147
148
149 22. การทดลองเรื่อง การหาขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์ จุดประสงค์ หาขนาดและทิศทางของเเนวลัพท์ของเเรงสองเเรงที่ทำมุมกัน เวลาที่ใช้ 50 นาที วัสดุและอุปกรณ์ 1. กระดาษเเข็ง 1 ชุด 2. เครื่องชั่งสปริง 3 อัน 3. เชือกเบา 3 เส้น 4. ตัวยืด 3 อัน วิธีดำเนินกิจกรรม 1. นำปลายข้างหนึ่งของเชือกทั้งสามผูกรวมกันไว้ ปลายที่เหลือทำเป็นห่วงเชือกแล้ววางบนกระดาษขาว 2. ใช้เครื่องชั่งสปริงทั้งสามอันเกี่ยวกับห่วงเชือก แล้วดึงเครื่องชั่งสปริงทั้งสามจนเชือกหยุดนิ่ง โดยยึด เครื่องชั่งสปริงตัวที่สามกับที่ยึด และใช้มือดึงที่เครื่องชั่งปริงที่หนึ่งและที่สองให้ทำมุม 45 องศา กำหนดจุด กึ่งกลางของเชือกทั้งสามลงบนกระดาษขาว จากนั้นเขียนแนวแรงตามแนวของเชือก และบันทึกค่าของแรงที่ อ่านได้จากเครื่องชั่งสปริงที่หนึ่งและสอง 3. เขียนเวกเตอร์แทนขนาดและทิศทางของแรงจากเครื่องชั่งสปริงที่หนึ่งและสอง โดยทำหารกำหนด อัตราส่วนขนาดของแรง 1 นิวตันเท่ากับขนาดของเวกเตอร์ 1 เซนติเมตร 4. นำค่าขนาดของแรงที่อ่านได้จากเครื่องชั่งสปริงตัวที่หนึ่งและตัวที่สองมารวมกันโดยตรง จากนั้น บันทึกค่าที่ได้ 5. สร้างรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานซึ่งมีด้านประชิดกันสองด้านที่มาจากเวกเตอร์ของแรงจากเครื่องชั่งสปริง ตัวที่หนึ่งและตัวที่สอง 6. หาขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์จากรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน โดยลากเส้นทแยงมุมจากจุดปลายของ เวกเตอร์ทั้งสองไปยังมุมตรงข้าม ขนาดของแรงลัพธ์เป็นความยาวของเส้นทแยงมุม และทิศทางของแรงลัพธ์ เริ่มจากจุดปลายของเวกเตอร์ไปยังมุมด้านตรงข้าม 7. บันทึกค่าขนาดของแรงลัพธ์ที่วัดได้ 8. ทำซ้ำข้อ 2-7 โดยให้เครื่องชั่งสปริงทั้งสองอันทำมุม 0 องศา และ 90 องศาต่อกัน กิจกรรม 3.1
150 บันทึกผลการทดลอง (วาดรูปเวกเตอร์ที่ได้จากการทดลอง) คำถามท้ายกิจกรรม 1. เวกเตอร์ของแรงลัพธ์มีทิศทางอย่างไร และมีทิศเดียวกันหรือตรงข้ามกันกับแรงจากเครื่องชั่งสปริงตัวที่สาม ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. เวกเตอร์ของแรงลัพธ์มีขนาดเท่าใด และมีค่าเท่ากับค่าที่บันทึกได้จากข้อที่ 4 และ 7 หรือไม่อย่างไร ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
151 22. การทดลองเรื่อง การหาขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์ จุดประสงค์ หาขนาดและทิศทางของเเนวลัพท์ของเเรงสองเเรงที่ทำมุมกัน เวลาที่ใช้ 50 นาที วัสดุและอุปกรณ์ 1. กระดาษเเข็ง 1 ชุด 2. เครื่องชั่งสปริง 3 อัน 3. เชือกเบา 3 เส้น 4. ตัวยืด 3 อัน วิธีดำเนินกิจกรรม 1. นำปลายข้างหนึ่งของเชือกทั้งสามผูกรวมกันไว้ ปลายที่เหลือทำเป็นห่วงเชือกแล้ววางบนกระดาษขาว 2. ใช้เครื่องชั่งสปริงทั้งสามอันเกี่ยวกับห่วงเชือก แล้วดึงเครื่องชั่งสปริงทั้งสามจนเชือกหยุดนิ่ง โดยยึด เครื่องชั่งสปริงตัวที่สามกับที่ยึด และใช้มือดึงที่เครื่องชั่งปริงที่หนึ่งและที่สองให้ทำมุม 45 องศา กำหนดจุด กึ่งกลางของเชือกทั้งสามลงบนกระดาษขาว จากนั้นเขียนแนวแรงตามแนวของเชือก และบันทึกค่าของแรงที่ อ่านได้จากเครื่องชั่งสปริงที่หนึ่งและสอง 3. เขียนเวกเตอร์แทนขนาดและทิศทางของแรงจากเครื่องชั่งสปริงที่หนึ่งและสอง โดยทำหารกำหนด อัตราส่วนขนาดของแรง 1 นิวตันเท่ากับขนาดของเวกเตอร์ 1 เซนติเมตร 4. นำค่าขนาดของแรงที่อ่านได้จากเครื่องชั่งสปริงตัวที่หนึ่งและตัวที่สองมารวมกันโดยตรง จากนั้น บันทึกค่าที่ได้ 5. สร้างรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานซึ่งมีด้านประชิดกันสองด้านที่มาจากเวกเตอร์ของแรงจากเครื่องชั่งสปริง ตัวที่หนึ่งและตัวที่สอง 6. หาขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์จากรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน โดยลากเส้นทแยงมุมจากจุดปลายของ เวกเตอร์ทั้งสองไปยังมุมตรงข้าม ขนาดของแรงลัพธ์เป็นความยาวของเส้นทแยงมุม และทิศทางของแรงลัพธ์ เริ่มจากจุดปลายของเวกเตอร์ไปยังมุมด้านตรงข้าม 7. บันทึกค่าขนาดของแรงลัพธ์ที่วัดได้ 8. ทำซ้ำข้อ 2-7 โดยให้เครื่องชั่งสปริงทั้งสองอันทำมุม 0 องศา และ 90 องศาต่อกัน กิจกรรม 3.1 เฉลย
152 บันทึกผลการทดลอง (วาดรูปเวกเตอร์ที่ได้จากการทดลอง) ตัวอย่างการวางตัวของเครื่องชั่งสปริง และแรงลัพธ์จากรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน คำถามท้ายกิจกรรม 1. เวกเตอร์ของแรงลัพธ์มีทิศทางอย่างไร และมีทิศเดียวกันหรือตรงข้ามกันกับแรงจากเครื่องชั่งสปริงตัวที่สาม เวกเตอร์ของแรงลัพธ์มีทิศทางตามเส้นทแยงมุมของสี่เหลี่ยมด้านขนาน และตรงข้ามกับแรงจากเครื่องชั่งสปริง ตัวที่สาม 2. เวกเตอร์ของแรงลัพธ์มีขนาดเท่าใด และมีค่าเท่ากับค่าที่บันทึกได้จากข้อที่ 4 และ 7 หรือไม่อย่างไร ขนาดเวกเตอร์ของแรงลัพธ์ไม่จำเป็นต้องเท่ากับค่าที่วัดได้จากข้อ 4 แต่จะเท่ากับค่าที่วัดได้จากข้อ 7 และมีค่า เท่ากับค่าที่วัดได้จากเครื่องชั่งสปริงตัวที่สาม
