1
2 ผลการเรียนรู้และสาระการเรียนรู้เพิ่มเติม สาระการเรียนรู้ฟิสิกส์ 1. เข้าใจธรรมชาติทางฟิสิกส์ ปริมาณและกระบวนการวัด การเคลื่อนที่แนวตรงแรงและกฎ การเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎความโน้มถ่วงสากล แรงเสียดทานสมดุลกลของวัตถุ งานและกฎการ อนุรักษ์พลังงานกล โมเมนต้มและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม การเคลื่อนที่แนวโค้ง รวมทั้งนำความรู้ไป ใช้ประโยชน์ ชั้น ผลการเรียนรู้ สาระการเรียนรู้เพิ่มเติม ม.4 1. อธิบาย และคำนวณพลังงานจลน์ พลังงานศักย์พลังงานกล ทดลองหา ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานจลน์ ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์ โน้มถ่วง ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของ แรงที่ใช้ดึงสปริงกับระยะที่สปริงยืดออก และความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงาน ศักย์ยืดหยุ่น รวมทั้งอธิบายความสัมพันธ์ ระหว่างงานของแรงลัพธ์และพลังงานจลน์ และคำนวณงานที่เกิดขึ้นจากแรงลัพธ์ -.พลังงานเป็นความสามารถในการทำงาน - พลังงานจลน์เป็นพลังงานของวัตถุที่กำลัง เคลื่อนที่ คำนวณได้จากสมการ 2 1 2 E mv k = - พลังงานศักย์เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับ ตำแหน่งหรือรูปร่างของวัตถุแบ่งออกเป็น พลังงานศักย์โน้มถ่วง คำนวณได้จากสมการ E p = mgh และ พลังงานศักย์ยืดหยุ่น คำนวณได้จากสมการ 2 1 2 E kx Ps = พลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงานจลน์ และพลังงานศักย์ตามสมการ E = E E k p + - แรงที่ทำให้เกิดงานโดยงานของแรงนั้นไม่ ขึ้นกับเส้นทางการเคลื่อนที่ เช่น แรงโน้ม ถ่วงและแรงสปริง เรียกว่า แรงอนุรักษ์ - งานและพลังงานมีความสัมพันธ์กัน โดย งานของแรงลัพธ์เท่ากับพลังงานจลน์ของ วัตถุที่เปลี่ยนไปตามทฤษฎีบทงาน-พลังงาน จลน์เขียนแทนได้ด้วยสมการ W =E k
3 ชั้น ผลการเรียนรู้ สาระการเรียนรู้เพิ่มเติม 2. อธิบายกฎการอนุรักษ์พลังงานกล รวมทั้งวิเคราะห์และคำนวณปริมาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุใน สถานการณ์ต่าง ๆ โดยใช้กฎการอนุรักษ์ พลังงานกล - ถ้างานที่เกิดขึ้นกับวัตถุเป็นงานเนื่องจาก แรงอนุรักษ์เท่านั้น พลังงานกลของวัตถุจะคง ตัว ซึ่งเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงานกล เขียนแทนได้ด้วยสมการ E E k p + = ค่าคงตัว โดยที่พลังงานศักย์อาจเปลี่ยนเป็นพลังงาน จลน์ - กฎการอนุรักษ์พลังงานกลใช้วิเคราะห์การ เคลื่อนที่ต่าง ๆ เช่น การเคลื่อนที่ของวัตถุที่ ติดสปริง การเคลื่อนที่ภายใต้สนามโน้มถ่วง ของโลก 3. อธิบายการทำงาน ประสิทธิภาพและ การได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลอย่างง่าย บางชนิดโดยใช้ความรู้เรื่องงานและสมดุล กล รวมทั้งคำนวณประสิทธิภาพและการ ได้เปรียบเชิงกล - การทำงานของเครื่องกลอย่างง่าย ได้แก่ คาน รอกพื้นเอียงลิ่ม สกรูและล้อกับเพลา ใช้หลักของงานและสมดุลกลประกอบการ พิจารณาประสิทธิภาพและการได้เปรียบ เชิงกลของเครื่องกลอย่างง่ายประสิทธิภาพ คำนวณได้จากสมการ Efficiency = 100% out in W x W การได้เปรียบเชิงกลคำนวณได้จากสมการ . . out in in out F S M A F S = =
4 กำหนดแผนการจัดการเรียนรู้ เรื่อง พลังงานกล ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 แผนการจัดการเรียนรู้ที่ เรื่อง จำนวน (ชั่วโมง) 1 พลังงานจลน์ 4 2 พลังงานศักย์โน้มถ่วง 2 3 พลังงานศักย์หยืดหยุ่น 2 4 การอนุรักษ์พลังงานกล 2 5 เครื่องกล 4 รวม 14
5 แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 1 โดยการจัดการเรียนรู้แบบทำนาย-สังเกต-อธิบาย ร่วมกับ นวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 พลังงานกล เวลาเรียน 14 ชั่วโมง เรื่อง พลังงานจลน์ เวลาเรียน 4 ชั่วโมง ................................................................................................................................................................ สาระการเรียนรู้ฟิสิกส์ 1. เข้าใจธรรมชาติทางฟิสิกส์ ปริมาณและกระบวนการวัด การเคลื่อนที่แนวตรงแรงและกฎ การเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎความโน้มถ่วงสากล แรงเสียดทานสมดุลกลของวัตถุ งานและกฎการ อนุรักษ์พลังงานกล โมเมนต้มและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม การเคลื่อนที่แนวโค้ง รวมทั้งนำความรู้ไป ใช้ประโยชน์ ผลการเรียนรู้ 11. อธิบายและคำนวณพลังงานจลน์พลังงานศักย์พลังงานกล ทดลองหาความสัมพันธ์ ระหว่างงานกับพลังงานจลน์ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์โน้มถ่วง ความสัมพันธ์ระหว่าง ขนาดของแรงที่ใช้ดึงสปริงกับระยะที่สปริงยืดออกและความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์ ยืดหยุ่น รวมทั้งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างงานของแรงลัพธ์และพลังงานจลน์และคำนวณงาน ที่เกิดขึ้นจากแรงลัพธ์ ตัวชี้วัดทักษะการคิดวิเคราะห์ 1. นักเรียนสมารถจำแนกได้ว่าสถานการณ์ที่กำหนดให้เกี่ยวข้องกับพลังงานจลน์อย่างไร 2. นักเรียนสามารถจัดหมวดหมู่ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงาน และสามารถอธิบาย ความสัมพันธ์ระหว่างงานของแรงลัพธ์และพลังงานจลน์และคำนวณงานที่เกิดขึ้นจากแรงลัพธ์ 3. นักเรียนสามารถเชื่อมโยงหรือต่อยอดความรู้เดิมที่ศึกษาแล้วกับความรู้ใหม่ หรือความรู้ ในศาสตร์อื่น เพื่อเห็นความสัมพันธ์หรือความต่อเนื่องของเนื้อหา 4. นักเรียนมีความสามารถในการจับประเด็นและสรุปผลจากสิ่งที่กำหนดให้ พิจารณา ความถูกต้องและความสมเหตุสมผลของคำตอบ และขยายแนวคิดไปใช้กับสถานการณ์ปัญหาอื่น 5. นักเรียนสามารถประยุกต์ใช้ทฤษฎีบทงาน-พลังงานจลน์ในการแก้ปัญหาได้
6 สาระสำคัญ/ความคิดรวบยอด พลังงาน หมายถึงความสามารถในการทำงาน พลังงานกลหรือพลังงานทางกลศาสตร์ มี2 รูปแบบคือ 1. พลังงานจลน์(Kinetic energy ∶ Ek) หมายถึงพลังงานในวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ 2. พลังงานศักย์(Potential energy ∶ Ep) หมายถึงพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุ พลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ตามสมการ E = Ek + Ep จุดประสงค์การเรียนรู้ 1) ด้านความรู้ (K) บอกความหมายของพลังงานจลน์จากคำถามตรวจสอบความเข้าใจระหว่างเรียน การ สรุป การนำเสนอ คำถามท้ายบทและแบบทดสอบความรู้เกี่ยวกับการเปลี่ยนพลังงาน จากการอภิปราย ร่วมกัน 2) ด้านกระบวนการ (P) ทดลองและคำนวณหาปริมาณที่เกี่ยวข้องกับพลังงานได้ 3) คุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) ความอยากรู้อยากเห็น ความใจกว้าง และความมีเหตุผล จากการอภิปรายร่วมกันและ การนำเสนอ สาระการเรียนรู้ พลังงาน หมายถึงความสามารถในการทำงาน พลังงานจลน์Ekหมายถึงพลังงานในวัตถุที่ก าลังเคลื่อนที่ ซึ่งขึ้นอยู่กับความเร็วของวัตถุ เป็นปริมาณสเกลาร์ค่าของพลังงานจลน์คือครึ่งหนึ่งของผลคูณระหว่างมวลกับอัตราเร็วยกก าลัง สอง หรือ สมการ Ek = 1 2 mv 2 ทักษะการคิดวิเคราะห์ 1. ทักษะการจำแนก 2. ทักษะการจัดหมู่ 3. ทักษะการเชื่อมโยง 4. ทักษะการสรุปความ 5. การประยุกต์
7 กิจกรรมการเรียนรู้ ชั่วโมงที่ 1 ขั้นนำ (Orientation and motivation) 1. ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ให้นักเรียนทราบ 2. ครูนำเข้าสู่บทเรียน โดยใช้รูป 2 รูปเป็นสื่อในการอภิปราย รูปหนึ่งเป็นการทำกิจกรรมที่ออก แรงแล้วเกิดงาน และ อีกรูปเป็นรูปที่ออกแรงแล้วไม่เกิดงาน แล้วตั้งคำถามกระตุ้นให้นักเรียนร่วมกัน อภิปรายเพื่อทบทวนเกี่ยวกับงานและพลังงานที่นักเรียนเคยได้เรียนในระดับมัธยมศึกษาตอนต้น โดยเปิด โอกาสให้นักเรียนตอบอย่างอิสระ ไม่คาดหวังคำตอบที่ถูกต้องครูอาจใช้ตัวอย่างรูปการทำกิจกรรมต่อไปนี้ ให้นักเรียนพิจารณา รูปที่ 1 การทำกิจกรรมต่างๆ 3. ครูชักชวนนักเรียนพูดคุยกระตุ้นความสนใจของนักเรียนโดยครูตั้งคำถามว่า นักเรียนรู้จัก พลังงานอะไรบ้าง และพลังงานคืออะไร แล้วเปิดโอกาสให้นักเรียนตอบได้อย่างไม่จำกัด (แนวคำตอบแบบปลายเปิด จากรูป อาจพิจารณาได้ว่ารูปทุกรูปมีงานเกิดขึ้นทั้งนั้นขึ้นอยู่กับว่านักเรียน พิจารณาลักษณะอะไรยกตัวอย่างเช่น รูปผู้หญิงนั่งพิมพ์คีย์บอร์ด ถ้าพิจารณานิ้วที่กดปุ่มบนคีย์บอร์ด ถือว่า มีงานเกิดขึ้นเพราะมีแรงที่นิ้วกดทำให้ปุ่มมีการเคลื่อนที่ แต่ถ้าพิจารณาที่ตัวผู้หญิงที่นั่งอยู่กับที่ จะถือว่าไม่เกิดงาน เพราะไม่มีการเคลื่อนที่ หรือ อีกตัวอย่างหนึ่งคือ คนขับรถ ถ้าพิจารณามือที่ใช้หมุน พวงมาลัย จะถือว่ามีงานเกิดขึ้นแต่ถ้าพิจารณาตัวคนขับ ถือว่า ไม่มีงานเกิดขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วง เพราะ คนขับรถไม่ได้มีการเคลื่อนที่ขึ้นหรือลง )
8 4.ครูให้นักเรียนศึกษาเกี่ยวกับงาน โดยให้นักเรียนทบทวนความรู้ในหัวข้อ “ทบทวนความรู้กัน หน่อยน๊า” ที่อยู่ในเล่มสื่อนวัตกรรม โดยให้เวลานักเรียนศึกษา 15 นาที จากนั้นให้นักเรียนร่วมกัน อภิปราย ชั่วโมงที่ 2 5. ครูใช้คำถามเพื่อกระตุ้นให้นักเรียนอภิปรายร่วมกันว่า งานมีความสัมพันธ์กับพลังงานอย่างไร และความเข้าใจเกี่ยวกับงานและพลังงานสามารถนำไปอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุได้เหมือนหรือ แตกต่างจากการใช้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันที่นักเรียนได้เรียนรู้มาแล้วอย่างไร โดยครูเปิดโอกาสให้ นักเรียนตอบอย่างอิสระ ไม่คาดหวังคำตอบที่ถูกต้อง (แนวตอบ: หากมีแรง F กระทําต่อวัตถุ จนขนาดของความเร็วของวัตถุเปลี่ยนไป ทําให้พลังงานจลน์ของ วัตถุเปลี่ยนไปจากเดิม พบว่างานที่แรงนั้นกระทําต่อวัตถุมีค่าเท่ากับพลังงานจลน์ของวัตถุที่เปลี่ยนไป) 6. ครูชี้แจงหัวข้อที่นักเรียนจะได้เรียนรู้ในบทเรียนและคำถามสำคัญที่นักเรียนจะต้องตอบได้ หลังจากการเรียนรู้ 7. ครูแบ่งนักเรียนออกเป็นทั้งหมด 4 กลุ่ม ให้นักเรียนทั้งชั้นเรียนรวมกัน ปรึกษานำเสนอแนวคิด ของตนเองและร่วมกันแสดงความคิดเห็นภายในกลุ่ม เพื่อตอบว่า "งานกับพลังงานมีความสัมพันธ์กัน อย่างไร" และส่งตัวแทนออกมาเขียนคำตอบของกลุ่มตนเองไว้ที่กระดานหน้าชั้นเรียน (แนวตอบ: หากมีแรง กระทําต่อวัตถุ จนขนาดของความเร็วของวัตถุเปลี่ยนไป ทําให้พลังงานจลน์ของ วัตถุเปลี่ยนไปจากเดิม พบว่างานที่แรงนั้นกระทําต่อวัตถุมีค่าเท่ากับพลังงานจลน์ของวัตถุที่เปลี่ยนไป) 8. ครูยกตัวอย่างสถานการณ์ว่า วัตถุที่อยู่บนโต๊ะถูกยกขึ้นด้วยความเร็ว จะมีพลังงานแบบใด เกิดขึ้นบ้าง เป็นอย่างไร (แนวคำตอบ: พลังงานจลน์และพลังงานศักย์)
