วิธีทำ เขียนแผนภาพวัตถุอิสระ ขณะวัตถุอยู่ในสมดุล ได้ดังนี้ วัตถุสมดุลต่อการเลื่อนที่ แนวดิ่ง Tcos = 40 ……………………. (1) แนวราบ Tsin = F ……………………. (2) (1) (2) = 40 (80) (60) = 40 F = 30 N ตอบ แรง F มีค่าเท่ากับ 30 นิวตัน
แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 5 รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 รหัสวิชา ว31202 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่4 หน่วยการเรียนรู้ที่4 ชื่อหน่วย สมดุลกล จำนวน 10 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ เรื่อง สมดุลต่อการหมุน (โมเมนต์ของแรง) เวลาเรียน……2…..ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ผลการเรียนรู้ 8. อธิบายสมดุลกลของวัตถุ โมเมนต์ และผลรวมของโมเมนต์ที่มีต่อการหมุน แรงคู่ควบและ ผลของแรงคู่ควบที่มีต่อสมดุลของวัตถุ เขียนแผนภาพของแรงที่กระทำต่อวัตถุอิสระเมื่อวัตถุอยู่ในสมดุลกล และคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมทั้งทดลองและอธิบายสมดุลของแรงสามแรง 2. สาระสำคัญ สมดุลต่อการหมุน หมายถึง การที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวหรือความเร็วเชิงมุมคงตัว โดยที่ความเร็ว เชิงมุมเป็นการหมุนของวัตถุรอบแกนที่คงที่ไม่มีความเร่ง หรือ โมเมนต์ของแรงที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเป็นศูนย์ 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 1) อธิบายเกี่ยวกับสมดุลต่อการหมุน และโมเมนต์ของแรงได้ 3.2 ด้านทักษะกระบวนการ 2) คำนวณหาปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องเมื่อวัตถุอยู่ในสมดุลต่อการหมุนและโมเมนต์ของแรงคู่ควบและ ทิศทางการหมุนของวัตถุได้ 3.3 ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ 3) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน 4. สาระการเรียนรู้ สมดุลต่อการหมุน หมายถึง การที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวหรือความเร็วเชิงมุมคงตัว โดยที่ ความเร็วเชิงมุมเป็นการหมุนของวัตถุรอบแกนที่คงที่ไม่มีความเร่ง หรือ โมเมนต์ของแรงที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเป็น ศูนย์ 5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการแก้ปัญหา 4. ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 5. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. รักชาติศาสน์กษัตริย์ 2. ซื่อสัตย์สุจริต
3. มีวินัย 4. ใฝ่เรียนรู้ 5. อยู่อย่างพอเพียง 6. มุ่งมั่นในการทำงาน 7. รักความเป็นไทย 8. มีจิตสาธารณะ 7. กิจกรรมการเรียนรู้ 1. ขั้นสร้างความสนใจ 1.1 ครูให้นักเรียนใช้ดินสอดันสันหนังสือที่ตำแหน่งต่าง ๆ แล้วให้สังเกตว่าเกิดอะไรขึ้น (แนวคำตอบ : บางตำแหน่งหนังสือจะหมุน บางตำแหน่งหนังสือจะเลื่อนที่) 1.2 ครูถามนักเรียนว่า ตำแหน่งที่ออกแรงกระทำกับหนังสือแล้วทำให้หนังสือเลื่อนที่อย่างเดียว คือ ตำแหน่งใด (แนวคำตอบ : ตำแหน่งที่ไม่ผ่านศูนย์กลางมวลวัตถุ) 1.3 ครูถามนักเรียนว่าตำแหน่งที่ออกแรงกระทำกับหนังสือ แล้วทำให้หนังสือหมุน คือตำแหน่ง ใด (แนวคำตอบ : ตำแหน่งที่ไม่ผ่านศูนย์กลางมวลวัตถุ) 1.4 ครูและนักเรียนร่วมกันสรุปว่าแนวแรงที่กระทำต่อวัตถุที่ผ่านศูนย์กลางมวลนั้นจะทำให้วัตถุมี การเลื่อนที่เพียงอย่างเดียวไม่มีการหมุน แต่ถ้าแนวแรงที่กระทำต่อวัตถุไม่ผ่านศูนย์กลางมวลวัตถุ จะมีการ เคลื่อนที่แบบเลื่อนที่ และมีการหมุนเกิดขึ้นด้วย 1.5 ครูอธิบายเพิ่มเติมว่า ตามความหมายของกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อ วัตถุมีค่าเป็นศูนย์ วัตถุจะคงสภาพอยู่นิ่ง หรือ สภาพเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว หรือ หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคง ตัว ความเร็วเชิงมุมเป็นความเร็วของวัตถุที่หมุนรอบแกนคงที่แกนหนึ่ง เช่นใบพัดลมหมุนรอบแกน ล้อรถหมุนรอบ เพลา ดอกสว่านไฟฟ้าหมุนรอบแกน ถ้าสิ่งเหล่านี้หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงตัวจะอยู่ในสมดุลเช่นกัน วัตถุที่อยู่นิ่ง หรือหมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงตัว เรียกว่า สมดุลต่อการหมุน สำหรับในบทนี้จะศึกษาเฉพาะกรณีของวัตถุที่อยู่นิ่ง ไม่หมุน 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 ครูให้นักเรียนดูวีดีทัศน์ไม้กระดก (http://phchitchai.wbvschool.net/lesson/08_StaticEquilibrium/Animation/Animation_StaticEquilib rium1/index.html ) ถามนักเรียนถึงการเล่นไม้กระดก ว่าจากเหตุการณ์การเล่นไม้กระดกนั้นนักเรียนสังเกตเห็น ปริมาณใดบ้าง (แนวคำตอบ : โมเมนต์) 2.2 ครูถามนักเรียนว่า โมเมนต์คืออะไร และเพราะอะไรจึงสามารถทำให้ไม้กระดกอยู่ในสภาพ สมดุลได้(แนวคำตอบ : โมเมนต์ของแรง คือ ผลหมุนของแรง มีค่าเท่ากับ ขนาดแรง × ระยะจากแกนหมุนไปตั้ง ฉากกับแนวแรง และ โมเมนต์ที่วัตถุสมดุลก็คือ โมเมนต์ทวน = โมเมนต์ตาม) 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 จากกิจกรรมที่ผ่านมานักเรียนสามารถสรุป สมดุลต่อการหมุน และ โมเมนต์ของแรง ได้ว่าอย่างไรบ้าง (แนวคำตอบ : วัตถุที่อยู่นิ่งหรือหมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงตัว เรียกว่า สมดุลต่อการหมุน โมเมนต์ของแรงมีค่าเท่ากับ ขนาดแรง × ระยะจากแกนหมุนไปตั้งฉากกับแนวแรง และ โมเมนต์ที่วัตถุสมดุลก็คือ โมเมนต์ทวน = โมเมนต์ตาม )
4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับ โมเมนต์ของแรง หรือ ทอร์ก ดังนี้ โมเมนต์ของแรง หรือ ทอร์ก ทราบแล้วว่า การหมุนของวัตถุจะขึ้นกับโมเมนต์ของแรง หรือ ทอร์ก ถ้ามีแรงกระทำกับวัตถุที่ ตำแหน่งปลายของเวกเตอร์บอกตำแหน่ง จากจุดหมุนดังรูป เป็นแรงกระทำต่อวัตถุ เป็นเวกเตอร์บอกตำแหน่งจากจุดหมุนไปถึงจุดที่แรง กระทำ แรง กระทำต่อวัตถุมีแนวแรงห่างจากแกนหมุนเป็นระยะ d โดยนิยามมีสมการเวกเตอร์ของทอร์ก คือ = × จากการเคลื่อนที่แบบหมุนขนาดของทอร์ก หรือขนาดของโมเมนต์ M ของแรง จะเท่ากับ = = d เป็นระยะทางจากจุดหมุนไปตั้งฉากกับแนวของแรง จากรูปด้านบน ทิศทางของทอร์กมีทิศทางพุ่งออกตั้งฉากกับระนาบของการหมุนโดยวัตถุจะหมุนใน ทิศทวนเข็มนาฬิกา ดังนั้น ขนาดของทอร์ก มีค่าเท่ากับ ผลคูณระหว่างขนาดของแรงกับระยะทางจากจุดหมุนไปตั้งฉากกับ แนวแรง มีหน่วย นิวตัน เมตร ทอร์กเป็นปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งมีทั้งขนาดและทิศทาง เมื่อพิจารณาวัตถุที่หมุนรอบแกนตรึง ทิศทางของ ทอร์กหาได้จากกฏมือขวา ซึ่งทิศทางของทอร์กหรือโมเมนต์ของแรงจะพุ่งออกตั้งฉากกับระนาบของการหมุน เมื่อ การหมุนอยู่ในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา และทิศทางของทอร์กหรือโมเมนต์ของแรงจะพุ่งเข้าตั้งฉากกับระนาบของ การหมุน เมื่อการหมุนอยู่ในทิศทางตามเข็มนาฬิกา แต่เพื่อให้สะดวกและง่ายขึ้นจะคิดเฉพาะขนาดของโมเมนต์ ของแรงกับทิศทางการหมุนของวัตถุซึ่งอยู่ในทิศทางที่มีเฉพาะหมุนทวนเข็มนาฬิกาหรือตามเข็มนาฬิกา เมื่อวัตถุอยู่ในสภาพสมดุลสถิต คือไม่หมุน ผลรวมโมเมนต์ของแรงต้องเป็นศูนย์∑ n =1 = 0 หรือ อาจถือเป็นหลักได้ว่า ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา = ผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา เช่น ในกรณีที่มีน้ำหนัก , และ แขวนกับไม้เมตรและไม้เมตรอยู่ในสมดุลได้ คืออยู่นิ่ง ในแนวระดับได้ดังรูป (ไม่คิดน้ำหนักของไม้เมตร)
น้ำหนัก , และ แขวนกับไม้เมตรซึ่งอยู่ในระดับ จะเกิดโมเมนต์ของแรงทั้งสามกระทำต่อไม้เมตร จากโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกาเท่ากับโมเมนต์ตามเข็ม นาฬิกาจะได้ หรือผลรวมของโมเมนต์เป็นศูนย์ คือ หรือได้ว่า เมื่อไม้เมตรสมดุลต่อการหมุน ผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็มนาฬิกา = ผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา 5. ขั้นประเมินผล 5.1 ครูให้นักเรียนเขียนรายงานการวิเคราะห์ปัญหาที่ว่า “เมื่อวัตถุสมดุลต่อการเลื่อนที่ แต่ไม่ สมดุลต่อการหมุนเพราะมีแรงคู่ควบกระทำ และถ้าต้องการให้วัตถุนั้นสมดุลต่อการหมุน จะใช้แรงเพียงแรงเดียวได้ หรือไม่ ” 5.2 ครูทดสอบความรู้เกี่ยวกับสมดุลต่อการหมุนจากการตอบคำถามตรวจสอบความเข้าใจ4.4และ แบบฝึกหัด 4.4 ในหนังสือฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. 8. สื่อและแหล่งการเรียนรู้ 8.1 เอกสารและ power point ประกอบการสอน เรื่อง สมดุลต่อการหมุน 8.2 หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ 2 ชั้นม. 4 สสวท. แหล่งการเรียนรู้ 9. ห้องคอมพิวเตอร์ของโรงเรียน 10. ห้องสมุดโรงเรียน 11. อินเทอร์เน็ต
9. การวัดและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวัด เครื่องมือวัด เกณฑก์ารประเมิน ความรู้(K) อธิบายเกี่ยวกับสมดุล ต่อการหมุน และโมเมนต์ของแรง ได้ นักเรียนท าค าถาม ตรวจสอบความเข้าใจ4.4 ค าถามตรวจสอบความ เข้าใจ4.4 นักเรียนท าค าถาม ตรวจสอบความเข้าใจ 4.4 ในหนังสือฟิสิกส์ เพิ่มเติม 2 สสวท. ได้ ถูกต้องร้อยละ 80 ทักษะ/กระบวนการ (P) ค านวณหาปริมาณต่าง ๆ ที่ เกี่ยวข้องเมื่อวัตถุอยู่ในสมดุลต่อ การหมุนและโมเมนต์ของแรงคู่ควบ และทิศทางการหมุนของวัตถุได้ นักเรียนท าแบบฝึกหัด 4.4 ในหนังสือฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. แบบฝึกหัด 4.4 ใน หนังสือฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. นักเรียนท าแบบฝึกหัด 4.4 ในหนังสือฟิสิกส์ เพิ่มเติม 2 สสวท. ได้ ถูกต้องร้อยละ 80 คุณลักษณะที่พึงประสงค์ (A) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน การสังเกตพฤติกรรม แบบสังเกตพฤติกรรม ผ่านเกณฑ์การสังเกต พฤติกรรมในระดับ ดี 10. การบูรณาการ หลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง สหกรณ์ อื่นๆ ……………………………………………………………………………………………………………………… ............................................................................................................................. ............................................ ประเมินผลลัพธ์ (KPA) ที่เกิดขึ้นกับผู้เรียนจากการจัดกิจกรรมการเรียนรู้บูรณาการหลักปรัชญาของ เศรษฐกิจพอเพียง 11. เอกสารอ้างอิง/บรรณานุกรม สถาบันส่งเสริมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.กระทรวงศึกษาธิการ.2560.หนังสือเรียนรายวิชา เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ เล่ม 2.กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
12. บันทึกหลังการจัดการเรียนรู้ 12.1 ผลการเรียนรู้ ด้านความรู้ ด้านทักษะกระบวนการ ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ....................................................................................................................... ................................................. 12.2 ปัญหา/อุปสรรค ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................ ................................................................ 12.3 แนวทางการแก้ไข ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................. ......................................... ลงชื่อ.........................................................................ครูผู้สอน (นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก) 12.4 ความคิดเห็นของผู้บริหารสถานศึกษา/หัวหน้ากลุ่มบริหารวิชาการ/ผู้นิเทศ/หัวหน้ากลุ่มสาระฯ ................................................................................................................................................................... ... ...................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................. ......................................... ลงชื่อ ............................................................... ( ..............................................................) ตำแหน่ง .....................................................