153 แผนการจัดการเรียนรู้ที่3 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี รหัสวิชา ว31201 รายวิชาฟิสิกส์ หน่วยการเรียนรู้ที่3 แรงและกฎการเคลื่อนที่ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่4 เรื่อง การหาแรงลัพธ์(2) จำนวน 2 ชั่วโมง ภาคเรียนที่1 ปีการศึกษา 2566 สอนโดย นางสาวศศิธร สีมายา ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1. มาตรฐานการเรียนรู้ สาระฟิสิกส์ : 1. เข้าใจธรรมชาติทางฟิสิกส์ ปริมาณและกระบวนการวัด การเคลื่อนที่แนวตรง แรง และกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎความโน้มถ่วงสากล แรงเสียดทานสมดุลกลของวัตถุ งานและกฎการอนุรักษ์ พลังงานกล โมเมนตัมและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม การเคลื่อนที่แนวโค้ง รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ 2. ผลการเรียนรู้ อธิบายแรงและผลของแรงลัพธ์ที่มีต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ รวมทั้งทดลองหาแรงลัพธ์ของแรงสอง แรงที่ทำมุมต่อกัน 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ (K) - อธิบายความหมายของแรงลัพธ์และแสดงการหาแรงลัพธ์โดยใช้วิธีเขียนเวกเตอร์ของแรง แบบหางต่อหัว วิธีสร้างรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานของแรงและวิธีคำนวณ 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ (P) - หาแรงลัพธ์ของแรงย่อยหลายแรงในแนวเส้นตรงเดียวกัน ที่กระทำบนวัตถุโดยใช้ เครื่องหมาย บวก-ลบ แทนทิศทางของแรงที่อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกันได้ถูกต้อง 3.3 ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) - มีวินัย - ใฝ่เรียนรู้ - มุ่งมั่นในการทำงาน 4. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 4.1 ความสามารถในการสื่อสาร 4.2 ความสามารถในการคิด 5. การจัดกิจกรรมการเรียนรู้ แนวคิด/รูปแบบการสอน/วิธีการสอน/เทคนิค : สืบเสาะหาความรู้ 5Es (5Es Instructional Model)
154 6. สาระสำคัญ เมื่อวัตถุก้อนหนึ่งมีแรงกระทำสองแรง ผลที่เกิดกับวัตถุนั้นจะเป็นไปตามแรงรวมของแรงทั้งสองที่ได้ จากการรวมแบบเวกเตอร์เรียกว่า แรงลัพธ์ (resultant force) การหาแรงลัพธ์ด้วยวิธีเขียนเวกเตอร์แบบหาง ต่อหัว โดยเขียนลูกศรเวกเตอร์แทนแรงทั้งสองให้หางต่อหัว เวกเตอร์ลัพธ์ คือ ลูกศรจากหางเวกเตอร์แรกไปหัว เวกเตอร์สุดท้าย หรือวิธีการสร้างรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน โดยเขียนเวกเตอร์แทนแรงทั้งสองให้หางมาต่อกันแล้ว ประแนวจากหัวลูกศรเวกเตอร์ทั้งสองให้เป็นรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน เวกเตอร์ลัพธ์คือ ลูกศรจากมุมที่หางพบกัน ไปยังมุมตรงข้าม และการหาแรงลัพธ์ด้วยวิธีคำนวณ โดยคำนวณผลรวมแรงองค์ประกอบของแรงทั้งสองใน แนว x และ ในแนว y แล้วคำนวณแรงลัพธ์ของแรงรวมในแนว x กับแรงรวมในแนว y จากทฤษฎีพีทาโกรัส 7. ภาระงาน/ชิ้นงาน 7.1 แบบฝึกหัด 3.2 7.2 ใบงาน 3.2 เรื่อง การหาแรงลัพธ์ 8. กระบวนการจัดการเรียนรู้ ขั้นที่ 1 ขั้นสร้างความสนใจ 1. ครูทบทวนความรู้เกี่ยวกับการหาแรงลัพธ์โดยวิธีเขียนเวกเตอร์ของแรงแบบหางต่อหัวและวิธีการ สร้างรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน 2. ครูถามนักเรียนว่าการหาแรงลัพธ์ด้วยวิธีที่แตกต่างกันจะได้ผลลัพธ์ที่ไม่เหมือนกันหรือไม่ (แนวคำตอบ : การหาแรงลัพธ์ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด ๆ เมื่อทำตามขั้นตอนอย่างถูกต้อง จะได้ผลลัพธ์ที่ เหมือนกัน) ขั้นที่ 2 ขั้นสำรวจและค้นหา 1. นักเรียนศึกษาการหาแรงลัพธ์ โดยวิธีการเขียนเวกเตอร์ของแรงแบบหางต่อหัวและวิธีการสร้างรูป สี่เหลี่ยมด้านขนาน พร้อมอภิปรายและวิเคราะห์ความเหมือนกันและความแตกต่างกันของวิธีทั้งสอง ดัง ตัวอย่างในหนังสือเรียน หน้า137 2. ครูสุ่มนักเรียนออกมาอภิปรายการวิเคราะห์ความเหมือนกันปละความแตกต่างกันของทั้งสองวิธี (แนวคำตอบ : เหมือนกันที่เป็นการหาคำตอบโดยใช้เวกเตอร์ลัพธ์ ต่างกันที่ทราบมุมกับไม่ทราบมุม )
155 ขั้นที่ 3 ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 1. ครูให้ความรู้เกี่ยวกับการหาขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์โดยการคำนวณในกรณีแรงทั้งสองตั้งฉาก กัน ตามสมการ (3.1) และ (3.2) ในหนังสือเรียน และชี้ให้เห็นว่าแรงหนึ่งแรงสามารถแยกเป็นแรงสองแรงได้ ดังรูป 3.26 ก.- ง. ในหนังสือเรียน นำความเข้าใจนี้ไปพิจารณาตามรายละเอียดในหนังสือเรียน เพื่อสรุปเป็น หลักการหาแรงองค์ประกอบในแนว x และในแนว y ซึ่งเป็นพื้นฐานในการหาแรงลัพธ์ด้วยวิธีคำนวณ 2. ครูและนักเรียนร่วมกับอภิปรายการหาแรงลัพธ์ จนได้ข้อสรุปว่า สามารถหาแรงลัพธ์ได้จากการ เขียนรูปโดยใช้การต่อเวกเตอร์และได้จากการคำนวณโดยใช้สูตร ขั้นที่ 4 ขั้นขยายความรู้ 1. ครูถามนักเรียนว่า จากรูป 3.26 ก. ถึงรูป 3.26 ง. (ในหนังสือเรียน) ถ้า F มีค่าเท่ากันแล้ว Fa ⃑ +Fb ⃑ = Fc ⃑ +Fd ⃑ = Fe ⃑ +Ff ⃑ = Fx ⃑ +Fy ⃑ จะเป็นจริงหรือไม่ เพราะเหตุใด (แนวคำตอบ : สมการดังกล่าวเป็นจริง แรงทุกคู่เป็นแรงองค์ประกอบซึ่งมีผลบวกเท่ากับแรง ) 2. ครูให้ความรู้เกี่ยวกับการหาแรงองค์ประกอบตั้งฉากของแรงใด ๆ ต่อจากนั้นจึงให้ความรู้การหาแรง ลัพธ์จากแรงองค์ประกอบตั้งฉากโดยวิธีคำนวณด้วยตัวอย่าง 3.1 ของหนังสือเรียน หน้า 140 3. ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายเพื่อสรุปแนวคิดสำคัญเกี่ยวกับการหาแรงลัพธ์ จากนั้นครูให้ นักเรียน ทำแบบฝึกหัด 3.2 ในหนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์1 ชั้นม.4 สสวท. โดยเฉลยคำตอบและ อภิปรายคำตอบร่วมกัน 4. ครูมอบหมายให้นักเรียนทำใบงานที่ 3.2 เรื่อง การหาแรงลัพธ์ ส่งครูในชั่วโมงถัดไป ขั้นที่ 5 ขั้นประเมินผล 2. ครูตรวจสอบผลจากการทำทำแบบฝึกหัด 3.2 3. ครูตรวจสอบผลการทำใบงาน 3.2 4. ครูประเมินผล โดยการสังเกตพฤติกรรมการตอบคำถาม พฤติกรรมการทำงานของนักเรียน 9. สื่อการเรียนรู้ 9.1 สื่อการเรียนรู้ - หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ ม.4 เล่ม 1 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) - แบบฝึกหัดหน่วยการเรียนรู้ที่ 3 แรงและกฎการเคลื่อนที่ ในหนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ ม.4 เล่ม 1 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) - ใบงานที่ 3.1 เรื่อง การหาแรงลัพธ์ 9.2 แหล่งการเรียนรู้ - ห้องเรียน
