แผนการจัดการเรียนรู้ หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 เรื่อง การเคลื่อนที่แนวตรง

197

198

199

200

201

202

เฉลย

203

แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 13

กลมุ่ สาระการเรียนรวู้ ิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ช้ันมธั ยมศึกษาปีท่ี 4
รายวชิ า ฟสิ กิ ส์ 1 รหัสวชิ า ว 31201
หนว่ ยการเรียนรทู้ ี่ 2 การเคล่ือนทแี่ นวตรง
เร่อื ง การตกแบบเสรี เวลา 21 ชัว่ โมง
ภาคเรยี นที่ 1/2565 เวลา 3 ช่วั โมง
ครูผู้สอน นางสาวบงกช บตุ รเพ็ง

1. มาตรฐานการเรยี นรู้ / ตัวชี้วดั / ผลการเรยี นรู้
สาระฟิสกิ ส์
1. เข้าใจธรรมชาติทางฟิสิกส์ ปริมาณและกระบวนการวัด การเคลอื่ นทแี่ นวตรง แรงและ

กฎการเคล่ือนทข่ี องนวิ ตัน กฎความโน้มถ่วงสากล แรงเสียดทานสมดุล กลของวตั ถุ งาน และกฎการ
อนุรกั ษพ์ ลังงานกล โมเมนตัมและกฎการอนุรกั ษ์ โมเมนตัม การเคลอ่ื นทแ่ี นวโคง้ รวมทง้ั นำความรู้ไป
ใชป้ ระโยชน์

ผลการเรยี นรู้
3. ทดลองและอธบิ ายความสัมพนั ธร์ ะหว่างตำแหน่ง การกระจัด ความเร็ว และความเรง่

ของ การเคลอ่ื นที่ของวตั ถุในแนวตรงทม่ี ีความเรง่ คงตัวจากกราฟและสมการ รวมทัง้ ทดลองหาคา่
ความเร่งโน้มถ่วงของโลก และคำนวณปริมาณต่าง ๆ ทเ่ี กย่ี วข้องได้

2. สาระสำคญั

การตกแบบเสรี เปน็ การเคลอื่ นที่ของวตั ถุภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกเพียงแรงเดียว โดยไม่

คดิ แรงตา้ นหรอื แรงเสยี ดทานของอากาศ ความเร่งในการเคลอื่ นที่ของวัตถุท่ตี กแบบเสรีเรยี กวา่

ความเรง่ เนอ่ื งจากแรงโนม้ ถ่วงของโลกซง่ึ มคี ่าประมาณ 9.8 เมตรตอ่ วนิ าที2 สามารถเขยี นเปน็ สมการ

ได้ดังน้ี

= + = ( + )

= +

= +

= −



3. จุดประสงค์การเรยี นรู้
3.1 ดา้ นความรู้ (K)
1) อธบิ ายปรมิ าณที่เกยี่ วข้องกับการตกแบบเสรีได้

204

3.2 ด้านทกั ษะและกระบวนการ (P)
1) คำนวณปริมาณทเ่ี ก่ียวข้องกบั การตกแบบเสรไี ด้
2) ทดลองหาคา่ ความเร่งโน้มถ่วงของโลกได้

3.3 ด้านคุณลักษณะอนั พึงประสงค์ (A)
1) มคี วามสนใจใฝ่รู้ทางดา้ นวทิ ยาศาสตร์

4. สาระการเรียนรู้

การตกอย่างเสรีเป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลกโดยวัตถุมีความเร่งใน

แนวด่งิ เท่ากับความเร่งเนื่องจากแรงโนม้ ถ่วงของโลก มีค่าประมาณ 9.8 เมตรต่อวินาที2

สมการสำหรบั คำนวณหาปรมิ าณต่าง ๆ ของการเคลือ่ นท่ใี นแนวตรง (แนวด่งิ ) ด้วยความเรง่