คำถามตรวจสอบความเข้าใจ 4.4 1. วัตถุจะอยู่ในสมดุลต่อการหมุน ต้องมีเงื่อนไขอะไรบ้าง ............................................................................................................................. ......................................... ...................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................. ......................................... ........................................................................................................................................... ... 2. “แรงสองแรงกระทำต่อวัตถุก้อนหนึ่ง โดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันอยู่ในแนวขนานกันและมีทิศทางตรง ข้าม วัตถุจะอยู่ในสมดุลไม่ไถลและไม่หมุน” คำกล่าวนี้ถูกต้องหรือไม่ เพราะเหตุใด ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................. .................................... ....................................................................................................... ....................................... 3. ก. น้ำหนัก W ทำให้คาน AB ในแต่ละรูปมีการหมุนรอบจุดตรึงอย่างไร เมื่อตัดเส้นเชือกให้ขาด ข. ในรูปใด โมเมนต์ของแรงเนื่องจากน้ำหนัก W รอบจุดตรึงมีค่ามากกว่า ...................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ....................... .................................................................................................. .................................................................... ..............................................................................................................................................
เฉลยคำถามตรวจสอบความเข้าใจ 4.4 1. วัตถุจะอยู่ในสมดุลต่อการหมุน ต้องมีเงื่อนไขอะไรบ้าง โมเมนต์รวมของทุกแรงที่กระทำต่อวัตถุรอบจุดหมุนใด ๆ เท่ากับศูนย์ หรือผลรวมของโมเมนต์ทวนเข็ม นาฬิกาเท่ากับผลรวมของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกา 2. “แรงสองแรงกระทำต่อวัตถุก้อนหนึ่ง โดยแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันอยู่ในแนวขนานกันและมีทิศทางตรง ข้าม วัตถุจะอยู่ในสมดุลไม่ไถลและไม่หมุน” คำกล่าวนี้ถูกต้องหรือไม่ เพราะเหตุใด ไม่ถูกต้อง เพราะแรงสองแรงขนาดเท่ากันทิศทางตรงข้ามกันจะมีแรงลัพธ์เป็นศูนย์ แต่มีโมเมนต์รวมไม่ เป็นศูนย์ ดังนั้นวัตถุจะสมดุลต่อการเลื่อนที่ แต่ไม่สมดุลต่อการหมุน 3. ก. น้ำหนัก W ทำให้คาน AB ในแต่ละรูปมีการหมุนรอบจุดตรึงอย่างไร เมื่อตัดเส้นเชือกให้ขาด ข. ในรูปใด โมเมนต์ของแรงเนื่องจากน้ำหนัก W รอบจุดตรึงมีค่ามากกว่า ก. เมื่อตัดเส้นเชือกน้ำหนัก W ทำให้คาน AB ในรูป ก. หมุนทวนเข็มนาฬิการอบจุดตรึง B ส่วนในรูป ข. คาน AB ในรูป ข. หมุนตามเข็มนาฬิการอบจุดตรึง A ข. รูป ข. มีโมเมนต์ของแรงเนื่องจากน้ำหนัก W มากกว่ารูป ก. เพราะมีระยะจากจุดหมุนไปตั้งฉาก กับแนวแรงยาวกว่า รูป ก.
แบบฝึกหัด 4.4 1. คานเบายาว 3L มีเชือกผูกห่างจากปลายด้านซ้ายเป็นระยะ L และมีวัตถุ 4 ก้อน ที่มีน้ำหนักต่างกันแขวน ที่ตำแหน่งต่าง ๆ ทำให้ไม้คานวางตัวในแนวระดับ ดังรูป วัตถุ x มีน้ำหนักเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2. แท่งไม้เบายาว 2.0 เมตร มีเชือก 2 เส้นผูกไว้และมีน้ำหนักแขวนไว้ที่ตำแหน่งต่าง ๆ ทำให้แท่งไม้วางตัว ในแนวระดับ ดังรูป แรงตึงเชือก T1 เป็นกี่เท่าของ T2 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………..
เฉลยแบบฝึกหัด 4.4 1. คานเบายาว 3L มีเชือกผูกห่างจากปลายด้านซ้ายเป็นระยะ L และมีวัตถุ 4 ก้อน ที่มีน้ำหนักต่างกันแขวน ที่ตำแหน่งต่าง ๆ ทำให้ไม้คานวางตัวในแนวระดับ ดังรูป วัตถุ x มีน้ำหนักเท่าใด วิธีทำ ให้ตำแหน่งที่เชือกผูกเป็นจุดหมุน คานสมดุลต่อการหมุน ∑ ทวน = ∑ ตาม (2) + 5() = 25() = 10 ตอบ วัตถุ x มีน้ำหนักเท่ากับ 10 นิวตัน 2. แท่งไม้เบายาว 2.0 เมตร มีเชือก 2 เส้นผูกไว้และมีน้ำหนักแขวนไว้ที่ตำแหน่งต่าง ๆ ทำให้แท่งไม้วางตัว ในแนวระดับ ดังรูป แรงตึงเชือก T1 เป็นกี่เท่าของ T2 วิธีทำ ให้ O เป็นจุดหมุน แท่งไม้สมดุลต่อการเลื่อนที่ 1 + 2 = 100 แท่งไม้สมดุลต่อการหมุน ให้ O เป็นจุดหมุน ∑ ทวน = ∑ ตาม (30)(0.5) + (20)(1.5) = (50)(0.5) + 2(1.0) 2 = 20 1 = 100 − 20 1 = 80 1 2 = 80 20 = 4 ตอบ แรงตึงเชือก 1เป็น 4 เท่าของแรงตึงเชือก 2
แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 6 รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 รหัสวิชา ว31202 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่4 หน่วยการเรียนรู้ที่4 ชื่อหน่วย สมดุลกล จำนวน 10 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ เรื่อง สมดุลต่อการหมุน (โมเมนต์ของแรงคู่ควบ) เวลาเรียน……1…..ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ผลการเรียนรู้ 8. อธิบายสมดุลกลของวัตถุ โมเมนต์ และผลรวมของโมเมนต์ที่มีต่อการหมุน แรงคู่ควบและผลของแรงคู่ ควบที่มีต่อสมดุลของวัตถุ เขียนแผนภาพของแรงที่กระทำต่อวัตถุอิสระเมื่อวัตถุอยู่ในสมดุลกล และคำนวณปริมาณ ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง รวมทั้งทดลองและอธิบายสมดุลของแรงสามแรง 2. สาระสำคัญ สมดุลต่อการหมุน หมายถึง การที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวหรือความเร็วเชิงมุมคงตัว โดยที่ความเร็ว เชิงมุมเป็นการหมุนของวัตถุรอบแกนที่คงที่ไม่มีความเร่ง หรือ โมเมนต์ของแรงที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเป็นศูนย์ 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 1) อธิบายเกี่ยวกับสมดุลต่อการหมุน และโมเมนต์ของแรงได้ 3.2 ด้านทักษะกระบวนการ 2) คำนวณหาปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องเมื่อวัตถุอยู่ในสมดุลต่อการหมุนและโมเมนต์ของแรงคู่ควบและ ทิศทางการหมุนของวัตถุได้ 3.3 ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ 3) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน 4. สาระการเรียนรู้ โมเมนต์ของแรงคู่ควบ เมื่อมีแรงคู่ควบกระทำต่อวัตถุ วัตถุจะเกิดการหมุนโดยแรงคู่ควบ คือ แรงที่มีขนาด เท่ากัน 2 แรงที่กระทำต่อวัตถุ โดยขนานกันและมีทิศทางตรงกันข้าม 5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการแก้ปัญหา 4. ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 5. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. รักชาติศาสน์กษัตริย์ 2. ซื่อสัตย์สุจริต 3. มีวินัย 4. ใฝ่เรียนรู้
5. อยู่อย่างพอเพียง 6. มุ่งมั่นในการทำงาน 7. รักความเป็นไทย 8. มีจิตสาธารณะ 7. กิจกรรมการเรียนรู้ 1. ขั้นสร้างความสนใจ 1.1 ครูและนักเรียนร่วมกันทบทวนเรื่องแรง ว่า แนวแรงที่กระทำต่อวัตถุที่ผ่านศูนย์กลางมวลนั้น จะทำให้วัตถุมีการเลื่อนที่เพียงอย่างเดียวไม่มีการหมุน แต่ถ้าแนวแรงที่กระทำต่อวัตถุไม่ผ่านศูนย์กลางมวลวัตถุ จะมีการเคลื่อนที่แบบเลื่อนที่ และมีการหมุนเกิดขึ้นด้วย 1.2 ครูและนักเรียนร่วมกันทบทวนเรื่องกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ถ้าแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุมี ค่าเป็นศูนย์ วัตถุจะคงสภาพอยู่นิ่ง หรือ สภาพเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว หรือ หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงตัว ความเร็วเชิงมุมเป็นความเร็วของวัตถุที่หมุนรอบแกนคงที่แกนหนึ่ง เช่นใบพัดลมหมุนรอบแกน ล้อรถหมุนรอบ เพลา ดอกสว่านไฟฟ้าหมุนรอบแกน ถ้าสิ่งเหล่านี้หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงตัวจะอยู่ในสมดุลเช่นกัน วัตถุที่อยู่นิ่ง หรือหมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงตัว เรียกว่า สมดุลต่อการหมุน 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 ครูถามนักเรียนว่าการหมุนลูกบิดประตูจะเกิดแรงในทิศทางใดบ้าง (แนวคำตอบ : ขณะบิด ลูกบิดประตู แรงที่กระทำต่อลูกบิดประตูมีแรงสองแรงในทิศทางสวนกัน) 2.2 ครูถามนักเรียนว่า หากแรงสองแรงที่มีขนาดเท่ากันแต่มีทิศตรงกันข้ามเหมือนกรณีของการ หมุนลูกบิดประตูจะสามารถคำนวณหาโมเมนต์ได้หรือไม่ อย่างไร (แนวคำตอบ : คำนวณโดยใช้หลักการของ โมเมนต์ คือ แรงคูณระยะทาง) 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 จากกิจกรรมที่ผ่านมา ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับแรงคู่ควบคู่หนึ่งกระทำต่อ วัตถุตามรายละเอียดในหนังสือเรียนจนได้ข้อสรุปดังนี้ 1. แรงสองแรงที่มีขนาดเท่ากันกระทำต่อวัตถุ แนวแรงขนานกัน แต่มีทิศทางตรงข้ามกัน เรียกว่า แรงคู่ควบ