156 - ห้องสมุด - แหล่งข้อมูลสารสนเทศ 10. การวัดผลประเมินผล รายการวัด วิธีวัด เครื่องมือ เกณฑ์การประเมิน ด้านความรู้ (K) - อธิบายความหมายของ แรงลัพธ์และแสดงการหา แรงลัพธ์โดยใช้วิธีเขียน เวกเตอร์ของแรงแบบหาง ต่อหัว วิธีสร้างรูปสี่เหลี่ยม ด้านขนานของแรงและวิธี คำนวณ - ตรวจแบบฝึกหัด 3.2 - แบบฝึกหัด 3.2 ร้อยละ 60 ผ่านเกณฑ์ ด้านกระบวนการ (P) - หาแรงลัพธ์ของแรงย่อย หลายแรงในแนวเส้นตรง เดียวกัน ที่กระทำบนวัตถุ โดยใช้เครื่องหมาย บวกลบ แทนทิศทางของแรงที่ อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน ได้ถูกต้อง - ตรวจใบงาน 3.2 - แบบประเมินทักษะ กระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ระดับคุณภาพ 2 ผ่านเกณฑ์ ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) - คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ - สังเกตความมีวินัย ใฝ่เรียนรู้ และมุ่งมั่น ในการทำงาน - แบบประเมิน คุณลักษณะ อันพึงประสงค์ ระดับคุณภาพ 2 ผ่านเกณฑ์ สมรรถนะที่สำคัญ - สมรรถนะที่สำคัญ - สังเกตความสามารถใน การสื่อสาร และ ความสามารถในการคิด - แบบประเมินสมรรถนะ ที่สำคัญ ระดับคุณภาพ 2 ผ่านเกณฑ์
157
158
159
160 เรื่อง การหาแรงลัพธ์ 1. จงหาแรงลัพธ์ของแรงที่กำหนดให้โดยการวาดรูป ใบงานที่ 3.2
161 2. จงหาแรงลัพธ์โดยการคำนวณ 2.1) แรง 10 นิวตัน และแรง 25 นิวตัน มีทิศทางทำมุม 30 และ 45 องศากับแกน +x ตามลำดับ จงหาขนาด ของแรงลัพธ์ของแรงทั้งสอง ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
162 2.2) แรง A B และ C มีขนาดและทิศทาง ดังภาพ จงหาแรงลัพธ์ของแรงทั้งสาม ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
163 2.3) วัตถุก้อนหนึ่งมีแรงมากระทำ 3 แรง ดดยแรงแรกมีขนาด 10 นิวตัน มีทิศทางในแนวแกน +x แรงทั้งสองมี ขนาด 20 นิวตัน มีทิศทางทำมุม 120 องศากับแกน +x และแรงที่สามมีขนาด 30 นิวตัน มีทิศทางทำมุม 240 องศากับแกน +x จงหาขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์บนวัตถุก้อนนี้ ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
164 เรื่อง การหาแรงลัพธ์ 1. จงหาแรงลัพธ์ของแรงที่กำหนดให้โดยการวาดรูป ใบงานที่ 3.2 เฉลย
165 2. จงหาแรงลัพธ์โดยการคำนวณ 2.1) แรง 10 นิวตัน และแรง 25 นิวตัน มีทิศทางทำมุม 30 และ 45 องศากับแกน +x ตามลำดับ จงหาขนาด ของแรงลัพธ์ของแรงทั้งสอง วิธีทำ แรงลัพธ์ คือ ∑ F = ∑ F 1 + ∑ F 2 ขนาดของแรงลัพธ์ตามแนวแกน x ∑ F x = F 1x + F 2x = 10 cos 30o + 25 cos 45o = 10(√ 3 2 ) + 25(√ 2 2 ) = 26.34 N ขนาดของแรงลัพธ์ตามแนวแกน y ∑ F y = F 1y + F 2y = 10 sin 30o + 25 sin 45o = 10( 1 2 ) + 25(√ 2 2 ) = 22.68 N คำนวณหาขนาดแรงลัพธ์ตามแนวแกนจาก ∑ F = √(Fx ) 2 + (Fy ) 2 ∑ F = √(26.34)2 + (22.68)2 ∑ F = 34.76 N ตอบ ขนาดของแรงลัพธ์ที่เกิดจากการรวมแรงทั้งสองเท่ากับ 34.76 นิวตัน
166 2.2) แรง A B และ C มีขนาดและทิศทาง ดังภาพ จงหาแรงลัพธ์ของแรงทั้งสาม วิธีทำ แรงลัพธ์ของแรงทั้งสาม คือ ∑ F = A + B + C ซึ่งเขียนภาพการรวมแรงลัพธ์ได้ ดังนี้ แยกองค์ประกอบของแรง B ให้เข้าสู่แกนพิกัดแก โดยกำหนดให้ทิศทางขวามีค่าเป็นบวก ส่วนทิศ ทางซ้ายมีค่าเป็นลบ และทิศขึ้นมีค่าเป็นบวก ส่วนทิศลงมีค่าเป็นลบ จะได้ว่า แรงลัพธ์ตามแนวแกน x ∑ F x = A + B cos 60o = 3 + 3( 1 2 ) = 4.5 N แรงลัพธ์ตามแนวแกน y ∑ F y = B sin 60o – C = 3(√ 3 2 ) – 2 = 0.6 N ขนาดของแรงลัพธ์ (∑ F ) ∑ F = √(Fx ) 2 + (Fy ) 2 = √(4.5)2 + (0.6)2 = 4.5 N มุมที่แรงลัพธ์กระทำกับแกน x α = tan-1 ( ∑ F y ∑ F x ) = tan-1 ( 0.6 4.5 ) = 7.6 องศา ตอบ แรงลัพธ์ของแรงทั้งสามมีขนาด 4.5 นิวตัน มีทิศทำมุม 7.6 องศากับแกน +x
167 2.3) วัตถุก้อนหนึ่งมีแรงมากระทำ 3 แรง ดดยแรงแรกมีขนาด 10 นิวตัน มีทิศทางในแนวแกน +x แรงทั้งสองมี ขนาด 20 นิวตัน มีทิศทางทำมุม 120 องศากับแกน +x และแรงที่สามมีขนาด 30 นิวตัน มีทิศทางทำมุม 240 องศากับแกน +x จงหาขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์บนวัตถุก้อนนี้ วิธีทำ แยกองค์ประกอบของแรงให้เข้าสู่แกนพิกัดฉาก โดยกำหนดให้ ทิศทางขวามีค่าเป็นบวก ส่วนทิศ ทางซ้ายมีค่าเป็นลบ และทิศขึ้นมีค่าเป็นบวก ส่วนทิศลงมีค่าเป็นลบ แรงลัพธ์ตามแนวแกน x ∑ F x = 10 - 20 cos 60o - 3020 cos 60o = 10 - 20( 1 2 ) – 30( 1 2 ) = -15 N แรงลัพธ์ตามแนวแกน y ∑ F y = 20 sin 60o – 30 sin 60o = 20(√ 3 2 ) - 30(√ 3 2 ) = -5(√3) N ขนาดของแรงลัพธ์ (∑ F ) ∑ F = √(Fx ) 2 + (Fy ) 2 = √(-15)2 + −5(√3) 2 = 17.32 N มุมที่แรงลัพธ์กระทำกับแกน x α = tan-1 ( ∑ F y ∑ F x ) = tan-1 ( -5(√3) -15 ) = 30 องศา ตอบ แรงลัพธ์ของแรงทั้งสามมีขนาด 17.32 นิวตัน มีทิศทำมุม 30 องศากับแกน -x
168
169