9 ชั่วโมงที่ 3 ขั้นสอน ขั้นกิจกรรมการเรียนรู้โดยใช้วิธีการทำนาย-สังเกต-อธิบาย (POE) ขั้นที่ 1: การทำนาย (Predict: P) 9. ครูเริ่มต้นโดยการให้นักเรียนดูภาพในกิจกรรมที่ 1.1 พลังงานจลน์....คืออะไรน๊า แล้วตั้งคำถาม พลังงานจลน์ หมายถึงอะไร ให้นักเรียนทำนายจากภาพที่กำหนดให้ ภาพใดเป็นเหตุการณ์ที่ทำให้เกิด พลังงานจลน์ 10. ครูตั้งคำถามอื่นๆ เช่น ถามว่าเกิดอะไรขึ้นในภาพ เพราะเหตุใดถึงเกิดเป็นพลังงานและจะ เป็นอย่างไรและให้นักเรียนลองทำนายผลของคำตอบ ในขั้นตอนนี้นักเรียนจะทำนายผลตามความรู้เดิมที่ ติดตัวมา (Prior knowledge) เพราะเหตุใดถึงเกิดพลังงานจลน์ 11. ให้นักเรียนเล่าให้เพื่อนฟัง หลังพูดคุยปรึกษากันครูถามนักเรียนในห้องคร่าวๆ เพื่อดูว่า ผลการทำนายของนักเรียนส่วนใหญ่ในห้องเรียน เป็นอย่างไร 12. นักเรียนแต่ละคนคิดและเขียนสิ่งที่ "คิด" ในสมุดจดหรือกระดาษ ตามเวลาที่กำหนดไว้ 10 นาทีแล้วให้จับคู่กับเพื่อแลกเปลี่ยนสิ่งที่แต่ละคนคิดและเขียนสรุปประเด็นที่คิดเหมือน หรือต่างกันใน ตารางบันทึกผลกิจกรรม ขั้นที่ 2: การสังเกต (Observe: O) 13. ครูให้นักเรียนเปิดสื่อนวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม ในกิจกรรมที่ 1.2 พลังงานจลน์ จะแสดงผลของปรากฏการณ์ของสถานการณ์ที่ 1 และสถานการณ์ที่ 2 ซึ่งเป็นในลักษณะ แนะแนวคำตอบให้สังเกตสถานการณ์ที่กำหนดให้ทั้ง 2 สถานการณ์แล้วร่วมกันกันอภิปราย แล้วให้ นักเรียนปรึกษากันระหว่างเพื่อนๆ ที่นั่งใกล้กันครูจะเดินสอบถามแต่ละกลุ่มคิดเห็นอย่างไรกับสถานการณ์ ที่ให้ดูในเล่มสื่อนวัตกรรม อีกทั้งให้นักเรียนพยายามช่วยกันหาคำตอบโดยในขั้นตอนนี้ครูจะให้นักเรียนทำ การ Download และติดตั้ง Application V-Player ตามขั้นตอนในหน้าที่ 2
10 ความจริงเสริม แสดง มวล ของวัตถุมีผลทำให้เกิด พลังงานจลน์ ความจริงเสริม แสดง มวล ของวัตถุมีผลทำให้เกิด พลังงานจลน์
11 14 ครูให้นักเรียนแต่ละกลุ่มได้ช่วยกันแสดงความคิดเห็นที่ได้สังเกตต้นไม้ล้มทั้ง 2 สถานการณ์ ใน AR และให้จดบันทึกผลการสังเกตจากนั้นครูได้ตั้งคำถาม ว่าเพราะเหตุใดต้นไม้ถึงหักล้ม ไม่เท่ากัน (แนวคำตอบ สถานการณ์ที่ 1 มวลของรถไม่เท่ากัน ทำให้จำนวนต้นไม้ที่หักมีไม่เท่ากัน มวลมากต้นไม้หัก มาก สถานการณ์ที่ 2 ความเร็วของรถไม่เท่ากัน ทำให้จำนวนต้นไม้ที่หักมีไม่เท่ากัน ความเร็วมากต้นไม้ หักมาก 15. ครูตั้งคำถามต่อว่า ถ้าเราทราบขนาดของแรงที่กระทำต่อต้นไม้ก็จะสามารถหางานของแรงที่ กระทำได้จากสมการใด ให้นักเรียนสังเกต แล้วตอบคำถาม (แนวตอบ จากสมการ W = FX) 16. ครูให้นักเรียนอธิบายความหมายของพลังงานจลน์จากนั้นครูแสดงที่มาของสมการ ควบคู่ไป กับการอธิบายเนื้อหา โดยนักเรียนควรมีความเข้าใจว่า เนื่องจากปริมาณงานที่ทำได้ทั้งหมดจะเท่ากับ พลังงานจลน์ จึงสามารถคำนวณหาพลังงานจลน์ได้จากสมการ 1 2 2 E v k= m (แนวคำตอบ) พลังงานจลน์ (kinetic energy; Ek) คือพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุอันเนื่องจากอัตราเร็ว ของวัตถุ มีขนาดเท่ากับงานต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุจนหยุดนิ่ง กำหนดให้วัตถุมวล m เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว v ดังรูป ต้องการหาขนาดของพลังานจลน์ (Ek) หาความเร่งจาก v 2 = u2 + 2as แทนค่า 0 = v2 + 2as a = 2s v 2 − เป็นลบ แสดงว่าความเร่งมีทิศตรงข้ามกับ u หาขนาดของแรงต้าน F = ma แทนค่า f = ma = m 2s v 2 = 2s mv2 หางานจากแรงต้าน Wf = -fs = - 2s mv2 s = - 2 mv 2 1 ดังนั้นขนาดของพลังงานจลน์เท่ากับ E = | Wf | = 2 mv 2 1 นั่นคือ Ek = 2 mv 2 1 ……..(1)
12 17 ครูอธิบายว่า พลังงานจลน์ของวัตถุที่เปลี่ยนไป เมื่อมีงานของแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์มากระทำ ต่อวัตถุ แล้วให้นักเรียนดูควบคู่ไปกับ AR จากชุดการสอนความเป็นจริงเสริม โดยสามารถคำนวณหา พลังงานจลน์ที่เปลี่ยนไปได้จากสมการ สมการ Wtot = ∆Ek ซึ่งสมการนี้เรียกว่าทฤษฎีบทงาน-พลังงาน จลน์ (work-kinetic energy theorem) ชั่วโมงที่ 4 ขั้นที่ 3: การอธิบาย (Explain: E) 18. ครูให้นักเรียนในกลุ่มร่วมกันอธิบายผลที่เห็นจากสถานการณ์ที่ 1 และสถานการณ์ที่ 2 ใน เล่มสื่อนวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม และให้นักเรียนวิเคราะห์ผลการสังเกตกับ คำตอบจากการทำนายในตอนแรก และครูให้นักเรียนอธิบายปริมาณใดบ้างที่ส่งผลให้เกิดพลังงานจลน์ แล้วสรุปแนวคิดหลักเรื่องนั้นๆ อีกครั้ง หลังจากนั้นจะมีการทำตัวอย่างโจทย์เพื่อขยายแนวคิด และฝึกการ แก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดนั้น ตัวอย่างโจทย์บางส่วนผู้สอนให้ผู้เรียนกลับไปทำเป็นการบ้าน 19 จากนั้นให้ตัวแทนนักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอความคิดของตน (แนวคำตอบ ครูอธิบายเสริมจากแนวคิดของนักเรียนที่มีในกระดานว่าทฤษฎีบทงาน-พลังงานจลน์ กล่าว ว่า ถ้ามีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ ซึ่งทำให้พลังงานจล่น์ของวัตถุเปลี่ยนไป หากแรงและการกระจัดมี ทิศทางเดียวกัน งานที่ได้จะมีค่าเป็นบวก แสดงว่าวัตถุมีความเร็วเพิ่มขึ้นหากแรงและการกระจัดมีทิศ ทางตรงข้ามกัน งานที่ได้จะเป็นลบ แสดงว่าวัตถุมีความเร็วลดลง อย่างไรก็ตาม ถ้าแรงและการกระจัดตั้ง ฉากซึ่งกันและกันงานที่ได้จะเป็นศูนย์ ) ขั้นสรุป 20. ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายผลเกี่ยวกับพลังงานจลน์จากนั้นครูให้นักเรียนแต่ละคนสรุป 21. ครูให้ความรู้เพิ่มเติมว่า พลังงานจลน์ของวัตถุที่เปลี่ยนไปนั้นอาจจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงก็ได้ ขึ้นอยู่กับทิศทางของแรงที่มากระทำ กล่าวคือ ถ้าแรงที่มากระทำมีทิศทางเดียวกับทิศทางการ เคลื่อนที่ของวัตถุจะทำให้พลังงานจลน์ของวัตถุเพิ่มขึ้นแต่ถ้าแรงที่มากระทำมีทิศทางตรงข้ามกับทิศ ทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ จะทำให้พลังงานจลน์ของวัตถุลดลง และเมื่อให้งานที่เป็นบวกแก่วัตถุจะทำ ให้พลังงานจลน์ของวัตถุเพิ่มขึ้นนั่นคือ ∆Ek เป็นบวก และเมื่อให้งานที่เป็นลบแก่วัตถุ จะทำ ให้พลังงานจลน์ของวัตถุลดลง นั่นคือ ∆Ek เป็นลบ จะเห็นว่างานที่ทำให้พลังงานจลน์ของวัตถุลดลง เป็นงานลบ เพราะเป็นงานของแรงต้านการเคลื่อนที่นั่นเอง งานของแรงต้านอาจจะเปลี่ยนเป็น พลังงานชนิดอื่นได้ เช่น ความร้อนที่เกิดขึ้น
13 สื่อการเรียนรู้ 1. นวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม เรื่อง พลังงานจลน์ การวัดผลและประเมินผล สิ่งที่ต้องการวัด วิธีวัด เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน 1) ด้านความรู้ (K) บอกความหมายพลังงาน กลและ พลังงานจลน์ได้ ตรวจใบกิจกรรมใน นวัตกรรมการเรียนรู้ ฟิสิกส์ เรื่อง พลังงาน จลน์ 1. แบบทดสอบก่อน เรียนและหลังเรียน 2. ใบกิจกรรมการ เรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถทำได้ ถูกต้อง70% ขึ้นไป ถือว่า ผ่านเกณฑ์การประเมิน 2) ด้านกระบวนการ (P) ทดลองและคำนวณหา ปริมาณที่เกี่ยวข้องกับ พลังงานได้ สังเกตพฤติกรรมด้าน ทักษะกระบวนการ 1 . ก า ร น ำ เ ส น อ ผลงานของนักเรียน 2. ใบกิจกรรมการ เรียนรู้ 1 . น ั ก เ ร ี ย นสา ม ารถ นำเสนอผลงานได้ ถือว่า ผ่าน 2. นักเรียนสามารถทำได้ ถูกต้องอย่างน้อย 70% 3) คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ (A) มีความใฝ่เรียนรู้ สังเกตพฤติกรรมของ นักเรียนในห้องเรียน แ บ บ ป ร ะ เ มิ น คุณลักษณะที่พึง ประสงค์ การผ่านเกณฑ์ นักเรียน ต้องผ่านระดับคุณภาพดี ขึ้นไป
14 คำถามตรวจสอบความเข้าใจ 1 1. ถ้ามีแรงมากระทำต่อวัตถุในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ พลังงานจลน์ของวัตถุจะ เปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร ในทางกลับกัน ถ้าแรงนั้นมีทิศทางตรงข้าม พลังงานจลน์ของ วัตถุจะเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. ครูเข็มและจ่าอาร์มหิ้วตะกร้าที่มีขนาดเท่ากันและน้ำหนักเท่ากัน ขึ้นไปบนกำแพง ดังรูป ครู เข็มปืนขึ้นบันไดที่ตั้งในแนวดิ่ง จ่าอาร์มปืนขึ้นตามพื้นเอียง คนใดทำให้พลังงานในตะกร้า เพิ่มขึ้นมากกว่า ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. งานและพลังงานจลน์มีความสัมพันธ์อย่างไร จงอธิบาย ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. วัตถุมวล m อยู่สูงจากพื้นเป็นระยะทาง h พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุนี้บนผิวโลกและบน ผิวดวงจันทร์เท่ากันหรือไม่ ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………
15 เฉลยคำถามตรวจสอบความเข้าใจ 1 1. ถ้ามีแรงมากระทำต่อวัตถุในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ พลังงานจลน์ของวัตถุจะ เปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร ในทางกลับกัน ถ้าแรงนั้นมีทิศทางตรงข้าม พลังงานจลน์ของ วัตถุจะเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร ตอบ เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ จะทำให้วัตถุมี ความเร็วเพิ่มขึ้น ดังนั้นพลังงานจลน์ของวัตถุจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน ถ้าแรงที่กระทำต่อ วัตถุมีทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ จะทำให้วัตถุมีความเร็วลดลง ดังนั้นพลังงาน จลน์ของวัตถุจะลดลง 2. ครูเข็มและจ่าอาร์มหิ้วตะกร้าที่มีขนาดเท่ากันและน้ำหนักเท่ากัน ขึ้นไปบนกำแพง ดังรูป ครู เข็มปืนขึ้นบันไดที่ตั้งในแนวดิ่ง จ่าอาร์มปืนขึ้นตามพื้นเอียง คนใดทำให้พลังงานในตะกร้า เพิ่มขึ้นมากกว่า ตอบ เมื่อครูเข็มและจ่าอาร์มขึ้นไปอยู่บนกำแพง ทั้งสองคนจะสูง h จากพื้นเท่ากัน พลังงาน ในตะกร้าทั้งสองจะเพิ่มเท่ากันคือ mgh 3. งานและพลังงานจลน์มีความสัมพันธ์อย่างไร จงอธิบาย ตอบ เมื่อมีแรงกระทำต่อวัตถุ จะทำให้วัตถุเคลื่อนที่ งานของแรงดังกล่าวทำให้วัตถุมีพลังงาน จลน์ ถ้าเริ่มต้น วัตถุอยู่นิ่ง งานของแรงที่ทำให้เคลื่อนที่จะเท่ากับพลังงานจลน์ของวัตถุ 4. วัตถุมวล m อยู่สูงจากพื้นเป็นระยะทาง h พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุนี้บนผิวโลกและบน ผิวดวงจันทร์เท่ากันหรือไม่ ตอบ วัตถุมวล m อยู่สูงจากพื้น (ระดับอ้างอิง) เป็นระยะทาง h จะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วง เท่ากับ mgh เมื่อ g คือความเร่งโน้มถ่วง ณ บริเวณนั้น แต่เนื่องจาก g บนผิวโลกมากกว่า g บนผิวดวงจันทร์ดังนั้นที่ความสูง (จากระดับอ้างอิง) เท่ากัน พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุนี บนผิวโลกจะมีค่ามากกว่าบนผิวดวงจันทร์
16 แบบฝึกหัด 1.1 1. รถยนต์มวล 1000 กิโลกรัม วิ่งด้วยอัตราเร็วคงตัวได้ระยะทาง 0.9 กิโลเมตร ในเวลา 1/2 นาที พลังงานจลน์ของรถยนต์คันนี้เป็นเท่าใด ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. อิเล็กตรอนมีมวล 9.1 × 10-31 กิโลกรัม จงหาพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน ซึ่งเคลื่อนที่ด้วย อัตราเร็ว 2.0 × 106 เมตรต่อวินาที จะต้องใช้อิเล็กตรอนที่มีอัตราเร็วขนาดนี้กี่ตัวจึงจะมี พลังงานจลน์เป็น 1 จูล ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. วัตถุหนัก 10 นิวตัน อยู่สูงจากพื้น 0.2 เมตร ปลายเชือกข้างหนึ่งผูกกับวัตถุคล้องผ่านรอกลื่น เมื่อใช้แรง 15 นิวตัน ดึงปลายเชือกอีกข้างจากตำแหน่ง A ถึงตำแหน่ง B ซึ่งห่างกัน 0.5 เมตร ดังรูปขณะปลายเชือกถึงตำแหน่ง B วัตถุมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่าใด (ให้พื้นเป็น ระดับอ้างอิง) ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………
17 4. สปริงตัวหนึ่งมีค่าคงตัวสปริง 100 นิวตันต่อเมตร ถูกกดให้สั้นลง 5 เซนติเมตร พลังงานศักย์ ในสปริงมีค่าเท่าใด ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. จงหางานที่ต้องทำในการเข็นวัตถุมวล 25 กิโลกรัมขึ้นไปตามพื้นเอียงลื่นสูง 2.0 เมตร ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… 6. วัตถุมวล 1 กิโลกรัม อัตราเร็ว 2 เมตรต่อวินาที ต่อมามีอัตราเร็วเป็น 3 เมตรต่อวินาที งานที่ ทำ ต่อวัตถุมีค่าเท่าใด ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………
18 เฉลยแบบฝึกหัด 1 1. รถยนต์มวล 1000 กิโลกรัม วิ่งด้วยอัตราเร็วคงตัวได้ระยะทาง 0.9 กิโลเมตร ในเวลา 1/2 นาที พลังงานจลน์ของรถยนต์คันนี้เป็นเท่าใด วิธีทำ หาพลังงานจลน์ของรถยนต์ จาก = 1 2 2 = ∆ = 0.9×1000 30 = 30 / แทนค่า m และ v ใน = 1 2 2 จะได้ = 1 2 (1000)(302 ) = 4.5 × 105 ตอบ พลังงานจลน์ของรถคันนี้เท่ากับ 4.5 × 105 จูล 2. อิเล็กตรอนมีมวล 9.1 × 10-31 กิโลกรัม จงหาพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน ซึ่งเคลื่อนที่ด้วย อัตราเร็ว 2.0 × 106 เมตรต่อวินาที จะต้องใช้อิเล็กตรอนที่มีอัตราเร็วขนาดนี้กี่ตัวจึงจะมี พลังงานจลน์เป็น 1 จูล วิธีทำ จาก = 1 2 2 = 1 2 (9.1 × 10−31)(2 × 106 ) 2 = 1.8 × 10−18 ถ้าต้องการให้มีพลังงานเป็น 1 จูล จะต้องใช้อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 1.8×10−18 = 5.5 × 1017 ตอบ พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนเท่ากับ 1.8 × 10−18 จูล และต้องใช้อิเล็กตรอน 5.5 × 1017 3. วัตถุหนัก 10 นิวตัน อยู่สูงจากพื้น 0.2 เมตร ปลายเชือกข้างหนึ่งผูกกับวัตถุคล้องผ่านรอกลื่น เมื่อใช้แรง 15 นิวตัน ดึงปลายเชือกอีกข้างจากตำแหน่ง A ถึงตำแหน่ง B ซึ่งห่างกัน 0.5 เมตร ดังรูปขณะปลายเชือกถึงตำแหน่ง B วัตถุมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่าใด (ให้พื้นเป็น ระดับอ้างอิง) วิธีทำ พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุมีค่าขึ้นกับตำแหน่ง ของวัตถุเมื่อเทียบกับระดับอ้างอิง ถ้าให้พื้นเป็นระดับ อ้างอิง เมื่อดึงปลายเชือกจากตำแหน่ง A ถึง B ซึ่งห่างกัน 0.5 เมตร วัตถุจะถูกดึงขึ้นจากตำแหน่งเดิมเป็นระยะ 0.5 เมตร ทำให้วัตถุอยู่สูงจากพื้นเป็น 0.2+0.5 = 0.7 เมตร
19 = ℎ = (10)(0.7) = 7 ตอบ วัตถุมีพลังงานศักย์โน้มถ่วง 7 จูล 4. สปริงตัวหนึ่งมีค่าคงตัวสปริง 100 นิวตันต่อเมตร ถูกกดให้สั้นลง 5 เซนติเมตร พลังงานศักย์ ในสปริงมีค่าเท่าใด วิธีทำ พลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริงมีค่าขึ้นกับผลคูณระหว่างค่าคงตัวสปริงกับระยะยืดหรือ หดของสปริงจากตำแหน่งสมดุล ซึ่งสปริงตัวนี้มีค่าคงตัวสปริง 100 นิวตันต่อเมตรและ สปริง ถูกกดให้สั้นลง5 เซนติเมตร ดังนั้น = 1 2 2 = 1 2 (100)(0.05) 2 = (50)(0.0025) = 0.125 J ตอบ สปริงมีพลังงานศักย์ยืดหยุ่น 0.125 จูล 5. จงหางานที่ต้องทำในการเข็นวัตถุมวล 25 กิโลกรัมขึ้นไปตามพื้นเอียงลื่นสูง 2.0 เมตร วิธีทำ จาก = ℎ = (25)(9.8)(2) = 490 ตอบ งานที่ต้องทำเท่ากับ 490 จูล 6. วัตถุมวล 1 กิโลกรัม อัตราเร็ว 2 เมตรต่อวินาที ต่อมามีอัตราเร็วเป็น 3 เมตรต่อวินาที งานที่ ทำต่อวัตถุมีค่าเท่าใด วิธีทำ จากทฤษฎีบทงาน-พลังงานจลน์ งานเนื่องจากแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์กระทำต่อวัตถุจะ เท่ากับพลังงานจลน์ของวัตถุที่เปลี่ยนไป ดังนั้น = − = 1 2 2 − 1 2 2 = 1 2 (1)3 2 − 1 2 (1)2 2 = 4.5 − 2 = 2.5 ตอบ งานที่ต้องทำเท่ากับ 2.5 จูล
20 แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 2 โดยการจัดการเรียนรู้แบบทำนาย-สังเกต-อธิบาย ร่วมกับ นวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 พลังงานกล เวลาเรียน 14 ชั่วโมง เรื่อง พลังงานศักย์โน้มถ่วง เวลาเรียน 2 ชั่วโมง ................................................................................................................................................................ สาระการเรียนรู้ฟิสิกส์ 1. เข้าใจธรรมชาติทางฟิสิกส์ ปริมาณและกระบวนการวัด การเคลื่อนที่แนวตรงแรงและกฎ การเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎความโน้มถ่วงสากล แรงเสียดทานสมดุลกลของวัตถุ งานและกฎการ อนุรักษ์พลังงานกล โมเมนต้มและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม การเคลื่อนที่แนวโค้ง รวมทั้งนำความรู้ไป ใช้ประโยชน์ ผลการเรียนรู้ 11. อธิบาย และคำนวณพลังงานจลน์พลังงานศักย์พลังงานกล ทดลองหาความสัมพันธ์ ระหว่างงานกับพลังงานจลน์ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์โน้มถ่วง ความสัมพันธ์ระหว่าง ขนาดของแรงที่ใช้ดึงสปริงกับระยะที่สปริงยืดออกและความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์ ยืดหยุ่น รวมทั้งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างงานของแรงลัพธ์และพลังงานจลน์และคำนวณงานที่ เกิดขึ้นจากแรงลัพธ์ ตัวชี้วัดทักษะการคิดวิเคราะห์ 1. นักเรียนสมารถจำแนกบอกความหมายเกี่ยวข้องกับพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้ 2. นักเรียนสามารถจัดหมวดหมู่ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงาน และสามารถอธิบาย ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์โน้มถ่วง 3. นักเรียนสามารถเชื่อมโยงหรือต่อยอดความรู้เดิมที่ศึกษาแล้วกับความรู้ใหม่ หรือความรู้ ในศาสตร์อื่น เพื่อเห็นความสัมพันธ์หรือความต่อเนื่องของเนื้อหา 4. นักเรียนมีความสามารถในการจับประเด็นและสรุปผลจากสิ่งที่กำหนดให้ พิจารณา ความถูกต้องและความสมเหตุสมผลของคำตอบ และขยายแนวคิดไปใช้กับสถานการณ์ปัญหาอื่น 5. นักเรียนสามารถประยุกต์ใช้พลังงานศักย์โน้มถ่วง ในการคำนวนแก้ปัญหาได้
21 สาระสำคัญ/ความคิดรวบยอด พลังงาน หมายถึงความสามารถในการทำงาน พลังงานกลหรือพลังงานทางกลศาสตร์ มี2 รูปแบบคือ 1. พลังงานจลน์(Kinetic energy ∶ Ek) หมายถึงพลังงานในวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ 2. พลังงานศักย์(Potential energy ∶ Ep) หมายถึงพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุ พลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ตามสมการ E = Ek + Ep จุดประสงค์การเรียนรู้ 1) ด้านความรู้ (K) บอกความหมายพลังงานกล พลังงานจลน์ และพลังงานศักย์ได้ 2) ด้านกระบวนการ (P) ทดลองและคำนวณหาปริมาณที่เกี่ยวข้องกับพลังงานได้ 3) คุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) มีความใฝ่เรียนรู้ สาระการเรียนรู้ พลังงานศักย์ EPหมายถึงพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุพลังงาน ศักย์จำแนกเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วง ซึ่งเป็นพลังงานภายนอกที่เอาชนะแรงของสนามโน้มถ่วง หาได้ จากผลคูณของมวล ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก และระดับความสูง หรือ EP = mgh ส่วน พลังงานศักย์ยืดหยุ่นเป็นพลังงานที่เกิดขึ้นจากการกดหรือดึงสปริงหรือการอออกแรงดึงวัตถุที่มีความ ยืดหยุ่นให้ยืดออก ค่าพลังงานศักย์ยืดหยุ่นหาได้จาก ครึ่งหนึ่งของผลคูณระหว่างค่าคงตัวสปริงกับ ระยะยืด-หดยกกำลังสอง หรือ EP = 1 2 kx2 พลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ตามสมการ E = E_k + E_p ทักษะการคิดวิเคราะห์ 1. ทักษะการจำแนก 2. ทักษะการจัดหมู่ 3. ทักษะการเชื่อมโยง 4. ทักษะการสรุปความ 5. การประยุกต์