2. โมเมนต์ของแรงคู่ควบใด ๆ มีขนาดเท่ากับผลคูณของขนาดของแรงใดแรงหนึ่งกับระยะทางตั้ง ฉากระหว่างแนวแรงทั้งสอง ซึ่งวัตถุจะหมุนทวนหรือตามเข็มนาฬิกานั้น ขึ้นกับทิศทางของแรงคู่ควบนั้น 3. แรงคู่ควบเป็นแรงที่ทำให้วัตถุไม่สมดุลต่อการหมุน แต่ทำให้สมดุลต่อการเลื่อนที่เนื่องจากแรง ลัพธ์ของแรงคู่ควบเป็นศูนย์ 4. ในกรณีที่วัตถุถูกกระทำด้วยแรงคู่ควบ วัตถุจะไม่สมดุลต่อการหมุน ถ้าต้องการให้วัตถุสมดุล ต่อการหมุน คือ มีผลรวมของโมเมนต์เท่ากับศูนย์ ต้องมีแรงคู่ควบอย่างน้อยอีก 1 คู่ กระทำต่อวัตถุ โดยมีโมเมนต์ ของแรงคู่ควบเท่ากัน แต่มีการหมุนในทิศทางตรงข้ามกับทิศทางการหมุนเดิม 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 ครูอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับ โมเมนต์ของแรงคู่ควบ ดังนี้ แรงสองแรงที่กระทำต่อวัตถุ มีขนาดเท่ากัน แนวแรงขนานกัน แต่มีทิศตรงกันข้ามเรียกแรงคู่นี้ว่า แรงคู่ควบ (couple) ดังแรง , ที่กระทำกับวัตถุในรูป แรงคู่ควบ , กระทำกับวัตถุ AB โดยแนวแรงทั้งสองตั้งฉากกับ AB พิจารณาจากรูป จะได้ว่าโมเมนต์ของแรงคู่ควบ และ รอบแกนหมุน O เป็นโมเมนต์ตามเข็ม นาฬิกา และเนื่องจากขนาดของแรงคู่ควบเท่ากัน ดังนั้น ถ้าให้ F เป็นขนาดของแรงคู่ควบแต่ละแรง จะหาผล ของโมเมนต์ของแรงคู่ควบ , ได้เป็น = ดังนั้น ดังนั้น Mc = เมื่อ Mc เป็นโมเมนต์ของแรงคู่ควบ เป็นขนาดของแรงคู่ควบ เป็นระยะทางตั้งฉากระหว่างแนวแรงทั้งสอง ในการหาโมเมนต์ของแรงรอบแกนหมุนอื่น เช่น A หรือ B ดังแสดงในรูป ผลรวมของโมเมนต์ของแรงรอบ แกนหมุนใด ๆ ก็ตามค่าที่ได้จะคงเดิมและมีทิศหมุนตามเข็มนาฬิกาเช่นเดิม ดังนั้นสรุปได้ว่า โมเมนต์ของแรงคู่ควบใด ๆ มีขนาดเท่ากับผลคูณของขนาดของแรงใดแรงหนึ่งกับ ระยะทางตั้งฉากระหว่างแนวแรงทั้งสอง ซึ่งจะหมุนตามเข็มนาฬิกาหรือจะหมุนทวนเข็มนาฬิกา ขึ้นอยู่กับทิศของ แรงคู่ควบนั้น และแรงคู่ควบเป็นแรงที่ทำให้วัตถุไม่สมดุลต่อการหมุนแต่สมดุลต่อการเลื่อนที่ เนื่องจากแรงลัพธ์ ของแรงคู่ควบจะเป็นศูนย์ เพราะแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากัน แรงคุ่ควบจึงจะไม่มีผลในการเลื่อนที่ของวัตถุแต่จะมีผล เฉพาะทำให้เกิดการหมุนอย่างเดียว
5. ขั้นประเมินผล 5.1 ครูทดสอบความรู้เกี่ยวกับสมดุลต่อการหมุนจากการตอบคำถามตรวจสอบความเข้าใจ 4.4และ แบบฝึกหัด 4.4 ในหนังสือฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. 8. สื่อและแหล่งการเรียนรู้ 8.1 เอกสารและ power point ประกอบการสอน เรื่อง สมดุลต่อการหมุน (แรงคู่ควบ) 8.2 หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ 2 ชั้นม. 4 สสวท. แหล่งการเรียนรู้ 1. ห้องคอมพิวเตอร์ของโรงเรียน 2. ห้องสมุดโรงเรียน 3. อินเทอร์เน็ต 9. การวัดและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวดั เครื่องมือวัด เกณฑก์ารประเมิน ความรู้ (K) อธิบายเกี่ยวกับสมดุลต่อการหมุน และโมเมนต์ของแรงได้ นักเรียนทำคำถามตรวจสอบ ความเข้าใจ4.4 ในหนังสือ ฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. คำถามตรวจสอบความ เข้าใจ4.4 ในหนังสือฟิสิกส์ เพิ่มเติม 2 สสวท. นักเรียนทำคำถาม ตรวจสอบความเข้าใจ 4.4 ในหนังสือฟิสิกส์ เพิ่มเติม 2 สสวท. ได้ ถูกต้องร้อยละ 80 ทักษะ/กระบวนการ (P) คำนวณหาปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง เมื่อวัตถุอยู่ในสมดุลต่อการหมุนและ โมเมนต์ของแรงคู่ควบและทิศทางการ หมุนของวัตถุได้ นักเรียนทำแบบฝึกหัด 4.4 ในหนังสือฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. แบบฝึกหัด 4.4 ในหนังสือ ฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. นักเรียนทำแบบฝึกหัด 4.4 ในหนังสือฟิสิกส์ เพิ่มเติม 2 สสวท. ได้ ถูกต้องร้อยละ 80 คุณลักษณะที่พึงประสงค์ (A) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน การสังเกตพฤติกรรม แบบสังเกตพฤติกรรม ผ่านเกณฑ์การสังเกต พฤติกรรมในระดับ ดี 10. การบูรณาการ หลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง สหกรณ์ อื่นๆ ……………………………………………………………………………………………………………………… .................................................................................................................................................................. ....... ประเมินผลลัพธ์ (KPA) ที่เกิดขึ้นกับผู้เรียนจากการจัดกิจกรรมการเรียนรู้บูรณาการหลักปรัชญาของ เศรษฐกิจพอเพียง 11. เอกสารอ้างอิง/บรรณานุกรม สถาบันส่งเสริมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.กระทรวงศึกษาธิการ.2560.หนังสือเรียนรายวิชา เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ เล่ม 2.กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
12. บันทึกหลังการจัดการเรียนรู้ 12.1 ผลการเรียนรู้ ด้านความรู้ ด้านทักษะกระบวนการ ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ................................................................................................... ..................................................................... 12.2 ปัญหา/อุปสรรค ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ 12.3 แนวทางการแก้ไข ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................. ......................................... ลงชื่อ.........................................................................ครูผู้สอน (นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก) 12.4 ความคิดเห็นของผู้บริหารสถานศึกษา/หัวหน้ากลุ่มบริหารวิชาการ/ผู้นิเทศ/หัวหน้ากลุ่มสาระฯ ............................................................................................................................................................ .......... ...................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................. ......................................... ลงชื่อ ............................................................... ( ..............................................................) ตำแหน่ง .....................................................
คำถามตรวจสอบความเข้าใจ 4.4 4. โมเมนต์ของแรงและโมเมนต์ของแรงคู่ควบต่างกันหรือไม่อย่างไร ............................................................................................................................. ....................................................... .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................. ............................... เฉลยคำถามตรวจสอบความเข้าใจ 4.4 4. โมเมนต์ของแรงและโมเมนต์ของแรงคู่ควบต่างกันหรือไม่อย่างไร แตกต่างกัน เนื่องจากโมเมนต์ของแรงเป็นผลคูณระหว่างขนาดของแรงกับระยะทางจากจุดหมุนไปตั้งฉาก กับแนวของแรง แต่โมเมนต์ของแรงคู่ควบเป็นผลคูณระหว่างขนาดของแรงใดแรงหนึ่งกับระยะทางตั้งฉากระหว่าง แนวแรงทั้งสอง
แบบฝึกหัด 4.4 3. กรอบไม้เบารูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ABCD ด้าน AB ยาว 40 เซนติเมตร ด้าน BC ยาว 30 เซนติเมตร มีแรงกระทำ 4 แรงดังรูป โมเมนต์รวมที่กระทำต่อกรอบไม้ มีขนาดเท่าใดและเป็นชนิดใด .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................. ....................................................... .................................................................................................................................................................... ................ ...................................................................................................................................................... 4. ถังรูปทรงกระบอกเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 เซนติเมตร สูง 40 เซนติเมตร หนัก 120 นิวตัน วางบนพื้นราบ ใช้แรง 36 นิวตัน กระทำในแนวระดับ ทำให้ถังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว โดยไม่ล้ม แรงที่ใช้ต้องอยู่สูงจากพื้นไม่ เกินเท่าใด ............................................................................................................................................................... ..................... .................................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................. ....................................................... ................................................................................................................................... ................................................. .................................................................................................................................................................................... ........................................................................................................ ........................................
เฉลยแบบฝึกหัด 4.4 3. กรอบไม้เบารูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ABCD ด้าน AB ยาว 40 เซนติเมตร ด้าน BC ยาว 30 เซนติเมตร มีแรงกระทำ 4 แรงดังรูป โมเมนต์รวมที่กระทำต่อกรอบไม้ มีขนาดเท่าใดและเป็นชนิดใด วิธีทำ เนื่องจากแรงลัพธ์ของแรงทั้งหลายที่กระทำต่อกรอบไม้เป็นศูนย์ โมเมนต์รวมเป็นลักษณะของโมเมนต์ของ แรงคู่ควบ จะไม่ขึ้นกับจุดหมุน จากรูป กรอบไม้ถูกกระทำด้วยแรงคู่ควบ 2 คู่ ที่จุด A และ C มีแรงคู่ควบ 30 นิวตัน กระทำ 30 = (30)() = (30)(0.5) = 15 ตามเข็มนาฬิกา ที่จุด B และ D มีแรงคู่ควบ 20 นิวตัน กระทำ 20 = (20)() = (20)(0.4) = 8 ตามเข็มนาฬิกา ∑ = 15 + 8 = 23 ตามเข็มนาฬิกา ตอบ โมเมนต์รวมมีขนาด 23 นิวตันเมตร เป็นโมนเมนต์ตามเข็มนาฬิกา 4. ถังรูปทรงกระบอกเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 เซนติเมตร สูง 40 เซนติเมตร หนัก 120 นิวตัน วางบนพื้นราบ ใช้แรง 36 นิวตัน กระทำในแนวระดับ ทำให้ถังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว โดยไม่ล้ม แรงที่ใช้ต้องอยู่สูงจากพื้นไม่ เกินเท่าใด วิธีทำ เขียนแผนภาพแสดงแรงต่าง ๆ ที่กระทำต่อถังรูปทรงกระบอก ได้ดังนี้ ให้แรง 36 นิวตัน อยู่สูงจากพื้นมากสุดเป็นระยะ h ถังอยู่ในสมดุลต่อการหมุนรอบจุด A แรงปฏิกิริยาที่พื้นกระทำต่อถัง N จะเลื่อนไปสุดที่จุด A ดังนั้นจึงให้ A เป็นจุดหมุน ทวน = ตาม
120(10) = 36ℎ ℎ = 33.66 ตอบ แรงที่ใช้ต้องอยู่สูงจากพื้นไม่เกิน 33.33 เซนติเมตร
แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 7 รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 รหัสวิชา ว31202 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่4 หน่วยการเรียนรู้ที่4 ชื่อหน่วย สมดุลกล จำนวน 10 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ เรื่อง เสถียรภาพของวัตถุ เวลาเรียน……1…..ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ผลการเรียนรู้ 9. สังเกตและอธิบายสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ เมื่อแรงที่กระทำต่อวัตถุผ่านศูนย์กลางมวลของวัตถุ และผลของศูนย์ถ่วงที่มีต่อเสถียรภาพของวัตถุ 2. สาระสำคัญ เสถียรภาพของสมดุล - สมดุลเสถียร - สมดุลสะเทิน - สมดุลไม่เสถียร 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 1) อธิบายความหมายของสมดุลเสถียร สมดุลไม่เสถียร สมดุลสะเทิน และผลของศูนย์ถ่วงที่มีต่อ เสถียรภาพของวัตถุได้ 3.2 ด้านทักษะกระบวนการ 2) นำหลักของสมดุลอธิบายการทำงานและการได้เปรียบเชิงกลของเครื่องกลอย่างง่ายบางชนิดได้ 3.3 ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ 3) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน 4. สาระการเรียนรู้ เสถียรภาพของสมดุล - สมดุลเสถียร คือ สมดุลของวัตถุที่เมื่อออกแรงกระทำให้วัตถุเอียงจากเดิมแล้ว ศูนย์กลางมวล ของวัตถุเปลี่ยนตำแหน่งอยู่ในระดับที่สูงขึ้น พลังงานศักย์ของวัตถุมากขึ้น เมื่อหยุดออกแรงกระทำ วัตถุสามารถ กลับมาอยู่ในลักษณะเดิม - สมดุลสะเทิน คือ สมดุลของวัตถุที่เมื่ออกแรงกระทำต่อวัตถุแล้ววัตถุจะกลิ้งไป โดยศูนย์กลาง มวลอยู่ในระดับความสูงเท่าเดิม พลังงานศักย์ของวัตถุคงเดิมวัตถุจะเปลี่ยนตำแหน่งไปโดยวางตัวในลักษณะเดิม - สมดุลไม่เสถียร คือ สมดุลของวัตถุที่เมื่อออกแรงกระทำให้วัตถุเอียงจากเดิม ศูนย์กลางมวลของ วัตถุเปลี่ยนตำแหน่งอยู่ในระดับที่ต่ำกว่าเดิม พลังงานศักย์ของวัตถุจะลดลง วัตถุจะล้ม และไม่สามารถกลับมา วางตัวในลักษณะเดิม
5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการแก้ปัญหา 4. ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 5. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. รักชาติศาสน์กษัตริย์ 2. ซื่อสัตย์สุจริต 3. มีวินัย 4. ใฝ่เรียนรู้ 5. อยู่อย่างพอเพียง 6. มุ่งมั่นในการทำงาน 7. รักความเป็นไทย 8. มีจิตสาธารณะ 7. กิจกรรมการเรียนรู้ 1. ขั้นสร้างความสนใจ 1.1 ครูถามนักเรียนว่าในชีวิตประจำวันของเรา นักเรียนคิดว่ามีเครื่องมืออะไรบ้างที่เราได้นำหลัก สมดุลไปใช้เป็นหลักในการทำงานของเครื่องมือ (แนวคำตอบ : ชะแลงงัดฝากล่อง ค้อนงัดตะปู คีมตัดลวด กรรไกร ตัดผ้า ชิ้นส่วนต่าง ๆ ของรถและเครื่องกล มีดควั่นอ้อย ที่เจาะรูเข็มขัด รถยนต์ รถจักรยานยนต์ เครื่องกลึง เครื่อง เจาะ กว้าน เครื่องตอกเสาเข็ม พวงมาลัยรถ สายพานและเกียร์ เป็นต้น) 1.2 ครูให้นักเรียนพิจารณารูป 4.14 ในหนังสือเรียนฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. จากนั้นครูและ นักเรียนร่วมกันอภิปรายรายละเอียดตามในหนังสือเรียน จนได้ข้อสรุปได้ว่า วัตถุต่าง ๆ ที่พบเห็นในชีวิตประจำวัน เมื่อมีการวางตัวในลักษณะ แตกต่างกันจะมีแนวโน้มที่จะล้มได้ง่ายหรือยากแตกต่างกัน 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 ครูให้นักเรียนแบ่งกลุ่ม กลุ่มละ 5 คน ทำกิจกรรม ผลของศูนย์ถ่วงที่มีต่อเสถียรภาพของวัตถุ ในหนังสือเรียนฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. และร่วมกันอภิปรายผลที่ได้จากการทำกิจกรรม 2.2 ครูให้นักเรียนตอบคำถามท้ายกิจกรรมลงในสมุด 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายผลของการทำกิจกรรมจนได้ข้อสรุปว่า เสถียรภาพของวัตถุ ขึ้นอยู่กับ 2 ปัจจัย คือ ศูนย์ถ่วงของวัตถุ และ ความกว้างส่วนฐานของวัตถุ 3.2 ครูสุ่มนักเรียนตอบคำถามท้ายกิจกรรม ดังนี้ - เมื่อดันให้กล่องทั้งสองเอียงทำมุมต่าง ๆ แล้วปล่อย โดยที่กล่องแต่ละใบไม่ล้มแนวของเส้น เชือกที่ห้อยลวดหนีบกระดาษเป็นอย่างไรเมื่อเทียบกับส่วนฐานของกล่อง (แนวคำตอบ : แนวของเส้นเชือกที่ห้อย ลวดหนีบกระดาษยังไม่เลยส่วนฐานของกล่อง) - เมื่อดันให้กล่องทั้งสองเอียงทำมุมต่าง ๆ แล้วปล่อยโดยที่กล่องล้มแนวของเส้นเชือกที่ห้อยลวด เสียบกระดาษเป็นอย่างไรเมื่อเทียบกับส่วนฐานของกล่อง (แนวคำตอบ : แนวของเส้นเชือกที่ห้อยลวดหนีบ กระดาษเลยส่วนฐานของกล่อง) - มุมที่มากที่สุดที่กล่องแต่ละใบสามารถเอียงได้โดยไม่ล้มแตกต่างกันหรือไม่และเกี่ยวข้องกับ
ศูนย์ถ่วงแต่ละใบอย่างไร (แนวคำตอบ : เอียงกล่องโดยกล่องไม่ล้ม พบว่ากล่องที่มีความสูงน้อยกว่าจะเอียงไปได้ มากกว่ากล่องที่สูงกว่า แสดงว่ากล่องที่มีศูนย์ถ่วงอยู่ต่ำกว่าจะล้มได้ยากกว่าหรือมีเสถียรภาพดีกว่า) 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 ครูอธิบายเพิ่มเติมในเรื่องของเสถียรภาพของวัตถุดังนี้ สำหรับระบบใด ๆ ที่เราพิจารณาหากว่าพลังงานศักย์ของระบบมีการเปลี่ยนแปลงระบบจะ พยายามปรับเปลี่ยนตัวเองให้มีพลังงานศักย์ต่ำที่สุด เสถียรภาพของสมดุล - สมดุลเสถียร คือ สมดุลของวัตถุที่เมื่อออกแรงกระทำให้วัตถุเอียงจากเดิมแล้ว ศูนย์กลางมวล ของวัตถุเปลี่ยนตำแหน่งอยู่ในระดับที่สูงขึ้น พลังงานศักย์ของวัตถุมากขึ้น เมื่อหยุดออกแรงกระทำ วัตถุสามารถ กลับมาอยู่ในลักษณะเดิม - สมดุลสะเทิน คือ สมดุลของวัตถุที่เมื่ออกแรงกระทำต่อวัตถุแล้ววัตถุจะกลิ้งไป โดยศูนย์กลาง มวลอยู่ในระดับความสูงเท่าเดิม พลังงานศักย์ของวัตถุคงเดิมวัตถุจะเปลี่ยนตำแหน่งไปโดยวางตัวในลักษณะเดิม - สมดุลไม่เสถียร คือ สมดุลของวัตถุที่เมื่อออกแรงกระทำให้วัตถุเอียงจากเดิม ศูนย์กลางมวล ของวัตถุเปลี่ยนตำแหน่งอยู่ในระดับที่ต่ำกว่าเดิม พลังงานศักย์ของวัตถุจะลดลง วัตถุจะล้ม และไม่สามารถกลับมา วางตัวในลักษณะเดิม 5. ขั้นประเมินผล 5.1 ครูทดสอบความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับเสถียรภาพของวัตถุจากคำถามตรวจสอบความเข้าใจ 4.5 และแบบฝึกหัดท้ายบท 4 ข้อ 27-28 ในหนังสือฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. 8. สื่อและแหล่งการเรียนรู้ 8.1 เอกสารและ power point ประกอบการสอน เรื่อง เสถียรภาพของวัตถุ 8.2 หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ 2 ชั้นม. 4 สสวท. แหล่งการเรียนรู้ 1. ห้องคอมพิวเตอร์ของโรงเรียน 2. ห้องสมุดโรงเรียน 3. อินเทอร์เน็ต 9. การวัดและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวัด เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน ความรู้ (K) อธิบายความหมายของสมดุลเสถียร สมดุลไม่เสถียร และสมดุลสะเทินได้ ตรวจคำถาม ตรวจสอบความเข้าใจ 4.5 คำถามตรวจสอบความ เข้าใจ 4.5 นักเรียนทำคำถามตรวจสอบ ความเข้าใจ 4.5 ในหนังสือ ฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. ได้ถูกต้องร้อยละ 80 ทักษะ/กระบวนการ (P) ตรวจแบบฝึกหัดท้าย บท 4 ทำแบบฝึกหัดท้ายบท 4 นักเรียนทำแบบฝึกหัดท้ายบท 4 ในหนังสือฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 สสวท. ได้ถูกต้องร้อยละ 80
จุดประสงค์ วิธีการวัด เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน นำหลักของสมดุลอธิบายการทำงาน และการได้เปรียบเชิงกลของ เครื่องกลอย่างง่ายบางชนิดได้ คุณลักษณะที่พึงประสงค์ (A) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน การสังเกตพฤติกรรม แบบสังเกตพฤติกรรม ผ่านเกณฑ์การสังเกตพฤติกรรม ในระดับ ดี 10. การบูรณาการ หลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง สหกรณ์ อื่นๆ ……………………………………………………………………………………………………………………… ......................................................................................................................................................................... ประเมินผลลัพธ์ (KPA) ที่เกิดขึ้นกับผู้เรียนจากการจัดกิจกรรมการเรียนรู้บูรณาการหลักปรัชญาของ เศรษฐกิจพอเพียง 11. เอกสารอ้างอิง/บรรณานุกรม สถาบันส่งเสริมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.กระทรวงศึกษาธิการ.2560.หนังสือเรียนรายวิชา เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ เล่ม 2.กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
12. บันทึกหลังการจัดการเรียนรู้ 12.1 ผลการเรียนรู้ ด้านความรู้ ด้านทักษะกระบวนการ ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ .................................................................................................................................................................. ...... 12.2 ปัญหา/อุปสรรค ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................. ........................................... 12.3 แนวทางการแก้ไข ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................. ........................................... ...................................................................................................................................................................... ลงชื่อ.........................................................................ครูผู้สอน (นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก) 12.4 ความคิดเห็นของผู้บริหารสถานศึกษา/หัวหน้ากลุ่มบริหารวิชาการ/ผู้นิเทศ/หัวหน้ากลุ่มสาระฯ ............................................................................................................................................................ .......... ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ลงชื่อ ............................................................... ( ..............................................................) ตำแหน่ง ....................................................
