.3 แรงพยุงจากของไหล 17.4 พลศาสตร์ของของไหล 17.4.1 ของไหลอุดมคติ 17.4.2 สมการความต่อเนื่อง 17.4.3 สมการแบร์นูลี เฉลยแบบฝึกหัดท้ายบทที่ 17 217 217 223 224 226 226 227 227 229 231 235 238 238 245 250 250 257 259 264 264 265 265 269 16.4.4 การประยุกต์ของอุณหพลศาสตร์ เฉลยแบบฝึกหัดท้ายบทที่ 16 172 177

สารบัญ บทที่ เนื้อหา หน้า ภาคผนวก ภาคผนวก ตัวอย่างเครื่องมือวัดและประเมินผล แบบทดสอบ แบบประเมินทักษะ แบบประเมินคุณลักษณะด้านจิตวิทยาศาสตร์ การประเมินการนำ เสนอผลงาน บรรณานุกรม คณะกรรมการจัดทำ คู่มือครู 293 294 298 301 304 306 307

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี PB บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 1 1. สังเกตและอธิบายเส้นสนามแม่เหล็ก อธิบายและคำ นวณฟลักซ์แม่เหล็กในบริเวณที่กำ หนด รวมทั้งสังเกต และอธิบายสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ เส้นตรง และ โซเลนอยด์ 2. อธิบายและคำ นวณแรงแม่เหล็กที่กระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็กที่กระทำ ต่อเส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและวางในสนามแม่เหล็ก รัศมีความโค้งของ การเคลื่อนที่เมื่อประจุเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก รวมทั้งอธิบายแรงระหว่างเส้นลวด ตัวนำ คู่ขนานที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน 3. อธิบายหลักการทำ งานของแกลแวนอมิเตอร์และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง รวมทั้งคำ นวณ ปริมาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง 4. สังเกตและอธิบายการเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ กฎการเหนี่ยวนำ ของฟาราเดย์ และคำ นวณ ปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมทั้งนำ ความรู้เรื่องอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ไปอธิบายการทำ งานของ เครื่องใช้ไฟฟ้า 5. อธิบายและคำ นวณความต่างศักย์อาร์เอ็มเอส และกระแสไฟฟ้าอาร์เอ็มเอส 6. อธิบายหลักการทำ งานและประโยชน์ของเครื่องกำ เนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส การแปลง อีเอ็มเอฟของหม้อแปลง และคำ นวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง ผลการเรียนรู้ แม่เหล็กและไฟฟ้า ipst.me/11451 บทที่ 15

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 2 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 3 ทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 จิตวิทยาศาสตร์ 1. การสังเกต (การวางตัวของ เข็มทิศและผงเหล็ก) 2. การใช้จำ นวน (คำ นวณฟลักซ์ แม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก) 1. การสื่อสารสารสนเทศและ การรู้เท่าทันสื่อ(การอภิปราย ร่วมกันและการนำ เสนอผล) 2. ความร่วมมือการทำงานเป็น ทีมและภาวะผู้นำ - 2. อธิบายและคำ นวณแรงแม่เหล็กที่กระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็กที่กระทำ ต่อเส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านและวางในสนามแม่เหล็ก รัศมีความโค้งของ การเคลื่อนที่เมื่อประจุเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก รวมทั้งอธิบายแรงระหว่างเส้นลวดตัวนำ คู่ขนานที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายและคำ นวณแรงแม่เหล็กที่กระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง ผลการเรียนรู้ จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. สังเกตและอธิบายสนามแม่เหล็กและเส้นสนามแม่เหล็ก 2. อธิบายและคำ นวณฟลักซ์แม่เหล็กในบริเวณที่กำ หนด รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง 3. สังเกตและอธิบายสนามแม่เหล็กของลวดตัวนำ เส้นตรง ลวดตัวนำ วงกลม และโซเลนอยด์เมื่อ มีกระแสไฟฟ้าผ่าน 1. สังเกตและอธิบายเส้นสนามแม่เหล็ก อธิบายและคำ นวณฟลักซ์แม่เหล็กในบริเวณที่กำ หนดรวม ทั้งสังเกต และอธิบายสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ เส้นตรง และโซเลนอยด์ การวิเคราะห์ผลการเรียนรู้ ผลการเรียนรู้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 2 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 3 ทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 จิตวิทยาศาสตร์ 1. การตีความหมายข้อมูลและ การลงข้อสรุป (แรงแม่เหล็ก ที่กระทำ กับอนุภาคที่มีประจุ ไฟฟ้าและเส้นลวดตัวนำ ที่มี กระแสไฟฟ้าผ่าน) 2. การใช้จำ นวน (แรงแม่เหล็ก และแนวการเคลื่อนที่ของ อนุภาคภายใต้สนามแม่เหล็ก) 1. ความร่วมมือการทำงานเป็น ทีมและภาวะผู้นำ 1. ความอยากรู้อยากเห็น 2. ความรอบคอบ 3. อธิบายหลักการทำงานของแกลแวนอมิเตอร์และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง รวมทั้งคำ นวณปริมาณ ต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายและคำ นวณโมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำ ต่อขดลวดตัวนำ ที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน และวางในสนามแม่เหล็ก รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง 2. อธิบายหลักการทำ งานของแกลแวนอมิเตอร์ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง และคำ นวณ ปริมาณที่เกี่ยวข้อง ผลการเรียนรู้ 2. อธิบายและคำ นวณรัศมีความโค้งของอนุภาคมีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง 3. อธิบายและคำ นวณแรงแม่เหล็กที่กระทำ ต่อเส้นลวดตัวนำ ที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน และ วางในสนามแม่เหล็ก รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง 4. อธิบายแรงระหว่างลวดคู่ขนานที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 5 4. สังเกตและอธิบายการเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ กฎการเหนี่ยวนำ ของฟาราเดย์ และคำ นวณ ปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมทั้งนำ ความรู้เรื่องอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ไปอธิบายการทำ งานของ เครื่องใช้ไฟฟ้า จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. สังเกตและอธิบายการเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ โดยใช้กฎของฟาราเดย์ 2. อธิบายและหาทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ โดยใช้กฎของเลนซ์ 3. อธิบายการทำ งานของเครื่องกำ เนิดไฟฟ้า โดยใช้ความรู้เกี่ยวกับอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ 4. อธิบายการทำ งานของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ โดยใช้ความรู้เกี่ยวกับอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ผลการเรียนรู้ ทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 จิตวิทยาศาสตร์ 1. การใช้จำ นวน (โมเมนต์ของ แรงคู่ควบ) 1. การสื่อสารสารสนเทศและ การรู้เท่าทันสื่อ(การอภิปราย ร่วมกันและนำ เสนอผล มี การอ้างอิงแหล่งที่มาและ เปรียบเทียบความถูกต้อง ของข้อมูลจากแหล่งข้อมูล ที่ห ล า กห ล า ย ไ ด้ อ ย่ า ง สมเหตุสมผล) 2. ความร่วมมือการทำ งาน เป็นทีมและภาวะผู้นำ 1. ความอยากรู้อยากเห็น 2. ความรอบคอบ

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 4 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 5 ทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 จิตวิทยาศาสตร์ จิตวิทยาศาสตร์ 1. การใช้จำ นวน (ปริมาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับอีเอ็มเอฟ เหนี่ยวนำ ) 1. การใช้จำ นวน (ความต่างศักย์ อาร์เอ็มเอสและกระแสไฟฟ้า อาร์เอ็มเอส) 1. การสื่อสารสารสนเทศและ การรู้เท่าทันสื่อ(การอภิปราย ร่วมกันและนำ เสนอผล มี การอ้างอิงแหล่งที่มาและ เปรียบเทียบความถูกต้อง ของข้อมูลจากแหล่งข้อมูล ที่ห ล า กห ล า ย ไ ด้ อ ย่ า ง สมเหตุสมผล) 2. ความร่วมมือการทำ งาน เป็นทีมและภาวะผู้นำ 1. ความร่วมมือการทำ งาน เป็นทีมและภาวะผู้นำ 1. ความอยากรู้อยากเห็น 2. ความรอบคอบ - 5. อธิบายและคำ นวณความต่างศักย์อาร์เอ็มเอส และกระแสไฟฟ้าอาร์เอ็มเอส จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์กระแสไฟฟ้ากับเวลา ในรูปของฟังก์ชันแบบไซน์ ของไฟฟ้ากระแสสลับ 2. อธิบายและคำ นวณความต่างศักย์อาร์เอ็มเอสและกระแสไฟฟ้าอาร์เอ็ม ผลการเรียนรู้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 6 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 7 6. อธิบายหลักการทำ งานและประโยชน์ของเครื่องกำ เนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส การแปลง อีเอ็มเอฟของหม้อแปลง และคำ นวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายหลักการทำงานของเครื่องกำ เนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส และการส่งไฟฟ้ากระแสสลับ ไปตามบ้านเรือน 2. อธิบายหลักการทำ งานของหม้อแปลง และคำ นวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง ผลการเรียนรู้ ทักษะกระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 จิตวิทยาศาสตร์ 1. การใช้จำ นวน (ปริมาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับหม้อแปลง ไฟฟ้า) 1. การสื่อสารสารสนเทศและ การรู้เท่าทันสื่อ(การอภิปราย ร่วมกันและนำ เสนอผล มี การอ้างอิงแหล่งที่มาและ เปรียบเทียบความถูกต้อง ของข้อมูลจากแหล่งข้อมูล ที่ห ล า กห ล า ย ไ ด้ อ ย่ า ง สมเหตุสมผล) 2. ความร่วมมือการทำ งาน เป็นทีมและภาวะผู้นำ 1. ความอยากรู้อยากเห็น 2. ความรอบคอบ