22 กิจกรรมการเรียนรู้ ชั่วโมงที่ 1 ขั้นนำ (Orientation and motivation) 1. ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ให้นักเรียนทราบ 2. ครูถามนักเรียนว่านอกจากพลังงานจลน์แล้ว นักเรียนรู้จักพลังงานอะไรอีกบ้าง (คำตอบเป็น แบบปลายเปิด) 3. ครูถามนักเรียนว่า สำหรับพลังงานกล เป็นผลรวมของพลังงานใดบ้าง (แนวคำตอบ : พลังงานจลน์และพลังงานศักย์) 4.ครูนำเข้าสู่หัวข้อ โดยตั้งคำถามเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานจลน์ที่ได้เรียนรู้มา ก่อนหน้านี้ แล้วให้นักเรียนอภิปรายร่วมกันว่า งานกับพลังงานศักย์มีความสัมพันธ์ในลักษณะเดียวกัน หรือไม่ อย่างไร โดยครูเปิดโอกาสให้นักเรียนตอบอย่างอิสระ ไม่คาดหวังคำตอบที่ถูกต้อง จากนั้นครูนำ อภิปรายเกี่ยวกับพลังงานศักย์ตามรายละเอียดในนวัตกรรม 5. ครูให้สมาชิกแต่ละกลุ่มที่ได้แบ่งไปเมื่อชั่วโมงที่แล้วช่วยกันพูดคุยหาความหมายของ พลังงาน ศักย์ แล้วช่วยกันแสดงความคิดเห็นของกลุ่มตัวเองให้เพื่อน ๆ ในห้องฟัง โดยครูคอยชี้แนะและให้ความรู้ ที่ถูกต้อง (แนวตอบ: พลังงานศักย์ คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุอันเนื่องมาจากตำแหน่งของวัตถุ ประกอบด้วย พลังงานศักย์โน้มถ่วง เป็นพลังงานที่สะสมในวัตถุเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก และพลังงานศักย์ ยืดหยุ่น เป็นพลังงานที่สะสมในวัตถุที่มีความยืดหยุ่น) ขั้นสอน ขั้นกิจกรรมการเรียนรู้โดยใช้วิธีการทำนาย-สังเกต-อภิปราย (POE) ขั้นที่ 1: การทำนาย (Predict: P) 6. ครูเริ่มต้นโดยการให้นักเรียนดูภาพในกิจกรรมที่ 2.1 พลังงานศักย์โน้มถ่วง....คืออะไรน๊า แล้ว ตั้งคำถาม พลังงานศักย์โน้มถ่วงหมายถึงอะไร ให้นักเรียนทำนายจากภาพที่กำหนดให้ ภาพใดเป็น เหตุการณ์ที่ทำให้เกิดพลังงานศักย์โน้มถ่วง 7. ครูตั้งคำถามอื่นๆ เช่น ถามว่าเกิดอะไรขึ้นในภาพ เพราะเหตุใดถึงเกิดเป็นพลังงานและจะเป็น อย่างไรและให้นักเรียนลองทำนายผลของคำตอบ ในขั้นตอนนี้นักเรียนจะทำนายผลตามความรู้เดิมที่ติด ตัวมา (Prior knowledge) เพราะเหตุใดถึงเกิดพลังงานศักย์โน้มถ่วง (แนวคำตอบ วัตถุซึ่งอยู่ในระดับความสูง เมื่อเทียบกับตำแหน่งอ้างอิงจะมีค่าเท่ากับ เรียกว่าพลังงานศักย์ โน้มถ่วง
23 8. ให้นักเรียนเล่าให้เพื่อนฟัง หลังพูดคุยปรึกษากันครูถามนักเรียนในห้องคร่าวๆ เพื่อดูว่าผลการ ทำนายของนักเรียนส่วนใหญ่ในห้องเรียน เป็นอย่างไร 9. นักเรียนแต่ละคนคิด และเขียนสิ่งที่ "คิด" ในสมุดจดหรือกระดาษ ตามเวลาที่กำหนดไว้ 10 นาทีแล้วให้จับคู่กับเพื่อน เพื่อแลกเปลี่ยนสิ่งที่แต่ละคนคิด และเขียนสรุปประเด็นที่คิดเหมือน หรือต่างกัน ในตารางบันทึกผล ขั้นที่ 2: การสังเกต (Observe: O) 10. ครูให้นักเรียนเปิดสื่อนวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม ในกิจกรรมที่ 2.2 พลังงานศักย์โน้มถ่วงจะแสดงผลของปรากฏการณ์ของสถานการณ์ที่ 1 และสถานการณ์ที่ 2 ซึ่งเป็นใน ลักษณะแนะแนวคำตอบให้สังเกตสถานการณ์ที่กำหนดให้ทั้ง 2 สถานการณ์แล้วร่วมกันกันอภิปราย แล้ว ให้นักเรียนปรึกษากันระหว่างเพื่อนๆ ที่นั่งใกล้กันครูจะเดินสอบถามแต่ละกลุ่มคิดเห็นอย่างไรกับ สถานการณ์ที่ให้ดูในเล่มสื่อนวัตกรรมที่ อีกทั้งให้นักเรียนพยายามช่วยกันหาคำตอบ ความจริงเสริม แสดง ระดับความสูงเท่ากันวัตถุ ขนาดต่างกัน มีผลทำให้ เกิดพลังงานศักย์โน้มถ่วง
24 ชั่วโมงที่ 2 11. ครูให้นักเรียนแต่ละกลุ่มได้ช่วยกันแสดงความคิดเห็นที่ได้สังเกตสถานการที่ 1 และ สถานการณ์ที่ 2 ว่าเพราะเหตุใด และครูให้คำปรึกษา (แนวคำตอบ สถานการณ์ที่ 1 ที่ระดับความสูงเท่ากันวัตถุขนาดต่างกัน มีผลทำให้เกิดพลังงานศักย์โน้ม ถ่วง สถานการณ์ที่ 2 ระดับความสูงต่างกันของวัตถุขนาดเท่ากันมีผลทำให้เกิดพลังงานศักย์โน้ม 12. ครูให้นักเรียนละกลุ่มที่ได้แบ่งไปเมื่อชั่วโมงที่แล้วช่วยกันพูดคุยหาความหมายของ พลังงาน ศักย์โน้มถ่วง แล้วช่วยกันแสดงความคิดเห็นของกลุ่มตัวเองให้เพื่อน ๆ ในห้องฟัง โดยครูคอยชี้แนะและให้ ความรู้ที่ถูกต้อง (แนวตอบ: พลังงานศักย์ คือ พลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุอันเนื่องมาจากตำแหน่งของวัตถุ ประกอบด้วย พลังงานศักย์โน้มถ่วง เป็นพลังงานที่สะสมในวัตถุเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก และพลังงานศักย์ยืดหยุ่น เป็นพลังงานที่สะสมในวัตถุที่มีความยืดหยุ่น) 13. ครูให้นักเรียนอธิบายความหมายของพลังงานศักย์เพิ่มเติมจากที่นักเรียนแต่ละกลุ่มได้แสดง ความคิดเห็นไปตอนต้นชั่วโมง แล้วสอนต่อว่า “วัตถุซึ่งอยู่ในระดับความสูง h เมื่อเทียบกับตำแหน่งอ้างอิง จะมีค่าเท่ากับ mgh เรียกว่า พลังงานศักย์โน้มถ่วง สามารถคำนวณได้จากสมการ Ep = mgh จากสมการ พลังงานศักย์โน้มถ่วงมีค่าขึ้นกับมวล ความเร่งโน้มถ่วง และความสูงของวัตถุเมื่อเทียบกับตำแหน่งอ้างอิง หากวัตถุนั้นอยู่ที่ตำแหน่งอ้างอิง พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุนั้นจะมีค่าเป็นศูนย์ ความจริงเสริม แสดง ระดับความสูงต่างกันของ วัตถุขนาดเท่ากันมีผลทำ ให้เกิดพลังงานศักย์โน้ม ถ่วง
25 ขั้นที่ 3: การอธิบาย (Explain: E) 14. ครูให้นักเรียนในกลุ่มร่วมกันอธิบายผลที่เห็นจากสถานการณ์ที่ 1 และสถานการณ์ที่ 2 ใน เล่มสื่อนวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม และให้นักเรียนวิเคราะห์ผลการสังเกตกับ คำตอบจากการทำนายในตอนแรก และครูให้นักเรียนอธิบายปริมาณใดบ้างที่ส่งผลให้เกิดพลังงานศักย์ โน้มถ่วง (แนวตอบ: จากการทำกิจกรรม งานที่ทำขึ้นตามรางเอียงเป็นสัดส่วนตรงกับความสูง ความชันของกราฟมี ค่าคงที่ โดยงานที่เกิดจากแรงดึงนี้มีค่าประมาณเท่ากับพลังงานศักย์โน้มถ่วง W = Ep = mgh กล่าวคือ งานและพลังงานศักย์โน้มถ่วงมีความสัมพันธ์กัน งานที่เกิดจากแรงลากขึ้นไปซึ่งมีความสูงต่าง ๆ กัน จะเท่ากับงานที่เกิดจากแรงที่ใช้ยกรถขึ้นไปตรง ๆ ในแนวดิ่งที่ความสูงเดียวกัน หรือเท่ากับพลังงาน ศักย์โน้มถ่วงของรถที่เพิ่มขึ้นไปด้วย และพลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุ จะเปลี่ยนไปเมื่อวัตถุเปลี่ยนระดับ โดยไม่ขึ้นกับเส้นทางที่วัตถุ เคลื่อนที่เพื่อการเปลี่ยนระดับนั้น 3. งานของแรงโน้มถ่วงและพลังงานศักย์ โน้มถ่วงมีความสัมพันธ์กัน โดยงานของแรงโน้มถ่วงกระทำ ต่อวัตถุที่มีค่าบวก เท่ากับพลังงานศักย์โน้ม ถ่วงของวัตถุที่ลดลง) ขั้นสรุป 15. ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายผลการทำกิจกรรม 16. ครูให้นักเรียนทำสรุปผังมโนทัศน์ (Concept Mapping) ลงในกระดาษ A4 17. ครูมอบหมายให้นักเรียนทำแบบฝึกหัด เรื่อง พลังงานศักย์โน้มถ่วง โดยครูคอย สังเกตการณ์ และให้คำแนะนำ 18. ครูอธิบายวิธีการและแนวทางในการหาคำตอบ
26 สื่อการเรียนรู้ 1. นวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม เรื่อง พลังงานศักย์โน้มถ่วง การวัดผลและประเมินผล สิ่งที่ต้องการวัด วิธีวัด เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน 1) ด้านความรู้ (K) บอกความหมายพลังงาน กล พลังงานจลน์ และ พลังงานศักย์ได้ ตรวจใบกิจกรรมใน นวัตกรรมการเรียนรู้ ฟิสิกส์ เรื่อง พลังงาน ศักย์โน้มถ่วง 1. แบบทดสอบก่อน เรียนและหลังเรียน 2. ใบกิจกรรมการ เรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถทำได้ ถูกต้อง70% ขึ้นไป ถือว่า ผ่านเกณฑ์การประเมิน 2) ด้านกระบวนการ (P) ทดลองและคำนวณหา ปริมาณที่เกี่ยวข้องกับ พลังงานได้ สังเกตพฤติกรรม ด ้ า น ท ั ก ษ ะ กระบวนการ 1 . ก า ร น ำ เ ส น อ ผลงานของนักเรียน 2. ใบกิจกรรมการ เรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถนำเสนอ ผลงานได้ ถือว่า ผ่าน 2. นักเรียนสามารถทำได้ ถูกต้องอย่างน้อย 70% 3) คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ (A) มีความใฝ่เรียนรู้ สังเกตพฤติกรรม ข อ ง น ั ก เ ร ี ย น ใน ห้องเรียน แ บ บ ป ร ะ เ มิ น ค ุ ณ ล ั ก ษ ณ ะ ที่พึงประสงค์ การผ่านเกณฑ์ นักเรียนต้อง ผ่านระดับคุณภาพดีขึ้นไป
27 ตรวจสอบความเข้าใจ 2 1. จงหาพลังงานศักย์โน้มถ่วงของ มวล 100 กิโลกรัม ที่วางบนพื้นดิน ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ .............................................................................................................................................................. 2.จงหาพลังงานศักย์โน้มถ่วงของชายคนหนึ่งที่มีมวล 50 กิโลกรัม เขายืนบนหน้าผาสูง 30 เมตร ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ .............................................................................................................................................................. 3.วัตถุมวล 5 กิโลกรัม อยู่บนอาคารสูงจากพื้นดิน 10 เมตร จงหาพลังงานศักย์โน้มถ่วง ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ..............................................................................................................................................................