คำถามตรวจสอบความเข้าใจ 4.5 1. เสถียรภาพของวัตถุขึ้นกับอะไรบ้าง ............................................................................................................................. ....................................................... .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................... 2. เพราะเหตุใด ช่องเก็บสัมภาระของรถบัสจึงอยู่ข้างล่างของตัวรถ ...................................................................................................................................... .............................................. .................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................. ............................... 3. ขวดน้ำดื่มแบบเดียวกันสามขวด ขวดที่หนึ่งไม่มีน้ำ ขวดที่สองมีน้ำอยู่ครึ่งขวด และขวดที่สามมีน้ำอยู่เต็ม ขวด ใดมีเสถียรภาพมากกว่ากัน อธิบาย .................................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ..................................... .................................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................
เฉลยคำถามตรวจสอบความเข้าใจ 4.5 1. เสถียรภาพของวัตถุขึ้นกับอะไรบ้าง รูปทรงของวัตถุ ความสูงของศูนย์ถ่วง และความกว้างของฐาน 2. เพราะเหตุใด ช่องเก็บสัมภาระของรถบัสจึงอยู่ข้างล่างของตัวรถ เพื่อรักษาให้ศูนย์ถ่วงของรถบัสอยู่ต่ำ 3. ขวดน้ำดื่มแบบเดียวกันสามขวด ขวดที่หนึ่งไม่มีน้ำ ขวดที่สองมีน้ำอยู่ครึ่งขวด และขวดที่สามมีน้ำอยู่เต็ม ขวด ใดมีเสถียรภาพมากกว่ากัน อธิบาย ขวดน้ำเปล่าจะมีศูนย์ถ่วงสูงประมาณครึ่งหนึ่งของความสูงขวด แต่ขวดที่มีน้ำครึ่งขวดจะมีศูนย์ถ่วงสูงประมาณ ครึ่งหนึ่งของความสูงน้ำหรือสูงประมาณ1ใน4ความสูงขวด ส่วนขวดที่บรรจุน้ำเต็มจะมีศูนย์ถ่วงสูงประมาณ ครึ่งหนึ่งของความสูงขวด ดังนั้นขวดที่มีน้ำครึ่งขวดมีเสถียรภาพมากที่สุด ส่วนขวดเปล่ากับขวดมีน้ำเต็มจะมี เสถียรภาพพอ ๆ กัน
แบบฝึกหัดท้ายบท 4 27. เส้นลวดโตสม่ำเสมอหนัก W ดัดให้โค้งเป็นส่วนหนึ่งของวงกลมที่มีความยาว ¼ ของความยาวเส้นรอบวง วาง พิงผนังลื่นที่จุด A และสัมผัสพื้นที่จุด B ดังรูป แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นที่พื้นต้องมีขนาดอย่างน้อยเท่าใดจึงทำให้ลวด หยุด (ตอบในรูปของ W) ……………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………… ………………………….…………………………………………………………………………………………….……………………………………… …………………………………………………….…………………………………………………………………………………………. 28. หอเอนเมืองปิซ่าในประเทศอิตาลี หากยังไม่คิดถึงการเอียงตัวของหอคอยจะมีความสูงประมาณ 56 เมตร และมีความกว้างของฐานประมาณ 15 เมตร แต่ในความเป็นจริงเมื่อหอคอยเอียงตัวและพบว่ายอดหอคอยด้าน หนึ่งมีระยะห่างจากแนวดิ่งเป็นระยะประมาณ 3.9 เมตร ดังรูป หอคอยนี้เอียงตัวเป็นมุมเท่าใด และจะเอียงเป็น มุมมากที่สุดเท่าใดโดยที่ไม่ล้มลงมา ……………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………… ………………………….…………………………………………………………………………………………….……………………………………… …………………………………………………….………………………………………………………………………………………….
เฉลยแบบฝึกหัดท้ายบท 4 27. เส้นลวดโตสม่ำเสมอหนัก W ดัดให้โค้งเป็นส่วนหนึ่งของวงกลมที่มีความยาว ¼ ของความยาวเส้นรอบวง วาง พิงผนังลื่นที่จุด A และสัมผัสพื้นที่จุด B ดังรูป แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นที่พื้นต้องมีขนาดอย่างน้อยเท่าใดจึงทำให้ลวด หยุด (ตอบในรูปของ W) วิธีทำ เขียนแผนภาพแสดงแรงต่าง ๆ ที่กระทำต่อลวด ได้ดังนี้ จากรูป O เป็นศูนย์กลางของวงกลม r เป็นรัศมีของลวด NB เป็นแรงปฏิกิริยาที่พื้นกระทำต่อลวดที่จุด B และแนวแรงผ่าน O fs เป็นแรงเสียดทานที่น้อยที่สุดที่จุด B ลวดสมดุลต่อการหมุน ให้ O เป็นจุดหมุน ทวน = ตาม ( sin 45°) = = √2 ตอบ แรงเสียดทานที่พื้นอย่างน้อยต้องมีขนาด √2 28. หอเอนเมืองปิซ่าในประเทศอิตาลี หากยังไม่คิดถึงการเอียงตัวของหอคอยจะมีความสูงประมาณ 56 เมตร และมีความกว้างของฐานประมาณ 15 เมตร แต่ในความเป็นจริงเมื่อหอคอยเอียงตัวและพบว่ายอดหอคอยด้าน หนึ่งมีระยะห่างจากแนวดิ่งเป็นระยะประมาณ 3.9 เมตร ดังรูป หอคอยนี้เอียงตัวเป็นมุมเท่าใด และจะเอียงเป็น มุมมากที่สุดเท่าใดโดยที่ไม่ล้มลงมา วิธีทำ หอคอยจะล้มลงมาถ้าตำแหน่งของศูนย์ถ่วงนั้นอยู่นอกฐานของหอคอย มุมที่หอคอยเอียงตัว สามารถหาได้จากรูปด้านบนโดยใช้ความสัมพันธ์ = โดย a = 3.9 m และ r = 56 m แทนค่าจะได้
= 3.9 56 = ( 3.9 56 ) ( 180° ) = 3.99° ≅ 4.0° หากประมาณให้ศูนย์ถ่วงของหอคอยอยู่ที่ตำแหน่งกึ่งกลางของแต่ละด้าน ตำแหน่งสุดท้ายก่อนที่หอคอย จะล้มลงมานั้นจะมีแนวศูนย์ถ่วงอยู่ที่ขอบของฐานหอคอยพอดี ดังรูป
แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 8 รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 รหัสวิชา ว31202 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่4 หน่วยการเรียนรู้ที่5 ชื่อหน่วย งานและพลังงาน จำนวน 17 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ เรื่อง งานเนื่องจากแรงคงตัว เวลาเรียน……2…..ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ผลการเรียนรู้ 10. วิเคราะห์และคำนวณงานของแรงคงตัว จากสมการและพื้นที่ใต้กราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับ ตำแหน่ง รวมทั้งอธิบาย และคำนวณกำลังเฉลี่ย 2. สาระสำคัญ เมื่อมีแรงคงตัว กระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ในแนวตรงได้การกระจัด ∆ ถ้าแรงและการกระจัดมีทิศทาง เดียวกัน จะทำให้เกิดงาน (work) ของแรง มีค่า = ∆xcosθ ซึ่งอาจมีค่าของงานเป็นบวก ศูนย์ หรือ ลบ ขึ้นอยู่กับมุม θ งานเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นนิวตัน.เมตร (N.m) หรือ จูล (J) อาจหาค่าของงานได้จากพื้นที่ใต้ กราฟระหว่างแรงกับตำแหน่ง ทั้งในกรณีแรงคงตัวและแรงไม่คงตัว 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 1) บอกความหมายของงานในวิชาฟิสิกส์ได้ 3.2 ด้านทักษะกระบวนการ 2) วิเคราะห์และคำนวณงานของแรงคงตัวจากสมการและพื้นที่ใต้กราฟระหว่างแรงกับตำแหน่งได้ 3.3 ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ 3) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน 4. สาระการเรียนรู้ งานเกิดจากการออกแรงที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง นั่นคืองานมีค่าเท่ากับแรงคูณกับระยะทางที่ วัตถุเคลื่อนที่ หรือ W = Fs ซึ่งถ้าทิศของแรงกระทำและทิศการเคลื่อนที่ของวัตถุไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกันต้องแตกแรง ให้มาอยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่โดยใช้ตรีโกณมิติ วิธีในการคำนวณหางาน คือ หาผลคูณของการกระจัดกับองค์ประกอบของแรงในทิศเดียวกับ การกระจัดหรือผลคูณของแรงกับองค์ประกอบของการกระจัดในทิศเดียวกับแรง ส่วนการหางานใต้กราฟกรณีแรง กระทำมีค่าคงตัวหาได้จากพื้นที่ของสี่เหลี่ยมผืนผ้า กรณีแรงมีขนาดเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอหาได้จากพื้นที่ของ สามเหลี่ยมมุมฉาก กรณีที่แรงมีขนาดไม่สม่ำเสมอหาได้จากผลรวมของพื้นที่ของสี่เหลี่ยมผืนผ้าเล็ก ๆ เมื่อมีแรงคงตัว กระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ในแนวตรงได้การกระจัด ∆ ถ้าแรงและการกระจัดมีทิศทาง เดียวกัน จะทำให้เกิดงาน (work) ของแรง มีค่า = ∆xcosθ ซึ่งอาจมีค่าของงานเป็นบวก ศูนย์ หรือ ลบ
ขึ้นอยู่กับมุม θ งานเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นนิวตัน.เมตร (N.m) หรือ จูล (J) อาจหาค่าของงานได้จากพื้นที่ใต้ กราฟระหว่างแรงกับตำแหน่ง ทั้งในกรณีแรงคงตัวและแรงไม่คงตัว 5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการแก้ปัญหา 4. ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 5. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. รักชาติศาสน์กษัตริย์ 2. ซื่อสัตย์สุจริต 3. มีวินัย 4. ใฝ่เรียนรู้ 5. อยู่อย่างพอเพียง 6. มุ่งมั่นในการทำงาน 7. รักความเป็นไทย 8. มีจิตสาธารณะ 7. กิจกรรมการเรียนรู้ 1. ขั้นสร้างความสนใจ 1.1 ครูถามนักเรียนว่า งาน คืออะไรในความคิดของนักเรียน (คำตอบเป็นแบบปลายเปิด) 1.2 ครูถามนักเรียนว่า งานทางฟิสิกส์ กับ งานในชีวิต เหมือนกันหรือไม่ (แนวคำตอบ : ไม่เหมือน) 1.3 ครูให้นักเรียนอภิปรายร่วมกันว่า งานทางฟิสิกส์ กับ งานในชีวิต มีข้อแตกต่างกันอย่างไร 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 ครูให้นักเรียนดูภาพต่อไปนี้ รูปหนึ่งเป็นการทำกิจกรรมที่ออกแรงแล้วเกิดงาน อีกรูปหนึ่งออก แรงแล้วไม่เกิดงาน แล้วตั้งคำถามกระตุ้นให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายเพื่อ ทบทวนเกี่ยวกับงานและพลังงานที่นักเรียน เคยได้เรียนในระดับมัธยมศึกษาตอนต้นโดยเปิดโอกาสให้นักเรียนตอบอย่างอิสระไม่คาดหวังคำตอบที่ถูกต้อง จากรูปพิจารณาได้ว่ารูปทุกรูปมีงานเกิดขึ้น รูปผู้หญิงนั่งพิมพ์คีย์บอร์ด พิจารณานิ้วที่กดปุ่มบนคีย์บอร์ดถือว่ามีงาน เกิดขึ้นเพราะมีแรงที่นิ้วกดทำให้ปุ่มมีการเคลื่อนที่ ถ้าพิจารณาที่ตัวผู้หญิงที่นั่งอยู่กับที่ จะถือว่าไม่เกิดงานเพราะไม่มี การเคลื่อนที่ คนขับรถ พิจารณามือที่ใช้หมุนพวงมาลัยจะถือว่ามีงานเกิดขึ้น ถ้าพิจารณาตัวคนขับถือว่าไม่มีงานเกิดขึ้น เนื่องจากแรงโน้มถ่วงเพราะคนขับรถไม่ได้มีการเคลื่อนที่ขึ้นหรือลง 2.2 ครูถามนักเรียนว่า งานมีความสัมพันธ์กับพลังงานอย่างไร (คำตอบแบบปลายเปิด)