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 6 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 7 ผังมโนทัศน์ แม่เหล็กและไฟฟ้า แม่เหล็ก ขั้วแม่เหล็ก สารแม่เหล็กและเข็มทิศ สนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็ก กฎของเลนซ์ แกลแวนอมิเตอร์ เครื่องกําเนิดไฟฟ้า ไฟฟ้ากระแสตรง ไฟฟ้ากระแสสลับ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เกี่ยวข้องกับ นําไปอธิบาย นําไปอธิบาย นําไปอธิบาย นําไปหา นําไปหา อธิบาย อธิบาย อธิบาย อธิบาย และคํานวณ การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ แม่เหล็กนําไปสู่ อธิบาย และคํานวณ นําไปสังเกตและอธิบาย นําไปสู่ แรงแม่เหล็กกระทําต่อ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า แรงแม่เหล็กกระทําต่อ ตัวนําที่มีกระแสไฟฟ้า แรงระหว่างลวดตัวนํา ขนานที่มีกระแสไฟฟ้า กฎการเหนี่ยวนํา ของฟาราเดย์ อีเอ็มเอฟ เหนี่ยวนํา ทิศทางของกระแสไฟฟ้า เหนี่ยวนํา การแปลงอีเอ็มเอฟ และหม้อแปลง การผลิตและการส่งไฟฟ้า กระแสสลับ ฟลักซ์แม่เหล็กและ ขนาดของสนามแม่เหล็ก การใช้หลักการอีเอ็มเอฟ เหนี่ยวนําของอุปกรณ์ไฟฟ้า นําไปอธิบาย และคํานวณ นําไปอธิบายและคํานวณ ปริมาณเกี่ยวกับ นําไปอธิบาย และคํานวณ นําไปสังเกต และอธิบาย รัศมีความโค้งของการ เคลื่อนที่ของอนุภาค ที่มีประจุไฟฟ้า สนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้า ผ่านลวดตัวนําและการหาทิศทาง ของสนามแม่เหล็ก โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทํา ต่อขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้า และอยู่ในสนามแม่เหล็ก ค่าอาร์เอมเอสของกระแสไฟฟ้า และความต่างศักย์ เส้นสนามแม่เหล็ก

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 8 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 9 สรุปแนวความคิดสำ คัญ เมื่อแขวนแท่งแม่เหล็กให้หมุนได้อย่างอิสระในแนวราบ แท่งแม่เหล็กจะวางตัวในแนวเหนือ-ใต้เสมอ โดยปลายที่ชี้ไปทางทิศเหนือเรียกว่าขั้วเหนือ และปลายที่ชี้ไปทางทิศใต้เรียกว่าขั้วใต้แท่งแม่เหล็กจะมี ขั้วเหนือและขั้วใต้เสมอ เมื่อนำ ขั้วแม่เหล็กเข้าใกล้กัน ขั้วเหมือนกันจะผลักกัน ขั้วต่างกันจะดึงดูดกัน สารที่ถูกแม่เหล็กดึงดูดได้เช่น เหล็ก นิกเกิล เรียกว่า สารแม่เหล็ก บริเวณที่มีแรงจากแท่งแม่เหล็ก กระทำ กับสารแม่เหล็กหรือเข็มทิศ เรียกว่าเป็นบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก และเรียกเส้นที่แสดงการเรียงตัว ของผงเหล็ก หรือแนวการวางตัวของเข็มทิศในสนามแม่เหล็กว่า เส้นสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะมีทิศทางออกจาก ขั้วเหนือเข้าสู่ขั้วใต้ของแท่งแม่เหล็กโดยไม่ตัดกัน บริเวณที่มีเส้นสนามแม่เหล็กหนาแน่น แสดงว่าเป็นบริเวณ ที่สนามแม่เหล็กมีค่ามาก ฟลักซ์แม่เหล็ก คือจำ นวนเส้นสนามแม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ที่พิจารณา อัตราส่วนระหว่างฟลักซ์แม่เหล็ก ต่อพื้นที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก คือขนาดของสนามแม่เหล็ก เขียนแทนได้ด้วยสมการ B A φ เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เส้นตรง จะเกิดสนามแม่เหล็กรอบลวดตัวนำ หาทิศทางของ สนามแม่เหล็กได้โดย ใช้นิ้วหัวแม่มือของมือขวาชี้ไปตามทิศทางของกระแสไฟฟ้า จากนั้นกำ มือขวารอบ ลวดตัวนำ เส้นตรง ทิศทางการวนของนิ้วทั้งสี่จะแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านโซเลนอยด์หรือลวดตัวนำ วงกลม จะเกิดสนามแม่เหล็กที่มีลักษณะคล้ายกับ สนามแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็ก หาทิศทางของสนามแม่เหล็กภายในโซเลนอยด์ได้โดยใช้มือขวา วนนิ้วทั้ง สี่ไปตามทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวดตัวนำ นิ้วหัวแม่มือจะชี้ทิศทางของสนามแม่เหล็ก เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า +q เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v ทำ มุม θ กับสนามแม่เหล็ก B จะมีขนาด ของแรงแม่เหล็กกระทำ ต่ออนุภาค ตามสมการ F = qvBsinθ ทิศทางของแรงแม่เหล็ก หาได้โดยใช้มือขวา ชี้นิ้วทั้งสี่ไปตามทิศทางของความเร็ว แล้ววนนิ้วทั้งสี่ไปหาทิศทางสนามแม่เหล็กนิ้วหัวแม่มือจะชี้ทิศทาง ของแรงแม่เหล็กซึ่งตั้งฉากกับความเร็วและสนามแม่เหล็ก หากเป็นประจุลบแรง ที่กระทำ ต่อประจุลบจะมี ทิศทางตรงข้ามกับทิศทางของนิ้วหัวแม่มือ กรณีที่อนุภาคเคลื่อนที่อยู่ในสนามแม่เหล็กโดยทิศทางความเร็ว ของอนุภาคตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก อนุภาคจะเคลื่อนที่แบบวงกลมในสนามแม่เหล็ก โดยมีรัศมีความโค้ง ของการเคลื่อนที่ r ตามสมการ qB mv r ลวดตัวนำ เส้นตรงมีกระแสไฟฟ้าผ่าน I วางทำ มุม θ กับสนามแม่เหล็ก B โดยมีความยาวของลวด ตัวนำ L ที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงกระทำ กับลวดตัวนำ ด้วยขนาด F = ILBsinθ หาทิศทางของแรง โดยใช้มือขวา ชี้นิ้วทั้งสี่ไปตามทิศทางของกระแสไฟฟ้า แล้ววนนิ้วทั้งสี่ไปหาทิศทางสนามแม่เหล็ก นิ้วหัวแม่มือ จะชี้ทิศทางของแรงซึ่งตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวดตัวนำ

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 8 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 9 ลวดตัวนำ สองเส้นวางขนานกัน จะมีแรงกระทำ ระหว่างลวดตัวนำ ทั้งสองเมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่าน โดย ดึงดูดกันถ้ากระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ ทั้งสองมีทิศทางเดียวกัน แต่ผลักกันถ้ากระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ ทั้งสอง มีทิศทางตรงข้ามกัน เมื่อนำ ขดลวดตัวนำ จำ นวน N รอบ ซึ่งมีพื้นที่หน้าตัด A วางในสนามแม่เหล็ก และมีกระแสไฟฟ้า I ผ่าน โดยระนาบของขดลวดทำ มุม θ กับสนามแม่เหล็ก B จะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำ ต่อขดลวด มีขนาดเป็น M = NIABcosθ แกลแวนอมิเตอร์เป็นเครื่องวัดทางไฟฟ้า ประกอบด้วยขดลวดสี่เหลี่ยมที่ติดเข็มชี้และหมุนได้คล่อง อยู่ในสนามแม่เหล็ก เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่าน ขดลวดจะหมุนพร้อมกับเข็มชี้เบนไป และมอเตอร์ไฟฟ้า กระแสตรงเป็นเครื่องมือเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ประกอบด้วยขดลวดพันอยู่กับแกนซึ่ง หมุนได้คล่อง และอยู่ในสนามแม่เหล็กเมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่าน ขดลวดจะหมุนต่อเนื่องรอบแกน การทำ งาน แกลแวนอมิเตอร์และมอเตอร์ไฟฟ้าใช้หลักโมเมนต์แรงคู่ควบของขดลวดที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก และมี กระแสไฟฟ้าผ่าน เมื่อมีฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลง Δφ B ตัดขดลวดตัวนำ จะเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ε B t ∆φ ∆ ในขดลวด − ตัวนำ นั้น เท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดตัวนำ นั้น เมื่อเทียบกับเวลา อธิบาย ได้โดยกฎการเหนี่ยวนำ ของฟาราเดย์ เขียนแทนด้วยสมการ ε B t ∆φ ∆ − เครื่องหมายลบหมายถึง อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ในขดลวดจะทำ ให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ ในทิศทางที่จะทำ ให้เกิดสนามแม่เหล็กใหม่ ขึ้นมาต้านการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่มาเหนี่ยวนำ และตัดผ่านขดลวดนั้นตามกฎของเลนส์ เครื่องกำ เนิดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าประกอบด้วย ขดลวดพันอยู่บน แกนที่หมุนได้คล่องอยู่ในสนามแม่เหล็ก ปลายขดลวดทั้งสองต่ออยู่กับวงแหวนซึ่งสัมผัสกับแปรงสัมผัส เมื่อหมุนขดลวด จะทำ ให้ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดมีการเปลี่ยนแปลงเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ในขดลวด และเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เมื่อต่อแปรงกับอุปกรณ์ภายนอก จะเป็นเครื่องกำ เนิดไฟฟ้ากระแสตรง เมื่อใช้วงแหวนผ่าซีก และเป็นเครื่องกำ เนิดไฟฟ้ากระแสสลับเมื่อใช้วงแหวนแยก อีเอ็มเอฟไฟฟ้ากระแสสลับเปลี่ยนค่าตามเวลาในรูปของฟังก์ชันแบบไซน์ตามสมการ ε B t ∆φ ∆ (t) =− ε B t ∆φ ∆ 0sin(−ωt) เมื่อต่ออีเอ็มเอฟกับตัวต้านทาน กระแสไฟฟ้าของไฟฟ้ากระแสสลับ i ที่ผ่านตัวต้านทานและ ความต่างศักย์v ระหว่างปลายตัวต้านทานที่เวลา t ใด ๆ เป็นไปตามสมการ i = I0sin(ωt) และ v = V0sin(ωt) การระบุค่ากระแสไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ของไฟฟ้ากระแสสลับเป็นค่าคงตัว ใช้การเทียบค่ากับ ไฟฟ้ากระแสตรงที่ให้กำ ลังไฟฟ้าที่เท่ากันแก่ตัวต้านทาน ซึ่งเรียกว่า ค่ายังผล หรือ ค่ามิเตอร์ค่าดังกล่าวเป็น ค่าเฉลี่ยแบบรากที่สองของกำ ลังสองเฉลี่ย หรือค่าอาร์เอ็มเอส โดย 0 2 I rms I และ 0 2 V Vrms