170 แผนการจัดการเรียนรู้ที่4 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี รหัสวิชา ว31201 รายวิชาฟิสิกส์ หน่วยการเรียนรู้ที่3 แรงและกฎการเคลื่อนที่ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่4 เรื่อง มวล และกฎการเคลื่อนที่ 1 จำนวน 3 ชั่วโมง ภาคเรียนที่1 ปีการศึกษา 2566 สอนโดย นางสาวศศิธร สีมายา ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1. มาตรฐานการเรียนรู้ สาระฟิสิกส์ : 1. เข้าใจธรรมชาติทางฟิสิกส์ ปริมาณและกระบวนการวัด การเคลื่อนที่แนวตรง แรง และกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎความโน้มถ่วงสากล แรงเสียดทานสมดุลกลของวัตถุ งานและกฎการอนุรักษ์ พลังงานกล โมเมนตัมและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม การเคลื่อนที่แนวโค้ง รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ 2. ผลการเรียนรู้ - เขียนแผนภาพของแรงที่กระทำต่อวัตถุอิสระ ทดลอง และอธิบายกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันและ การใช้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันกับสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ รวมทั้งคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง - อธิบายกฎความโน้มถ่วงสากลและผลของสนามโน้มถ่วงที่ทำให้วัตถุมีน้ำหนัก รวมทั้งคำนวณ ปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ (K) - อธิบายเกี่ยวกับความหมายและความสัมพันธ์ของมวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ได้ 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ (P) - ทดลองความสัมพันธ์ของมวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ได้ 3.3 ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) - มีวินัย - ใฝ่เรียนรู้ - มุ่งมั่นในการทำงาน 4. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 4.1 ความสามารถในการสื่อสาร 4.2 ความสามารถในการคิด 5. การจัดกิจกรรมการเรียนรู้ แนวคิด/รูปแบบการสอน/วิธีการสอน/เทคนิค : สืบเสาะหาความรู้ 5Es (5Es Instructional Model)
171 6. สาระสำคัญ มวล (mass) เป็นสมบัติประจำตัวของวัตถุอย่างหนึ่งโดยเป็นสมบัติทางความเฉื่อย (inertia) ตอการ เปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของวัตถุ โดยที่มวลเป็นปริมาณสเกลาร ในระบบเอสไอมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg) กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน หรือกฎแห่งความเฉื่อย กล่าวว่า "วัตถุทุกชนิดจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ นอกจากมีแรงมากระทำต่อวัตถุ" ∑F⃑ i = 0 n i=0 กฎข้อที่สองของนิวตัน กล่าวว่า "ความเร่งของของวัตถุจะแปลผันตรงกับแรงสุทธิที่กระทำต่อวัตถุ และแปรผกผันกับมวลของวัตถุ" ทิศของความเร่งจะมีทิศเดียวกับแรงสุทธิที่กระทำบนวัตถุ สามารถเขียน อยู่ในรูปของสมการทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้ ∑F⃑ i = ma⃑ n i=0 กฎข้อที่สามของนิวตัน - กฎของแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา กล่าวว่า "เมื่อวัตถุชิ้นหนึ่งออกแรง (แรง กิริยา , action) กระทำต่อวัตถุอีกชิ้นหนึ่ง วัตถุอันหลังจะออกแรงด้วยขนาดที่เท่ากันแต่ทิศตรงกันข้าม (แรง ปฏิกิริยา - reaction) กับแรงที่เกิดจากวัตถุอันแรก" 7. ภาระงาน/ชิ้นงาน 7.1 คำถามตรวจสอบความเข้าใจ 3.3 7.2 กิจกรรม 3.2 การทดลองเรื่องความสัมพันธ์ระหว่างมวล แรง และความเร่ง 8. กระบวนการจัดการเรียนรู้ ขั้นที่ 1 ขั้นสร้างความสนใจ 1. ครูให้นักเรียนสังเกตและเปรียบเทียบการออกแรงกระทำต่อวัตถุที่มีมวลมากและมวลน้อยให้ เคลื่อนที่โดยไม่มีแรงเสียดทาน เช่น ผลักขวดพลาสติก 2 ขวดที่แขวนอยู่ด้วยแรงที่เท่า ๆ กัน โดยขวดพลาสติก ทั้งสองมีมวลแตกต่างกันอย่างชัดเจน หรือผลักวัตถุ 2 ชิ้นที่มีมวลต่างกันบนถาดลดแรงเสียดทาน ให้นักเรียน ร่วมกันอภิปรายว่าอะไรที่ทำให้วัตถุทั้งสองเคลื่อนที่ (แนวคำตอบ: แรงเป็นสิ่งที่ทำให้วัตถุเปลี่ยนสภาพการ เคลื่อนที่ และมวลที่แตกต่างกันก็ส่งผลในการเคลื่อนที่ด้วย) 2. ครูถามนักเรียนว่าการปล่อยวัตถุให้ตกในแนวดิ่งจนกระทบพื้น มีปริมาณใดที่เกี่ยวข้องกับการ เคลื่อนที่ของวัตถุดังกล่าวบ้าง (แนวคำตอบ: วัตถุเปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่เมื่อมีความเร็วเปลี่ยนหรือมี ความเร่ง และมีแรงที่มากระทำต่อวัตถุจนทำให้วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ในกรณีนี้มีแรงโน้มถ่วงเข้ามา เกี่ยวข้องด้วย)
172 ขั้นที่ 2 ขั้นสำรวจและค้นหา 1. ครูให้นักเรียนทำกิจกรรม 3.2 การทดลองเรื่องความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวลและความเร่ง ใน หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์1 ชั้นม. 4 สสวท. บันทึกผลในตารางการทดลองและเขียนกราฟ พร้อมทั้ง อภิปรายร่วมกันตอบคำถามท้ายกิจกรรม 2. ครูแนะนำนักเรียนว่าควรบันทึกผลการทำกิจกรรมดังนี้ ตัวอย่างตารางบันทึกผลการทำกิจกรรม ตัวอย่างการลงข้อมูลในกราฟ จากกราฟความเร็วขณะหนึ่งกับเวลา หาความชันของกราฟแต่ละเส้น ซึ่งความชันของกราฟนี้คือ ความเร่ง(a)ของรถทดลอง แสดงตัวอย่างการหาความเร่งของกราฟ 5W จากความชันของกราฟความเร็วขณะ ใดขณะหนึ่งกับเวลาและในทำนองเดียวกันหาความเร่งของ 1W 2W 3W และ 4W นำความเร่งที่หาได้ไป บันทึกในตารางความเร่งกับแรงดังตัวอย่างนี้