28 เฉลยตรวจสอบความเข้าใจ 2 1. จงหาพลังงานศักย์โน้มถ่วงของ มวล 100 กิโลกรัม ที่วางบนพื้นดิน วิธีทำ จาก Ep = mgh Ep = 100 x 10 x 0 Ep = 0 พลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่ากับ 0 จูล 2.จงหาพลังงานศักย์โน้มถ่วงของชายคนหนึ่งที่มีมวล 50 กิโลกรัม เขายืนบนหน้าผาสูง 30 เมตร วิธีทำ จาก Ep = mgh Ep = 50 x 10 x 30 Ep = 15,000 จูล พลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่ากับ 15,000 จูล 3.วัตถุมวล 5 กิโลกรัม อยู่บนอาคารสูงจากพื้นดิน 10 เมตร จงหาพลังงานศักย์โน้มถ่วง วิธีทำ จาก Ep = mgh Ep = 5 x 10 x 10 Ep = 500 จูล พลังงานศักย์โน้มถ่วงเท่ากับ 500 จูล
29 แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 3 โดยการจัดการเรียนรู้แบบทำนาย-สังเกต-อธิบาย ร่วมกับ นวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 พลังงานกล เวลาเรียน 14 ชั่วโมง เรื่อง พลังงานศักย์ยืดหยุ่น เวลาเรียน 2 ชั่วโมง ................................................................................................................................................................ สาระการเรียนรู้ฟิสิกส์ 1. เข้าใจธรรมชาติทางฟิสิกส์ ปริมาณและกระบวนการวัด การเคลื่อนที่แนวตรงแรงและกฎ การเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎความโน้มถ่วงสากล แรงเสียดทานสมดุลกลของวัตถุ งานและกฎการ อนุรักษ์พลังงานกล โมเมนต้มและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม การเคลื่อนที่แนวโค้ง รวมทั้งนำความรู้ไป ใช้ประโยชน์ ผลการเรียนรู้ 11. อธิบาย และคำนวณพลังงานจลน์พลังงานศักย์พลังงานกล ทดลองหาความสัมพันธ์ ระหว่างงานกับพลังงานจลน์ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์โน้มถ่วง ความสัมพันธ์ระหว่าง ขนาดของแรงที่ใช้ดึงสปริงกับระยะที่สปริงยืดออกและความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานศักย์ ยืดหยุ่น รวมทั้งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างงานของแรงลัพธ์และพลังงานจลน์และคำนวณงานที่ เกิดขึ้นจากแรงลัพธ์ ตัวชี้วัดทักษะการคิดวิเคราะห์ 1. นักเรียนสมารถจำแนกบอกความหมายเกี่ยวข้องกับพลังงานศักย์ยืดหยุ่นได้ 2. นักเรียนสามารถจัดหมวดหมู่ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงาน และสามารถอธิบาย ความสัมพันธ์ระหว่างงานกับพลังงานพลังงานศักย์ยืดหยุ่น 3. นักเรียนสามารถเชื่อมโยงหรือต่อยอดความรู้เดิมที่ศึกษาแล้วกับความรู้ใหม่ หรือความรู้ ในศาสตร์อื่น เพื่อเห็นความสัมพันธ์หรือความต่อเนื่องของเนื้อหา 4. นักเรียนมีความสามารถในการจับประเด็นและสรุปผลจากสิ่งที่กำหนดให้ พิจารณา ความถูกต้องและความสมเหตุสมผลของคำตอบ และขยายแนวคิดไปใช้กับสถานการณ์ปัญหาอื่น 5. นักเรียนสามารถประยุกต์ใช้พลังงานศักย์ยืดหยุ่นในการคำนวนแก้ปัญหาได้
30 สาระสำคัญ/ความคิดรวบยอด พลังงาน หมายถึงความสามารถในการทำงาน พลังงานกลหรือพลังงานทางกลศาสตร์ มี2 รูปแบบคือ 1. พลังงานจลน์(Kinetic energy ∶ Ek) หมายถึงพลังงานในวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ 2. พลังงานศักย์(Potential energy ∶ Ep) หมายถึงพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุ พลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ตามสมการ E = Ek + Ep จุดประสงค์การเรียนรู้ 1) ด้านความรู้ (K) บอกความหมายพลังงานกล พลังงานจลน์ และพลังงานศักย์ได้ 2) ด้านกระบวนการ (P) ทดลองและคำนวณหาปริมาณที่เกี่ยวข้องกับพลังงานได้ 3) คุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) มีความใฝ่เรียนรู้ สาระการเรียนรู้ พลังงานศักย์ EPหมายถึงพลังงานที่สะสมอยู่ในวัตถุซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุพลังงาน ศักย์จำแนกเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วง ซึ่งเป็นพลังงานภายนอกที่เอาชนะแรงของสนามโน้มถ่วง หาได้ จากผลคูณของมวล ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก และระดับความสูง หรือ EP = mgh ส่วน พลังงานศักย์ยืดหยุ่นเป็นพลังงานที่เกิดขึ้นจากการกดหรือดึงสปริงหรือการอออกแรงดึงวัตถุที่มีความ ยืดหยุ่นให้ยืดออก ค่าพลังงานศักย์ยืดหยุ่นหาได้จาก ครึ่งหนึ่งของผลคูณระหว่างค่าคงตัวสปริงกับ ระยะยืด-หดยกกำลังสอง หรือ EP = 1 2 kx2 พลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ตามสมการ E = Ek + Ep ทักษะการคิดวิเคราะห์ 1. ทักษะการจำแนก 2. ทักษะการจัดหมู่ 3. ทักษะการเชื่อมโยง 4. ทักษะการสรุปความ 5. การประยุกต์
31 กิจกรรมการเรียนรู้ ชั่วโมงที่ 1 ขั้นนำ (Orientation and motivation) 1. ครูถามนักเรียนว่า พลังงานศักย์มีกี่แบบ และมีอะไรบ้าง (แนวคำตอบ: มี 2 แบบ คือพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานศักย์ยืดหยุ่น) 2 ครูถามนักเรียนต่อว่า พลังงานศักย์ทั้ง 2 แบบ มีข้อแตกต่างกันอย่างไร (แนวคำตอบเป็นแบบปลายเปิด) 3. ครูตั้งคำถามทดสอบความเข้าใจเกี่ยวกับพลังงานศักย์ว่า “นอกจากพลังงานศักย์โน้มถ่วงแล้ว ยังมีพลังงานศักย์ยืดหยุ่นอีก นักเรียนคิดว่าพลังงานศักย์ยืดหยุ่นเกิดขึ้นเมื่อใดได้บ้าง” ให้นักเรียนได้ตอบ อย่างอิสระ 4. ครูตั้งคำถามให้นักเรียนอภิปรายร่วมกันว่า แรงที่ใช้ดึงสปริงกับระยะที่สปริงยืดออกมี ความสัมพันธ์กันอย่างไรแล้ว และงานกับพลังงานศักย์ยืดหยุ่นมีความสัมพันธ์กันเหมือนกับกรณีของ พลังงานศักย์โน้มถ่วงหรือไม่ (แนวคำตอบเป็นแบบปลายเปิด) ชั่วโมงที่ 2 ขั้นสอน ขั้นกิจกรรมการเรียนรู้โดยใช้วิธีการทำนาย-สังเกต-อภิปราย (POE) (เวลา 40 นาที) ขั้นที่ 1: การทำนาย (Predict: P) 5. ครูเริ่มต้นโดยการให้นักเรียนดูภาพในกิจกรรมที่ 3.1 พลังงานศักย์ยืดหยุ่น....คืออะไรน๊า แล้ว ตั้งคำถาม พลังงานศักย์ยืดหยุ่นหมายถึงอะไร ให้นักเรียนทำนายจากภาพที่กำหนดให้ ภาพใดเป็น เหตุการณ์ที่ทำให้เกิดพลังงานศักย์ยืดหยุ่น (แนวตอบ: งานของแรงดึงหรือกดสปริงให้มีระยะเปลี่ยนไปจากตำแหน่งสมดุล) 6. ครูตั้งคำถามอื่นๆ เช่น ถามว่าเกิดอะไรขึ้นในในภาพ เพราะเหตุใดถึงเกิดเป็นพลังงานและจะ เป็นอย่างไรและให้นักเรียนลองทำนายผลของคำตอบ ในขั้นตอนนี้นักเรียนจะทำนายผลตามความรู้เดิมที่ ติดตัวมา (Prior knowledge) เพราะเหตุใดถึงเกิดพลังงานศักย์ยืดหยุ่น 7. ให้นักเรียนเล่าให้เพื่อนฟัง หลังพูดคุยปรึกษากัน ครูถามนักเรียนในห้องคร่าวๆ เพื่อดูว่า ผล การทำนายของนักเรียนส่วนใหญ่ในห้องเรียน เป็นอย่างไร 8. นักเรียนแต่ละคนคิด และเขียนสิ่งที่ "คิด" ในสมุดจดหรือกระดาษ ตามเวลาที่กำหนดไว้ 15 นาทีแล้ว ให้จับคู่กับเพื่อน เพื่อแลกเปลี่ยนสิ่งที่แต่ละคนคิด และเขียนสรุปประเด็นที่คิดเหมือน หรือ ต่างกันในตารางบันทึกผลกิจกรรม
