48 ________. (2564). คู่มือรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 เล่ม 1. ตามผลการเรียนรู้การเรียนรู้ กลุ่มสาระ การเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพฯ : เจริญทัศน์ อจท.. อภิญญา แช๋โง้ว และคณะ. (2560). สรุปและแนวข้อสอบฟิสิกส์ เพื่อการทดสอบ เข้ามหาลัยโดยเฉพาะครอบคลุมเนื้อหาตั้งแต่ ม.4-6 พร้อมแนวข้อสอบ. กรุงเทพฯ : ธิงค์ บียอนด์บุ๊คส์. อดิชาต บ้วนกียาพันธุ์. (มปป.). ฉบับพิชิตข้อสอบ O-NET, A-NET ฟิสิกส์ ม. 4- 6. กรุงเทพฯ : ภูมิบัณฑิตการพิมพ์.
49 ภาคผนวก
50 แบบทดสอบก่อนเรียนและหลังเรียน เรื่อง ไฟฟ้ากระแสสลับ ......................................................................................................................... รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ข้อ เฉลยก่อนเรียน ข้อ เฉลยหลังเรียน 1 ก 1 ก 2 ง 2 ก 3 ก 3 ก 4 ก 4 ข 5 ง 5 ค 6 ก 6 ก 7 ก 7 ง 8 ก 8 ก 9 ข 9 ก 10 ค 10 ง (เฉลยคำตอบ)
51 รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คำชี้แจง ให้นักเรียนตอบคำถามต่อไปนี้ให้ถูกต้อง 1. ในวงจรไฟฟ้าที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับต่อตัวต้านทาน 100 โอห์ม ถ้าใช้ โวลต์มิเตอร์กระแสสลับวัดความต่างศักย์ตกคร่อมตัวต้านทานได้ 20 โวลต์ กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ผ่านตัวต้านทานมีค่าเท่าใด และถ้าใช้แอมมิเตอร์วัด กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานจะวัดได้เท่าใด ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 2. ถ้ากระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับวงจรหนึ่งที่มีเพียงตัวต้านทานซึ่งมี ความต้านทาน 500 โอห์ม ต่ออยู่กับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับมีค่าเป็น i = (3.6A)sin180t จงเขียนสมการความต่างศักย์ตกคร่อมตัวต้านทานขณะเวลาใดๆ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 3. ตัวเก็บประจุซึ่งต่ออยู่กับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับมีความต้านทานเชิงความจุ 100 โอห์ม ที่ความถี่ 60 เอิรตซ์ จงหาความต้านเชิงความจุมีค่าเท่าใดที่ความถี่ 400 เฮิรตซ์ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ เรียนรู้เรื่อง ค่าปริมาณที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้า กระแสสลับ แนวคำตอบ ถ้าใช้แอมมิเตอร์วัดกระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานจะวัดได้ 0.2 แอมแปร์ แนวคำตอบ สมการของความต่างศักย์ตกคร่อมตัวต้านทานขณะเวลาใด ๆ ได้ เป็น VR = (1,800V) sin 180t แนวคำตอบ ความต้านทานเชิงความจุที่ความถี่ 400 เฮิรตซ์ มีค่าเท่ากับ 15 โอห์ม (เฉลยคำตอบ)
52 4. จากวงจรไฟฟ้า ดังภาพ ความต่างศักย์ขณะเวลาหนึ่งในวงจรมีค่าเป็น V(t) = 99 sin377t และความต่างศักย์ตกคร่อมตัวเก็บประจุเมื่อวัดด้วยโวลต์มิเตอร์ปรากฏว่า อ่านค่าได้ 30 โวลต์ ถ้านำโวลต์มิเตอร์ไปวัดคร่อมตัวเหนี่ยวนำจะอ่านค่าได้เท่าใด .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... 