173 และบันทึกกราฟระหว่างความเร่งกับแรง ดังตัวอย่างนี้ ขั้นที่ 3 ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 1. ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายคำถามท้ายกิจกรรม ดังนี้ - ก่อนหนุนปลายรางไม้ข้างหนึ่งให้สูงขึ้น เมื่อผลักรถทดลองเบา ๆ เหตุใดรถทดลองเคลื่อนที่ ไปแล้วหยุด (แนวคำตอบ : เนื่องจากมีแรงเสียดทานต้านรถทดลอง) - จะทราบได้อย่างไรว่า รถทดลองแล่นด้วยความเร็วคงตัว และขณะที่รถทดลองแล่นด้วย ความเร็วคงตัว แรงลัพธ์ที่กระทำต่อรถทดลองเป็นเท่าใด (แนวคำตอบ : ตรวจสอบจากระยะห่างระหว่างจุดบน แถบกระดาษว่ามีระยะห่างสม่ำเสมอ แรงลัพธ์ที่กระทำต่อรถทดลองเป็นศูนย์) - เมื่อใส่นอตลงในขอเกี่ยวโลหะ ขณะรถทดลองเคลื่อนที่มีแรงลัพธ์กระทำต่อรถทดลอง หรือไม่ (แนวคำตอบ : มี เพราะน้ำหนักนอตที่แขวนไว้กับขอเกี่ยว) - กราฟระหว ่างขนาดคว ามเร่ง a กับขนาดของแรง F มีลักษณะอย่างไ ร (แนวคำตอบ : เป็นกราฟเส้นตรง) - จากลักษณะของกราฟขนาดความเร่ง a กับขนาดของแรง F มีความสัมพันธ์กันอย่างไร (แนวคำตอบ : ขนาดความเร่ง a แปรผันตรงกับขนาดของแรง F) 2. จากผลการทำกิจกรรม ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายสรุปกิจกรรมได้ว่า 1. ขณะที่รถเคลื่อนที่ลงตามรางไม้ด้วยความเร็วคงตัว แรงลัพธ์ที่กระทำต่อรถมีค่าเป็นศูนย์ 2. เมื่อแขวนนอตกับขอเกี่ยวโลหะ ปรับรางไม้เช่นเดียวกับข้อ 1 รถจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง เพราะมีแรงลัพธ์กระทำต่อรถ 3. จากผลการทำกิจกรรม กราฟระหว่าง a กับ F เมื่อมวลคงตัว เส้นกราฟ ความเร่ง a กับ แรง F เป็นเส้นตรงและผ่านจุดกำเนิด แสดงว่า a แปรผันตรงกับ F
174 ขั้นที่ 4 ขั้นขยายความรู้ 1. ครูนำนักเรียนอภิปรายและสรุปเกี่ยวกับกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ดังนี้ กฎข้อที่หนึ่ง ∑F = 0 เป็นกฎของการเคลื่อนที่ของวัตถุ โดยที่เมื่อวัตถุมีการเคลื่อนที่ก็จะเกิด ความเร่ง แต่ถ้าวัตถุมีความเร็วคงที่ ก็จะทาให้ความเร่งเป็น 0 ถึงแม้ว่า วัตถุจะมีความเร็ว แต่ถ้าหากความเร่ง เป็น 0 ก็จะไม่มีการเพิ่มความเร็ว ทำให้วัตถุเหมือนอยู่ในสภาพหยุดนิ่ง กฎข้อที่สอง ∑F = ma ถ้าหากมีแรงมากระทำกับวัตถุ ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง โดย ความเร่งจะแปรผันกับแรงที่กระทำ กฎข้อที่สอง ∑F = -∑F แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ดังนั้น แรงจึงมีทิศทางที่แรงไปทุกทิศทาง จะมีแรงสวนทิศทางของแรงนั้นเสมอ 2. ครูให้นักเรียนตอบคำถามตรวจสอบความเข้าใจ 3.3 ในหนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมฟิสิกส์ 1 หน้า 151 โดยเฉลยคำตอบและอภิปรายคำตอบร่วมกัน ขั้นที่ 5 ขั้นประเมินผล 2. ครูตรวจสอบผลจากการทำทำแบบฝึกหัดตรวจสอบความเข้าใจ 3.3 3. ครูตรวจสอบผลการทำกิจกรรม 3.2 4. ครูประเมินผล โดยการสังเกตพฤติกรรมการตอบคำถาม พฤติกรรมการทำงานของนักเรียน 9. สื่อการเรียนรู้ 9.1 สื่อการเรียนรู้ - หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ ม.4 เล่ม 1 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) - แบบฝึกหัดหน่วยการเรียนรู้ที่ 3 แรงและกฎการเคลื่อนที่ ในหนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ ม.4 เล่ม 1 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) - กิจกรรม 3.2 การทดลองเรื่องความสัมพันธ์ระหว่างมวล แรง และความเร่ง 9.2 แหล่งการเรียนรู้ - ห้องเรียน - ห้องสมุด - แหล่งข้อมูลสารสนเทศ
175 10. การวัดผลประเมินผล รายการวัด วิธีวัด เครื่องมือ เกณฑ์การประเมิน ด้านความรู้ (K) - อธิบายเกี่ยวกับ ความหมายและ ความสัมพันธ์ของมวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ ได้ - ตรวจแบบฝึกหัด 3.3 - แบบฝึกหัด 3.3 ร้อยละ 60 ผ่านเกณฑ์ ด้านกระบวนการ (P) - ทดลองความสัมพันธ์ของ มวล แรงและกฎการ เคลื่อนที่ได้ - ตรวจกิจกรรม 3.2 - แบบประเมินทักษะ กระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ระดับคุณภาพ 2 ผ่านเกณฑ์ ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) - คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ - สังเกตความมีวินัย ใฝ่เรียนรู้ และมุ่งมั่น ในการทำงาน - แบบประเมิน คุณลักษณะ อันพึงประสงค์ ระดับคุณภาพ 2 ผ่านเกณฑ์ สมรรถนะที่สำคัญ - สมรรถนะที่สำคัญ - สังเกตความสามารถใน การสื่อสาร และ ความสามารถในการคิด - แบบประเมินสมรรถนะ ที่สำคัญ ระดับคุณภาพ 2 ผ่านเกณฑ์
176
177
178
179 22. การทดลองเรื่อง ความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวล และความเร่ง จุดประสงค์ ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างแรงที่กระทำต่อวัตถุ ความเร่งของวัตถุที่เกิดจากแรงนั้น และมวลของวัตถุ เวลาที่ใช้ 50 นาที วัสดุและอุปกรณ์ 1. เครื่องเคาะวสัญญาณเวลา 1 ชุด 2. หม้อแปลงโวลต์ต่ำ 1 เครื่อง 3. รางไม้พร้อมแขนรางไม้ 1 ชุด 4. รถทดลอง 1 คัน 5. นอต 5 ตัว 6. สายไนลอนพร้อมขอเกี่ยวโลหะ 1 ชุด 7. สายไฟ 1 ชุด 8. แถบกระดาษ 10 เเถบ การเตรียมก่อนทำกิจกรรม (การชดเชยแรงเสียดทาน) 1. การติดตั้งอุปกรณ์ วางรางไม้บนโต๊ะ นำแนนรางไม้ที่มีรอกติดอยู่มาประกอบกับรางไม้ จัดปลายราง ไม้ด้านที่มีรอกให้ยื่นพ้นขอบโต๊ะเล็กน้อย 2. นำรถทดลองวางบนรางไม้ ติดปลายข้างหนึ่งของแถบกระดาษกับรถทดลอง นำปลายอีกข้างหนึ่งของ แถบกระดาษสอดผ่านเครื่องเคาะสัญญาณเวลา ซึ่งต่ออยู่กับหม้อแปลงโวลต์ต่ำ (ใช้ความต่างศักย์ 4-6 โวลต์ หรือตามข้อแนะนำของเครื่องเคาะสัญญาณเวลา) 3. ผูกสายไนลอนกับแกนเหล็กที่อยู่ด้านหน้ารถทดลอง แล้วคล้องสายไนลอนผ่านรอกให้ห้อยลงใน แนวดิ่ง ผูกขอเกี่ยวโลหะที่ปลายสายไนลอน 4. จัดให้ปนวแถบกระดาษ ตัวรถ และสายไนลอนให้อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน 5. ลองผลักรถทดลองเบาๆ ในทิศทางเข้าหารอก ถ้ารถเคลื่อนที่ได้ระยะใกล้ๆ แล้วหยุดเคลื่อนที่ ให้ หนุนปลายรางด้านที่อยู่ตรงข้ามกับที่ติดรอกให้สูงขึ้นเล็กน้อย แล้วลองผลักรถทดลองใหม่ ทำซ้ำจนกว่ารถ ทดลองแล่นตามรางด้วยความเร็วคงตัว ซึ่งสามารถตรวจสอบได้จากระยะห่างที่เท่ากันของแต่ละช่วงจุดบแถบ กระดาษที่สอดผ่านเครื่องเคาะสัญญาณเวลา กิจกรรม 3.2