3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 ครูอธิบายเกี่ยวกับการหาค่าของงานตามรายละเอียดในหนังสือเรียนฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 ชั้น มัธยมศึกษาปีที่ 4 สสวท. จนสรุปได้สมการ (5.1) ตามหนังสือเรียน = ∆x โดยครูเน้นว่า สมการ(5.1) ใช้กับกรณีที่ทิศทางของแรง และการกระจัด ∆ อยู่ในทิศทางเดียวกัน ไม่ว่าจะเป็นการเคลื่อนที่บนพื้นระดับหรือพื้นเอียง 3.2 ครูยกตัวอย่างการออกแรงที่ไม่อยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ เช่น ช้างลากซุง การดึงกล่องด้วยเชือก โดยแรงมีทิศทำมุมกับการกระจัด แล้วให้นักเรียนอภิปรายร่วมกันว่า งานของแรงดังกล่าว แตกต่างจากกรณีที่ผ่านมาอย่างไร จนสรุปได้สมการ(5.2) ตามหนังสือเรียน = ∆xcosθ 3.3 ให้นักเรียนพิจารณาค่าของ ที่ทำให้ค่าของงานเป็น บวก ลบ หรือ ศูนย์ โดยใช้รูป 5.3 ใน หนังสือเรียนประกอบการพิจารณา แล้วอภิปรายร่วมกันจนได้ข้อสรุปเกี่ยวกับค่าบวก ลบ หรือ ศูนย์ของงานที่ ขึ้นกับมุมระหว่างแรงกับการกระจัดที่กระทำต่อกัน 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 ครูให้นักเรียนยกตัวอย่างงานที่มีค่าเป็นบวกและงานที่มีค่าเป็นลบในชีวิตประจำวัน เช่น งานของ แรงในแนวระดับที่ลากวัตถุให้เคลื่อนที่ไปตามพื้นระดับมีค่าเป็นบวก งานของแรงดึงถุงทรายให้ขึ้นในแนวดิ่งมีค่าเป็น บวก งานของแรงดึงถุงทรายให้เคลื่อนที่ลงจากที่สูงมีค่าเป็นลบ งานของแรงที่ต้านให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลงมีค่าเป็นลบ ครู เน้นเพิ่มเติมว่า งานที่เกิดจากแรงที่มีทิศทางตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุจะเป็นลบเสมอ เครื่องหมายบวก และลบของงานมิได้เป็นสิ่งแสดงทิศทางของงาน เพราะงานเป็นปริมาณสเกลาร์จึงไม่มีทิศทาง 4.2 ครูอธิบายตัวอย่าง5.1และ5.2 ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน จากนั้นครูนำอภิปราย เกี่ยวกับงานเนื่องจากแรงดึงดูดของโลกบริเวณใกล้ผิวโลกโดยเริ่มจากครูตั้งคำถามให้นักเรียนอภิปรายร่วมกันว่าใน กรณีที่วัตถุตกแบบเสรีจากที่สูง มีแรงอะไรที่กระทำต่อวัตถุและมีงานเกิดขึ้นหรือไม่ (แนวคำตอบ : งานเนื่องจากแรง ดึงดูดของโลกบริเวณใกล้ผิวโลกมีค่าขึ้นกับผลต่างของระดับความสูง ในแนวดิ่งระหว่างจุดต้นกับจุดปลาย) 5. ขั้นประเมินผล 5.1 ครูให้นักเรียนตอบคำถามตรวจสอบความเข้าใจและทำแบบฝึกหัด 5.1 โดยเฉลยคำตอบและ อภิปรายคำตอบร่วมกัน 8. สื่อและแหล่งการเรียนรู้ 8.1 เอกสารและ power point ประกอบการสอน เรื่อง งานเนื่องจากแรงคงตัว 8.2 หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ 2 ชั้นม. 4 สสวท. 8.3 สื่อรูปภาพประกอบเรื่องงาน แหล่งการเรียนรู้ 12. ห้องคอมพิวเตอร์ของโรงเรียน 13. ห้องสมุดโรงเรียน 14. อินเทอร์เน็ต
9. การวัดและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวัด เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน ความรู้ (K) บอกความหมายของงานในวิชาฟิสิกส์ ได้ การตอบคำถามตรวจสอบ ความเข้าใจ 5.1 คำถามตรวจสอบความ เข้าใจ 5.1 นักเรียนตอบคำถาม ตรวจสอบความเข้าใจ 5.1 ได้ถูกต้องร้อยละ 80 ทักษะ/กระบวนการ (P) วิเคราะห์และคำนวณงานของแรงคง ตัวจากสมการและพื้นที่ใต้กราฟ ระหว่างแรงกับตำแหน่งได้ ตรวจแบบฝึกหัด 5.1 แบบฝึกหัด 5.1 นักเรียนทำแบบฝึกหัด 5.1 ได้ถูกต้องร้อยละ 80 คุณลักษณะที่พึงประสงค์ (A) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน การสังเกตพฤติกรรม แบบสังเกตพฤติกรรม ผ่านเกณฑ์การสังเกต พฤติกรรมในระดับ ดี 10. การบูรณาการ หลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง สหกรณ์ อื่นๆ ……………………………………………………………………………………………………………………… ......................................................................................................................................................................... ประเมินผลลัพธ์ (KPA) ที่เกิดขึ้นกับผู้เรียนจากการจัดกิจกรรมการเรียนรู้บูรณาการหลักปรัชญาของ เศรษฐกิจพอเพียง 11. เอกสารอ้างอิง/บรรณานุกรม สถาบันส่งเสริมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.กระทรวงศึกษาธิการ.2560.หนังสือเรียนรายวิชา เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ เล่ม 2.กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
12. บันทึกหลังการจัดการเรียนรู้ 12.1 ผลการเรียนรู้ ด้านความรู้ ด้านทักษะกระบวนการ ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ 12.2 ปัญหา/อุปสรรค ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ 12.3 แนวทางการแก้ไข ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................. ......................................... ลงชื่อ.........................................................................ครูผู้สอน (นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก) 12.4 ความคิดเห็นของผู้บริหารสถานศึกษา/หัวหน้ากลุ่มบริหารวิชาการ/ผู้นิเทศ/หัวหน้ากลุ่มสาระฯ ............................................................................................................................................................ .......... ...................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................... ลงชื่อ ............................................................... ( ..............................................................) ตำแหน่ง .....................................................
คำถามตรวจสอบความเข้าใจ 5.1 1. งาน W ของแรงคงตัว F ที่กระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ด้วยการกระจัด S หาได้อย่างไร …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. ออกแรงยกถุงให้เคลื่อนที่ขึ้นเป็นระยะทางต่างกัน งานที่ทำในแต่ละกรณีเท่ากัน หรือไม่ …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. เด็กคนหนึ่งปีนต้นมะพร้าวที่ลำต้นตรงในแนวดิ่ง การปีนขึ้นในแนวดิ่งกับการใช้บันไดพาดที่เอียงทำมุมกับ พื้นดิน งานที่ทำแต่ละครั้งเท่ากันหรือไม่ให้เหตุผล …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. นักท่องเที่ยวแบกเป้ไว้บนหลัง เดินในแนวระดับได้ไกล 100 เมตร งานที่ทำในการแบกเป้เป็นเท่าใด …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
เฉลยคำถามตรวจสอบความเข้าใจ 5.1 1. งาน W ของแรงคงตัว F ที่กระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ด้วยการกระจัด S หาได้อย่างไร หาจากผลคูณระหว่างแรงกับการกระจัดที่อยู่ในแนวเดียวกัน ตามสมการ = 2. ออกแรงยกถุงให้เคลื่อนที่ขึ้นเป็นระยะทางต่างกัน งานที่ทำในแต่ละกรณีเท่ากัน หรือไม่ งานที่ทำอาจจะเท่ากันหรือไม่เท่ากันก็ได้ เพราะงานในการยกวัตถุด้วยอัตราเร็วสม่ำเสมอขึ้นกับความสูง ในแนวดิ่งของวัตถุที่เปลี่ยนไป ตามสมการ = (ℎ − ℎ) โดยไม่ขึ้นกับเส้นทางการเคลื่อนที่ หาก ระยะทางต่างกันแต่ความสูงในแนวดิ่งเปลี่ยนไปเท่ากัน งานก็จะเท่ากัน 3. เด็กคนหนึ่งปีนต้นมะพร้าวที่ลำต้นตรงในแนวดิ่ง การปีนขึ้นในแนวดิ่งกับการใช้บันไดพาดที่เอียงทำมุมกับ พื้นดิน งานที่ทำแต่ละครั้งเท่ากันหรือไม่ให้เหตุผล สมมติเด็กมีน้ำหนัก mg ขึ้นต้นมะพร้าวถึงตำแหน่งสูงจากพื้น h เท่ากัน ไม่ว่าจะปีนขึ้นโดยตรงหรือใช้ บันไดพาดต้นมะพร้าวทำมุม กับพื้นดิน งานที่ทำ W แต่ละครั้งมีค่าเท่ากันคือ mgh ดังนี้ ในกรณีที่ปีนขึ้นในแนวดิ่ง = ℎ ในกรณีที่ใช้บันไดพาด = ( )() = ( ℎ ) () = ℎ 4. นักท่องเที่ยวแบกเป้ไว้บนหลัง เดินในแนวระดับได้ไกล 100 เมตร งานที่ทำในการแบกเป้เป็นเท่าใด งานในการแบกเป้ของนักท่องเที่ยวเป็นศูนย์ เพราะการเดินในแนวระดับ ความสูงในแนวดิ่งไม่ เปลี่ยนแปลง เนื่องจากแรง (น้ำหนักของเป้) มีทิศทางลงและการกระจัดมีทิศทางตั้งฉากกับแรง จะได้ = cos 90° = 0
แบบฝึกหัด 5.1 1. ชาวบ้านคนหนึ่งหิ้วถังน้ำหนัก 200 นิวตัน เคลื่อนที่ไปบนพื้นราบได้ระยะทาง 10 เมตร ดังรูป จงหางานในการ หิ้วถังน้ำ ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. นักเรียนคนหนึ่งถือของมวล 10 กิโลกรัม นั่งอยู่บนรถตู้ซึ่งแล่นไปบนถนนระดับได้ระยะทาง 50 เมตร นักเรียน คนนี้จะทำงานเท่าใด ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 3. นักเรียนคนหนึ่งดึงก้อนวัตถุน้ำหนัก 5 นิวตัน เคลื่อนที่บนพื้นเอียงที่มีแรงเสียดทานน้อยมากจาก R ถึง Q ดังรูป จงหางานที่ใช้ในการเคลื่อนวัตถุ จาก R ถึง Q ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….