คงตวั มี 5 สมการ ได้แก่

= + ใช้เมอ่ื ไมม่ ี s

= ( + ) ใช้เมอ่ื ไมม่ ี g
ใชเ้ ม่อื ไม่มี v
ใช้เม่อื ไมม่ ี u
ใชเ้ ม่ือไม่มี t
= +



= −



= +

5. กิจกรรมการเรยี นร้โู ดยออกแบบกจิ กรรมการเรยี นรตู้ ามรูปแบบ 5E

ช่วั โมงท่ี 1

5.1 ขน้ั สร้างความสนใจ (Engagement)
5.1.1 ครแู จ้งจุดประสงค์การเรยี นรใู้ หน้ ักเรยี นทราบ
5.1.2 นกั เรียนทบทวนความรู้เดิมเกี่ยวกับ การเคล่อื นทขี่ องวัตถุในกรณีท่ีความเร่งมีค่าคงตัว

วัตถุตกอย่างอิสระด้วยความเร่งคงตัว เพื่อเชื่อมโยงเนื้อหาและนำไปสู่การศึกษา เรื่อง การตกแบบ
อิสระดว้ ยความเรง่ คงตัว

5.1.3 นักเรียนปล่อยวัตถุให้ตกลงพ้ืน โดยนักเรียนสังเกตแนวการเคลื่อนที่ของของวัตถุว่ามี
ลักษณะการเคลือ่ นทีอ่ ย่างไร (แนวคำตอบ วัตถุมีการเคลื่อนทีเ่ ป็นเส้นตรงในแนวด่ิง ซึ่งเรียกว่า การ
ตกแบบอิสระ (free fall))

5.1.4 นักเรียนศึกษาวิดีโอเกีย่ วกับการเคลื่อนทีใ่ นแนวด่ิง โดยปราศจากแรงต้านอากาศเพือ่
แสดงให้นักเรยี นเห็นวา่ การตกแบบอสิ ระจะไมข่ ้นึ กบั มวลของวตั ถุหรอื รูปร่างของวตั ถุ

5.1.5 นักเรียนตอบคำถาม เพือ่ ร่วมกันแสดงความคิดเหน็ โดยใช้คำถามต่อไปนี้

205

- เหตุใดเมื่อปล่อยวัตถุจากที่สูง วัตถุจึงตกลงมาสู่พื้น (แนวคำตอบ เพราะวัตถุตก
อย่างอสิ ระภายใตอ้ ทิ ธพิ ลของแรงโนม้ ถว่ งของโลก)

- วัตถุต่าง ๆ ตกลงสู่พื้นโลกในลักษณะเดียวกันหรือไม่ และระหว่างวัตถุที่มีมวล
ต่างกันตกจากจุดเดียวกัน พร้อมๆ กัน จะตกถึงพื้นพร้อมกันหรือไม่ เพราะเหตุใด (นักเรียนตอบ
คำถามได้อย่างอิสระ)

5.2 ขนั้ สำรวจและค้นหา (Exploration)
5.2.1 นกั เรียนศึกษาเกย่ี วกับ การเคล่ือนทีใ่ นแนวด่งิ ของวัตถุที่ตกแบบอิสระ ว่าสามารถแบ่ง

พิจารณาได้ 3 แบบ ไดแ้ ก่
• การปลอ่ ยวตั ถุใหต้ กในแนวด่งิ
• การขว้างวตั ถลุ งมาในแนวดิ่ง
• การโยนวตั ถุข้ึนในแนวดิง่

5.2.2 นักเรียนทดลองปล่อยและขว้างวัตถุในแนวดิ่งแล้วให้นักเรียนสังเกตลักษณะ
การเคลอ่ื นทขี่ องวัตถุ จากนน้ั ร่วมกนั อภปิ รายใหไ้ ด้ข้อสรุปดังน้ี

- ทดลองการปลอ่ ยวตั ถใุ หต้ กในแนวด่ิง v
u=0
Slope = +g

t
g

- ทดลองการขวา้ งวตั ถลุ งมาในแนวด่ิง v Slope = +g
u≠0 t

g v=0
- ทดลองการโยนวตั ถุข้นึ ในแนวดิง่

v=0 v=0

206

s= + -g s = - u
s= +
-g -g s = -
s= + s= -
u sลพั ธ์ = + sลพั ธ์ = -

การกระจดั (s) = 0 v v
v

s+ s- t s+ s+ s- t
Slope = - g s- t Slope = - g

Slope = - g

ช่ัวโมงที่ 2

5.3 ข้ันอธิบายและลงขอ้ สรปุ (Explanation)
5.3.1 นักเรียนและครูร่วมกันสรุปสมการที่ใช้เมื่อวัตถุตกอย่างอิสระ ด้วยความเร่งคงที่ตัว

เก่ยี วกบั สมการสำหรับคำนวณหาปริมาณต่าง ๆ ของการเคลอ่ื นที่ในด่ิงดว้ ยความเร่งคงตัวมี 5 สมการ
ไดแ้ ก่

= + ใชเ้ มื่อไมม่ ี s เมอ่ื u = ความเร็วต้น (m/s)
ใช้เมอ่ื ไมม่ ี g v = ความเร็วปลาย (m/s)
= ( + ) ใช้เมื่อไมม่ ี v g = ความเร่งเน่อื งจากแรง
ใช้เม่อื ไม่มี u
ใชเ้ มื่อไมม่ ี t โน้มถว่ งของโลก (m/s2)
s = การกระจดั (m)
= +



= −



= +

t = เวลา (s)

5.3.2 ครูเพ่ิมเตมิ ความร้ใู ห้กับนกั เรียน เกี่ยวกับการกำหนดเครอ่ื งหมาย ดังนี้

1. ให้ u เป็นบวกเสมอไม่วา่ จะเคลอ่ื นทขี่ น้ึ หรือลง

207

- ปรมิ าณเวกเตอรใ์ ด มที ิศเดียวกันกบั u จะเปน็ เครอ่ื งหมาย +
- ปรมิ าณเวกเตอรใ์ ด มที ศิ ตรงกนั ขา้ มกบั u จะเปน็ เครือ่ งหมาย –
2. สำหรับคา่ g จะมหี ลกั พจิ ารณา คือ
- ขวา้ งข้นึ คา่ g เปน็ เครอ่ื งหมาย –
- ปล่อย หรอื ขวา้ งลง คา่ g เป็นเคร่อื งหมาย +
3. เวลาเป็นปริมาณสเกลาร์ มคี า่ เปน็ บวกเสมอ
4. ตัวแปรใดไม่ทราบค่าไม่ต้องแทนเครื่องหมายลงไป เมื่อคำนวณเสร็จจะได้
เคร่ืองหมายออกมาเอง
5.4 ขั้นขยายความรู้ (Elaboration)
5.4.1 ครยู กตัวอยา่ งโจทยก์ ารคำนวณ ดงั ต่อไปน้ี
- ชายคนหนึง่ โยนก้อนหินขึน้ ในแนวดิ่งด้วยความเร็วตน้ 20 เมตร/วนิ าที กำหนดให้
g = 9.8 m/s2
ก. เมอ่ื ใดกอ้ นหนิ มคี วามเรว็ เปน็ ศนู ย์
โจทย์ให้ u = 20 m/s, v = 0 m/s, g = 9.8 m/s2

= +
0 = 20 + (−9.8)

t = 2.04 s

ข. ก้อนหนิ ขนึ้ ไปสงู สดุ เทา่ ไร
โจทย์ให้ u = 20 m/s, v = 0 m/s, g = 9.8 m/s2

2 = 2 + 2
02 = 202 + 2(−9.8)

s = 20.4 m

ช่วั โมงท่ี 3

- เดก็ คนหนึ่งขว้างลกู บอลลงมาในแนวด่ิงด้วยความเร็ว 15 เมตรตอ่ วินาที เมื่อเวลา
ผ่านไป 2 วนิ าที ลูกบอลจะตกถึงพนื้