180 วิธีการทำกิจกรรม 1. ใช้ชุดการทดลองที่เตรียมไว้ นำนอต 1 ตัว คล้องกับขอเกี่ยวโลหะ จับรถทดลองไว้ จัดแถบกระดาษ ให้เรียบร้อย 2. เปิดเครื่องเคาะสัญญาณเวลาพร้อมกับปล่อยรถทดลองให้เคลื่อนที่ นำแถบกระดาษที่ได้เขียน ข้อความไว้ที่ด้านหลังว่า นอต 1 ตัว 3. ทำซ้ำ ข้อ 1-2 แต่เพิ่มจำนวนนอตเป็น 2, 3, 4 และ 5 ตัวตามลำดับ เขียนข้อความไว้ด้านหลังแถบ กระดาษทุกครั้งว่า นอต 2 ตัว นอต 3 ตัว นอต 4 ตัว และนอต 5 ตัว ตามลำดับ โดยให้ขนาดของน้ำหนักนอต 1 ตัวมีค่าเท่ากับ 1 W ดังนั้นเมื่อใช้นอต 2, 3, 4, และ 5 ตัว จะมีแรงดึงรถทดลองด้วยขาด 2W, 3W,4W และ 5W ตามลำดับ 4. วิเคราะห์หาความเร่งของรถจากจุดบนแถบกระดาษแต่ละแถบ 5. บันทึกขนาดความเร่งของรถทดลอง เมื่อใช้แรงขนาดต่างๆ ดึงรถทดลอง 6. เขียนกราฟระหว่างความเร่ง a ของรถทดลองกับขนาดแรงที่ดึง F คำถามก่อนทำกิจกรรม 1. ก่อนหนุนปลายรางไม้ข้างหนึ่งให้สูงขึ้น เมื่อผลักรถทดลองเบา ๆ เหตุใดรถทดลองเคลื่อนที่ไปแล้วหยุด ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. จะทราบได้อย่างไรว่า รถทดลองแล่นด้วยความเร็วคงตัว และขณะที่รถทดลองแล่นด้วยความเร็วคงตัว แรง ลัพธ์ที่กระทำต่อรถทดลองเป็นเท่าใด ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
181 ตารางบันทึกผลความเร็วกับเวลา เวลา (x1/50 s) ความเร็วขณะหนึ่ง (x10-2 m/s) แรง 1W แรง 2W แรง 3W แรง 4W แรง 5W ตารางบันทึกผลความเร่งกับเวลา F แรง 1W แรง 2W แรง 3W แรง 4W แรง 5W a(x10-2 m/s) กราฟระหว่างความเร่งกับเเรง
182 คำถามท้ายกิจกรรม 1. เมื่อใส่นอตลงในขอเกี่ยวโลหะ ขณะรถทดลองเคลื่อนที่ มีแรงลัพธ์กระทำต่อรถทดลองหรือไม่ ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. กราฟระหว่างขนาดความเร่ง a กับขนาดของแรง F มีลักษณะอย่างไร ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. จากลักษณะของกราฟขนาดความเร่ง a กับขนาดของแรง F มีความสัมพันธ์กันอย่างไร ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… *****************************
183 22. การทดลองเรื่อง ความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวล และความเร่ง จุดประสงค์ ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างแรงที่กระทำต่อวัตถุ ความเร่งของวัตถุที่เกิดจากแรงนั้น และมวลของวัตถุ เวลาที่ใช้ 50 นาที วัสดุและอุปกรณ์ 1. เครื่องเคาะวสัญญาณเวลา 1 ชุด 2. หม้อแปลงโวลต์ต่ำ 1 เครื่อง 3. รางไม้พร้อมแขนรางไม้ 1 ชุด 4. รถทดลอง 1 คัน 5. นอต 5 ตัว 6. สายไนลอนพร้อมขอเกี่ยวโลหะ 1 ชุด 7. สายไฟ 1 ชุด 8. แถบกระดาษ 10 เเถบ การเตรียมก่อนทำกิจกรรม (การชดเชยแรงเสียดทาน) 1. การติดตั้งอุปกรณ์ วางรางไม้บนโต๊ะ นำแนนรางไม้ที่มีรอกติดอยู่มาประกอบกับรางไม้ จัดปลายราง ไม้ด้านที่มีรอกให้ยื่นพ้นขอบโต๊ะเล็กน้อย 2. นำรถทดลองวางบนรางไม้ ติดปลายข้างหนึ่งของแถบกระดาษกับรถทดลอง นำปลายอีกข้างหนึ่งของ แถบกระดาษสอดผ่านเครื่องเคาะสัญญาณเวลา ซึ่งต่ออยู่กับหม้อแปลงโวลต์ต่ำ (ใช้ความต่างศักย์ 4-6 โวลต์ หรือตามข้อแนะนำของเครื่องเคาะสัญญาณเวลา) 3. ผูกสายไนลอนกับแกนเหล็กที่อยู่ด้านหน้ารถทดลอง แล้วคล้องสายไนลอนผ่านรอกให้ห้อยลงใน แนวดิ่ง ผูกขอเกี่ยวโลหะที่ปลายสายไนลอน 4. จัดให้ปนวแถบกระดาษ ตัวรถ และสายไนลอนให้อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน 5. ลองผลักรถทดลองเบาๆ ในทิศทางเข้าหารอก ถ้ารถเคลื่อนที่ได้ระยะใกล้ๆ แล้วหยุดเคลื่อนที่ ให้ หนุนปลายรางด้านที่อยู่ตรงข้ามกับที่ติดรอกให้สูงขึ้นเล็กน้อย แล้วลองผลักรถทดลองใหม่ ทำซ้ำจนกว่ารถ ทดลองแล่นตามรางด้วยความเร็วคงตัว ซึ่งสามารถตรวจสอบได้จากระยะห่างที่เท่ากันของแต่ละช่วงจุดบแถบ กระดาษที่สอดผ่านเครื่องเคาะสัญญาณเวลา กิจกรรม 3.2 เฉลย
184 วิธีการทำกิจกรรม 1. ใช้ชุดการทดลองที่เตรียมไว้ นำนอต 1 ตัว คล้องกับขอเกี่ยวโลหะ จับรถทดลองไว้ จัดแถบกระดาษ ให้เรียบร้อย 2. เปิดเครื่องเคาะสัญญาณเวลาพร้อมกับปล่อยรถทดลองให้เคลื่อนที่ นำแถบกระดาษที่ได้เขียน ข้อความไว้ที่ด้านหลังว่า นอต 1 ตัว 3. ทำซ้ำ ข้อ 1-2 แต่เพิ่มจำนวนนอตเป็น 2, 3, 4 และ 5 ตัวตามลำดับ เขียนข้อความไว้ด้านหลังแถบ กระดาษทุกครั้งว่า นอต 2 ตัว นอต 3 ตัว นอต 4 ตัว และนอต 5 ตัว ตามลำดับ โดยให้ขนาดของน้ำหนักนอต 1 ตัวมีค่าเท่ากับ 1 W ดังนั้นเมื่อใช้นอต 2, 3, 4, และ 5 ตัว จะมีแรงดึงรถทดลองด้วยขาด 2W, 3W,4W และ 5W ตามลำดับ 4. วิเคราะห์หาความเร่งของรถจากจุดบนแถบกระดาษแต่ละแถบ 5. บันทึกขนาดความเร่งของรถทดลอง เมื่อใช้แรงขนาดต่างๆ ดึงรถทดลอง 6. เขียนกราฟระหว่างความเร่ง a ของรถทดลองกับขนาดแรงที่ดึง F คำถามก่อนทำกิจกรรม 1. ก่อนหนุนปลายรางไม้ข้างหนึ่งให้สูงขึ้น เมื่อผลักรถทดลองเบา ๆ เหตุใดรถทดลองเคลื่อนที่ไปแล้วหยุด เนื่องจากมีแรงเสียดทานต้านรถทดลอง 2. จะทราบได้อย่างไรว่า รถทดลองแล่นด้วยความเร็วคงตัว และขณะที่รถทดลองแล่นด้วยความเร็วคงตัว แรง ลัพธ์ที่กระทำต่อรถทดลองเป็นเท่าใด ตรวจสอบจากระยะห่างระหว่างจุดบนแถบกระดาษว่ามีระยะห่างสม่ำเสมอ แรงลัพธ์ที่กระทำต่อรถทดลองเป็น ศูนย์
185 ตารางบันทึกผลความเร็วกับเวลา เวลา (x1/50 s) ความเร็วขณะหนึ่ง (x10-2 m/s) แรง 1W แรง 2W แรง 3W แรง 4W แรง 5W 2 10 11 11 12 13 6 12 14 16 19 22 10 13 17 21 27 32 15 14 20 25 32 39 18 16 23 30 39 47 22 17 27 34 44 54 26 18 28 39 52 63 ตารางบันทึกผลความเร่งกับเวลา F แรง 1W แรง 2W แรง 3W แรง 4W แรง 5W a(x10-2 m/s) 16.7 41.7 50 79.2 106 กราฟระหว่างความเร่งกับเเรง
186 คำถามท้ายกิจกรรม 1. เมื่อใส่นอตลงในขอเกี่ยวโลหะ ขณะรถทดลองเคลื่อนที่ มีแรงลัพธ์กระทำต่อรถทดลองหรือไม่ มี (เพราะน้ำหนักนอตที่แขวนไว้กับขอเกี่ยว) 2. กราฟระหว่างขนาดความเร่ง a กับขนาดของแรง F มีลักษณะอย่างไร เป็นกราฟเส้นตรง 3. จากลักษณะของกราฟขนาดความเร่ง a กับขนาดของแรง F มีความสัมพันธ์กันอย่างไร ขนาดความเร่ง a แปรผันตรงกับขนาดของแรง F *****************************
