48 (เฉลยคำตอบ) แบบทดสอบก่อนเรียนและหลังเรียน เรื่อง แม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก ......................................................................................................................... รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ข้อ เฉลยก่อนเรียน ข้อ เฉลยหลังเรียน 1 ง 1 ข 2 ง 2 ค 3 ค 3 ก 4 ง 4 ข 5 ข 5 ก 6 ข 6 ง 7 ค 7 ง 8 ก 8 ค 9 ข 9 ง 10 ก 10 ข
49 (เฉลยคำตอบ) รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คำชี้แจง ให้นักเรียนตอบคำถามจากหัวข้อที่กำหนดให้ต่อไปนี้ให้ถูกต้อง 1. จากรูปนำแท่งแม่เหล็กรูปสี่เหลี่ยมมาวาง 2 แท่ง มาวางคู่กันอธิบายว่า เกิดปฏิกิริยาอย่างไรกับแม่เหล็ก 1.1 .............................................................................................. 1.2 .............................................................................................. 1.3 .............................................................................................. 1.4 .............................................................................................. เรื่อง เรียนรู้เส้นสนามแม่เหล็ก S N N S S N S N แนวคำตอบ แรงผลักกัน แนวคำตอบ แรงดูดกัน N S S N แนวคำตอบ แรงผลักกัน N S แนวคำตอบ แรงดูดกัน N S
50 2. จงวาดเส้นสนามแม่เหล็กจากแม่เหล็กที่วางอยู่ ดังรูป 3. เมื่อนำเข็มทิศไปวางบริเวณใกล้แท่งแม่เหล็ก ดังรูป จงเขียนทิศทางของเข็มทิศ รอบแท่งแม่เหล็ก 4. จงเขียนเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นระหว่างแท่งแม่เหล็กให้ถูกต้อง S N N S S N S N S N S N S N
51 5. จากภาพขั้วแม่เหล็กควรเป็นอย่างไร ......................................................... ......................................................... ......................................................... 6. ตอบคำถามต่อไปนี้ 6.1 สนามแม่เหล็กหมายถึงอะไร ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ 6.2 เส้นสนามแม่เหล็กหมายถึงอะไรมีความสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็ก อย่างไร ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ แนวคำตอบ น้ำเงินเป็น N สีแดงเป็น S แนวคำตอบ ปริมาณที่บ่งบอกแรงกระทำบนประจุที่กำลังเคลื่อนที่ สนามแม่เหล็กเป็นสนามแวกเตอร์และทิศของสนามแม่เหล็ก ณ ตำแหน่งใดๆ คือทิศที่เข็มทิศวางตัวอย่างสมดุล แนวคำตอบ ด้วยนิยมอย่างเป็นทางการแล้ว เส้นแรงแม่เหล็กไม่ได้เป็น ปริมาณเวกเตอร์ แต่เป็นเวกเตอร์เสมือน เท่านั้น แม้ว่าภาพต่าง ๆ มักแสดงเส้นแรงแม่เหล็กด้วยลูกศร แต่เราไม่สามารถแปลความหมาย ลูกศรเป็นการเคลื่อนที่หรือไหลของเส้นสนาม
52 (เฉลยคำตอบ) รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คำชี้แจง ให้นักเรียนแสดงวิธีหาคำตอบให้ถูกต้อง 1. เมื่อมีสนามแม่เหล็กขนาดสม่ำเสมอ 30 เทสลา พุ่งลงบนขดพื้นที่ 2 x 10-4 ตารางเมตร ในแนวทำมุม 90 องศากับระนาบของขดลวด ค่าฟลักซ์แม่เหล็ก ที่ผ่านขดลวดมีค่าเท่ากับเท่าไร วิธีทำ จากโจทย์ทราบ B = 30 T, A = 20 x 10-4 m 2 และ = 90o จากสมการ = BA = (30)(2 x 10-4 ) = 6 x 10 -3 Wb ดังนั้น ค่าฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดเท่ากับ 6 x 10 -3 เวเบอร์ 2. ถ้าขดลวดพื้นที่ 4 ตารางเซนติเมตร วางอยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ 15 เทสลา ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดเท่ากับเท่าไร เมื่อระนาบของขดลวดทำมุม 30 องศากับสนามแม่เหล็ก วิธีทำ จากโจทย์ทราบ B = 15 T, A = 4 x 10-4 m 2 และ = 30 o จากสมการ = BAsin = (15)(4 x 10-4 ) sin30o = -4 1 (15)(4 10 ) 2 = 30 x 10 -4 = 30 x 10 -3 Wb ดังนั้น ค่าฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดเท่ากับ 30 x 10 -3 เวเบอร์ โจทย์ปัญหา เรื่อง ฟลักซ์แม่เหล็ก
53 3. ขดลวดตัวนำวงกลมรัศมี 10 เซนติเมตร วางอยู่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก ขนาดเท่าไร ถ้าฟลักซ์แม่เหล็กผ่านขดลวดขนาด -2 16 3 10 เวเบอร์ เมื่อระนาบขดลวดทำมุม 30 องศากับระนาบตั้งฉากกับขดลวด วิธีทำ จากโจทย์ทราบ r = 10 x10-2 m, = -2 16 3 10 และ = 30 o จากสมการ = BAcos = 2 o B(r )cos30 -2 16 3 10 = -2 2 3 B(10 10 ) 2 B = -2 3 B(10 ) 2 B = 32 T ดังนั้น สนามแม่เหล็กขนาดเท่ากับ 32 เทสลา
54 (เฉลยคำตอบ) รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คำชี้แจง ให้นักเรียนแสดงวิธีหาคำตอบให้ถูกต้อง 1. ขดลวดโซเลนอยด์ขนาดหน้าตัดกวาง 35 ตารางเซนติเมตร ความยาว 20 เซนติเมตร ประกอบด้วยขดลวดที่พันจำนวน 750 รอบ เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวด 2.1 แอมแปร์ ปริมาณต่อนี้มีค่าเท่าไร ก. ความเข้มสนามแม่เหล็กในขดลวดโซเลนอยด์ ข. ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดโซเลนอยด์ วิธีทำ จากโจทย์ทราบ A = 35 cm2 , 35 x 10-4 m 2 , L = 20 cm = 20 x 10-2 m, N = 750 รอบ และ I = 2.1 A ก. ความเข้มสนามแม่เหล็กในขดลวดโซเลนอยด์ จากสมการ B = 0 NI L = 7 2 750 (4 10 )(2.1) 20 10 − − = 9.9 x 10 -3 N ดังนั้นความเข้มสนามแม่เหล็กในขดลวดโซเลนอยด์ เท่ากับ 9.9 x 10 -3 เทสลา ข. ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดโซเลนอยด์ จากสมการ = BA = 3 4 (9.9 10 )(35 10 ) − − = 3.5 x 10 -5 Wb ดังนั้น ค่าฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดเท่ากับ 3.5 x 10 -5 เวเบอร์ โจทย์ปัญหา เรื่อง กระแสไฟฟ้าที่ทำให้เกิด สนามแม่เหล็ก
55 2. ขดลวดโซเลนอยด์มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5 เซนติเมตร และมีจำนวน รอบของขดลวด 2,000 รอบต่อความยาว 1 เมตร ถ้าขดลวดนี้วางอยู่ในอากาศ และมีสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นภายในขดลวดขนาด 0.8 x 10-4 เทสลา กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดและฟลักซ์แม่เหล็กภายในขดลวดมีค่าเท่าไร วิธีทำ จากโจทย์ทราบ d = 2.5 cm = 2.5 x 10-2 m 2 , N = 2,000 รอบ, L = 1 m และ B = 0.8 x 10 -4 T หากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดโซเลนอยด์ จากสมการ B = 0 NI L 4 0.8 10 − = 7 2000 (4 10 )( ) 1 I − I = 0.1 A หาฟลักซ์แม่เหล็กภายในขดลวดโซเลนอยด์ จากสมการ = BA = 2 2 2 2 2.5 10 B r ( ) − = 1.23 x 10 -7 Wb ดังนั้น ค่าฟลักซ์แม่เหล็กภายในขดโซเลนอยด์เท่ากับ 1.23 x 10 -7 เวเบอร์