ก. จงหาวา่ จดุ ทข่ี ้างลูกบอล อยูส่ งู เท่าไร
โจทย์ให้ u = 15 m/s, t = 2 s, g = 9.8 m/s2

= + 1 2

2

= (15)(2) + 1 (9.8)(2)2

2

208

s = 30 + 19.6
s = 49.6 m
ข. จงหาว่าลูกบอลสมั ผัสพน้ื ดว้ ยความเรว็ เทา่ ไร
โจทย์ให้ u = 15 m/s, t = 2 s, g = 9.8 m/s2

= +
= 15 + (9.8)(2)

v = 34.6 m/s
ค. จงหาวา่ หากปล่อยลูกบอลลงมาเฉยๆ จะถึงพ้นื เรว็ หรือช้ากว่าตอนแรกกว่ี ินาที

โจทยใ์ ห้ u = 0 m/s, g = 9.8 m/s2, s = 49.6 m

= + 1 2

2

49.6 = 0 + 1 (9.8) 2

2

t2 = 49.6
4.9

t2 = 10.12
t = 3.18 s
จะเหน็ วา่ ในตอนแรกใช้เวลา 2 วนิ าที จงึ ถึงพ้ืน
แสดงว่าในตอนหลงั จะตกถงึ พ้ืนชา้ กวา่ ตอนแรก 3.18 – 2 = 1.18 วินาที

- ปลอ่ ยวตั ถุ A ให้ตกลงมาแบบอสิ ระ จากตกึ สงู 50 เมตร ในขณะเดียวกนั วัตถุ B ก็

ถูกโยนข้นึ ไปจากพื้นในแนวดิง่ ด้วยความเร็ว 20 เมตรตอ่ วินาที

ก. จงหาว่าเวลาผา่ นไปเทา่ ใด วัตถุ A และ B ถึงจะเคล่อื นท่ีสวนทางกนั

พิจารณาวตั ถุ A พจิ ารณาวตั ถุ B

= + 1 2 = + 1 2
2 2
1 1
= 0 + 2 (9.8) 2 = 20 + 2 (−9.8) 2

sA = 4.9t2 sB = 20t - 4.9t2

ระยะทางท่วี ตั ถุ A และ B เคลอื่ นทีไ่ ด้รวมกนั จะมีค่าเทา่ กบั ความสูงของตกึ
s = sA + sB
50 = 4.9t2 + 20t - 4.9t2
50 = 20t
t = 2.5 s

ข. จงหาตำแหนง่ ที่วตั ถุ A และ B เคลอ่ื นทสี่ วนทางกัน
จากขอ้ ก. จะได้ว่า วัตถุท้ังสองชน้ิ เคล่อื นทม่ี าสวนกันท่เี วลา 2.5 วนิ าที

209

จาก sA = 4.9t2
sA = 4.9(2.52)
= 30.6 m (จากขา้ งบนลงมา 30.6 เมตร)

จาก sB = 20t - 4.9t2
sB = 20(2.5) - 4.9(2.52)
= 50 - 30.6
= 19.4 m (จากพ้ืนข้นึ มา 19.4 เมตร)

ดังนนั้ วัตถุ A และ B จะเคลือ่ นทส่ี วนทางกันที่ตำแหน่ง 19.4 เมตร จากพ้นื

ค. จงหาวา่ วัตถชุ ้นิ ไหน จะตกถึงพ้ืนดนิ ก่อนกัน

พจิ ารณาวัตถุ A จะไดว้ ่า การกระจัดมคี า่ เทา่ กับความสงู ของตกึ

= + 1 2
2
50 = 0 + 1 (9.8) 2
2
t2 = 10.2

t = 3.2 s

พิจารณาวตั ถุ B จะได้ว่า การกระจดั มีค่าเทา่ กบั ศนู ย์ เพราะวตั ถุ B เคลื่อนที่กลับมาท่ีจุด

โยน

= + 1 2
2
0 = 20 + 1 (−9.8) 2
2
-20t = - 4.9t2

4.9t = 20

t = 4.08 s

จะได้ว่า tA < tB แสดงว่าวัตถุ A ใช้เวลาในการเคลอ่ื นทน่ี ้อยกว่า วัตถุ B
ดงั นนั้ วตั ถุ A จะตกถงึ พืน้ กอ่ นวัตถุ B

- กระถางตน้ ไมต้ กจากดาดฟา้ ตกึ ผา่ นหนา้ ต่างสงู 1.2 เมตร ในเวลา 0.3 วนิ าที ขอบ

บนของหน้าตา่ งน้ตี ำ่ จากยอดตกึ เท่าใด กำหนดให้ g = 10 m/s2

โจทยใ์ ห้ u = 0 m/s, tหนา้ ตา่ ง = 0.3 s, g = 10 m/s2, sหน้าตา่ ง = 1.2 m, s =?

= + 1 2
2
1.2 = (0.3) + 1 (10)(0.32)
2
u = 2.5 s

210

ดังนั้น ความเรว็ ตน้ ทกี่ ระถางตกผ่านขอบบนหน้าตา่ งมีค่าเทา่ กบั 4 m/s มที ศิ ลง
หาขอบบนของหนา้ ตา่ งตำ่ จากยอดตึก

2 = 2 + 2
2.52 = 0 + 2(10)

s = 0.3 m
- จุดบั้งไฟขึ้นไปในอากาศด้วยความเร่งคงที่ 10 เมตร/วินาที2 ในแนวดิ่งขึ้นไปได้
6 วินาที เชอ้ื เพลงิ หมด บ้ังไฟจะขนึ้ ไปได้สูงจากพ้ืนกีเ่ มตร (กำหนดให้คา่ g = 10 m/s2)

ช่วงท่ี 1 เช้ือเพลิงยงั ไม่หมด (ข้ึนไปได้ 6 วนิ าที)
หาความสงู ของบ้งั ไฟทีเ่ วลา 6 วนิ าที

จาก = + 1 2
2
= 0 + 1 (10)(62)
2
s = 180 m

หาความเร็วของบ้งั ไฟท่ีเวลา 6 วนิ าที

= +
= 0 + (10)(6)

v = 60 m/s

ชว่ งท่ี 2 เชื้อเพลงิ หมด จะเคลอื่ นท่ีด้วยความเร่งที่เกิดจากแรงดงึ ดดู ของโลก

โจทย์ให้ u = 60 m/s, v = 0 m/s, g = -10 m/s2, s = ?

2 = 2 + 2
0 = 602 + 2(−10)

s = 180 m
ดงั น้นั บั้งไฟจะข้นึ ไปไดส้ งู 180 + 180 = 360 เมตร

- บอลลูนลูกหนึ่งกำลังลอยขึ้นตรง ๆ ในแนวดิ่งด้วยความเร็ว 10 เมตรต่อวินาที
ขณะอยู่สูงจากพื้นดิน 175 เมตร ก็ปล่อยก้อนหินลงมา อยากทราบว่านานเท่าใดก้อนหินถึงพ้ืน
ด้านลา่ ง

จากโจทย์ ก้อนหินทถ่ี ูกปล่อยลงมาจากบอลลนู จะมคี า่ ความเรว็ ตน้ เท่ากบั ความเรว็ ของบอลลูน

u = 10 m/s, g = -10 m/s2, s = -175 m, t กอ้ นหินถึงพืน้ ดา้ นล่าง = ?