187 แผนการจัดการเรียนรู้ที่5 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี รหัสวิชา ว31201 รายวิชาฟิสิกส์ หน่วยการเรียนรู้ที่3 แรงและกฎการเคลื่อนที่ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่4 เรื่อง มวล แรง และกฎการเคลื่อนที่ (2) จำนวน 3 ชั่วโมง ภาคเรียนที่1 ปีการศึกษา 2566 สอนโดย นางสาวศศิธร สีมายา ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1. มาตรฐานการเรียนรู้ สาระฟิสิกส์ : 1. เข้าใจธรรมชาติทางฟิสิกส์ ปริมาณและกระบวนการวัด การเคลื่อนที่แนวตรง แรง และกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎความโน้มถ่วงสากล แรงเสียดทานสมดุลกลของวัตถุ งานและกฎการอนุรักษ์ พลังงานกล โมเมนตัมและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม การเคลื่อนที่แนวโค้ง รวมทั้งนำความรู้ไปใช้ประโยชน์ 2. ผลการเรียนรู้ - เขียนแผนภาพของแรงที่กระทำต่อวัตถุอิสระ ทดลอง และอธิบายกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันและ การใช้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันกับสภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุ รวมทั้งคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง - อธิบายกฎความโน้มถ่วงสากลและผลของสนามโน้มถ่วงที่ทำให้วัตถุมีน้ำหนัก รวมทั้งคำนวณ ปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้ (K) - อธิบายเกี่ยวกับความหมายและความสัมพันธ์ของมวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ได้ 3.2 ด้านทักษะ/กระบวนการ (P) - คำนวณสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันได้ถูกต้อง 3.3 ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) - มีวินัย - ใฝ่เรียนรู้ - มุ่งมั่นในการทำงาน 4. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 4.1 ความสามารถในการสื่อสาร 4.2 ความสามารถในการคิด 5. การจัดกิจกรรมการเรียนรู้ แนวคิด/รูปแบบการสอน/วิธีการสอน/เทคนิค : สืบเสาะหาความรู้ 5Es (5Es Instructional Model)
188 6. สาระสำคัญ มวล (mass) เป็นสมบัติประจำตัวของวัตถุอย่างหนึ่งโดยเป็นสมบัติทางความเฉื่อย (inertia) ตอการ เปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของวัตถุ โดยที่มวลเป็นปริมาณสเกลาร ในระบบเอสไอมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg) กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน หรือกฎแห่งความเฉื่อย กล่าวว่า "วัตถุทุกชนิดจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ นอกจากมีแรงมากระทำต่อวัตถุ" ∑F⃑ i = 0 n i=0 กฎข้อที่สองของนิวตัน กล่าวว่า "ความเร่งของของวัตถุจะแปลผันตรงกับแรงสุทธิที่กระทำต่อวัตถุ และแปรผกผันกับมวลของวัตถุ" ทิศของความเร่งจะมีทิศเดียวกับแรงสุทธิที่กระทำบนวัตถุ สามารถเขียน อยู่ในรูปของสมการทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้ ∑F⃑ i = ma⃑ n i=0 กฎข้อที่สามของนิวตัน - กฎของแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา กล่าวว่า "เมื่อวัตถุชิ้นหนึ่งออกแรง (แรง กิริยา , action) กระทำต่อวัตถุอีกชิ้นหนึ่ง วัตถุอันหลังจะออกแรงด้วยขนาดที่เท่ากันแต่ทิศตรงกันข้าม (แรง ปฏิกิริยา - reaction) กับแรงที่เกิดจากวัตถุอันแรก" 7. ภาระงาน/ชิ้นงาน 7.1 แบบฝึกหัด 3.3 7.2 กิจกรรม 3.2 เรื่อง การทดลองเรื่องความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวลและความเร่ง (เพิ่มเติม) 8. กระบวนการจัดการเรียนรู้ ขั้นที่ 1 ขั้นสร้างความสนใจ 1. ครูทบทวนผลการทดลองกิจกรรม 3.2 การทดลองเรื่องความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวลและความเร่ง จากคาบที่แล้ว ดังนี้ 1. ขณะที่รถเคลื่อนที่ลงตามรางไม้ด้วยความเร็วคงตัว แรงลัพธ์ที่กระทำต่อรถมีค่าเป็นศูนย์ 2. เมื่อแขวนนอตกับขอเกี่ยวโลหะ ปรับรางไม้เช่นเดียวกับข้อ 1 รถจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง เพราะมีแรงลัพธ์กระทำต่อรถ 3. จากผลการทำกิจกรรม กราฟระหว่าง a กับ F เมื่อมวลคงตัว - ถ้าเส้นกราฟ ความเร่ง a กับ แรง F เป็นเส้นตรงและผ่านจุดกำเนิด แสดงว่า a แปรผันตรงกับ F 2. ครูถามนักเรียนว่า แล้วถ้าการทดลองได้เส้นกราฟเป็นเส้นตรงที่ไม่ผ่านจุดกำเนิด เกิดขึ้น เพราะอะไร (คำตอบเป็นแบบปลายเปิด) ครูแจ้งนักเรียนให้หาคำตอบจากการทำกิจกรรม 3.2 โดยการสร้าง สถานการณ์เพิ่ม
189 ขั้นที่ 2 ขั้นสำรวจและค้นหา 1. ครูให้นักเรียนทำกิจกรรม 3.2 สร้างสถานการณ์ เพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างมวล และความเร่ง ของการเคลื่อนที่ เมื่อกำหนดให้แรงคงตัว แต่มวลของรถทดลองเปลี่ยน โดยมีวิธีการทำการทดลองในหนังสือ เรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์1 ชั้นม. 4 สสวท. บันทึกผลในตารางการทดลองและเขียนกราฟ พร้อมทั้ง อภิปรายร่วมกันตอบคำถามท้ายกิจกรรม 2. ครูแนะนำนักเรียนว่าจัดตั้งอุปกรณ์ โดยให้รถทดลองเคลื่อนที่บนรางไม้ด้วยความเร็วคงตัว แล้วให้ ใช้นอต 4 ตัวแขวนกับขอเกี่ยวโลหะเพื่อทำหน้าที่เป็นแรงดึงคงตัว ทำกิจกรรมเหมือนเดิมเพียงแต่เพิ่มมวลของ รถโดยเพิ่มแท่งเหล็กมวล 500 กรัม ครั้งละ 1 แท่ง 3 ครั้ง ทุกครั้งที่เปลี่ยนมวลจะต้องจัดรางไม้เพื่อทำให้รถ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวก่อนตามกิจกรรมตอนที่ 1 นำแถบกระดาษทั้ง 4 ที่บันทึกการเคลื่อนที่ของมวลที่ เปลี่ยน เมื่อใช้แรงดึงคงตัว ไปหาความเร็วที่เวลาต่าง ๆ บันทึกผลลงในตาราง 3.3 ตัวอย่างตารางบันทึกผลการ ทำกิจกรรม กราฟระหว่างความเร็วกับเวลาจากตาราง 3.3 แสดงได้ดังรูป