4. วัวตัวหนึ่งออกแรง 124 นิวตัน ลากเลื่อนไปบนพื้นระดับ โดยแนวแรงทำมุม 30 องศากับพื้น จงหางาน เนื่องจากแรงนี้ เมื่อเลื่อนเคลื่อนที่ไปตามพื้นระดับเป็นระยะทาง 0.50 กิโลเมตร ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. ชายคนหนึ่งใช้เชือกลากกล่องไม้มวล 60.0 กิโลกรัม ไปบนพื้นระดับฝืดด้วยอัตราเร็วคงตัวเป็นระยะทาง 1.0 กิโลเมตร ถ้าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ระหว่างพื้นกับกล่องไม้เท่ากับ 0.02 จงหา ก. งานที่ชายคนนี้ทำ ข. งานเนื่องจากแรงเสียดทานระหว่างพื้นกับกล่องไม้ ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………
แบบฝึกหัด 5.1 1. ชาวบ้านคนหนึ่งหิ้วถังน้ำหนัก 200 นิวตัน เคลื่อนที่ไปบนพื้นราบได้ระยะทาง 10 เมตร ดังรูป จงหางาน ในการหิ้วถังน้ำ วิธีทำ เนื่องจากชาวบ้านคนนี้เคลื่อนที่ในแนวราบ ส่วนน้ำหนักของถังน้ำอยู่ในแนวดิ่ง ดังรูป ดังนั้นงานในการเคลื่อนถังน้ำ = cos 90° = 0 ตอบ งานในการเคลื่อนถังน้ำเท่ากับ 0 จูล 2. นักเรียนคนหนึ่งถือของมวล 10 กิโลกรัม นั่งอยู่บนรถตู้ซึ่งแล่นไปบนถนนระดับได้ระยะทาง 50 เมตร นักเรียน คนนี้จะทำงานเท่าใด วิธีทำ เนื่องจากเป็นการเคลื่อนที่ในแนวราบ ส่วนน้ำหนักของมวลอยู่ในแนวดิ่ง ดังนั้นงานในการเคลื่อนที่มวล = cos 90° = 0 ตอบ งานในการเคลื่อนที่มวลเท่ากับ 0 จูล 3. นักเรียนคนหนึ่งดึงก้อนวัตถุน้ำหนัก 5 นิวตัน เคลื่อนที่บนพื้นเอียงที่มีแรงเสียดทานน้อยมากจาก R ถึง Q ดังรูป จงหางานที่ใช้ในการเคลื่อนวัตถุ จาก R ถึง Q วิธีทำ
จากรูป งานที่ใช้ในการดึงวัตถุ = sin W = (5)( 3 5 )(5) = 15 ตอบ งานที่ใช้ในการเคลื่อนวัตถุจาก R ถึง Q เท่ากับ 15 จูล 4. วัวตัวหนึ่งออกแรง 124 นิวตัน ลากเลื่อนไปบนพื้นระดับ โดยแนวแรงทำมุม 30 องศากับพื้น จงหางาน เนื่องจากแรงนี้ เมื่อเลื่อนเคลื่อนที่ไปตามพื้นระดับเป็นระยะทาง 0.50 กิโลเมตร วิธีทำ จาก = cos = (124)(0.5 × 103 )( √3 2 ) = 5.4 × 104 ตอบ งานที่ใช้ในการลากเลื่อน 5.4 × 104 จูล 5. ชายคนหนึ่งใช้เชือกลากกล่องไม้มวล 60.0 กิโลกรัม ไปบนพื้นระดับฝืดด้วยอัตราเร็วคงตัวเป็นระยะทาง 1.0 กิโลเมตร ถ้าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ระหว่างพื้นกับกล่องไม้เท่ากับ 0.02 จงหา ก. งานที่ชายคนนี้ทำ ข. งานเนื่องจากแรงเสียดทานระหว่างพื้นกับกล่องไม้ วิธีทำ ก. หางานที่ชายคนนี้ทำ ให้ F เป็นแรงที่ใช้ในการลากกล่องไปบนพื้นราบฝืดด้วยอัตราเร็วสม่ำเสมอจะได้ = = = 0.02(60)(10) = 12 จาก = = 12(1000) = 12,000 ตอบ งานที่ชายคนนี้ทำ 12,000 จูล ข. หางานที่ทำโดยแรงเสียดทาน โดยที่แรงเสียดทาน f มีขนาดเท่ากับแรง F ดังนั้น งานของแรงเสียดทานจึงเท่ากับงานของแรง F แต่มีเครื่องหมายเป็น ลบ ตอบ งานของแรงเสียดทานเท่ากับ -12,000 จูล
แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 9 รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 รหัสวิชา ว31202 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่4 หน่วยการเรียนรู้ที่5 ชื่อหน่วย งานและพลังงาน จำนวน 17 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ เรื่อง งานเนื่องจากแรงไม่คงตัว เวลาเรียน……1…..ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ผลการเรียนรู้ 10. วิเคราะห์และคำนวณงานของแรงคงตัว จากสมการและพื้นที่ใต้กราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับ ตำแหน่ง รวมทั้งอธิบาย และคำนวณกำลังเฉลี่ย 2. สาระสำคัญ เมื่อมีแรงคงตัว กระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ในแนวตรงได้การกระจัด ∆ ถ้าแรงและการกระจัดมีทิศทาง เดียวกัน จะทำให้เกิดงาน (work) ของแรง มีค่า = ∆xcosθ ซึ่งอาจมีค่าของงานเป็นบวก ศูนย์ หรือ ลบ ขึ้นอยู่กับมุม θ งานเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นนิวตัน.เมตร (N.m) หรือ จูล (J) อาจหาค่าของงานได้จากพื้นที่ใต้ กราฟระหว่างแรงกับตำแหน่ง ทั้งในกรณีแรงคงตัวและแรงไม่คงตัว 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 1) บอกความหมายของงานในวิชาฟิสิกส์ได้ 3.2 ด้านทักษะกระบวนการ 2) วิเคราะห์และคำนวณงานของแรงคงตัวจากสมการและพื้นที่ใต้กราฟระหว่างแรงกับตำแหน่งได้ 3.3 ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ 3) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน 4. สาระการเรียนรู้ งานเกิดจากการออกแรงที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ไปตามแนวแรง นั่นคืองานมีค่าเท่ากับแรงคูณกับระยะทางที่ วัตถุเคลื่อนที่ หรือ W = Fs ซึ่งถ้าทิศของแรงกระทำและทิศการเคลื่อนที่ของวัตถุไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกันต้องแตกแรง ให้มาอยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่โดยใช้ตรีโกณมิติ วิธีในการคำนวณหางาน คือ หาผลคูณของการกระจัดกับองค์ประกอบของแรงในทิศเดียวกับ การกระจัดหรือผลคูณของแรงกับองค์ประกอบของการกระจัดในทิศเดียวกับแรง ส่วนการหางานใต้กราฟกรณีแรง กระทำมีค่าคงตัวหาได้จากพื้นที่ของสี่เหลี่ยมผืนผ้า กรณีแรงมีขนาดเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอหาได้จากพื้นที่ของ สามเหลี่ยมมุมฉาก กรณีที่แรงมีขนาดไม่สม่ำเสมอหาได้จากผลรวมของพื้นที่ของสี่เหลี่ยมผืนผ้าเล็ก ๆ เมื่อมีแรงคงตัว กระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ในแนวตรงได้การกระจัด ∆ ถ้าแรงและการกระจัดมีทิศทาง เดียวกัน จะทำให้เกิดงาน (work) ของแรง มีค่า = ∆xcosθ ซึ่งอาจมีค่าของงานเป็นบวก ศูนย์ หรือ ลบ
ขึ้นอยู่กับมุม θ งานเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นนิวตัน.เมตร (N.m) หรือ จูล (J) อาจหาค่าของงานได้จากพื้นที่ใต้ กราฟระหว่างแรงกับตำแหน่ง ทั้งในกรณีแรงคงตัวและแรงไม่คงตัว 5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการแก้ปัญหา 4. ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 5. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. รักชาติศาสน์กษัตริย์ 2. ซื่อสัตย์สุจริต 3. มีวินัย 4. ใฝ่เรียนรู้ 5. อยู่อย่างพอเพียง 6. มุ่งมั่นในการทำงาน 7. รักความเป็นไทย 8. มีจิตสาธารณะ 7. กิจกรรมการเรียนรู้ 1. ขั้นสร้างความสนใจ 1.1 ครูถามนักเรียนว่า งาน คืออะไรในความคิดของนักเรียน (คำตอบเป็นแบบปลายเปิด) 1.2 ครูถามนักเรียนว่าจากชั่วโมงเรียนที่ผ่านมา เป็นกรณีเฉพาะแรงคงตัวเท่านั้น แต่ถ้าในกรณีที่แรง ไม่คงตัว จะหางานของแรงนั้นได้อย่างไร (คำตอบเป็นแบบปลายเปิด) 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 ครูให้นักเรียนพิจารณาในกรณีที่แรงคงตัว กระทำต่อวัตถุตลอดการเคลื่อนที่ในแนวตรง โดย ทิศทางของแรงมีทิศเดียวกับการกระจัดของวัตถุ นอกจากจะหางานของแรงนี้ได้จากสมการ = ∆xcosθ ยัง สามารถหาได้จากกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงคงตัวนี้กับตำแหน่งต่าง ๆ ที่วัตถุเคลื่อนที่ได้อีกด้วย ดังกราฟในหน้าที่ 76 หนังสือเรียนฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 สสวท. 2.2 ครูถามนักเรียนว่า ความสัมพันธ์ของแกน x และ แกน y เมื่อต้องการพื้นที่ใต้กราฟเป็นอย่างไร (แนวคำตอบ : พื้นที่ใต้กราฟ หมายถึงพื้นที่ในบริเวณระหว่างแกน X กับเส้นกราฟ รวมทั้งในกรณีที่เส้นกราฟอยู่ใต้แกน X) 2.3 ครูให้นักเรียนศึกษากรณีงานของแรงไม่คงตัวแต่มีค่าเปลี่ยนแปลงอย่างสม่ำเสมอ กับ งานของ แรงไม่คงตัวและมีค่าเปลี่ยนแปลงไม่สม่ำเสมอ ในหน้า 77-78 หนังสือเรียนฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 สสวท. และอภิปรายร่วมกันจนได้ข้อสรุปว่า ในกรณีของงานที่ไม่คงตัวสามารถคำนวณค่าได้จากการหาพื้นที่ใต้กราฟ 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 ครูอภิปรายเพิ่มเติมว่ากรณีที่ออกแรงผลักหรือดึงกล่องไปบนพื้นลื่น ถ้านำขนาดของแรงคงตัวที่ ผลักหรือดึงและตำแหน่งที่วัตถุ เคลื่อนที่มาเขียนกราฟจะได้กราฟมีลักษณะดังรูป 5.5 ในหนังสือเรียน โดยการหา งานของแรงสามารถหาได้จากพื้นที่ใต้กราฟ ซึ่งพื้นที่ใต้กราฟ หมายถึงพื้นที่ระหว่างเส้นกราฟกับแกน x ซึ่งรวมทั้ง กรณีที่กราฟอยู่ใต้แกน x
4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 ครูสาธิตโดยการใช้เครื่องชั่งสปริงดึงสปริงให้ยืดออก แล้วให้นักเรียนสังเกตสเกลของเครื่องชั่ง สปริง ครูอธิบายว่าแรงที่ใช้ดึงสปริงและแรงของสปริงเป็นแรงไม่คงตัวและมีค่าเปลี่ยนแปลงอย่างสม่ำเสมอ เมื่อเขียน กราฟระหว่างขนาดของแรงกับตำแหน่งจะได้กราฟดังรูป 5.6 ในหนังสือเรียน และการหางานของแรงไม่คงตัวที่มีค่า เปลี่ยนแปลงอย่างสม่ำเสมอสามารถหาได้จากพื้นที่ใต้กราฟ โดยพิจารณาให้ขนาดของแรงเป็นขนาดของแรงเฉลี่ย 4.2 ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายสรุปงานเนื่องจากแรงคงตัวและแรงไม่คงตัว ดังนี้ เมื่อมีแรงคงตัว กระทำต่อวัตถุให้เคลื่อนที่ในแนวตรงได้การกระจัด ∆ ถ้าแรงและการกระจัดมี ทิศทางเดียวกัน จะทำให้เกิดงาน (work) ของแรง มีค่า = ∆xcosθ ซึ่งอาจมีค่าของงานเป็นบวก ศูนย์ หรือ ลบ ขึ้นอยู่กับมุม θ งานเป็นปริมาณสเกลาร์ มีหน่วยเป็นนิวตัน.เมตร (N.m) หรือ จูล (J) อาจหาค่าของงานได้จากพื้นที่ ใต้กราฟระหว่างแรงกับตำแหน่ง ทั้งในกรณีแรงคงตัวและแรงไม่คงตัว 5. ขั้นประเมินผล 5.1 ครูให้นักเรียนตอบคำถามตรวจสอบความเข้าใจและทำแบบฝึกหัด 5.2 โดยเฉลยคำตอบและ อภิปรายคำตอบร่วมกัน 8. สื่อและแหล่งการเรียนรู้ 8.1 เอกสารและ power point ประกอบการสอน เรื่อง งานเนื่องจากแรงไม่คงตัว 8.2 หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ 2 ชั้นม. 4 สสวท. 8.3 เครื่องชั่งสปริง แหล่งการเรียนรู้ 1. ห้องคอมพิวเตอร์ของโรงเรียน 2. ห้องสมุดโรงเรียน 3. อินเทอร์เน็ต 9. การวัดและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวัด เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน ความรู้ (K) บอกความหมายของงานในวิชาฟิสิกส์ ได้ การตอบคำถามตรวจสอบ ความเข้าใจ 5.2 คำถามตรวจสอบความ เข้าใจ 5.2 นักเรียนตอบคำถาม ตรวจสอบความเข้าใจ 5.2 ได้ถูกต้องร้อยละ 80 ทักษะ/กระบวนการ (P) วิเคราะห์และคำนวณงานของแรงคง ตัวจากสมการและพื้นที่ใต้กราฟ ระหว่างแรงกับตำแหน่งได้ ตรวจแบบฝึกหัด 5.2 แบบฝึกหัด 5.2 นักเรียนทำแบบฝึกหัด 5.2 ได้ถูกต้องร้อยละ 80 คุณลักษณะที่พึงประสงค์ (A) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน การสังเกตพฤติกรรม แบบสังเกตพฤติกรรม ผ่านเกณฑ์การสังเกต พฤติกรรมในระดับ ดี
10. การบูรณาการ หลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง สหกรณ์ อื่นๆ ……………………………………………………………………………………………………………………… .......................................................................................................................................................... ............... ประเมินผลลัพธ์ (KPA) ที่เกิดขึ้นกับผู้เรียนจากการจัดกิจกรรมการเรียนรู้บูรณาการหลักปรัชญาของ เศรษฐกิจพอเพียง 11. เอกสารอ้างอิง/บรรณานุกรม สถาบันส่งเสริมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.กระทรวงศึกษาธิการ.2560.หนังสือเรียนรายวิชา เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ เล่ม 2.กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. 12. บันทึกหลังการจัดการเรียนรู้ 12.1 ผลการเรียนรู้ ด้านความรู้ ด้านทักษะกระบวนการ ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................. ........................................... 12.2 ปัญหา/อุปสรรค ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................. ........................................... 12.3 แนวทางการแก้ไข ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ............................................................................................................. ........................................................... ............................................................................................................................. ......................................... ลงชื่อ.........................................................................ครูผู้สอน (นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก)
12.4 ความคิดเห็นของผู้บริหารสถานศึกษา/หัวหน้ากลุ่มบริหารวิชาการ/ผู้นิเทศ/หัวหน้ากลุ่มสาระฯ ...................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................ .............................................. ...................................................................................................................................................................... ลงชื่อ ............................................................... ( ..............................................................) ตำแหน่ง .................................................
แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 10 รายวิชาฟิสิกส์เพิ่มเติม 2 รหัสวิชา ว31202 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่4 หน่วยการเรียนรู้ที่5 ชื่อหน่วย งานและพลังงาน จำนวน 17 ชั่วโมง แผนการจัดการเรียนรู้ เรื่อง กำลัง เวลาเรียน……2…..ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก กลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 1. มาตรฐานการเรียนรู้/ผลการเรียนรู้ 13. วิเคราะห์ และคำนวณงานของแรงคงตัวจากสมการและพื้นที่ใต้กราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับ ตำแหน่ง รวมทั้งอธิบายและคำนวณกำลังเฉลี่ยได้ 2. สาระสำคัญ กำลัง หมายถึง อัตราการทำงานหรืองานที่ทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลา หรือ P = W/t ค่ากำลังในช่วงเวลาสั้น ๆ เป็นกำลัง ณ ขณะนั้น แต่การทำงานมักไม่สม่ำเสมอดังนั้นกำลังจึงไม่สม่ำเสมอด้วย จึงหากำลังได้ในรูปของกำลังเฉลี่ย และค่า 1 กำลังม้าเท่ากับ 745.6 วัตต์ 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ 1) บอกความหมายของกำลังและความสัมพันธ์ระหว่างกำลังกับงานได้ 3.2 ด้านทักษะกระบวนการ 2) คำนวณหาปริมาณที่เกี่ยวข้องกับกำลังได้ 3.3 ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ 3) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน 4. สาระการเรียนรู้ กำลัง คืออัตราการทำงาน หรืองานที่ทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น วัตต์ หน่วยที่นิยมใช้อีกหน่วยหนึ่ง คือ แรงม้า ซึ่งมีค่าเท่ากับ 746 วัตต์ งานที่ทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลา เรียกว่า กำลังเฉลี่ย ดังสมการ Pav = W ∆t 5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการแก้ปัญหา 4. ความสามารถในการใช้ทักษะชีวิต 5. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. รักชาติศาสน์กษัตริย์ 2. ซื่อสัตย์สุจริต 3. มีวินัย 4. ใฝ่เรียนรู้
5. อยู่อย่างพอเพียง 6. มุ่งมั่นในการทำงาน 7. รักความเป็นไทย 8. มีจิตสาธารณะ 7. กิจกรรมการเรียนรู้ 1. ขั้นสร้างความสนใจ 1.1 ครูยกสถานการณ์ที่มีการทำงานได้ปริมาณเท่ากันแต่ใช้เวลาต่างกัน ให้นักเรียนอภิปราย ร่วมกันถึงการทำงานเทียบกับเวลา 1.2 ครูถามนักเรียนว่าความเร็วมีผลต่อกำลังหรือไม่ (แนวคำตอบ : ความเร็วมีผลต่อกำลัง เพราะ จากสมการ P=F ∆x/∆t จะได้ว่า P=Fv ดังนั้น ความเร็วจะแปรผันตรงกับกำลัง ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v ที่ มากขึ้น กำลังของวัตถุหรือระบบก็จะเพิ่มขึ้นตาม) 2. ขั้นสำรวจและค้นหา 2.1 ครูให้นักเรียนแบ่งเป็น 5 กลุ่ม และให้ตัวแทนนักเรียนแต่ละกลุ่มออกมาหน้าชั้นเรียน กลุ่ม ละ 1 คน พร้อมบอกข้อมูลของแต่ละคนให้ทราบ กำหนดให้นักเรียนแต่ละคนยกของจากพื้นขึ้นวางบนชั้นวางของ ให้ระยะจากพื้นถึงชั้นวางของ 2 เมตร - ตัวแทนนักเรียนกลุ่มที่ 1 ออกแรง 250 นิวตัน ในเวลา 10 วินาที - ตัวแทนนักเรียนกลุ่มที่ 2 ทำงานได้ 100 จูล ในเวลา 10 วินาที - ตัวแทนนักเรียนกลุ่มที่ 3 ออกแรง 200 นิวตัน ในเวลา 5 วินาที - ตัวแทนนักเรียนกลุ่มที่ 4 ออกแรง 150 นิวตัน ในเวลา 10 วินาที - ตัวแทนนักเรียนกลุ่มที่ 5 ทำงานได้ 150 จูล ในเวลา 5 วินาที (แนวคำตอบ : ตัวแทนนักเรียนกลุ่มที่ 3 มีกำลังมากที่สุด) 2.2 ครูให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายว่าทำไมตัวแทนของกลุ่มที่ 3 จึงมีกำลังมากที่สุด (แนวคำตอบ : ใช้การเปรียบเทียบงานที่ได้กับเวลาที่ใช้) 3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 3.1 ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายจากกิจกรรมข้างต้น จนได้ข้อสรุปว่า งานที่ทำได้ในหนึ่ง หน่วยเวลา เรียกว่า กำลังเฉลี่ย ดังสมการ P_av=W/∆t 3.2 ครูอธิบายเพิ่มเติมว่า กำลัง คืออัตราการทำงาน หรืองานที่ทำได้ในหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วย เป็น วัตต์ หน่วยที่นิยมใช้อีกหน่วยหนึ่ง คือ แรงม้า ซึ่งมีค่าเท่ากับ 746 วัตต์ 4. ขั้นขยายความรู้ 4.1 ครูให้ความรู้เพิ่มเติมว่า หน่วยของกำลังนอกจากหน่วย วัตต์ (W) แล้วยังมีหน่วย จูลต่อวินาที (J/s) ด้วย 4.2 ครูให้นักเรียนศึกษาประวัติของ เจมส์ วัตต์ เพิ่มเติมนอกเวลา
5. ขั้นประเมินผล 5.1 ครูอธิบายตัวอย่าง 5.5 และ 5.6 ตามรายละเอียดในหนังสือเรียนจากนั้นให้นักเรียนตอบ คำถามตรวจสอบความเข้าใจและทำแบบฝึกหัด 5.3 ในหนังสือเรียนเพิ่มเติม ฟิสิกส์ 2 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 สสวท. โดยเฉลยคำตอบและอภิปรายคำตอบร่วมกัน 8. สื่อและแหล่งการเรียนรู้ 8.1 เอกสารและ power point ประกอบการสอน เรื่อง กำลัง 8.2 หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ 2 ชั้นม. 4 สสวท. แหล่งการเรียนรู้ 15. ห้องคอมพิวเตอร์ของโรงเรียน 16. ห้องสมุดโรงเรียน 17. อินเทอร์เน็ต 9. การวัดและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวัด เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน ความรู้ (K) บอกความหมายของกำลังและ ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังกับงานได้ วัดจากการตอบคำถาม ตรวจสอบความเข้าใจ5.3 คำถามตรวจสอบความ เข้าใจ5.3 นักเรียนตอบคำถาม ตรวจสอบความเข้าใจ 5.3 ได้ถูกต้องร้อยละ 80 ทักษะ/กระบวนการ (P) คำนวณหาปริมาณที่เกี่ยวข้องกับ กำลังได้ วัดจากแบบฝึกหัด5.3 แบบฝึกหัด5.3 นักเรียนทำแบบฝึกหัด 5.3ได้ถูกต้องร้อยละ 80 คุณลักษณะที่พึงประสงค์ (A) ใฝ่เรียนรู้และมุ่งมั่นในการทำงาน การสังเกตพฤติกรรม แบบสังเกตพฤติกรรม ผ่านเกณฑ์การสังเกต พฤติกรรมในระดับ ดี 10. การบูรณาการ หลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง สหกรณ์ อื่นๆ ……………………………………………………………………………………………………………………… ............................................................................................................................. ............................................ ประเมินผลลัพธ์ (KPA) ที่เกิดขึ้นกับผู้เรียนจากการจัดกิจกรรมการเรียนรู้บูรณาการหลักปรัชญาของ เศรษฐกิจพอเพียง 11. เอกสารอ้างอิง/บรรณานุกรม สถาบันส่งเสริมการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.กระทรวงศึกษาธิการ.2560.หนังสือเรียนรายวิชา เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ เล่ม 2.กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.
12. บันทึกหลังการจัดการเรียนรู้ 12.1 ผลการเรียนรู้ ด้านความรู้ ด้านทักษะกระบวนการ ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน จำนวนนักเรียน ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ผ่าน ร้อยละ ไม่ผ่าน ร้อยละ ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................ 12.2 ปัญหา/อุปสรรค ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................. ........................................... 12.3 แนวทางการแก้ไข ............................................................................................................................. ........................................... ........................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................. ........................................... ............................................................................................................................. ......................................... ลงชื่อ.........................................................................ครูผู้สอน (นางสาวเสาวณีย์ ชัยนอก) 12.4 ความคิดเห็นของผู้บริหารสถานศึกษา/หัวหน้ากลุ่มบริหารวิชาการ/ผู้นิเทศ/หัวหน้ากลุ่มสาระฯ ............................................................................................................................................................ .......... ........................................................................................................................ .............................................. ...................................................................................................................................................................... ลงชื่อ ............................................................... ( ..............................................................) ตำแหน่ง .....................................................