32 ขั้นที่ 2: การสังเกต (Observe: O) 9. ครูให้นักเรียนเปิดสื่อนวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม ในกิจกรรมที่ 3.2 พลังงานศักย์โน้มถ่วงจะแสดงผลของปรากฏการณ์ของสถานการณ์ 1 และสถานการณ์ที่ 2 ซึ่งเป็นใน ลักษณะแนะแนวคำตอบให้สังเกตสถานการณ์ที่กำหนดให้ทั้ง 2 สถานการณ์แล้วร่วมอภิปราย แล้วให้ นักเรียนปรึกษากันระหว่างเพื่อนๆ ที่นั่งใกล้กัน ครูจะเดินสอบถามแต่ละกลุ่มคิดเห็นอย่างไรกับสื่อ นวัตกรรมที่ดู อีกทั้งให้นักเรียนพยายามช่วยกันหาคำตอบ คว า ม จร ิ ง เ สริ ม แ สด ง พลังงานศักย์หยืดหยุ่นสปริง
33 10. นักเรียนแต่ละกลุ่มได้นำเสนอตามแนวคิดของกลุ่มที่ได้ร่วมกันคิดปรึกษาไว้ ว่าเพราะเหตุใด และครูให้คำปรึกษา 11. ครูให้เวลานักเรียนศึกษาพลังงานศักย์ยืดหยุ่น เมื่อครบเวลาที่กำหนดครูจะสุ่มนักเรียนตอบ คำถามเป็นรายบุคคล 1) พลังงานศักย์ยืดหยุ่นคืออะไร (แนวตอบ: งานของแรงดึงหรือกดสปริงให้มีระยะเปลี่ยนไปจากตำแหน่งสมดุล) 2) อธิบายตำแหน่งสมดุล (แนวตอบ: ตำแหน่งเริ่มต้นของสปริงเมื่อยังไม่มีแรงกระทำ) 3) เมื่อสปริงถูกดึงหรืออัด แรงคืนตัวของสปริงจะมีค่าเท่ากับแรงใด (แนวตอบ: แรงที่กระทำกับสปริง) 12. ครูถามคำถามท้าทายการคิดขั้นสูง กับนักเรียนว่า “พลังงานศักย์ยืดหยุ่นมีผลต่อระบบ ป้องกันการสั่นสะเทือนของรถยนต์อย่างไร” โดยให้นักเรียนที่นั่งติดกันช่วยกันคิดและพิจารณาคำถาม เพื่อให้ได้คำตอบ (แนวตอบ: พลังงานศักย์ยืดหยุ่นของสปริงแปรผันตรงกับค่าคงตัวของสปริงและระยะยืดหดของสปริงจาก จุดสมดุล ถ้าพลังงานศักย์ยืดหยุ่นมีค่ามาก อาจจะเกิดจากค่าคงตัวของสปริงที่มีค่ามาก นั่นแสดงว่าสปริง ของโช้กอัป (Shock Absorber) แข็ง ระยะยืดหดจากจุดสมดุลน้อย) ความจริงเสริม แสดง พลังงานศักย์หยืดหยุ่น
34 13. ครูอธิบายใจความสำคัญของพลังงานศักย์ยืดหยุ่นว่า “งานของแรงดึงหรือกดสปริงให้มี ระยะเปลี่ยนไป x จากตำแหน่งสมดุล เรียกว่า พลังงานศักย์ยืดหยุ่น” สามารถคำนวณได้จากสมการ Eps = 1 2 kx 2 ชั่วโมงที่ 2 ขั้นที่ 3: การอธิบาย (Explain: E) 14. หลังจากนักเรียนทำกิจกรรมเสร็จ ครูให้แต่ละกลุ่มพูดคุยสรุปผลที่ได้จากการทำกิจกรรม จากนั้นครูสุ่มนักเรียนออกมาอภิปรายถึงผลการทำกิจกรรมหน้าชั้นเรียน 15. ครูอธิบายใจความสำคัญของพลังงานศักย์ยืดหยุ่นว่า “งานของแรงดึงหรือกดสปริงให้มี ระยะเปลี่ยนไป x จากตำแหน่งสมดุล เรียกว่า พลังงานศักย์ยืดหยุ่น” สามารถคำนวณได้จากสมการ Eps = 1 2 kx 2 ขั้นสรุป 16. ครูและนักเรียนร่วมกันสรุปเนื้อหา ดังนี้ครูนำ อภิปรายโดยใช้แนวคำถามและรายละเอียดใน หนังสือเรียน จนได้ข้อสรุปเกี่ยวกับแรงที่ใช้ดึง สปริง ค่าคงตัวของสปริง และ ความสัมพันธ์ระหว่างงาน ของแรงที่ใช้ดึงสปริงกับพลังงานศักย์ยืดหยุ่น ดังนี้ 1. แรงที่ใช้ดึงสปริงจะแปรผันตรงกับระยะที่สปริงยืดออก หรือเขียนได้ว่า F x s ∝ หรือ F=kx sซึ่งเป็นไปตามกฎของฮุก (Hooke’s law) 2. ความชันของกราฟระหว่างแรงที่ใช้ดึงสปริงกับระยะที่สปริงยืดออกเป็นค่าคงตัวสำ หรับสปริงหนึ่ง ๆ เรียกว่า ค่าคงตัวสปริง และค่านี้จะขึ้นอยู่กับความแข็งของสปริง 3. งานที่ใช้ในการดึงสปริงให้ยืดออกจากตำ แหน่งสมดุล เป็นสัดส่วนตรงกับระยะยืดยก กำ ลังสอง 4. ความชันของกราฟระหว่างงานที่ใช้ในการดึงสปริงกับระยะยืดกำ ลังสองมีค่าเท่ากับ ครึ่งหนึ่งของ ผลคูณของค่าคงตัวสปริง 5. พื้นที่ใต้กราฟระหว่างแรงกับระยะที่สปริงยืดออกคืองานเนื่องจากแรงสปริง ซึ่งจะ ขึ้นกับผลต่างของกำ ลัง สองของระยะยืดหรือหดระหว่างตำแหน่งเริ่มต้นกับตำแหน่งสุดท้าย หรือ ผลต่างของพลังงานศักย์ยืดหยุ่นระหว่างตำแหน่งเริ่มต้นกับตำแหน่งสุดท้าย 6. พลังงาน หมายถึงความสามารถในการทำงาน พลังงานกลหรือพลังงานทางกลศาสตร์ มี2 รูปแบบคือ 1. พลังงานจลน์Ekหมายถึงพลังงานในวัตถุที่ก าลังเคลื่อนที่ ซึ่งขึ้นอยู่กับ ความเร็วของวัตถุ เป็นปริมาณสเกลาร์ค่าของพลังงานจลน์คือครึ่งหนึ่งของผลคูณระหว่าง มวลกับอัตราเร็วยกก าลังสอง หรือ Ek = ½ mv2 2. พลังงานศักย์Ep หมายถึงพลังงานที่สะสม
35 อยู่ในวัตถุซึ่งขึ้นอยู่กับต าแหน่งของวัตถุ พลังงานศักย์จ าแนกเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วง ซึ่ง เป็นพลังงานภายนอกที่เอาชนะแรงของสนามโน้มถ่วง หาได้จากผลคูณของมวล ความเร่ง เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก และระดับความสูง หรือ Ep = mgh ส่วนพลังงานศักย์ยืดหยุ่น เป็นพลังงานที่เกิดขึ้นจากการกดหรือดึงสปริงหรือการอออกแรงดึงวัตถุที่มีความยืดหยุ่นให้ยืด ออก ค่าพลังงานศักย์ยืดหยุ่นหาได้จาก ครึ่งหนึ่งของผลคูณระหว่างค่าคงตัวสปริงกับระยะ ยืด-หดยกก าลังสอง หรือ Ep = ½ kx2 พลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงาน ศักย์ตามสมการ E = Ek + Ep 16. ครูให้นักเรียนทำสรุปผังมโนทัศน์ (Concept Mapping) ลงในกระดาษ A4 17. ครูอาจให้นักเรียนศึกษากฎของฮุกเพิ่มเติมนอกเวลาเรียน สื่อการเรียนรู้ 1. นวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม เรื่อง พลังงานศักย์ยืดหยุ่น การวัดผลและประเมินผล สิ่งที่ต้องการวัด วิธีวัด เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน 1) ด้านความรู้ (K) บอกความหมายพลังงาน กล พลังงานจลน์ และ พลังงานศักย์ได้ ตรวจใบกิจกรรมใน นวัตกรรมการเรียนรู้ ฟิสิกส์ เรื่อง พลังงาน ศักย์ยืดหยุ่น 1. แบบทดสอบก่อน เรียนและหลังเรียน 2. ใบกิจกรรมการ เรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถทำได้ ถูกต้อง70% ขึ้นไป ถือว่า ผ่านเกณฑ์การประเมิน 2) ด้านกระบวนการ (P) ทดลองและคำนวณหา ปริมาณที่เกี่ยวข้องกับ พลังงานได้ สังเกตพฤติกรรม ด ้ า น ท ั ก ษ ะ กระบวนการ 1 . ก า ร น ำ เ ส น อ ผลงานของนักเรียน 2. ใบกิจกรรมการ เรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถนำเสนอ ผลงานได้ ถือว่า ผ่าน 2. นักเรียนสามารถทำได้ ถูกต้องอย่างน้อย 70% 3) คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ (A) มีความใฝ่เรียนรู้ สังเกตพฤติกรรม ข อ ง น ั ก เ ร ี ย น ใน ห้องเรียน แ บ บ ป ร ะ เ มิ น ค ุ ณ ล ั ก ษ ณ ะ ที่พึงประสงค์ การผ่านเกณฑ์ นักเรียนต้อง ผ่านระดับคุณภาพดีขึ้นไป
36 คำถามท้ายกิจกรรม 3.1 1. กราฟระหว่างขนาดของแรงที่ใช้ดึงกับระยะที่สปริงยืดออกมีลักษณะอย่างไร .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 2. จากลักษณะของกราฟ สรุปความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของแรงที่ใช้ดึงกับระยะที่สปริงยืด ออกเป็นอย่างไร .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 3. กราฟระหว่างงานของแรงที่ใช้ดึงที่ตำแหน่งต่าง ๆ จากตำแหน่งสมดุลกับกำลังสองของระยะ ที่สปริงยืดออกมีลักษณะอย่างไร .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 4. จากลักษณะของกราฟ สรุปความสัมพันธ์ระหว่างงานของแรงที่ใช้ดึงที่ตำแหน่งต่าง ๆ จาก ตำแหน่งสมดุลกับกำลังสองของระยะที่สปริงยืดออกเป็นอย่างไร .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................