190 จากกราฟหาความชันของกราฟแต่ละเส้น ค่าความชันที่ได้คือขนาดของความเร่ง (a) ของรถทดลอง และมวลรถโดยให้ m=1 2m=2 3m=3 และ 4m=4 ตามลำดับแล้วบันทึกผลลงในตาราง 3.4 ตาราง 3.4 ตารางบันทึกความเร่งกับส่วนกลับของมวล กราฟระหว่างความเร่งกับส่วนกลับของมวลจากตาราง 3.4 แสดงได้ดังรูป ขั้นที่ 3 ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป 1. ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายหลังทำกิจกรรม ดังนี้ เมื่อมวล m คงตัว ขนาดของความเร่ง a ของรถทดลองจะแปรผันตรงกับขนาดของแรงลัพธ์ F และเมื่อทำการทดลองต่อโดยเปลี่ยนมวล m ของรถทดลองและให้แรงลัพธ์ F มีขนาดคงตัว ขนาดของ ความเร่ง a ของรถจะแปรผันตรงกับส่วนกลับของมวล 1/m หรือกล่าวได้ว่า ขนาดของความเร่งแปรผกผันกับ มวล m นั่นเอง a ∝ 1 m จากการแปรผันตามข้างต้น จะสรุปได้ว่า F ∝ ma 2. จากผลการทำกิจกรรม ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายสรุปกิจกรรมได้ว่า 1. จากผลการทำกิจกรรมกับสถานการณ์ที่สร้างขึ้น เมื่อใช้ชุดการทำกิจกรรม 3.2 จะสรุปได้ ว่า F =ma คือกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน
191 2. ความเร่ง a มีทิศเดียวกับแรงลัพธ์F เสมอ 3. ในการนำสมการ F =ma ไปใช้นั้นจะต้องคำนึงถึงทิศของ F และ a 4. สำหรับสมการ F =ma เพื่อใช้หาขนาดของแรงและความเร่งเท่านั้น 5. เมื่อมีแรงลัพธ์มากระทำและขนาดของความเร่งจะแปรผันตรงกับขนาดของแรงและ แปรผกผันกับมวลของวัตถุ (ซึ่งเป็นไปตามกฎข้อที่ 2 ของนิวตัน) 6. ปกติกราฟที่ได้จะต้องผ่านจุดกำเนิด สำหรับการทำกิจกรรมของนักเรียนบางกลุ่มมักจะได้ กราฟเส้นตรงที่ไม่ผ่านจุดกำเนิด ที่เป็นเช่นนี้เพราะการชดเชยแรงเสียดทานไม่ถูกต้อง 3. ครูมอบหมายให้นักเรียนทำใบงาน 3.2 เรื่อง มวล แรง และกฎการเคลื่อนที่ ส่งครูในชั่วโมงถัดไป ขั้นที่ 4 ขั้นขยายความรู้ 1. ครูนำนักเรียนอภิปรายและสรุปเกี่ยวกับกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ดังนี้ มวล (mass) เป็นสมบัติประจำตัวของวัตถุอย่างหนึ่งโดยเป็นสมบัติทางความเฉื่อย (inertia) ตอการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของวัตถุ โดยที่มวลเป็นปริมาณสเกลาร ในระบบเอสไอมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg) กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน หรือกฎแห่งความเฉื่อย กล่าวว่า "วัตถุทุกชนิดจะเคลื่อนที่ด้วย ความเร็วคงที่ นอกจากมีแรงมากระทำต่อวัตถุ" ∑F⃑ i = 0 n i=0 กฎข้อที่สองของนิวตัน กล่าวว่า "ความเร่งของของวัตถุจะแปลผันตรงกับแรงสุทธิที่กระทำต่อ วัตถุ และแปรผกผันกับมวลของวัตถุ" ทิศของความเร่งจะมีทิศเดียวกับแรงสุทธิที่กระทำบนวัตถุ สามารถ เขียนอยู่ในรูปของสมการทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้ ∑F⃑ i = ma⃑ n i=0 กฎข้อที่สามของนิวตัน - กฎของแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา กล่าวว่า "เมื่อวัตถุชิ้นหนึ่งออก แรง (แรงกิริยา , action) กระทำต่อวัตถุอีกชิ้นหนึ่ง วัตถุอันหลังจะออกแรงด้วยขนาดที่เท่ากันแต่ทิศตรงกัน ข้าม (แรงปฏิกิริยา - reaction) กับแรงที่เกิดจากวัตถุอันแรก" 2. ครูอธิบายการคำนวณสำหรับกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตันตามตัวอย่าง 3.2 ในหนังสือเรียน จากนั้นครูให้ความรู้เกี่ยวกับกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา ตามรายละเอียดใน หนังสือเรียน 3. ครูให้นักเรียนทำแบบฝึกหัด 3.3 ในหนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมฟิสิกส์1 หน้า 152 โดยเฉลย คำตอบและอภิปรายคำตอบร่วมกัน
192 ขั้นที่5 ขั้นประเมินผล 2. ครูตรวจสอบผลจากการทำทำแบบฝึกหัด 3.3 3. ครูตรวจสอบผลการทำกิจกรรม 3.2 4. ครูประเมินผล โดยการสังเกตพฤติกรรมการตอบคำถาม พฤติกรรมการทำงานของนักเรียน 9. สื่อการเรียนรู้ 9.1 สื่อการเรียนรู้ - หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ ม.4 เล่ม 1 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) - แบบฝึกหัดหน่วยการเรียนรู้ที่ 3 แรงและกฎการเคลื่อนที่ ในหนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ฟิสิกส์ ม.4 เล่ม 1 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560) - กิจกรรม 3.2 การทดลองเรื่องความสัมพันธ์ระหว่างแรง มวล และความเร่ง 9.2 แหล่งการเรียนรู้ - ห้องเรียน - ห้องสมุด - แหล่งข้อมูลสารสนเทศ 10. การวัดผลประเมินผล รายการวัด วิธีวัด เครื่องมือ เกณฑ์การประเมิน ด้านความรู้ (K) - อธิบายเกี่ยวกับและ ความสัมพันธ์ของมวล แรงและกฎการเคลื่อนที่ ได้ - ตรวจแบบฝึกหัด 3.3 - แบบฝึกหัด 3.3 ร้อยละ 60 ผ่านเกณฑ์ ด้านกระบวนการ (P) - คำนวณสถานการณ์ที่ เกี่ยวข้องกับกฎการ เคลื่อนที่ของนิวตันได้ ถูกต้อง - ตรวจกิจกรรม 3.2 - แบบประเมินทักษะ กระบวนการทาง วิทยาศาสตร์ ระดับคุณภาพ 2 ผ่านเกณฑ์ ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) - คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ - สังเกตความมีวินัย ใฝ่เรียนรู้ และมุ่งมั่น ในการทำงาน - แบบประเมิน คุณลักษณะ อันพึงประสงค์ ระดับคุณภาพ 2 ผ่านเกณฑ์ สมรรถนะที่สำคัญ
193 รายการวัด วิธีวัด เครื่องมือ เกณฑ์การประเมิน - สมรรถนะที่สำคัญ - สังเกตความสามารถใน การสื่อสาร และ ความสามารถในการคิด - แบบประเมินสมรรถนะ ที่สำคัญ ระดับคุณภาพ 2 ผ่านเกณฑ์
194
195
196