5. จากวงจรไฟฟ้า ดังภาพ จงหา ก. ความต้านทานเชิงซ้อน ข. กระแสไฟฟ้าในวงจร ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 6. จากวงจรไฟฟ้า ดังภาพ กำหนดให้ R = 150 โอห์ม VR = 300 โวลต์ และ XL = 80 โอห์ม จงหา ก. กระแสไฟฟ้าในวงจร ข. ความต่างศักย์รวมในวงจร ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 7. จงหาค่ากระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า ดังภาพ ............................................................................. ............................................................................. ............................................................................. ............................................................................. แนวคำตอบ ถ้านำโวลต์มิเตอร์วัดคร่อมตัว เหนี่ยวนำจะอ่านค่าได้ 100 โวลต์ แนวคำตอบ (ก) ความต้านทานเชิงซ้อนของวงจรมีค่า 10 โอห์ม (ข) กระแสไฟฟ้าในวงจรมีค่า 40 แอมแปร์ แนวคำตอบ (ก) วงจรจะมีกระแสไฟฟ้า 2 แอมแปร์ (ข) ความต่างศักย์รวมในวงจรเท่ากับ 340 โวลต์ แนวคำตอบ กระแสไฟฟ้าในวงจรมีค่า เท่ากับ 2.2 แอมแปร์
53 8. จากวงจรไฟฟ้า ดังภาพ กำหนดให้ R = 72 โอห์ม และ XL = 96 โอห์ม จงหา ก. กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำ ข. กระแสไฟฟ้าที่แหล่งกำเนิดจ่ายผ่านวงจร ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 9. จงหากำลังไฟ้ฟ้าที่สูญเสียไปในวงจรไฟฟ้า ดังภาพ กำหนด R = 40 โอห์ม XL = 60 โอห์มและ XC = 30 โอห์ม ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 10. จากภาพ จงหากำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไปในวงจร ถ้าไฟฟ้ากระแสสลับที่จ่ายผ่านตัว ต้านทานและตัวเหนี่ยวนำมีความถี่เชิงมุม 500 เรเดียนต่อวินาที ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ แนวคำตอบ (ก) กระแสไฟฟ้าที่ผ่านตัวต้านทานเท่ากับ 1.67 แอมแปร์ และกระแสไฟฟ้า ที่ผ่านตัวเหนี่ยวนำเท่ากับ 1.25 แอมแปร์ (ข) กระแสไฟฟ้าที่แหล่งกำเนิดจ่ายผ่านวงจรเท่ากับ 2.08 แอมแปร์ แนวคำตอบ กำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไปในวงจรไฟฟ้าเท่ากับ 360 วัตต์ แนวคำตอบ กำลังไฟฟ้าที่สูญเสียไปในวงจรไฟฟ้าเท่ากับ 360 วัตต์
54 รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คำชี้แจง ให้นักเรียนแสดงวิธีหาคำตอบให้ถูกต้อง 1. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องหนึ่งประกอบด้วยขดลวดที่มีพื้นที่หน้าตัด 0.25 ตาราง เมตร มีจำนวนของขดลวด 200 รอบ วางอยู่ในสนามแม่เหล็กที่มีความเข้ม 100 เทสลา ถ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุด 5,000 โวลต์ ก. ขดลวดจะหมุนด้วยความถี่เท่าไร ข. แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเมื่อเวลาผ่านไป 2 นาที จะมีค่าเท่าไร วิธีทำ จากโจทย์ทราบ A = 0.25 m2 , N = 200 รอบ, B = 100 T และ ก. ขดลวดจะหมุนด้วยความถี่เท่าไร Em = NAB = NAB2 f 5,000 = (200)(0.25)(100)2 f F = 0.5 Hz ดังนั้น ขดลวดจะหมุนด้วยความถี่ 0.5 เฮิรตซ์ ข. หาแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเมื่อเวลาผ่านไป 2 นาที จะมีค่าเท่าไร จากสมการ e = E sin t m = E sin (2f)t m = (5,000)sin 2 (0.5)(2) = (5,000)sin 2 = 0 V ดังนั้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเมื่อเวลาผ่านไป 2 วินาที จะมีค่า เท่ากับ 0 โวลต์ โจทย์ปัญหา เรื่อง ค่าปริมาณที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้า กระแสสลับ (เฉลยคำตอบ)
55 2. วงจรไฟฟ้ากระแสสลับมีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเวลาดังสมการ v=150 2 V sin 440 t ค่ายังผลของความต่างศักย์และความถี่ของไฟฟ้าและ กระแสสลับมีค่าเท่าไร วิธีทำ จากโจทย์สมการ Em = v = 150 2 V และ = 440 rad/s จาก Vrms = Vm 2 = 150 2 2 = 150 V จาก = 2 f 440 = 22 2 f 7 f = 70 Hz ดังนั้น ค่ายังผลของความต่างศักย์และความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับมีค่า เท่ากับ 150 โวลต์ และ 70 เฮิรตซ์ตามลำดับ 3. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสูงสุด 30 โวลต์ มีความถี่ 50 เฮิรตซ์ ถ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้ ต่อกับวงจรที่มีตัวต้านทาน 10 โอห์ม ค่ากระแสไฟฟ้าที่อ่านจากมิเตอร์และ กระแสไฟฟ้าสูงสุขที่ไหลผ่านตัวต้านทานนี้มีค่าเท่าไร วิธีทำ จากโจทย์สมการ Vm = 30V, f = 150 Hz และ R = 10 จาก Vrms = Vm 2 = 30 2 = 21.21 V ใช้กฎของโอห์มเพื่อหาค่า Irms และ Im จาก Vrms = IrmsR 21.21 = Irms(10) Irms = 2.12 A จาก Vm = ImR 30 = Im(10) Im = 3 A ดังนั้น ค่ากระแสไฟฟ้าที่อ่านจากมิเตอร์และกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ไหลผ่าน ตัวต้านทานนี้มีค่าเท่ากับ 2.12 และ 3 แอมแปร์ ตามลำดับ
56 รายวิชาฟิสิกส์ 5 (ว33204) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี คำชี้แจง ให้นักเรียนแสดงวิธีหาคำตอบให้ถูกต้อง 1. หม้อตุ๋นไฟฟ้าหม้อหนึ่งความต้านทาน 50 โอห์ม ไม่สามารถใช้กับไฟบ้าน 220 โวลต์ได้โดยตรงต้องใช้หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดแปลงลง ถ้าหม้อแปลงที่ใช้มี ความต้านทานของขดลวดปฐมภูมิน้อยมาก แต่ความต้านทานของขดลวดทุติยภูมิ เป็น 5 โอห์ม จำนวนขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิเป็น 200 และ 100 รอบ ตามลำดับ กำลังไฟฟ้าของหม้อตุ๋นจะมีค่าเท่าไร วิธีทำ จากสมการ 2 2 1 1 N = N 2 220V = 100 200 2 = 110 V สามารถหากระแสไฟฟ้าของหม้อตุ๋นได้จาก V = IR 110V = I(5 + 50 ) I = 1 A เรียนรู้เรื่อง การผลิตและการส่งไฟฟ้ากระแสสลับ (เฉลยคำตอบ)
57 กำลังไฟฟ้าของหม้อตุ๋นหาได้จาก P = I 2R = 2 (2 A) (50 ) = 200 W ดังนั้น กำลังไฟฟ้าของหม้อตุ๋นจะมีค่า 200 วัตต์ 2. หม้อแปลงเครื่องหนึ่งมีขดลวดปฐมภูมิ200 รอบ ขดลวดทุติยภูมิ 50 รอบ ต่อกับ แหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ ความต่างศักย์220 โวลต์ถ้าเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต่อกับขดลวด ทุติยภูมิมีกำลังไฟฟ้า 100 วัตต์ เครื่องใช้ไฟฟ้ามีความต้านทานเท่าใด ทั้งนี้ให้ถือว่า ไม่มีการสูญเสียพลังงานในหม้อแปลง วิธีทำ ความต่างศักย์และจำนวนรอบของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิ มีความสัมพันธ์ดังนี้ = 1 1 2 2 N N เมื่อนำเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีความต้านทาน R มาต่อกับขดลวดทุติยภูมิกำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้ามีค่า = 2 V P R ในที่นี้V คือ 2 จากสมการ 2 2 1 1 N = N จะได้ 2 220V = 200 50 2 = 55 V หม้อแปลงไม่สูญเสียพลังงาน P2 = 2 2 R จะได้ 100 W = 2 (55 V) R R = 30.25 ตอบ เครื่องใช้ไฟฟ้ามีความต้านทาน 30.25 โอห์ม
58