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 10 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 11 เครื่องกำ เนิดไฟฟ้า 3 เฟส ประกอบด้วยขดลวด 3 ชุด แต่ละชุดวางทำ มุม 120 องศา ซึ่งกันและกัน เมื่อหมุนแท่งแม่เหล็ก จะเกิดอีเอ็มเอฟไฟฟ้ากระแสสลับจากขดลวดแต่ละชุด มีเฟสต่างกัน 120 องศา ทำ ให้ ผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่าเครื่องกำ เนิดไฟฟ้า 1 เฟส เมื่อใช้พลังงานในการผลิตเท่ากัน และการส่ง กำ ลังไฟฟ้าจะถูกแบ่งออกเป็น 3 ส่วน ทำ ให้ใช้จำ นวนสายไฟฟ้าลดลงเมื่อเทียบกับการส่งไฟฟ้า 1 เฟส 3 ชุด ทำ ให้การผลิตและการส่งไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส มีประสิทธิภาพมากกว่าไฟฟ้า 1 เฟส การส่งไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าไปยังผู้ใช้นั้น จะเกิดการสูญเสียกำ ลังไฟฟ้าในสายไฟฟ้า เพื่อลดการสูญเสีย ดังกล่าว จึงต้องลดกระแสไฟฟ้าที่ส่ง โดยการเพิ่มความต่างศักย์หรืออีเอ็มเอฟให้สูงขึ้นก่อนทำ การส่งไฟฟ้า แล้วจึงลดความต่างศักย์ให้ต่ำ ลงจนเหมาะกับการใช้งาน โดยใช้หม้อแปลง หม้อแปลงประกอบด้วยขดลวด 2 ชุด พันอยู่บนแกนเหล็กเดียวกัน โดยขดลวดที่ใช้ต่อกับแหล่งกำ เนิด ไฟฟ้าเรียกว่า ขดลวดปฐมภูมิและขดลวดที่ใช้ต่อกับเครื่องใช้ไฟฟ้า เรียกว่าขดลวดทุติยภูมิเมื่อต่อขดลวด ปฐมภูมิกับไฟฟ้ากระแสสลับเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ε B t ∆φ ∆ 1 ในขดลวดปฐมภูมิ − จะเกิดอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ ε B t ∆φ ∆ 2 − ในขดลวดทุติยภูมิ ซึ่งสัมพันธ์กับจำ นวนรอบของขดลวดปฐมภูมิN1 และทุติยภูมิN 2 ตามสมการ N N 2 1 ε ε 2 1 หาก N2 > N1 จะได้ε B t ∆φ ∆ 2 >− ε B t ∆φ ∆ 1 เรียกหม้อแปลงขึ้น − และถ้า N2 < N1 จะได้ε B t ∆φ ∆ 2 <− ε B t ∆φ ∆ 1 เรียก− หม้อแปลงลง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 10 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 11 ความรู้ก่อนเรียน ปริมาณเวกเตอร์การเคลื่อนที่แบบวงกลม โมเมนต์ของแรง ประจุไฟฟ้า สนามไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้า อีเอ็มเอฟ กระแสไฟฟ้า เวลาที่ใช้ 15.1 สนามแม่เหล็ก 6 ชั่วโมง 15.2 แรงแม่เหล็ก 6 ชั่วโมง 15.3 โมเมนต์ของแรงคู่ควบกระทำ ต่อขดลวด 4 ชั่วโมง ที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน เมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก 15.4 กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และอีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ 6 ชั่วโมง 15.5 ไฟฟ้ากระแสสลับ 6 ชั่วโมง บทนี้ควรใช้เวลาสอนประมาณ 28 ชั่วโมง ครูนำ เข้าสู่บทที่ 15 โดยใช้รูปนำ บทหรือคลิปวีดีโอเกี่ยวกับออโรรา แล้วตั้งคำ ถามว่าเป็นปรากฏการณ์ ที่เกิดขึ้นบริเวณใด และทำ ไมจึงเกิดขึ้นที่บริเวณนั้น เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำ ตอบที่ถูกต้อง นอกจากนี้อาจสาธิตเครื่องกำ เนิดไฟฟ้าจำ ลอง ให้นักเรียนสังเกตว่า การทำ ให้เกิดพลังงานไฟฟ้าต้องมีองค์ประกอบอะไรบ้าง หรือใช้คลิปโทรทัศน์เรื่องเครื่องกำ เนิดไฟฟ้า อย่างง่ายจากอินเตอร์เน็ต ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มสรุป จากนั้นให้นักเรียนคิดต่อไปว่า หากขาดอุปกรณ์อย่างใด อย่างหนึ่งจะเป็นอย่างไร เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำ ตอบที่ถูกต้อง ครูชี้แจงคำ ถามสำ คัญที่นักเรียนจะต้องตอบได้หลังจากเรียนรู้บทที่15 และหัวข้อต่าง ๆ ที่จะได้เรียนรู้ ในบทนี้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 12 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 13 15.1 สนามแม่เหล็ก จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. สังเกตและอธิบายสนามแม่เหล็กและเส้นสนามแม่เหล็ก 2. อธิบายและคำ นวณฟลักซ์แม่เหล็กในบริเวณที่กำ หนด รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง 3. สังเกตและอธิบายสนามแม่เหล็กของลวดตัวนำ เส้นตรง ลวดตัวนำ วงกลม และโซเลนอยด์ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่าน สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า กรณีครูสาธิตกิจกรรมวัตถุใดเป็นแท่งแม่เหล็ก 1. แท่งแม่เหล็ก 2 แท่ง (ไม่ระบุขั้ว) แท่งเหล็ก แท่งอะลูมิเนียม รูปทรงเหมือนกัน 2. เข็มทิศ แนวการจัดการเรียนรู้ ครูนำ เข้าสู่หัวข้อ 15.1 โดยครูยกสถานการณ์หรือใช้สื่อที่แสดงถึงการประยุกต์ใช้ประโยชน์จาก แม่เหล็ก เช่น เครื่องคัดแยกเศษเหล็ก ไขควงที่สามารถดูดสกรูเข็มทิศ จากนั้นให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน จนสรุปได้ว่า แม่เหล็กสามารถดึงดูดเหล็กได้และประยุกต์ใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย ครูออกแบบกิจกรรมหรือยกสถานการณ์ เช่น ทำ เครื่องหมายที่ปลายแท่งแม่เหล็กแล้วแขวน แท่งแม่เหล็กด้วยเส้นด้าย โดยให้แท่งเหล็กวางตัวในแนวราบโดยสามารถเคลื่อนตัวได้อย่างอิสระ จากนั้นให้ นักเรียนผลักให้แท่งแม่เหล็กเบนไปจากแนวเดิมที่ตำ แหน่งต่าง ๆ แล้วปล่อย จากนั้นสังเกตการวางตัวของ แท่งแม่เหล็กเมื่อหยุดนิ่งเทียบกับแนวการวางตัวของเข็มทิศ ทำ ซ้ำ 2 – 3 ครั้ง แล้วนำ อภิปรายจนสรุปได้ว่า แท่งแม่เหล็กที่วางตัวในแนวราบและหมุนได้อย่างอิสระ เมื่อหยุดนิ่งจะวางตัวในแนวทิศเหนือใต้เสมอ และปลายที่ชี้ไปทางทิศเหนือ เรียกว่า ขั้วเหนือ ปลายที่ชี้ไปทางทิศใต้เรียกว่า ขั้วใต้ทั้งนี้ระหว่างทำ กิจกรรม ควรวางเข็มทิศให้อยู่ห่างแท่งแม่เหล็กพอสมควร ครูใช้คำ ถามว่า แม่เหล็กดึงดูดกับเหล็กได้แล้วแม่เหล็กกับแม่เหล็กดึงดูดกันหรือไม่อย่างไร โดยครู อาจตั้งคำ ถามให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นถึงวิธีการตรวจสอบการเกิดแรงระหว่างแท่งแม่เหล็ก จากนั้นครู ยกสถานการณ์ ตามรูป 15.2 ในหนังสือเรียน และอภิปรายร่วมกัน จนสรุปได้ว่า ขั้วแม่เหล็กที่เหมือนกันจะ ผลักกัน และขั้วแม่เหล็กที่ต่างกันจะดึงดูดกัน ครูอาจถามคำ ถามชวนคิดในหน้า 6 แล้วให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ จากนั้นครูนำ อภิปรายจนได้แนวคำ ตอบดังนี้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 12 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 13 แนวคำ ตอบชวนคิด หากนำ แท่งแม่เหล็กแท่งหนึ่งดังรูป ก. มาตัดแบ่งเป็นสองแท่ง ดังรูป ข. ตรงปลายที่ตัดแบ่งจะมีขั้ว แม่เหล็กหรือไม่ อย่างไร S N S N ? ? แนวคำ ตอบ ปลายที่ตัดแบ่งจะมีขั้วแม่เหล็กโดยแท่งแม่เหล็กส่วนที่เป็นขั้วใต้ปลายที่ถูกตัดแบ่งจะ เป็นขั้วเหนือ และ แท่งแม่เหล็กส่วนที่เป็นขั้วเหนือ ปลายที่ถูกตัดแบ่งจะเป็นขั้วใต้ดังรูป S N N S ก. แท่งแม่เหล็กก่อนตัดแบ่ง ข. แท่งแม่เหล็กหลังตัดแบ่ง 15.1.1 เส้นสนามแม่เหล็ก ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง 1. แม่เหล็กดึงดูดกับโลหะได้ทุกชนิด 1. แม่เหล็กดึงดูดเฉพาะสารแม่เหล็กหรือวัตถุ ที่มีสารแม่เหล็กเป็นองค์ประกอบ 2. เส้นสนามแม่เหล็กสามารถตัดกันได้ 2. เส้นสนามแม่เหล็กไม่ตัดกัน สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า กรณีครูใช้กิจกรรมสำ รวจวัตถุที่แม่เหล็กดึงดูด 1. แท่งแม่เหล็ก 1 แท่ง 2. วัตถุที่แม่เหล็กดึงดูดอย่างน้อย 2 ชิ้น เช่น เหรียญบาทรุ่นที่แม่เหล็กดูดได้ลวดเสียบกระดาษ ตะปูลวดเหล็ก 3. วัตถุที่ไม่ใช่สารแม่เหล็กอย่างน้อย 2 ชิ้น เช่น ยางลบ อะลูมิเนียม ลวดทองแดง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 14 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 15 กรณีครูสาธิตกิจกรรมการเรียงตัวของผงเหล็กและเข็มทิศ 1. ผงเหล็ก 1 ขวด 2. กระดาษขาว 1 แผ่น 3. แท่งแม่เหล็กที่ระบุขั้ว 2 แท่ง 4. เข็มทิศ 1 อัน แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 1 ของหัวข้อ 15.1 ตามหนังสือเรียน ครูนำ เข้าสู่หัวข้อ 15.1.1 โดยใช้กิจกรรมสำ รวจวัตถุที่แม่เหล็กดึงดูด โดยตั้งคำ ถามว่า นอกจากเหล็ก แล้วยังมีวัตถุอื่นหรือไม่ที่แม่เหล็กดึงดูด เปิดโอกาสให้นักเรียนอภิปรายร่วมกันจนสรุปได้ว่า นอกจากเหล็ก แล้วยังมีวัตถุอื่นที่แม่เหล็กดึงดูด เช่น นิกเกิล โคบอลต์โดยเรียกวัตถุทุกชนิดที่ดึงดูดกับแม่เหล็กว่า สารแม่เหล็ก วัตถุที่มีสารแม่เหล็กเป็นส่วนประกอบ ก็จะสามารถดึงดูดกับแม่เหล็กได้เช่น เหรียญบาทซึ่ง มีเหล็กหรือนิกเกิลเป็นส่วนผสม สังกะสีมุงหลังคาซึ่งเป็นเหล็กเคลือบด้วยสังกะสี ครูนำ อภิปรายทบทวนแนวความคิดเกี่ยวกับสนามไฟฟ้าจากบทที่ 13 ว่ารอบๆ จุดประจุจะมี สนามไฟฟ้าโดยถ้าจุดประจุดเป็นบวก สนามไฟฟ้าจะมีทิศทางชี้ออก แต่ถ้าจุดประจุเป็นลบสนามไฟฟ้าจะมี ทิศทางชี้เข้า แล้วตั้งคำ ถามว่าบริเวณรอบแท่งแม่เหล็กจะมีสนามแม่เหล็กหรือไม่ ทิศทางอย่างไร จากนั้นให้ นักเรียนสังเกตการเรียงตัวของผงเหล็กและเข็มทิศ จากสถานการณ์ในหนังสือเรียนรูป 15.3 และ 15.4 หรือ โดยการสาธิตด้วยผงเหล็กและเข็มทิศ ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับการเรียงตัวของผงเหล็กและเข็มทิศ จนสรุปได้ว่า ผงเหล็ก เปรียบเสมือนเข็มทิศขนาดเล็ก บริเวณที่มีแรงจากแท่งแม่เหล็กกระทำ กับผงเหล็กหรือเข็มทิศเป็นบริเวณที่ มีสนามแม่เหล็ก และเรียกเส้นที่เขียนแทนการเรียงตัวของผงเหล็กหรือเข็มทิศว่า เส้นสนามแม่เหล็ก โดย เส้นสนามแม่เหล็กนอกแท่งแม่เหล็กจะมีทิศทางออกจากขั้วเหนือเข้าสู่ขั้วใต้ดังรูป 15.4 ข. ในหนังสือเรียน ให้นักเรียนคาดคะเนว่า ถ้านำ แท่งแม่เหล็ก 2 แท่งมาวางใกล้กัน การเรียงตัวของผงเหล็กจะเป็น อย่างไร จากนั้นอาจสาธิตหรือใช้สถานการณ์ในหนังสือเรียนตามรูป 15.5 และ 15.6 นำ อภิปรายเกี่ยวกับ สนามแม่เหล็กและเส้นสนามแม่เหล็กระหว่างขั้วแม่เหล็กสองขั้ว เมื่อขั้วแม่เหล็กเหมือนกันใกล้กันจะมี จุดสะเทิน ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 14 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 15 ข้อเสนอแนะเพิ่มเติมสำ หรับครู ในการโรยผงเหล็กรอบๆแท่งแม่เหล็กอาจใช้ผ้าพันแผล2-3ทบปิดบริเวณปากขวดที่บรรจุ ผงเหล็ก ดังรูป เพื่อให้ผงเหล็กไม่ออกมามากเกินไปในขณะที่โรยผงเหล็ก และควรโรยผงเหล็กให้ กระจายสม่ำ เสมอ รูป ปากขวดที่บรรจุผงเหล็กที่พันผ้าพันแผล

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 16 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 17 15.1.2 ฟลักซ์แม่เหล็ก ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง 1. ฟลักซ์แม่เหล็กคือเส้นสนามแม่เหล็ก 1. ฟลักซ์แม่เหล็กคือจำ นวนเส้นสนามแม่เหล็ก ที่ผ่านพื้นที่พิจารณา 2. สนามแม่เหล็กที่เกิดจากแท่งแม่เหล็กเป็น ระนาบในสองมิติ 2. สนามแม่เหล็กที่เกิดจากแท่งแม่เหล็กมีทุก ทิศทางรอบแท่งแม่เหล็กในสามมิติ แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 2 ของหัวข้อ 15.1 ตามหนังสือเรียน ครูนำ เข้าสู่หัวข้อที่ 15.1.2 โดยทบทวนการพิจารณาเส้นสนามแม่เหล็กตามรูป 15.3 และ 15.4 เป็นการพิจารณาสนามแม่เหล็กแบบ 2 มิติถ้าพิจารณาสนามแม่เหล็กจากรูป 15.7 ก. จะมีลักษณะเป็นอย่างไร ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายจนสรุปได้ว่า สนามแม่เหล็กที่เกิดจากแท่งแม่เหล็กมีทุกทิศทางรอบแท่งแม่เหล็ก ในสามมิติ(อาจใช้สื่อที่แสดงสนามแม่เหล็กแบบสามมิติประกอบ) หรือให้สังเกตจากอุปกรณ์สาธิต โดยใช้ แท่งแม่เหล็กขนาดเล็ก (ยาวประมาณ 3 เซนติเมตร) แขวนในขวดที่ใส่กลีเซอรีน และผงเหล็กไว้เล็กน้อย เขย่าขวดให้ผงเหล็กกระจายตั้งทิ้งไว้ผงเหล็กจะเรียงตัวเป็นเส้นสนามแม่เหล็กในสามมิติจากนั้นตั้งคำ ถามว่า เมื่อพิจารณาพื้นที่ขนาดเท่ากัน ณ ตำ แหน่งซึ่งอยู่ห่างจากขั้วแม่เหล็กต่างกันดังรูป 15.8 ในหนังสือเรียน จำ นวนเส้นสนามแม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ทั้งสองมีค่าเท่ากันหรือไม่ อย่างไร และเส้นสนามแม่เหล็กมี ความหนาแน่นแตกต่างกันหรือไม่ แล้วครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายจนสรุปได้ว่า ความหนาแน่นของ เส้นสนามแม่เหล็กบริเวณที่พิจารณาแสดงถึงความเข้มหรือขนาดของสนามแม่เหล็ก (B) บริเวณนั้น โดย บริเวณใกล้ขั้วแม่เหล็กความหนาแน่นของเส้นสนามแม่เหล็กมีค่ามากกว่าบริเวณที่ห่างออกไป ครูยกสถานการณ์โดยใช้รูป 15.9 แล้วอภิปรายร่วมกันจนสรุปได้ว่าฟลักซ์แม่เหล็กคือจำ นวน เส้นสนามแม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ที่พิจารณาและอัตราส่วนระหว่างฟลักซ์แม่เหล็กต่อพื้นที่ที่ตั้งฉากกับ สนามแม่เหล็กเรียกว่า ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กหรือขนาดของสนามแม่เหล็ก ตามสมการ (15.1) และใช้ตาราง 15.1 แสดงตัวอย่างสนามแม่เหล็กขนาดต่าง ๆ ของแหล่งกำ เนิดบางชนิด ให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.1 และ 15.2 โดยครูเป็นผู้ให้คำ แนะนำ

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 16 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 17 ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น 15.1.3 สนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้าผ่านเส้นลวดตัวนำ ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น - สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า กรณีสาธิตกิจกรรมการทดลองของเออร์สเตด 1. สายไฟ 2. สวิตซ์ 3. แบตเตอรี่ 1.5 โวลต์4 ก้อน พร้อมกระบะ 4. เข็มทิศ แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 3 ของหัวข้อ 15.1 ตามหนังสือเรียน ครูนำ เข้าสู่หัวข้อที่ 15.1.3 โดยให้นักเรียนทำ กิจกรรมตามการทดลองของเออร์สเตด โดย วางเข็มทิศบนพื้นราบ เข็มทิศจะวางตัวในแนวเหนือใต้ต่อสายไฟกับแบตเตอรี่ 6 โวลต์โดยสายไฟ วางพาดบนเข็มทิศ ไปตามแนวการวางตัวของเข็มทิศ แล้วกดสวิตซ์ให้กระแสไฟฟ้าผ่าน สังเกตการเบน ของเข็มทิศ ตั้งคำ ถามว่า เข็มทิศเบนไปจากเดิมเพราะเหตุใด สนามแม่เหล็กนั้นมาจากไหน เกิดขึ้นเมื่อไร โดยครูนำ นักเรียนร่วมกันอภิปรายผลที่เกิดขึ้นจนสรุปได้ว่า กระแสไฟฟ้าทำ ให้เกิดสนามแม่เหล็ก ซึ่งค้นพบโดยเออร์สเตด ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จากนั้นครูตั้งคำ ถามว่า สนามแม่เหล็กที่เกิดจาก กระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวดตัวนำ มีลักษณะอย่างไร เพื่อนำ เข้าสู่การทำ กิจกรรม 15.1 สนามแม่เหล็กที่เกิดจาก กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 18 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 19 จุดประสงค์ 1. เพื่อสังเกตทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เส้นตรง ลวดตัวนำ วงกลม และโซเลนอยด์ เวลาที่ใช้ 50 นาที วัสดุและอุปกรณ์ 1. ลวดตัวนำ เส้นตรง 1 เส้น 2. ลวดตัวนำ วงกลม 1 ขด 3. โซเลนอยด์ 1 ขด 4. แบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์4 ก้อน พร้อมกระบะ 1 ชุด 5. เข็มทิศ 5 อัน 6. ผงเหล็ก 1 กล่อง 7. สายไฟ 4 เส้น 8. กระดาษแข็งขนาด 8 cm × 10 cm 3 แผ่น 9. สวิตซ์ 1 อัน แนะนำ ก่อนทำ กิจกรรม 1. ลวดตัวนำ เส้นตรง ใช้ลวดทองแดงเบอร์ 22 ลวดตัวนำ ตรงเพียงหนึ่งเส้นอาจไม่เพียงพอที่ จะทำ ให้สังเกตได้ชัดเจน ควรเพิ่มจำ นวนเส้นของลวดตัวนำ โดยพันเป็นกรอบสี่เหลี่ยมมากกว่า 5 รอบ กิจกรรม 15.1 สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ รูป การพันลวดตัวทำ เป็นกรอบสี่เหลี่ยม

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 18 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 19 2. ลวดตัวนำ วงกลม 1 รอบ อาจไม่เพียงพอที่จะทำ ให้สังเกตได้ชัดเจน ควรเพิ่มจำ นวนรอบของ ลวดตัวนำ ประมาณ 5 - 10 รอบ โดยใช้การพันรอบท่อ PVC ขนาด 2.5 เซนติเมตร แล้วถอดท่อออก จัดให้ลวดชิดกันเป็นวงกลม ส่วนการทำ โซเลนอยด์ใช้วิธีเดียวกับการทำ ลวดตัวนำ วงกลม แต่จะต่างกันโดยพันเส้นลวดให้เรียงเส้นรอบท่อ PVCประมาณ 20-30 รอบ แล้วถอดท่อออก จากนั้นดึงให้ขดลวดยืดออกเป็นทรงกระบอก 3. ตัดกระดาษแข็งไว้ล่วงหน้า ให้ร่องบนกระดาษแข็งห่างกันประมาณ 2.5 เซนติเมตร 4. ตำ แหน่งต่างๆ ของเข็มทิศที่จะวางบนกระดาษแข็ง ควรห่างจากลวดตัวนำ ไม่เกิน 2 เซนติเมตร 5. ในการทำ กิจกรรมแต่ละครั้ง ควรแนะนำ ให้นักเรียนใช้เวลาในการเปิดสวิตซ์น้อยที่สุดไม่เกิน 1 นาที 6. ขณะทำ กิจกรรมไม่ควรมีสารแม่เหล็กและแม่เหล็กอยู่ในบริเวณนั้น ตัวอย่างผลการทำ กิจกรรม รูป ตัวอย่างผลการทำ กิจกรรม 15.1 ก. แนวการเรียงตัวของผงเหล็ก รอบลวดตัวนำ เส้นตรง ข. แนวการเรียงตัวของผงเหล็ก รอบลวดตัวนำ วงกลม ค. แนวการเรียงตัวของผงเหล็กรอบโซเลนอยด์

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 20 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 21 □ แนวการเรียงตัวของผงเหล็กของสามกรณีเมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เหมือนหรือต่างกัน อย่างไร แนวคำ ตอบ แตกต่างกันโดย กรณีลวดตัวนำ เส้นตรงผงเหล็กจะเรียงตัวเป็นวงกลมรอบเส้นลวด กรณีลวดตัวนำ วงกลม บริเวณใกล้ๆ ลวดตัวนำ ผงเหล็กจะเรียงตัวเป็นวงกลมรอบเส้นลวด คล้ายกรณีลวดตัวนำ เส้นตรง แต่บริเวณกึ่งกลางของลวดตัวนำ วงกลม ผงเหล็กมีการเรียงตัว ตั้งฉากกับระนาบลวดตัวนำ วงกลม กรณีโซเลนอยด์บริเวณภายในโซเลนอยด์ผงเหล็กมีการเรียงตัวอยู่ในแนวแกนโซเลนอยด์ ภายนอกรอบๆ โซเลนอยด์ผงเหล็กจะเรียงตัวคล้ายกับการเรียงตัวของผงเหล็กรอบแท่งแม่เหล็ก □ ขณะไม่มีกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ กับเมื่อมีกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ การวางตัวของเข็มทิศต่างกัน หรือไม่ อย่างไร แนวคำ ตอบ ขณะที่ยังไม่มีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เข็มทิศ ณ ตำ แหน่งต่างๆ วางตัวอยู่ใน แนวเดียวกัน (ในแนวสนามแม่เหล็กโลก) ส่วนกรณีที่มีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ จะเห็นเข็มทิศ แต่ละตำ แหน่งเบนไปจากแนวเดิม แนวคำ ตอบคำ ถามท้ายกิจกรรม อภิปรายหลังการทำ กิจกรรม ครูให้นักเรียนตอบคำ ถามท้ายกิจกรรม จากนั้นครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายผลการทำ กิจกรรม 15.1 โดยใช้รูป 15.10 15.11 และ 15.12 จนสรุปได้ดังนี้ ∙ ลวดตัวนำ เส้นตรงที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นมีลักษณะเป็นวงกลม รอบเส้นลวดตัวนำ ทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากลวดตัวนำ เส้นตรง หาได้โดยใช้นิ้วหัวแม่มือ ของมือขวาชี้ไปตามทิศทางของกระแสไฟฟ้า จากนั้นกำ มือขวารอบลวดตัวนำ ตรง ทิศทางการวน ของนิ้วทั้งสี่จะแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็ก ครูอาจถามคำ ถามชวนคิดในหน้า 19 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำ อภิปรายจนได้แนวคำ ตอบดังนี้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 20 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 21 แนวคำ ตอบชวนคิด แนวคำ ตอบชวนคิด จากรูป 15.11 เมื่อกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กจะมีทิศทางอย่างไร แนวคำ ตอบ สนามแม่เหล็กจะมีทิศทางตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กก่อนกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้า เช่น จากรูป 15.11 สนามแม่เหล็กมีทิศทางทวนเข็มนาฬิกา เมื่อกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กจะมีทิศทางตามเข็มนาฬิกา หากกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ ทิศทางของสนามแม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ขดลวดจะเป็น อย่างไร แนวคำ ตอบ ทิศทางของสนามแม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ขดลวดจะมีทิศทางตรงข้ามกับทิศทางของ สนามแม่เหล็ก ก่อนกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้า จากนั้นครูใช้ผลการทำ กิจกรรมและรูป 15.13 15.14 และ 15.15 ร่วมกันอภิปรายจนสรุปได้ดังนี้ ครูอาจถามคำ ถามชวนคิดในหน้า 21 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดง ความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำ อภิปรายจนได้แนวคำ ตอบดังนี้ จากนั้นครูใช้ผลการทำ กิจกรรมและรูป 15.16 15.17 15.18 และ 15.19 อภิปรายร่วมกันจนสรุป ได้ดังนี้ ∙ ลวดตัวนำ วงกลมที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบเส้นลวดตัวนำ มี ลักษณะเป็นวงกลมคล้ายลวดตัวนำ เส้นตรง แต่บริเวณภายในของลวดตัวนำ วงกลมสนามแม่เหล็ก จะอยู่ในแนวตั้งฉากกับระนาบขดลวด ทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากลวดตัวนำ วงกลม หาได้โดยใช้วิธีเช่นเดียวกับลวดตัวนำ เส้นตรง หรือใช้มือขวา กำ มือให้นิ้วทั้งสี่วนตามทิศทางของ กระแสไฟฟ้า นิ้วหัวแม่มือจะชี้ไปตามทิศทางของสนามแม่เหล็ก

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 22 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 23 ครูใช้รูป 15.20 นำ อภิปรายเกี่ยวกับการเขียนสัญลักษณ์สนามแม่เหล็ก ที่มีทิศทางชี้เข้าตั้งฉากกับ กระดาษและมีทิศทางชี้ออกตั้งฉากกับกระดาษ ครูอาจถามคำ ถามชวนคิดในหน้า 23 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดง ความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำ อภิปรายจนได้แนวคำ ตอบดังนี้ แนวคำ ตอบชวนคิด จงเขียนสัญลักษณ์× และ ∙ แสดงทิศทางของสนามแม่เหล็กในระนาบกระดาษที่เกิดจาก กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เส้นตรง ทางด้านซ้ายและทางด้านขวาของลวดตัวนำ ของรูป ก. และ ทางด้านบนและด้านล่างของลวดตัวนำ ในรูป ข. แนวคำ ตอบ เมื่อใช้มือขวาหาทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ จะเขียน เขียนสัญลักษณ์× และ ∙ แสดงทิศทางสนามแม่เหล็กของเส้นลวด ได้ดังรูป ก. ลวดตัวนำ วางตัวในแนวดิ่ง ข. ลวดตัวนำ วางตัวในแนวระดับ ∙ โซเลนอยด์ที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นคล้ายกับสนามแม่เหล็กจาก แท่งแม่เหล็ก การระบุทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากโซเลนอยด์ใช้วิธีเช่นเดียวกับลวดตัวนำ วงกลม หรือให้นิ้วทั้งสี่ของมือขวากำ ไปตามทิศของกระแสไฟฟ้าที่วนผ่านขดลวด หัวแม่มือจะชี้ ทิศทางของสนามแม่เหล็กกลางโซเลนอยด์ รูป ลวดตัวนำ เส้นตรงที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 22 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 23 I I ความรู้เพิ่มเติมสำ หรับครู การประยุกต์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ขดลวดสวิตซรีเลย ออดไฟฟา สวิตซทำงาน ดวยแสง 12 V แสง ขดลวดสวิตซรีเลย ออดไฟฟา สวิตซทำงาน ดวยแสง 12 V ก. อุปกรณ์ป้องกันขโมยที่ใช้สวิตช์ทำ งานด้วยแสงเมื่อแสงตกกระทบตลอดเวลาออดไฟฟ้า จะไม่ดัง เมื่อมีผู้เดินตัดลำ แสง ออดไฟฟ้าจะดังขึ้น อธิบายได้ดังนี้ เมื่อมีแสงตกกระทบสวิตช์ทำ งานด้วยแสงจะต่อวงจรให้มีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดของ สวิตซ์รีเลย์เกิดเป็นแม่เหล็กดึงดูดให้สวิตช์รีเลย์ตัดวงจรไฟฟ้า ออดไฟฟ้าจึงไม่ทำงาน ดังรูป 15.14 ก. เมื่อมีวัตถุไปบังแสงมีผลให้สวิตช์ทำงานด้วยแสงตัดวงจรไฟฟ้าของขดลวดทำ ให้ขดลวดไม่เป็นแม่เหล็ก สวิตช์รีเลย์จึงถูกสปริงดึงกลับไปต่อวงจรของออดไฟฟ้าให้มีกระแสไฟฟ้าผ่าน ทำ ให้ออดไฟฟ้าทำ งาน มีเสียงดัง ดังรูป 15.14 ข. รูป 15.14 วงจรไฟฟ้าของอุปกรณ์ป้องกันขโมย ก. ขณะมีแสงตกกระทบสวิตซ์ทำ งานด้วยแสง ข. ขณะไม่มีแสงตกกระทบสวิตซ์ทำ งานด้วยแสง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 24 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 25 ข. สวิิตช์์อััตโนมััติิชนิิดแม่่เหล็็กไฟฟ้้า สวิิตซ์์อััตโนมััติิชนิิดแม่่เหล็็กไฟฟ้้า ใช้้ตััดวงจรไฟฟ้้าในขณะที่่เกิิดการลััดวงจร หรืือมีี กระแสไฟฟ้้าในวงจรไฟฟ้้ามากเกิินที่่กำำ หนดไว้้ เนื่่องจากขนาดของสนามแม่่เหล็็กที่่เกิิดจาก แม่่เหล็็กไฟฟ้้าขึ้้นอยู่่กัับค่่าของกระแสไฟฟ้้าที่่ ผ่่านโซเลนอยด์์ ดัังนั้้น เมื่่อเกิิดลััดวงจรหรืือ กระแสไฟฟ้้ามากเกิินที่่กำำ หนดไว้้จะทำำ ให้้ กระแสไฟฟ้้าผ่่านโซเลนอยด์์ A มีีค่่ามากกว่่า ปกติิเป็็นผลให้้สนามแม่่เหล็็กที่่เกิิดขึ้้นมีีค่่า มากพอที่่จะดึึงดููดแท่่งเหล็็ก B ให้้เคลื่่อนที่่ วงจรไฟฟ้้าก็็จะขาด ดัังรููป 15.15 รูป 15.15 วงจรไฟฟ้าภายในสวิตช์อัตโนมัติ ก. ขณะกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวด โซเลนอยด์ไม่เกินมาตรฐาน ข. ขณะกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวด โซเลนอยด์เกินมาตรฐาน หลังจากที่สวิตช์ทำ การตัดวงจรไฟฟ้าแล้ว แท่งเหล็ก B จะถูกล็อกให้ค้างอยู่จนกว่าเรา จะใช้มือดันที่ล็อกให้แท่งเหล็ก B กลับไปต่อให้ครบวงจรอีกครั้งหนึ่งด้วยกลไกที่ใช้สปริงทำ งาน แต่ ถ้ายังไม่ได้แก้ไขจุดที่เกิดลัดวงจรให้เรียบร้อย สวิตช์จะทำ งานตัดวงจรไฟฟ้าอีก สวิตช์อัตโนมัติชนิด แม่เหล็กไฟฟ้าสามารถทำ งานได้แม้จะอยู่ในบริเวณที่มีอุณหภูมิค่อนข้างสูง หลอดไฟ A B หลอดไฟ A B แนวการวัดและประเมินผล 1. ความรู้เกี่ยวกับสนามแม่เหล็ก เส้นสนามแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็ก และสนามแม่เหล็กจาก กระแสไฟฟ้าผ่านเส้นลวดตัวนำ จากการอภิปรายร่วมกัน คำ ถามตรวจสอบความเข้าใจและ แบบฝึกหัด 15.1 2. ทักษะการสังเกต สื่อสารสารสนเทศและการรู้เท่าทันสื่อ และความร่วมมือ การทำ งานเป็นทีมและ ภาวะผู้นำ จากการอภิปรายร่วมกัน การทำ กิจกรรม และการบันทึกผลการทำ กิจกรรม 15.1 3. ทักษะการใช้จำ นวนจากคำ ถามตรวจสอบความเข้าใจและแบบฝึกหัด 15.1

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 24 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 25 1. จงหาฟลักซ์แม่เหล็กในแต่ละข้อต่อไปนี้โดยพื้นที่ A มีค่าเท่ากับ 0.8 ตารางเมตร และมี สนามแม่เหล็กสม่ำ เสมอตลอดพื้นที่เท่ากับ 0.5 เทสลา ในแนวแกน x B z y x พื้นที่ A B z y x 45 พื้นที่ A B z y x พื้นที่ A B z y x พื้นที่ A B z y x 45 พื้นที่ A B z y x พื้นที่ A B z y x พื้นที่ A B z y x 45 พื้นที่ A B z y x พื้นที่ A แนวคำ ตอบ กรณีสนามแม่เหล็กสม่ำ เสมอผ่านตั้งฉากกับพื้นที่ หาฟลักซ์แม่เหล็กได้จากสมการ φ = BA กรณีที่สนามแม่เหล็กไม่ตั้งฉากกับระนาบขดลวด หาฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดจากสมการ φ = BAsinθ โดย θ คือ มุมระหว่างสนามแม่เหล็กกับระนาบขดลวด แนวคำ ตอบคำ ถามตรวจสอบความเข้าใจ 15.1 1.3 พื้นที่ A ระนาบทำ มุม 45 องศา กับแกน z 1.1 พื้นที่ A อยู่ในระนาบ yz 1.2 พื้นที่ A อยู่ในระนาบ xy