37 เฉลยคำถามท้ายกิจกรรม 3.1 1. กราฟระหว่างขนาดของแรงที่ใช้ดึงกับระยะที่สปริงยืดออกมีลักษณะอย่างไร ตอบ เป็นกราฟเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด 2. จากลักษณะของกราฟ สรุปความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของแรงที่ใช้ดึงกับระยะที่สปริงยืด ออกเป็นอย่างไร ตอบ ขนาดแรงที่ใช้ดึงแปรผันตรงกับระยะที่สปริงยืดออก 3. กราฟระหว่างงานของแรงที่ใช้ดึงที่ตำแหน่งต่าง ๆ จากตำแหน่งสมดุลกับกำลังสองของระยะ ที่สปริงยืดออกมีลักษณะอย่างไร ตอบ เป็นกราฟเส้นตรงผ่านจุดกำเนิด 4. จากลักษณะของกราฟ สรุปความสัมพันธ์ระหว่างงานของแรงที่ใช้ดึงที่ตำแหน่งต่าง ๆ จาก ตำแหน่งสมดุลกับกำลังสองของระยะที่สปริงยืดออกเป็นอย่างไร ตอบ งานของแรงที่ใช้ดึงที่ตำแหน่งต่าง ๆ แปรผันตรงกับกำลังสองของระยะที่สปริงยืดออก
38 แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 4 โดยการจัดการเรียนรู้แบบทำนาย-สังเกต-อธิบาย ร่วมกับ นวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 พลังงานกล เวลาเรียน 14 ชั่วโมง เรื่อง การอนุรักษ์พลังงานกล เวลาเรียน 2 ชั่วโมง ................................................................................................................................................................ สาระการเรียนรู้ฟิสิกส์ 1. เข้าใจธรรมชาติทางฟิสิกส์ ปริมาณและกระบวนการวัด การเคลื่อนที่แนวตรงแรงและกฎ การเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎความโน้มถ่วงสากล แรงเสียดทานสมดุลกลของวัตถุ งานและกฎการ อนุรักษ์พลังงานกล โมเมนต้มและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม การเคลื่อนที่แนวโค้ง รวมทั้งนำความรู้ไป ใช้ประโยชน์ ผลการเรียนรู้ 12. อธิบายกฎการอนุรักษ์พลังงานกล รวมทั้งวิเคราะห์ และคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่ เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุในสถานการณ์ต่าง ๆ โดยใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานกล ตัวชี้วัดทักษะการคิดวิเคราะห์ 1. นักเรียนสมารถจำแนกจำแนกสถานการณ์ที่มีการอนุรักษ์พลังงานกลกับสถานการณ์ที่ไม่มี การอนุรักษ์พลังงาน 2. นักเรียนสามารถจัดหมวดหมู่ความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องกับกฎการอนุรักษ์พลังงานกลได้และ คำนวณหาปริมาณที่เกี่ยวข้องกับกฎการอนุรักษ์พลังงานกลได้ 3. นักเรียนสามารถเชื่อมโยงหรือต่อยอดความรู้เดิมที่ศึกษาแล้วกับความรู้ใหม่ หรือความรู้ ในศาสตร์อื่น เพื่อเห็นความสัมพันธ์หรือความต่อเนื่องของเนื้อหา 4. นักเรียนมีความสามารถในการจับประเด็นวิเคราะห์และอภิปรายเพื่อสรุปเกี่ยวกับกฎการ อนุรักษ์พลังงานกลจากสิ่งที่กำหนดให้ พิจารณาความถูกต้องและความสมเหตุสมผลของคำตอบ และ ขยายแนวคิดไปใช้กับสถานการณ์ปัญหาอื่น 5. นักเรียนสามารถประยุกต์ใช้ความรู้เรื่องแรงอนุรักษ์และกฎการอนุรักษ์พลังงานกลใน แก้ปัญหา
39 สาระสำคัญ/ความคิดรวบยอด งานที่เกิดขึ้นกับวัตถุมีเฉพาะงานเนื่องจากแรงอนุรักษ์เท่านั้น พลังงานกลของวัตถุจะคงตัว ซึ่งเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงานกล (law of conservation of mechanical energy) ทั้งนี้ พลังงานศักย์อาจเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ หรือ พลังงานจลน์อาจเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์ได้ กฎการอนุรักษ์พลังงานกลสามารถนำมาใช้ในการอธิบาย พยากรณ์ และคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ เช่น การเคลื่อนที่ของวัตถุติดสปริง การเคลื่อนที่ภายใต้ สนามโน้มถ่วงเป็นต้น จุดประสงค์การเรียนรู้ 1) ด้านความรู้ (K) อธิบายกฎการอนุรักษ์พลังงานกลได้ 2) ด้านกระบวนการ (P) คำนวณหาปริมาณที่เกี่ยวข้องกับกฎการอนุรักษ์พลังงานกลได้ 3) คุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) รับผิดชอบต่อหน้าที่และงานที่ได้รับมอบหมาย สาระการเรียนรู้ งานที่เกิดขึ้นกับวัตถุมีเฉพาะงานเนื่องจากแรงอนุรักษ์เท่านั้น พลังงานกลของวัตถุจะคงตัวซึ่ง เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงานกล (law of conservation of mechanical energy) ทั้งนี้ พลังงานศักย์อาจเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ หรือ พลังงานจลน์อาจเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์ได้ ผลรวมของพลังงานศักย์กับพลังงานจลน์ณ ตำแหน่งใด ๆ เรียกว่าพลังงานกล การที่พลังงาน กลรวมของวัตถุไม่มีการสูญหายแต่จะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานรูปอื่นได้เรียกว่ากฎการอนุรักษ์พลังงาน กล กรณีการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกของรถทดลองที่ติดปลายสปริง พลังงานกลของระบบ ณ ตำแหน่ง ใด ๆ = พลังงานศักย์ยืดหยุ่น ณ ตำแหน่งที่มีการกระจัดมากที่สุด หรือ 2 2 2 1 1 1 2 2 2 m k k v x A + =
40 ทักษะการคิดวิเคราะห์ 1. ทักษะการจำแนก 2. ทักษะการจัดหมู่ 3. ทักษะการเชื่อมโยง 4. ทักษะการสรุปความ 5. การประยุกต์ กิจกรรมการเรียนรู้ ชั่วโมงที่ 1 ขั้นนำ (Orientation and motivation) 1. ครูชี้แจงจุดประสงค์การเรียนรู้ให้นักเรียนทราบ 2. ครูกระตุ้นความสนใจของนักเรียนเกี่ยวกับเรื่องที่จะเรียน โดยถามว่า “ในความเข้าใจของ นักเรียน กฎการอนุรักษ์พลังงานหมายความว่าอย่างไร” และให้นักเรียนช่วยกันตอบคำถามปากเปล่าโดย ไม่มีการเฉลยว่าถูกหรือผิด ขั้นสอน ขั้นกิจกรรมการเรียนรู้โดยใช้วิธีการทำนาย-สังเกต-อภิปราย (POE) (เวลา 40 นาที) ขั้นที่ 1: การทำนาย (Predict: P) 3. ครูถามคำถาม “พลังงานกลมีความสัมพันธ์กับพลังงานชนิดใด” โดยทำข้อตกลงกับ นักเรียนว่า เรียนหัวข้อนี้จบนักเรียนควรจะตอบคำถามนี้ได้ (แนวตอบ: พลังงานจลน์ และพลังงานศักย์) 4. ครูตั้งคำถามให้นักเรียนอภิกรายร่วมกันว่า ถ้าการทำงานด้วยแรงผลักหรือแรงดึง เริ่มที่จุด เดียวกันและสิ้นสุดที่จุด เดียวกันแต่มีการใช้เส้นทางที่แตกต่างกัน งานที่เกิดขึ้นจะแตกต่างกันหรือไม่ โดยครูปล่อยให้นักเรียนตอบ อย่างอิสระ ไม่คาดหวังคำ ตอบที่ถูกต้อง 5. ครูเริ่มต้นโดยการให้นักเรียนดูภาพในกิจกรรมที่ 4.1 "การอนุรักษ์พลังงานกล....คืออะไรน๊า แล้วตั้งคำถาม "การอนุรักษ์พลังงานกล หมายถึงอะไร ให้นักเรียนทำนายจากภาพ (แนวคำตอบ แรงอนุรักษ์เป็นแรงซึ่งทำ ให้เกิดงานโดยไม่ขึ้นกับเส้นทางการเคลื่อนที่และงานของแรง อนุรักษ์ไม่ทำให้พลังงานกลของวัตถุเปลี่ยนไป)
41 6. ครูตั้งคำถามอื่นๆ เช่น ถามว่าเกิดอะไรขึ้นในในภาพ เป็นเพราะอะไร/และจะเป็นอย่างไร และ ให้นักเรียนลองทำนายผลของคำตอบ ในขั้นตอนนี้นักเรียนจะทำนายผลตามความรู้เดิมที่ติดตัวมา (prior knowledge) 7. ให้นักเรียนเล่าให้เพื่อนฟัง หลังพูดคุยปรึกษากัน ครูถามนักเรียนในห้องคร่าวๆ เพื่อดูว่า ผล การทำนายของนักเรียนส่วนใหญ่ในห้องเรียน เป็นอย่างไร 8. นักเรียนแต่ละคนคิด และเขียนสิ่งที่ "คิด" ในสมุดจดหรือกระดาษ ตามเวลาที่กำหนดไว้ 15 นาทีแล้ว ให้จับคู่กับเพื่อน เพื่อแลกเปลี่ยนสิ่งที่แต่ละคนคิด และเขียนสรุปประเด็นที่คิดเหมือน หรือ ต่างกันในตารางบันทึกผล 9. ครูพูดคุยกับนักเรียนในประเด็นที่ว่า ในชีวิตประจำวันของเราจะพบเห็นว่า เครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ มีการเปลี่ยนรูปพลังงาน เช่น เตารีดที่เปลี่ยนรูปพลังงานจากพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อน ซึ่ง เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน แล้วให้นักเรียนยกตัวอย่างการเปลี่ยนรูปพลังงานในชีวิตประจำวัน 10. ครูให้นักเรียนแต่ละคนยกตัวอย่างการเปลี่ยนรูปพลังงานตามกฎการอนุรักษ์พลังงานตาม ความคิดของตนเองให้ได้มากที่สุด แล้วเขียนลงในสมุด 11. จากนั้นครูให้นักเรียนแบ่งกลุ่มอย่างอิสระ กลุ่มละ 4-5 คน ร่วมพูดคุยเกี่ยวกับการเปลี่ยนรูป พลังงานตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน และเลือกตัวแทนกลุ่มเพื่อออกมาอภิปรายหน้าชั้นเรียน 12. ครูอธิบายเนื้อหาจากสิ่งที่นักเรียนได้สรุปหน้าชั้นเรียนว่า “กฎการอนุรักษ์พลังงาน เป็นกฎที่ กล่าวถึงการคงตัวของพลังงาน โดยกล่าวว่า พลังงานรวมของวัตถุหรือระบบจะไม่สูญหายแต่จะเปลี่ยนรูป พลังงานจากรูปหนึ่งไปเป็นพลังงานอีกรูปหนึ่ง โดยพลังงานกลรวม คือผลรวมของพลังงานศักย์และ พลังงานจลน์ของวัตถุ” ขั้นที่ 2: การสังเกต (Observe: O) 13. ครูให้นักเรียนเปิดสื่อนวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม ในกิจกรรมที่ 4.2 การอนุรักษ์พลังงานกล จะแสดงผลของปรากฏการณ์ของสถานการณ์ 1 สถานการณ์ที่ 2 และสถานการณ์ ที่ 3 ซึ่งเป็นในลักษณะแนะแนวคำตอบให้สังเกตสถานการณ์ที่กำหนดให้ทั้ง 3 สถานการณ์แล้วร่วม อภิปราย แล้วให้นักเรียนปรึกษากันระหว่างเพื่อนๆ ที่นั่งใกล้กัน ครูจะเดินสอบถาม ว่าแต่ละคน/แต่ละ กลุ่มคิดเห็นอย่างไรกับสื่อนวัตกรรมที่ดูอีกทั้งให้นักเรียนพยายามช่วยกันหาคำตอบ
42 ความจริงเสริม แสดง การ ตกแบบอิสระลงสู่พื้นที่มี ตำแหน่งอ้างอิง ความจริงเสริม แสดงการ เปลี่ยนรูปพลังงาน