จาก = + 1 2
2
1
−175 = 10 + 2 (−10) 2

211

5t2 - 10t – 175 = 0
t2 - 2t – 35 = 0
(t-7)(t+5) = 0
t = 7, -5 s

ดังน้นั ก้อนหนิ ตกถึงพืน้ ดา้ นลา่ งใช้เวลา 7 วินาที

5.4.2 นักเรยี นทำใบงาน เรอ่ื ง การตกแบบเสรี
5.5 ขั้นประเมนิ (Evaluation)

5.5.1 นักเรียนตอบคำถามเพอื่ ตรวจสอบความเขา้ ใจ โดยใชค้ ำถามต่อไปนี้
- ลักษณะการเคลื่อนทีแ่ บบตกแบบอสิ ระเปน็ อย่างไร เก่ียวอะไรกับแรงโนม้ ถ่วง

(แนวคำตอบ วัตถุจะเคลื่อนที่ลงสู่พื้นโลกด้วยความเร่งคงตัวเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกเพียงแรง
เดียว เพราะไม่คิดแรงตา้ นอากาศทเ่ี ขา้ มากระทำกับวตั ถ)ุ

- ปริมาณใดบ้างที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนท่ีในแนวดิ่ง (แนวคำตอบ ความเร่ง
เนอื่ งจากแรงโนม้ ถ่วงของโลก)

5.5.2 ครูตรวจสอบผลจากการทำใบงาน เรื่อง การตกแบบเสรี

6. สือ่ การเรียนรู้/อุปกรณ/์ แหล่งเรยี นรู้
6.1 หนังสือเรียนรายวิชาฟิสกิ ส์เพิม่ เติม ม. 4 เลม่ 1 สสวท.
6.2 Microsoft PowerPoint หนว่ ยการเรียนรู้ท่ี 2 การเคลอ่ื นท่แี นวตรง

7. ช้นิ งาน/ภาระงาน
7.1 ใบงาน เร่ือง การตกแบบเสรี

212

8. กระบวนการวัดและประเมนิ ผล

จดุ ประสงค์ วธิ กี ารวัด เครอื่ งมอื เกณฑ์การตัดสิน
การตอบคำถาม
ด้านความรู้ (K) ตรวจคำตอบจาก ผ่านเกณฑ์
การตอบคำถาม ร้อยละ 70
1) อธิบายปรมิ าณท่ีเกี่ยวขอ้ งกบั การตก
แบบเสรีได้

ใบงาน เร่ือง สมการ ใบงาน เรอื่ ง สมการ ผา่ นเกณฑร์ ะดบั
คณุ ภาพพอใช้
สำหรับการเคลอ่ื นท่ี สำหรบั การเคล่อื นที่ (7 คะแนน)

แนวตรง แนวตรง ขน้ึ ไป
ผ่านเกณฑร์ ะดับ
ดา้ นทักษะและกระบวนการ(P) คุณภาพพอใช้

1) คำนวณปรมิ าณที่เก่ยี วข้องกับการตก ใบงาน เรือ่ ง สมการ ใบงาน เรอื่ ง สมการ (7 คะแนน)
สำหรบั การเคลอื่ นที่ สำหรับการเคลือ่ นท่ี ขน้ึ ไป
แบบเสรีได้
แนวตรง แนวตรง ผา่ นเกณฑ์ระดับ
2) ทดลองหาคา่ ความเร่งโนม้ ถ่วงของโลก 2 ขึ้นไป

ได้ ผ่านเกณฑ์ระดับ
แบบประเมินการ 2 ข้ึนไป

สังเกตพฤติกรรม ทดลองหาคา่
ความเรง่ โน้มถ่วง

ของโลก

ดา้ นคุณลักษณะอนั พึงประสงค์ (A) สังเกตพฤตกิ รรม แบบประเมนิ
1) มคี วามสนใจใฝร่ ทู้ างด้านวทิ ยาศาสตร์ คุณลกั ษณะอนั พึง

ประสงค์

213

214

215

216

217

218

219

220

221

222

223

224

225

226

เฉลย