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 26 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 27 1.1 จากรูป สนามแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นที่ดังนั้น ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ A หาได้จาก φ = BA = (0.5T)(0.8m2 ) = 0.4 Wb 1.2 จากรูป สนามแม่เหล็กขนานกับพื้นที่ A ดังนั้น ฟลักซ์แม่เหล็กที่ตั้งฉากกับพื้นที่ A จึง เป็นศูนย์ 1.3 จากรูป สนามแม่เหล็กทำ มุม 45˚ กับพื้นที่ A ฟลักซ์แม่เหล็กที่ตั้งฉากพื้นที่ A หาได้จาก φ = BAsin45˚ ( )( ) 2 2 0.5T 0.8m 2         = 0.28 Wb 2. จงบอกทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กโลกบริเวณเส้นศูนย์สูตรของโลก บริเวณขั้วโลกเหนือและ บริเวณขั้วโลกใต้ทางภูมิศาสตร์ แนวคำ ตอบ ขั้วใต้ของขั้วแม่เหล็กโลกอยู่บริเวณขั้วเหนือทางภูมิศาสตร์ และขั้วเหนือของ ขั้วแม่เหล็กโลกอยู่บริเวณขั้วใต้ทางภูมิศาสตร์ดังนั้นเส้นสนามแม่เหล็กโลกจะมีทิศทางชี้ออก จากขั้วใต้ทางภูมิศาสตร์เข้าสู่ขั้วเหนือทางภูมิศาสตร์และทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กโลก บริเวณเส้นศูนย์สูตรของโลกจะขนานกับพื้นโลกและมีทิศทางชี้ไปทางขั้วเหนือทางภูมิศาสตร์ โดยบริเวณขั้วโลกเหนือทางภูมิศาสตร์สนามแม่เหล็กโลกจะมีทิศทางชี้ลงโค้งเข้าหาบริเวณ ขั้วแม่เหล็กโลก และบริเวณขั้วโลกใต้ทางภูมิศาสตร์สนามแม่เหล็กโลกมีทิศทางชี้ขึ้นโค้งออก จากบริเวณขั้วแม่เหล็กโลก 3. เมื่อวางแท่งแม่เหล็กแท่งหนึ่งไว้ที่บริเวณเส้นศูนย์สูตรโลกในลักษณะทิศทางการวางตัวดังรูป บริเวณใดบ้างที่อาจมีจุดสะเทิน N N S A H G F E B C D รูป ประกอบคำ ถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 26 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 27 แนวคำ ตอบ จุดสะเทินคือตำ แหน่งที่สนามแม่เหล็กมีค่าเป็นศูนย์ ซึ่งเป็นตำ แหน่งที่มี สนามแม่เหล็กมากกว่า 1 แหล่งรวมกันแบบหักล้าง ในกรณีมีสนามแม่เหล็กจากแหล่งกำ เนิด 2 แหล่ง สนามแม่เหล็กทั้งสองจะต้องมีทิศตรงข้ามกัน ในที่นี้มีสนามแม่เหล็กจากสนามแม่เหล็ก โลก และสนามแม่เหล็กจากแท่งแม่เหล็ก โดยสนามแม่เหล็กโลกจะมีทิศทางชี้ไปทางขั้วเหนือทาง ภูมิศาสตร์สนามแม่เหล็กจากแท่งแม่เหล็กมีทิศทางขั้วเหนือไปขั้วใต้ดังรูป N N S A H G F E B C D ดังนั้นบริเวณสนามแม่เหล็กจากแท่งแม่เหล็กกับสนามแม่เหล็กโลกมีทิศตรงข้ามกัน คือบริเวณ A และ E เป็นบริเวณที่อาจมีจุดสะเทิน 4. วางลวดตัวนำ เส้นตรงที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน ให้อยู่ในแนวดิ่งและใกล้เข็มทิศ ดังรูป เข็มทิศ ลวดตัวนำ ต่อมาให้กระแสไฟฟ้าขนาดมากพอ ผ่านลวดตัวนำ นี้ในทิศทางจากล่างขึ้นบน เข็มทิศจะชี้ไป ทิศทางใด แนวคำ ตอบ ตอนแรกเข็มทิศจะวางตัวในแนวสนามแม่เหล็กโลก เมื่อมีกระแสไฟฟ้ามากพอผ่าน ลวดตัวนำ เส้นตรงในทิศทางจากล่างขึ้นบน จะเกิดสนามแม่เหล็กรอบลวดตัวนำ นั้นและมีค่าสูง กว่าสนามแม่เหล็กโลก โดยทิศทางของสนามแม่เหล็กหาได้โดยใช้มือขวาให้นิ้วหัวแม่มือชี้ทิศทาง ของกระแสไฟฟ้า นิ้วทั้งสี่ที่วนรอบเส้นลวดจะชี้ทิศทางของสนามแม่เหล็กของเส้นลวด ทำ ให้ รูป ประกอบแนวคำ ตอบคำ ถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 3 รูป ประกอบคำ ถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 4

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 28 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 29 เข็มทิศเบนไปอยู่ในทิศทางของสนามแม่เหล็กของลวดตัวนำ จะได้ว่าเข็มของเข็มทิศจะชี้ไปทาง ทิศทาง ดังรูป เข็มทิศ ลวดตัวนำ I รูป ประกอบแนวคำ ตอบคำ ถามตรวจสอบความเข้าใจข้อ 4 1. สนามแม่เหล็กขนาดสม่ำ เสมอ 1.0 เทสลา จงหาฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านระนาบขดลวดที่มีพื้นที่ 10 ตารางเซนติเมตร ขณะระนาบขดลวดทำ มุม 0 องศา และ 90 องศา กับสนามแม่เหล็ก วิธีทำ ขณะระนาบขดลวดทำ มุม 0 องศาและ 90 องศา กับสนามแม่เหล็ก มีลักษณะดังรูป ก. และ ข. ตามลำ ดับ B z y x พื้นที่ขดลวด A B z y x พื้นที่ขดลวด A กรณีรูป ก. หาฟลักซ์แม่เหล็กผ่านระนาบขดลวดจาก φ = BAsinθ โดย θ เท่ากับ 0 ได้ φ = (1.0T)(10 × 10-4 m2 )sin (0˚) = 0 Wb เฉลยแบบฝึกหัด 15.1 รูป ประกอบวิธีทำ สำ หรับแบบฝึกหัดข้อ 1 ก. ระนาบขดลวดทำ มุม 0 องศากับสนามแม่เหล็ก ข. ระนาบขดลวดทำ มุม 90 องศากับสนามแม่เหล็ก

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 28 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 29 กรณีรูป ข. หาฟลักซ์แม่เหล็กผ่านระนาบขดลวดจาก φ = BA ได้ φ = (1.0T)(10 × 10-4 m2 ) = 1.0 × 10-3 Wb ตอบ ขณะระนาบขดลวดทำ มุม 0 องศา ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านระนาบขดลวดเป็นศูนย์ ขณะระนาบขดลวดทำ มุม 90 องศา ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านระนาบขดลวดเท่ากับ 1.0 × 10-3 เวเบอร์ 2. ฟลักซ์แม่เหล็ก 6.28 × 10-3 เวเบอร์ผ่านตั้งฉากกับระนาบของขดลวดวงกลมรัศมี10 เซนติเมตร จงหาความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก วิธีทำ จากโจทย์แสดงได้ดังรูป B z y x พื้นที่ขดลวด A หาความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กจากสมการ B A φ แทนค่าจะได้ B ( ) 3 2 2 6.28 10 Wb π 10 10 m − − × × = 2.0 × 10-1 T ตอบ ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กเท่ากับ 0.20 เทสลา รูป ประกอบวิธีทำ สำ หรับแบบฝึกหัดข้อ 2

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 30 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 31 3. ถ้ามีสนามแม่เหล็กสม่ำ เสมอขนาด 0.20 เทสลา ผ่านขดลวดรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีด้านยาว 20 เซนติเมตร และด้านกว้าง 10 เซนติเมตร ในทิศทำ มุม 30 องศา กับระนาบของขดลวด จงหาฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวด วิธีทำ สนามแม่เหล็กไม่ตั้งฉากกับระนาบขดลวด หาฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดจากสมการ φ = BAsinθ โดย θ คือ มุมระหว่างสนามแม่เหล็กกับระนาบขดลวด แทนค่า φ ( ) ( )( ) 1 0.20T 0.20m 0.10m 2          = 2.0 × 10-3 Wb ตอบ ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดเท่ากับ 2.0 × 10-3 เวเบอร์ 15.2 แรงแม่เหล็ก จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายและคำ นวณแรงแม่เหล็กที่กระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง 2. อธิบายและคำ นวณรัศมีความโค้งของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง 3. อธิบายและคำ นวณแรงแม่เหล็กที่กระทำ ต่อเส้นลวดตัวนำ ที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน และวางใน สนามแม่เหล็ก รวมทั้งปริมาณที่เกี่ยวข้อง 4. อธิบายแรงระหว่างเส้นลวดตัวนำ คู่ขนานที่มีกระแสไฟฟ้าผ่าน แนวการจัดการเรียนรู้ ครูนำ เข้าสู่หัวข้อ 15.2 โดยนำ อภิปรายทบทวนเกี่ยวกับแรงแม่เหล็ก และยกตัวอย่างสถานการณ์เช่น แรงแม่เหล็กที่กระทำ ระหว่างขั้วแม่เหล็ก แรงแม่เหล็กระหว่างขั้วแม่เหล็กกับสารแม่เหล็ก จากนั้นตั้งคำ ถาม ว่า นอกจากสถานการณ์ข้างต้นแล้วมีกรณีอื่นอีกหรือไม่ที่ทำ ให้เกิดแรงแม่เหล็ก เปิดโอกาสให้นักเรียนแสดง ความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำ ตอบที่ถูกต้อง จากนั้นให้นักเรียนศึกษาหัวข้อต่อไป

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 30 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 31 15.2.1 แรงแม่เหล็กกระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้น ความเข้าใจคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถูกต้อง 1. อ นุ ภ า ค ที่ มี ป ร ะ จุ ไฟฟ้ าเ ค ลื่ อ น ที่ ใ น สนามแม่เหล็ก จะมีแรงแม่เหล็กกระทำ ต่ออนุภาคนั้นเสมอ 1. อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไม่ขนาน กับทิศทางของสนามแม่เหล็กเท่านั้น จึง จะมีแรงแม่เหล็กกระทำ ต่ออนุภาค สิ่งที่ครูต้องเตรียมล่วงหน้า กรณีครูสาธิตการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็กด้วยหลอดรังสีแคโทด 1. หลอดรังสีแคโทด 1 หลอด 2. แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงโวลต์สูง 1 ชุด 3. แม่เหล็ก 1 อัน 4. สายไฟ 2 เส้น จุดประสงค์ 1. อธิบายแนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็ก เวลาที่ใช้ 30 นาที วัสดุและอุปกรณ์ 1. หลอดรังสีแคโทด 1 หลอด 2. แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงโวลต์สูง 1 ชุด 3. แม่เหล็ก 1 อัน 4. สายไฟ 2 เส้น แนะนำ ก่อนทำ กิจกรรม ในการต่อหลอดรังสีแคโทด มีข้อควรระวัง เช่น 1. สายไฟที่นำ มาใช้ในกิจกรรม ต้องไม่มีร่องรอยฉีกขาดหรือชำ รุด เพื่อความปลอดภัยเนื่องจาก ใช้กับแหล่งจ่ายไฟที่มีความต่างศักย์สูง กิจกรรมสาธิต การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็กด้วยหลอดรังสีแคโทด

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 32 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 33 2. ก่อนต่อสายไฟจากแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงโวลต์สูงเข้าขั้วหลอด จะต้องแน่ใจว่า สวิตช์ที่ แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงโวลต์สูง อยู่ในสถานะปิด (off) 3. การต่อสายในข้อ 2 จะต้องระวังการต่อขั้วของแหล่งจ่ายไฟ เข้ากับขั้วหลอดรังสีแคโทดให้ ถูกต้อง โดยต่อขั้วลบเข้ากับขั้วแคโทดของหลอด และต่อขั้วบวกเข้ากับขั้วแอโนดของหลอด 4. ขณะทำ กิจกรรม ระวังไม่ให้แตะขั้วและส่วนที่เป็นโลหะของหลอดรังสีแคโทด เพราะจะเป็น อันตรายเนื่องจากใช้แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงโวลต์สูง 5. เมื่อทำ กิจกรรมเสร็จ ควรปิดแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงโวลต์สูงทันที ตัวอย่างผลการทำ กิจกรรม 1. เมื่อหลอดรังสีแคโทดทำ งาน จะเห็นแนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน หรือแนวสว่างเป็น เส้นตรงเกิดขึ้นระหว่างขั้วแคโทดและขั้วแอโนด ดังรูป 2. เมื่อนำ ขั้วเหนือของแม่เหล็กเข้าใกล้แนวสว่าง แนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะเบนไป จากแนวเดิม ถ้าสลับขั้วเป็นขั้วใต้แนวสว่างจะเบนไปเช่นกัน แต่จะเบนในทิศทางตรงข้ามกัน จากนั้นให้นำ ขั้วเหนือของแม่เหล็กเข้าใกล้แนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ในลักษณะที่ สนามแม่เหล็กมีทิศตั้งฉากกับแนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและมีทิศทางชี้เข้า สังเกตว่า แนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะเบนโค้งลง ดังรูป ก. จากนั้นสลับขั้วแม่เหล็กเป็นขั้วใต้ เข้าใกล้แนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน สนามแม่เหล็กมีทิศทางตั้งฉากกับแนวการเคลื่อนที่ ของอิเล็กตรอนและ มีทิศทางชี้ออก แนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะเบนโค้งขึ้น ดังรูป ข. รูป แนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนระหว่างขั้วแคโทดและขั้วแอโนด

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 32 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 33 ขั้วแคโทด ขั้วแอโนด B e ขั้วแคโทด ขั้วแอโนด B e รูป การเบนของแนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เมื่อนำ ขั้วแม่เหล็กเข้าใกล้หลอดรังสีแคโทด ก. แนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนโค้งลง ค. สนามแม่เหล็กมีทิศทางชี้เข้าและ แนวการเบนของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ข. แนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนโค้งขึ้น ง. สนามแม่เหล็กมีทิศทางชี้ออกและ แนวการเบนของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน แนวการจัดการเรียนรู้ ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ข้อที่ 4 และ 5 ของหัวข้อ 15.2 ตามหนังสือเรียน ครูนำ เข้าสู่หัวข้อที่ 15.2.1 โดยทบทวนเกี่ยวกับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอยู่ในสนามไฟฟ้า จะมีแรง เนื่องจากสนามไฟฟ้ากระทำ ต่ออนุภาค จากนั้นตั้งคำ ถามว่า หากอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในบริเวณ ที่มีและไม่มีสนามแม่เหล็กจะมีแรงกระทำ ต่ออนุภาคหรือไม่ อย่างไร ลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคเป็น อย่างไร ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำ ตอบที่ถูกต้อง ครูยกสถานการณ์หรืออาจสาธิตการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็กด้วยหลอดรังสีแคโทด ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จากนั้นให้นักเรียนสังเกตแนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ดังนี้ ∙ เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก แนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตามรูป 15.22 ในหนังสือเรียน หรือจากการสาธิต ครูนำ อภิปรายจนสรุปได้ว่า เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็กการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเป็น แนวเส้นตรง แสดงว่าไม่มีแรงกระทำ ต่ออิเล็กตรอน ∙ เมื่อมีสนามแม่เหล็ก โดยนำ ขั้วเหนือหรือขั้วใต้ของแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้กับแนวการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอนในทิศทางตั้งฉาก แนวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะเบนตรงข้ามกันดังรูป 15.23 และ 15.24 ในหนังสือเรียน หรือจากการสาธิต ครูนำ อภิปรายจนสรุปได้ว่า การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเบนจาก

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 34 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 35 แนวเดิม แสดงว่ามีแรงกระทำ ต่ออิเล็กตรอน โดยแรงนี้เป็นแรงเนื่องจากสนามแม่เหล็กกระทำ ต่ออนุภาคที่ มีประจุไฟฟ้า เรียกว่า แรงแม่เหล็ก ครูอาจถามคำ ถามชวนคิดในหน้า 29 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำ อภิปรายจนได้แนวคำ ตอบดังนี้ ครูยกสถานการณ์ประจุไฟฟ้าบวกเคลื่อนที่ในทิศทางตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก แล้วให้นักเรียนเขียน เวกเตอร์ความเร็วของประจุบวก และสนามแม่เหล็ก ดังรูป 15.25 ก. แล้วเขียนเวกเตอร์แทนแรงกระทำ นำ อภิปรายจนสรุปได้ว่า เวกเตอร์ทั้งสามตั้งฉากซึ่งกันและกัน สามารถหาทิศทางแรงกระทำ ต่ออนุภาค ที่มีประจุบวก โดยใช้มือขวา ดังรูป 15.25 ข. และกรณีอนุภาคที่มีประจุลบ ยังคงหาทิศทางของแรงกระทำ ได้โดยใช้มือขวา ดังรูป 15.25 ค. ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน ครูตั้งคำ ถามว่า ขนาดของแรงที่กระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก ขึ้นอยู่กับ ปริมาณใดบ้าง ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนแสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ โดยไม่คาดหวังคำ ตอบที่ถูกต้อง ครูนำ อภิปรายจนสรุปได้ว่า ∙ กรณีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ในทิศทางขนานกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก แรงกระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ามีขนาดเป็นศูนย์ดังรูป 15.26 ∙ กรณีทิศทางของความเร็วตั้งฉากกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก ดังรูป 15.27 ขนาดของแรง หาได้จากสมการ (15.2) ∙ กรณีอนุภาคเคลื่อนที่ในทิศทางไม่ตั้งฉากกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก ดังรูป 15.28 ขนาดของแรง หาได้จากสมการ (15.3) ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.3 และ 15.4 โดยครูเป็นผู้แนะนำ ครูนำ อภิปรายเกี่ยวกับแนวการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก โดยใช้รูป 15.29 ในหนังสือเรียน จนสรุปได้ว่า ถ้าทิศทางความเร็วของอนุภาคตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กจะเกิดแรงแม่เหล็ก ในทิศตั้งฉากกับความเร็วเสมอ ทำ ให้อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวกเคลื่อนที่แบบวงกลมในสนามแม่เหล็ก โดยมี แรงแม่เหล็กเป็นแรงสู่ศูนย์กลาง หารัศมีความโค้งของการเคลื่อนที่แบบวงกลมของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ในสนามแม่เหล็กได้จากสมการ (15.4) แนวคำ ตอบชวนคิด หากอนุภาคเคลื่อนที่เข้าสู่สนามแม่เหล็กตามสถานการณ์ข้างต้น แต่มีประจุไฟฟ้าบวก อนุภาคจะมี ทิศทางการเคลื่อนที่เป็นอย่างไร แนวคำ ตอบ การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก จะเบนในทิศทางตรงข้ามกับแนวการ เคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 34 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า ฟิสิกส์ เล่ม 5 ฟิสิกส์ เล่ม 5 บทที่ 15 | แม่เหล็กและไฟฟ้า 35 ครูถามคำ ถามชวนคิดในหน้า 35 ให้นักเรียนอภิปรายร่วมกัน โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียน แสดงความคิดเห็นอย่างอิสระ แล้วครูนำ อภิปรายจนได้แนวคำ ตอบดังนี้ ครูให้นักเรียนศึกษาตัวอย่าง 15.5 โดยครูเป็นผู้แนะนำ ครูอาจนำ นักเรียนอภิปรายกรณีที่อนุภาคไฟฟ้าเคลื่อนที่ไม่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ทำ ให้อนุภาค ที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เป็นเกลียวเพื่อเชื่อมโยงการเกิดออโรรา (aurora) ตามรายละเอียดความรู้เพิ่มเติม ในหนังสือเรียน แนวคำ ตอบชวนคิด จากรูป 15.29 หากอนุภาคที่เคลื่อนที่มีประจุไฟฟ้าเป็นประจุลบ อนุภาคจะมีการเคลื่อนที่เป็นแบบใด แนวคำ ตอบ อนุภาคจะเคลื่อนที่แบบวงกลมในทิศทางตรงข้ามกับประจุบวก ความรู้เพิ่มเติมสำ หรับครู การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่ทิศทางการเคลื่อนที่ไม่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก ถ้าอนุภาคที่มีประจุ+q และความเร็ว v ทำ มุม θ กับสนามแม่เหล็ก B ดังรูป หาขนาดและ ทิศทางของแรงกระทำ ต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าได้ดังนี้ B B θ θ v v v sinθ v cosθ หาองค์ประกอบของความเร็ว v ในทิศทางตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก (v⊥) ได้v⊥ = vsinθ และในแนวขนานกับสนามแม่เหล็ก (v ) ได้v = vcosθ จาก F = qvB แทนค่า v⊥ จะได้ F⊥ = q(vsinθ)B หรือ F⊥ = qvBsinθ รูป อนุภาคมีความเร็วในทิศทางทำ มุม θ กับสนามแม่เหล็ก