43 14 นักเรียนแต่ละกลุ่มได้นำเสนอตามแนวคิดของกลุ่มที่ได้ร่วมกันคิดปรึกษาไว้ ว่าเพราะเหตุใด ต้นไม้ถึงหักล้ม มีไม่เท่ากันโดยนักเรียนสังเกตการณ์และครูให้คำปรึกษา 15. ครูให้นักเรียนแบ่งกลุ่มเป็น 4 กลุ่ม กลุ่มละเท่าๆ กัน แล้วให้แต่ละกลุ่มร่วมกันศึกษาตัวอย่าง โดยครูคอยสังเกตการณ์ และอธิบายเมื่อนักเรียนเกิดปัญหา 16. ครูสุ่มนักเรียนออกมาอภิปรายหน้าชั้นเรียนประมาณ 2-3กลุ่ม โดยมีเพื่อนกลุ่มอื่นและครู ถามคำถาม และในขณะที่นักเรียนถามตอบนั้น ให้ครูเฉลยไปพร้อมกับนักเรียนว่าถูกหรือไม่ ตัวอย่างคำถาม กฎการณ์อนุรักษ์พลังงานกล 1) ตอนที่ก้อนหินอยู่บนหน้าผาพลังงานแต่ละพลังงานเป็นอย่างไร (แนวตอบ: ตอนที่ก้อนหินอยู่บนหน้าผาพลังงานศักย์จะมีค่ามากที่สุดและไม่มีพลังงานจลน์) 2) ตอนที่ก้อนหินอยู่ที่พื้นดินพลังงานแต่ละพลังงานเป็นอย่างไร (แนวตอบ: ตอนที่ก้อนหินอยู่ที่พื้นดินพลังงานจลน์จะมีค่ามากที่สุดและไม่มีพลังงานศักย์) 3) ขณะที่ก้อนหินกำลังตกลงสู่พื้นดินพลังงานแต่ละพลังงานเป็นอย่างไร (แนวตอบ: ขณะที่ก้อนหินกำลังตกลงสู่พื้นดินพลังงานศักย์จะลดลงเรื่อย ๆ และพลังงานจลน์ จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ) 4)ตำแหน่งอ้างอิงหมายถึงตำแหน่งใด (แนวตอบ: ตำแหน่งอ้างอิง คือ ตำแหน่งที่ใช้เปรียบเทียบ หรือตำแหน่งต่ำสุด) 5) ในสถานการณ์จริง ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์มีค่าไม่คงที่ เพราะเหตุใด ความจริงเสริม แสดงการ เปลี่ยนรูปพลังงาน
44 (แนวตอบ: ในสถานการณ์จริงที่ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์มีค่าไม่คงที่เพราะใน ระบบมักจะมีแรงต้านการเคลื่อนที่เกิด งานของแรงต้านการเคลื่อนที่จะเปลี่ยนไปเป็น พลังงานความร้อนทำให้พลังงานของระบบสูญหายไป) 17. ครูแนะนำเกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์พลังงานกลว่า “ผลรวมของพลังงานศักย์และพลังงาน จลน์ของวัตถุ ซึ่งในทุก ๆ ตำแหน่งจะมีค่าคงที่ ดังตัวอย่างที่ได้ศึกษามา สามารถคำนวณได้จากสมการ E1 = E2 18. ครูให้นักเรียนจับคู่กับเพื่อนศึกษาตัวอย่าง โดยครูคอยสังเกตการณ์ และให้คำอธิบายเมื่อ นักเรียนเกิดปัญหา ชั่วโมงที่ 2 ขั้นที่ 3: การอธิบาย (Explain: E) 19. ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนสอบถามในเนื้อหาเกี่ยวกับกฎการณ์อนุรักษ์พลังงานกลอย่างอิสระ โดยครูตอบคำถามและสร้างความเข้าใจที่ถูกต้องให้นักเรียน 20. ครูอธิบายตัวอย่าง เพื่อสร้างความเข้าใจให้นักเรียนเกี่ยวกับการนำกฎการอนุรักษ์พลังงานกล ไปใช้คำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุต่อมาครูให้ความรู้เกี่ยวกับการ พิจารณา สถานการณ์จริงที่มักจะพบว่าพลังงานกลมีค่าไม่คงตัว เนื่องจากวัตถุมีการเคลื่อนที่ภายใต้แรงเสียดทานซึ่ง เป็นแรงไม่อนุรักษ์แต่ทั้งนี้เมื่อพิจารณางานที่เกิดจากแรงเสียดทานและพลังงานชนิดอื่น ๆ พลังงานรวม ทั้งหมดจะมีค่าคงตัวซึ่งเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน 21. ครูให้นักเรียนจะร่วมกันอภิปรายผลที่เห็นสื่อนวัตกรรม ครูชักถาม ให้นักเรียนตอบตามความ สมัครใจ และเปรียบเทียบคำตอบนี้กับคำตอบจากการทำนายในตอนแรก และผู้สอนก็สรุปแนวคิดหลัก เรื่องนั้นๆ อีกครั้ง หลังจากนั้นจะมีการทำตัวอย่างโจทย์เพื่อขยายแนวคิด และฝึกการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้อง กับแนวคิดนั้น ตัวอย่างโจทย์บางส่วนผู้สอนให้ผู้เรียนกลับไปทำเป็นการบ้าน ขั้นสรุป 22. ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายผลการทำกิจกรรม 23. ครูให้นักเรียนทำสรุปผังมโนทัศน์ (Concept Mapping) เรื่อง กฎการอนุรักษ์พลังงานกล ลงในกระดาษ A4 สื่อการเรียนรู้ 1. นวัตกรรมการเรียนรู้ฟิสิกส์ด้วยความเป็นจริงเสริม เรื่อง การอนุรักษ์พลังงานกล
45 การวัดผลและประเมินผล สิ่งที่ต้องการวัด วิธีวัด เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน 1) ด้านความรู้ (K) อธิบายกฎการอนุรักษ์ พลังงานกลได้ ตรวจใบกิจกรรมใน นวัตกรรมการเรียนรู้ ฟิสิกส์ เรื่อง การอนุรักษ์ พลังงานกล 1. แบบทดสอบก่อน เรียนและหลังเรียน 2. ใบกิจกรรมการ เรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถทำได้ ถูกต้อง70% ขึ้นไป ถือ ว ่ า ผ ่ า น เ ก ณ ฑ ์ ก า ร ประเมิน 2) ด้านกระบวนการ (P) คำนวณหาปริ ม า ณที่ เกี่ยวข้องกับกฎการ อนุรักษ์พลังงานกลได้ สังเกตพฤติกรรมด้าน ทักษะกระบวนการ 1 . ก า ร น ำ เ ส น อ ผลงานของนักเรียน 2. ใบกิจกรรมการ เรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถ นำเสนอผลงานได้ ถือว่า ผ่าน 2. นักเรียนสามารถทำได้ ถูกต้องอย่างน้อย 70% 3) คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ (A) รับผิดชอบต่อหน้าที่และ งานที่ได้รับมอบหมาย สังเกตพฤติกรรมของ นักเรียนในห้องเรียน แ บ บ ป ร ะ เ มิ น ค ุ ณ ล ั ก ษ ณ ะ ที่พึงประสงค์ การผ่านเกณฑ์ นักเรียน ต้องผ่านระดับคุณภาพดี ขึ้นไป
46 คำถามตรวจสอบความเข้าใจ 4 1. จงอธิบายความหมายของแรงอนุรักษ์ .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 2. ใบไม้ที่หลุดจากต้นหล่นสู่พื้น แรงที่กระทำต่อใบไม้เป็นแรงอนุรักษ์หรือไม่ .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 3. การตกแบบเสรีของวัตถุ พลังงานกลของวัตถุจะคงตัวตลอดการเคลื่อนที่ เกี่ยวข้องกับแรง อนุรักษ์หรือไม่ อย่างไร .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 4. กฎการอนุรักษ์พลังงานกลและกฎการอนุรักษ์พลังงาน เป็นกฎเดียวกันหรือไม่ จงอธิบาย .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................
47 เฉลยคำถามตรวจสอบความเข้าใจ 4 1. จงอธิบายความหมายของแรงอนุรักษ์ ตอบ แรงอนุรักษ์เป็นแรงซึ่งทำให้เกิดงานโดยไม่ขึ้นกับเส้นทางการเคลื่อนที่ และงานของแรง อนุรักษ์ไม่ทำให้พลังงานกลของวัตถุเปลี่ยนไป 2. ใบไม้ที่หลุดจากต้นหล่นสู่พื้น แรงที่กระทำต่อใบไม้เป็นแรงอนุรักษ์หรือไม่ ตอบ แรงที่กระทำต่อใบไม้ ได้แก่ แรงที่โลกดึงดูดใบไม้และแรงต้านของอากาศ แรงที่โลก ดึงดูดใบไม้ คือ แรงโน้มถ่วงเป็นแรงอนุรักษ์ ส่วนแรงต้านของอากาศเป็นแรงไม่อนุรักษ์ 3. การตกแบบเสรีของวัตถุ พลังงานกลของวัตถุจะคงตัวตลอดการเคลื่อนที่ เกี่ยวข้องกับแรง อนุรักษ์หรือไม่ อย่างไร ตอบ เกี่ยวข้องกับแรงอนุรักษ์ เพราะการตกแบบเสรีของวัตถุเป็นการเคลื่อนที่ภายใต้แรงโน้ม ถ่วงซึ่งเป็นแรงอนุรักษ์เพียงแรงเดียว พลังงานกลจึงคงตัว 4. กฎการอนุรักษ์พลังงานกลและกฎการอนุรักษ์พลังงาน เป็นกฎเดียวกันหรือไม่ จงอธิบาย ตอบ กฎทั้งสองไม่ใช่กฎเดียวกัน กฎการอนุรักษ์พลังงานกล พิจารณาเฉพาะผลรวมพลังงาน ศักย์กับพลังงานจลน์ในวัตถุมีค่าคงตัว กฎการอนุรักษ์พลังงาน เป็นการพิจารณาผลรวม พลังงานทั้งหมดทุกชนิดทั้งที่เปลี่ยนแปลงเป็นพลังงานอื่น และอาจถ่ายโอนไปที่อื่นมีค่าคงตัว
48 แบบฝึกหัด 4 1. จงแสดงว่าขณะใช้แปรงลบกระดานไปทางขวาแล้วกลับมาที่ตำแหน่งเดิม แรงเสียดทานที่ เกิดขึ้น เป็นแรงไม่อนุรักษ์ .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 2. ผลไม้มวล 0.1 กิโลกรัมตกจากที่สูง 5 เมตร เมื่อตกได้ครึ่งทาง ผลไม้มีพลังงานจลน์เท่าใด .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 3. ลูกตุ้มมวล 0.2 กิโลกรัม ผูกกับเส้นเชือกยาว 2.0 เมตร ปลายอีกข้างแขวนไว้กับเพดานถ้า ออกแรงดึงลูกตุ้มให้สูงขึ้น 0.6 เมตร แล้วปล่อยให้ลูกตุ้มแกว่ง จงหา ก. พลังงานศักย์โน้มถ่วงของลูกตุ้มที่สูงขึ้นจากจุดต่ำสุด ข. พลังงานจลน์ของลูกตุ้มเมื่อผ่านจุดต่ำสุด .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 4. นำเส้นเชือกยาว 2 เมตรผูกลูกตุ้มมวล 4.0 กิโลกรัมที่ปลายข้างหนึ่ง ถ้าจับปลายเชือกอีกข้าง หนึ่งแกว่งให้วัตถุเคลื่อนที่เป็นวงกลมในระนาบดิ่ง ถ้าที่จุดสูงสุด ลูกตุ้มมีอัตราเร็ว 10 เมตร ต่อวินาทีจงหาอัตราเร็วของลูกตุ้มที่จุดต่ำสุด .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................
49 เฉลยแบบฝึกหัด 4 1. จงแสดงว่าขณะใช้แปรงลบกระดานไปทางขวาแล้วกลับมาที่ตำแหน่งเดิม แรงเสียดทานที่ เกิดขึ้นเป็นแรงไม่อนุรักษ์ วิธีทำ กำหนดให้เส้นทางที่ 1 ใช้แปรงลบกระดานลบไปทางขวา จาก O ไป A ต่อมาเคลื่อนที่ กลับมาที่ตำแหน่งเดิมโดยผ่านจุด B ดังรูป ก. ส่วนเส้นทางที่ 2 ใช้แปรงลบกระดานไป ทางขวา จากO ไป A เช่นเดียวกัน แต่ในการเคลื่อนที่กลับมาตำแหน่งเดิม ให้ผ่านจุด C และ D ดังรูป ข. งานของแรงเสียดทานตามเส้นทางที่ 1 มีค่าเท่ากับ ℎ1 = → + → + → งานของแรงเสียดทานตามเส้นทางที่ 2 มีค่าเท่ากับ ℎ2 = → + → + → + → ตอบ จะเห็นว่า งานเนื่องจากแรงเสียดทานตามเส้นทางทั้งสอง มีค่าไม่เท่ากัน แรงเสียดทาน จึงไม่เป็นแรงอนุรักษ์
50 2. ผลไม้มวล 0.1 กิโลกรัมตกจากที่สูง 5 เมตร เมื่อตกได้ครึ่งทาง ผลไม้มีพลังงานจลน์เท่าใด วิธีทำ จาก 2 = 2 + 2∆ = 0 + 2(9.8)(2.5) = 49 2 2 พลังงานจลน์ของผลไม้เมื่อตกได้ครึ่งทาง = 1 2 2 = 1 2 (0.1)492 = 2.45 ตอบ พลังงานจลน์ของผลไม้เมื่อตกได้ครึ่งทางเท่ากับ 2.45 จูล 3. ลูกตุ้มมวล 0.2 กิโลกรัม ผูกกับเส้นเชือกยาว 2.0 เมตร ปลายอีกข้างแขวนไว้กับเพดานถ้า ออกแรงดึงลูกตุ้มให้สูงขึ้น 0.6 เมตร แล้วปล่อยให้ลูกตุ้มแกว่ง จงหา ก. พลังงานศักย์โน้มถ่วงของลูกตุ้มที่สูงขึ้นจากจุดต่ำสุด ข. พลังงานจลน์ของลูกตุ้มเมื่อผ่านจุดต่ำสุด วิธีทำ ก. หาพลังงานศักย์โน้มถ่วงของลูกตุ้มที่สูงขึ้นจากจุดต่ำสุด ลูกตุ้มอยู่สูงจากจุดต่ำสุด 0.6 m ดังนั้น พลังงานศักย์โน้มถ่วง EP = mgh = (0.2 )(9.8 )(0.6 ) = 1.2 J ตอบ พลังงานศักย์โน้มถ่วงของลูกตุ้มที่สูงขึ้นจากจุดต่ำสุดเท่ากับ 1.2 จูล ข. หาพลังงานจลน์ของลูกตุ้มเมื่อผ่านจุดต่ำสุดจากกฎการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานจลน์ของลูกตุ้มที่จุดต่ำสุด = พลังงานศักย์โน้มถ่วงของลูกตุ้มที่อยู่ สูง 0.6 m = 1.2 J ตอบ พลังงานจลน์ของลูกตุ้มเมื่อผ่านจุดต่ำสุดเท่ากับ 1.2 จูล