56 (เฉลยคำตอบ) รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คำชี้แจง ให้นักเรียนปฏิบัติกิจกรรมตามขั้นตอนและบันทึกผล ขื่อกลุ่ม.......................................................... ปฏิบัติกิจกรรมวันที่......... เดือน.................................. พ.ศ........... เวลา............ สมาชิกกลุ่ม จำนวน ................... คน 1. .................................................................................... เลขที่.................. 2. .................................................................................... เลขที่.................. 3. .................................................................................... เลขที่.................. 4. .................................................................................... เลขที่.................. 5. .................................................................................... เลขที่.................. 1. จุดประสงค์การปฏิบัติกิจกรรม เพื่อสังเกตทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เส้นตรง ลวดตัวนำวงกลมและโซเลนอยด์ กิจกรรมทดลอง เรื่อง สนามแม่เหล็กที่เกิดจาก กระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ
57 2. วัสดุและอุปกรณ์ รายการ จำนวน/กลุ่ม 1. ลวดตัวนำเส้นตรง 1 เส้น 2. ลวดตัวนำวงกลม 1 ขด 3. โซลานอยด์ 1 ขด 4. แบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์ 4 ก้อนพร้อมกระบะ 1 ชุด 5. เข็มทิศ 5 อัน 6. ผงเหล็ก 1 กล่อง 7. สายไฟ 4 เส้น 8. กระดาษแข็งขนาด 8 cm x 10 cm 3 แผ่น 9. สวิตซ์ 1 อัน 3. ขั้นตอนการดำเนินกิจกรรม 3.1 นำลวดตัวนำตรงเจาะผ่านกระดาษแข็ง แล้วใช้สายไฟฟ้าต่อปลายทั้งสองของ ลวดตัวนำเข้ากับหม้อแปลงโวลต์ต่ำ (5V) จากนั้นวางเข็มทิศลง ณ ตำแหน่งต่างๆ บนกระดาษแข็ง ดังภาพ (ก) เปิดสวิตซ์และสังเกตการเปลี่ยนแปลงของเข็มทิศ
58 3.2 ทำการทดลองซ้ำข้อ 3.1 โดยกลับทิศทางของกระแสไฟฟ้า ดังภาพ (ข) สังเกต การเปลี่ยนแปลงของเข็มทิศ 3.3 ทำการทดลองซ้ำข้อ 3.1 แต่เปลี่ยนลวดตัวนำตรงเป็นลวดตัวนำกลม ดังภาพ (ค) 3.4 ทำการทดลองซ้ำข้อ 3.1 แต่เปลี่ยนลวดตัวนำวงกลมเป็นโซลานอยด์ ดังภาพ (ง)
59 4. บันทึกผลการทำกิจกรรม 5. คำถามท้ายกิจกรรม 5.1 แนวการเรียงตัวของผงเหล็กของสามกรณีเมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เหมือนหรือต่างกันอย่างไร ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ แนวคำตอบ แตกต่างกันโดย กรณีลวดตัวนำ เส้นตรงผงเหล็กจะเรียงตัวเป็นวงกลมรอบเส้นลวด กรณีลวดตัวนำ วงกลม บริเวณใกล้ๆ ลวดตัวนำ ผงเหล็กจะเรียงตัวเป็น วงกลมรอบเส้นลวด คล้ายกรณีลวดตัวนำ เส้นตรง แต่บริเวณกึ่งกลางของลวด ตัวนำ วงกลม ผงเหล็กมีการเรียงตัวตั้งฉากกับระนาบลวดตัวนำ วงกลม กรณีโซเลนอยด์บริเวณภายในโซเลนอยด์ผงเหล็กมีการเรียงตัวอยู่ใน แนวแกนโซเลนอยด์ภายนอกรอบๆ โซเลนอยด์ผงเหล็กจะเรียงตัวคล้ายกับ การเรียงตัวของผงเหล็กรอบแท่งแม่เหล็ก
60 5.2 ขณะไม่มีกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ กับเมื่อมีกระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำ การวางตัวของเข็มทิศต่างกันหรือไม่ อย่างไร ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ **คำตอบขึ้นอยู่กับดุลยพินิจครูผู้สอน** แนวคำตอบ ขณะที่ยังไม่มีกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ เข็มทิศ ณ ตำแหน่ง ต่างๆ วางตัวอยู่ในแนวเดียวกัน (ในแนวสนามแม่เหล็กโลก) ส่วนกรณีที่มี กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำ จะเห็นเข็มทิศแต่ละตำแหน่งเบนไปจากแนวเดิม
61 แม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก