(คู่มือ) หนังสือเรียนสสวท พื้นฐานวิทยาศาสตร์ ม.2 ล.2

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน 56 คมู่ ือครูรายวิชาพนื้ ฐานวิทยาศาสตร์ 5. อปุ กรณใ์ นภาพใช้หลักการเครือ่ งกลอยา่ งงา่ ยชนิดใดบา้ ง ** แนวคำตอบ อุปกรณใ์ นภาพใชห้ ลกั การของคาน แนวคิด เพราะออกแรงที่ปลายด้ามจับเพื่อให้สามารถ หมุนนอต ทำให้เกลียวหมุนเล่ือนขน้ึ และลง แนวคำตอบ อปุ กรณใ์ นภาพใชห้ ลกั การของคาน แนวคดิ เพราะออกแรงที่ปลายด้ามจับเพื่อให้ปาก กรรไกรเคลอื่ นทแ่ี ล้วสามารถตดั กระดาษได้ แนวคำตอบ อปุ กรณใ์ นภาพใชห้ ลักการของล่มิ แนวคดิ เพราะออกแรงที่หัวตะปูเพื่อให้ปลายตะปูเจาะ วัตถุ เช่น ไม้ ให้แยกออกจากกัน และตะปู เคล่ือนทีเ่ ขา้ ไปในเน้ือวัตถุ แนวคำตอบ อปุ กรณ์ในภาพใชห้ ลกั การของรอกเด่ยี วเคลื่อนท่ี แนวคิด เพราะออกแรงเพื่อดึงวัตถุที่ผูกติดกับรอกโดยมี โซ่คลอ้ งผ่านรอกให้ปลายโซ่ด้านหนึ่งยึดกับหลัก และออกแรงดึงที่ปลายโซ่อีกด้านหนึ่งเพื่อให้ รอกเคลื่อนที่ขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนที่วัตถุใน แนวด่งิ สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

57 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน คูม่ ือครรู ายวิชาพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ แนวคำตอบ อปุ กรณ์ในภาพใชห้ ลักการของลอ้ และเพลา แนวคดิ เพราะออกแรงหมุนที่มือจับของอุปกรณ์ จะทำ ให้ล้อและสกรูที่เชื่อมกันด้วยแกนเพลาหมุนไป พร้อมกัน เพื่อทำให้สกรูออกแรงกดเมล็ดกาแฟ ให้ละเอยี ด 6. จากภาพ ถา้ นกั เรยี นตอ้ งการใหเ้ ครื่องกลน้ีผ่อนแรงไดม้ ากขน้ึ จะทำอย่างไรไดบ้ ้าง * แนวคำตอบ หากต้องการให้คานงัดผ่อนแรงได้มากขึ้น ทำได้โดยเพิ่มระยะที่ออกแรงให้มากกว่าระยะที่วัตถุเคล่ือนที่ โดยเพ่มิ ความยาวของคาน หรืออาจเปลย่ี นจุดหมนุ โดยขยับจุดหมนุ เขา้ ใกลว้ ัตถุมากข้ึน 7. ถา้ ตอ้ งการใหล้ ่ิมผ่อนแรงได้มากขนึ้ เพอ่ื ตดั หรอื แยกวตั ถุ จะทำได้อย่างไร * แนวคำตอบ การใหล้ ิม่ ผ่อนแรงได้มากขึน้ ทำไดโ้ ดยเพิ่มความสูงของสามเหลย่ี มให้มากข้ึน 8. ถ้าต้องการให้รอกเด่ยี วตายตัวผ่อนแรงมากข้ึน จะต้องทำอย่างไร * แนวคำตอบ รอกเดยี่ วตายตวั เป็นเคร่ืองกลอย่างง่ายที่ไมผ่ ่อนแรง แต่สามารถทำงานไดส้ ะดวกขน้ึ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน 58 คู่มือครูรายวชิ าพ้ืนฐานวทิ ยาศาสตร์ บทที่ 2 พลงั งานกลและกฎการอนุรักษ์พลงั งาน สาระสำคัญ พลังงานเป็นปริมาณที่แสดงถึงความสามารถในการทำงาน โดยพลังงานมีหลายแบบตามลักษณะที่ปรากฏหรือ การนำไปใชง้ าน เชน่ พลงั งานไฟฟา้ พลงั งานความรอ้ น พลังงานเสียง พลงั งานแสง พลังงานเคมี พลงั งานกล พลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ พลังงานศักย์โน้มถ่วงเปน็ พลังงานของวัตถุท่ี อยู่ภายใต้สนามโน้มถ่วงซึ่งจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวลและความสูงของวัตถุจากระดับอ้างอิง ถ้าวัตถุที่มีมวล แตกตา่ งกนั แต่อยู่สงู จากระดับอา้ งอิงเท่ากนั วัตถุทีม่ มี วลมากกว่าจะมีพลงั งานศักย์โนม้ ถว่ งมากกวา่ วัตถุที่มีมวลน้อย และ ถ้าวัตถุที่มีมวลเท่ากันแต่อยู่สูงจากระดับอ้างอิงแตกต่างกัน วัตถุที่อยู่สูงจากระดับอ้างอิงมากกว่าจะมีพลังงานศักย์ โนม้ ถว่ งมากกว่าวตั ถุท่ีอยู่สงู จากระดบั อา้ งองิ น้อย สว่ นพลังงานจลนเ์ ป็นพลังงานที่มีอยู่ในวัตถทุ ่ีกำลังเคล่ือนที่ ซึ่งจะมีค่า มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวล และอัตราเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุ ถ้าวัตถุที่มีมวลแตกต่างกันแต่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว เท่ากัน วัตถุท่มี มี วลมากกวา่ จะมีพลังงานจลนม์ ากกว่าวัตถุที่มีมวลนอ้ ย และถ้าวตั ถุทีม่ มี วลเทา่ กันแตม่ ีอัตราเร็วไม่เท่ากัน วตั ถุทมี่ อี ัตราเร็วมากจะมีพลังงานจลน์มากกวา่ วตั ถทุ ่ีมอี ัตราเรว็ น้อย พลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์มีความสัมพันธ์กัน กล่าวคือ เมื่อปล่อยวัตถุให้ตกอิสระโดยไม่คิดแรงต้าน อากาศ วัตถุจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงลดลงตามระดับความสูงที่ลดลงแต่จะมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น โดยพลังงานศักย์ โน้มถ่วงที่ลดลงจะเปลีย่ นไปเป็นพลังงานจลนข์ องวัตถุที่เพิ่มขึ้น ทำให้ผลรวมของพลังงานศักยโ์ น้มถ่วงและพลังงานจลน์ หรือพลังงานกลในทกุ ๆ ตำแหนง่ มีคา่ คงตวั เสมอ ซึง่ เปน็ ไปตามกฎการอนุรกั ษ์พลงั งานกล สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

59 หน่วยที่ 5 | งานและพลังงาน คูม่ ือครรู ายวชิ าพ้นื ฐานวทิ ยาศาสตร์ จุดประสงค์บทเรยี น เม่อื เรียนจบบทนแ้ี ลว้ นักเรยี นจะสามารถทำสิง่ ต่อไปนไ้ี ด้ 1. อธบิ ายพลงั งานศกั ยโ์ น้มถว่ งและพลงั งานจลน์ 2. ออกแบบการทดลอง ทดลองและอธบิ ายปจั จัยทมี่ ผี ลต่อพลงั งานศักยโ์ น้มถว่ งและพลงั งานจลน์ 3. วิเคราะห์สถานการณ์และอธิบายการเปลี่ยนพลังงานระหว่างพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ที่เป็นไป ตามกฎการอนุรกั ษ์พลังงานกล 4. วเิ คราะหส์ ถานการณ์และอธิบายการเปล่ียนและการถ่ายโอนพลังงานตามกฎการอนุรักษ์พลงั งาน สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 60 คมู่ ือครรู ายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ ภาพรวมการจัดกิจกรรมการเรยี นรู้ จดุ ประสงค์ แนวความคิดต่อเนอื่ ง กิจกรรม รายการประเมิน การเรียนรขู้ องบทเรียน 1. อธบิ ายพลังงานศักย์ 1. พลงั งานศักยโ์ นม้ ถว่ งเปน็ พลงั งานที่ กจิ กรรมที่ 5.3 1. อธิบายความหมาย โน้มถว่ งและพลังงาน มีอยู่ในวตั ถภุ ายใตส้ นามโน้มถ่วงโลก พลงั งานศักย์ พลงั งานศักยโ์ น้มถว่ ง จลน์ 2. พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุ โน้มถ่วงของวตั ถุ และพลงั งานจลน์ 2. ออกแบบการทดลอง ขน้ึ อย่กู ับมวลและตำแหนง่ ของ ขึน้ อยู่กับอะไรบา้ ง 2. ออกแบบ และทดลองอธิบายปัจจัย วัตถทุ ส่ี ูงจากระดับอ้างองิ โดยวัตถุ การทดลอง ทีม่ ผี ลตอ่ พลงั งานศักย์ ทม่ี มี วลมาก และอยู่ที่ระดับสูงจาก กิจกรรมท่ี 5.4 ตงั้ สมมติฐาน โนม้ ถ่วงและพลังงาน ระดับอ้างองิ มากจะมีพลงั งานศักย์ พลังงานจลน์ของ ทำการทดลอง จลน์ โนม้ ถ่วงมาก วตั ถขุ ้ึนอยู่กับ เกี่ยวกับปัจจยั ทม่ี ี 3. พลังงานจลน์เป็นพลงั งานทม่ี อี ยู่ อะไรบ้าง ผลต่อพลังงานศกั ย์ ในวัตถุที่กำลงั เคลือ่ นที่ โนม้ ถ่วง และ 4. พลังงานจลน์ขนึ้ อยู่กับมวลและ พลังงานจลน์ได้ อัตราเร็วของวตั ถุโดยวัตถทุ ี่มีมวล มาก และเคลือ่ นท่ดี ว้ ยอตั ราเรว็ มากจะมีพลงั งานจลนม์ าก 3. วเิ คราะหส์ ถานการณ์ 1. ผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วง กจิ กรรมที่ 5.5 1. อธบิ ายความ และอธบิ ายการเปลี่ยน และพลังงานจลน์ซ่ึงคือ พลังงานศกั ยโ์ นม้ ถ่วง สัมพนั ธข์ อง พลงั งานระหวา่ ง พลงั งานกลของวัตถุมคี ่าคงที่ใน มีความสมั พันธ์กบั การเปลยี่ นพลังงาน พลังงานศักย์โน้มถว่ ง ทุก ๆ ตำแหนง่ โดยพลังงานศักย์ พลังงานจลน์ ระหว่างพลังงานศกั ย์ และพลังงานจลนท์ ่ี โนม้ ถว่ งและพลังงานจลน์ของ อยา่ งไร โน้มถ่วงและพลังงาน เป็นไปตามกฎ วตั ถุหนงึ่ ๆ สามารถเปลี่ยน จลน์ของวัตถุ การอนุรักษ์พลังงานกล กลบั ไปมาระหวา่ งกันได้ กจิ กรรมท่ี 5.6 2. อธบิ ายกฎการ 4. วเิ คราะหส์ ถานการณ์และ 2. พลงั งานกลและพลังงานอน่ื ๆ พลังงานมีการเปลย่ี น อนุรักษ์พลงั งาน อธิบายการเปล่ยี นและ เปน็ สิง่ ทไี่ ม่สามารถทำใหส้ ญู หาย และถา่ ยโอนอยา่ งไร 3. วเิ คราะห์ การถ่ายโอนพลังงานตาม หรือสรา้ งขนึ้ ใหม่ได้ แต่พลังงาน สถานการณ์และ กฎการอนุรักษ์พลังงาน สามารถเปลย่ี นกลบั ไปมาไดใ้ น อธบิ ายการเปลยี่ น ระบบเดยี วกันหรือถา่ ยโอนไปยัง และการถา่ ยโอน ระบบอื่นได้ ซึง่ เปน็ ไปตาม พลังงานตามกฎ กฎการอนรุ ักษ์พลังงาน การอนรุ ักษ์ สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

61 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน คมู่ ือครรู ายวิชาพื้นฐานวทิ ยาศาสตร์ จดุ ประสงค์ แนวความคิดตอ่ เนื่อง กิจกรรม รายการประเมนิ การเรยี นรู้ของบทเรยี น 3. ในชีวติ ประจำวันจะพบเหน็ การ กิจกรรมทา้ ยบท พลังงานจาก เปลี่ยนพลงั งานหรือการถา่ ยโอน ออกแบบราง สถานการณ์ที่ พลังงานตามธรรมชาตหิ รือสง่ิ ท่ี รถไฟเหาะจำลองได้ กำหนดให้ มนุษยส์ รา้ งขึ้น อย่างไร 4. ประยกุ ตใ์ ช้ความรู้ เรอื่ งกฎการอนุรกั ษ์ พลงั งานในการ ออกแบบและสรา้ ง รถไฟเหาะ สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หน่วยที่ 5 | งานและพลังงาน 62 คู่มอื ครรู ายวชิ าพืน้ ฐานวิทยาศาสตร์ ทักษะกระบวนการทางวทิ ยาศาสตรแ์ ละทักษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 ทีค่ วรจะไดจ้ ากบทเรยี น ทกั ษะ เรอ่ื งที่ 1 2 ท้ายบท ทกั ษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ การสงั เกต ••• การวัด • • • การจำแนกประเภท • การหาความสัมพันธร์ ะหวา่ งสเปซกับสเปซ และสเปซกับเวลา การใชจ้ ำนวน •• การจดั กระทำและส่ือความหมายข้อมูล • การลงความเหน็ จากข้อมูล ••• การพยากรณ์ การตั้งสมมตฐิ าน •• การกำหนดนยิ ามเชิงปฏิบตั ิการ •• การกำหนดและควบคุมตวั แปร ••• การทดลอง ••• การตีความหมายข้อมูลและลงขอ้ สรปุ •• การสร้างแบบจำลอง • ทกั ษะแห่งศตวรรษที่ 21 ดา้ นการคดิ อยา่ งมวี ิจารณญาณและการแกป้ ัญหา • • • ดา้ นการส่อื สารสารสนเทศและการรเู้ ท่าทันสอ่ื • ดา้ นความร่วมมือ การทำงานเป็นทมี และภาวะผนู้ ำ • • • ด้านการสรา้ งสรรคแ์ ละนวตั กรรม • ด้านคอมพวิ เตอร์ และเทคโนโลยีสารสนเทศ ••• และการส่ือสาร ดา้ นการทำงาน การเรยี นรู้ และการพึ่งตนเอง • • • สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

63 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน ค่มู อื ครรู ายวิชาพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ การนำเข้าสู่หนว่ ยการเรียนรู้ ครดู ำเนนิ การดังนี้ 1. กระตุ้นความสนใจนักเรียนเพื่อนำเข้าสู่บทที่ 2 พลังงานกลและกฎการอนุรักษ์พลังงาน โดยใช้ คำถามให้นักเรียนอภิปรายเชื่อมโยงกับ เหตุการณ์ในชีวิตประจำวัน ซึ่งนักเรียนตอบ ตามความเขา้ ใจของตนเอง ตามลำดับดังน้ี • เครื่องกล เครื่องจักร และเครื่องใช้ไฟฟ้า สามารถทำงานได้ เพราะเหตุใด • งานและพลงั งานสัมพันธก์ นั หรอื ไม่ อยา่ งไร • นกั เรียนเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานรูปแบบ ใดบ้าง 2. ให้นักเรียนสังเกตภาพนำบทเกี่ยวกับการเล่น สเก็ตบอร์ดบนลานโค้งลาดเอียง พร้อมทั้งอ่าน เนื้อหานำบทและร่วมอภิปรายโดยอาจใช้ คำถามดงั ตอ่ ไปนี้ ความรเู้ พิม่ เติมสำหรบั ครู สเก็ตบอร์ดเป็นเครื่องเล่นใช้หลักการทางวิทยาศาสตร์ เรื่อง พลังงาน การอนุรักษ์พลังงาน เช่นเดียวกับรถไฟเหาะ โดยผู้เล่น ยืนบนสเก็ตบอร์ดแล้วไถลจากทีส่ ูงใหล้ งมาตามลานโค้งลาดเอียง แล้วกลับไปยังจุดเริ่มต้น กลับไปกลับมา ซึ่งสเก็ตบอร์ดสามารถ วง่ิ ไปไดโ้ ดยไมต่ ้องอาศัยพลงั งานจากภายนอก • ผู้เลน่ สเกต็ บอร์ดเคลอ่ื นที่ขน้ึ ไปตามลาน สเก็ตบอร์ดไปยังตำแหน่งสูงสุดจะมีอัตราเร็วเป็นอย่างไร และเมื่อเคลื่อนที่ลงจากที่สงู สู่พื้นราบจะมีอัตราเร็วเป็น อยา่ งไร ทำไมจงึ เป็นเชน่ น้ัน (นักเรียนตอบตามความเขา้ ใจของตนเอง) • การเล่นสเกต็ บอรด์ เก่ยี วขอ้ งกับงานและพลงั งานหรือไม่ อย่างไร (นักเรยี นตอบตามความเข้าใจของตนเอง) สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน 64 ค่มู อื ครรู ายวิชาพืน้ ฐานวิทยาศาสตร์ 3. ให้นักเรยี นอ่านคำถามนำบท จุดประสงค์ของบทเรยี นและอภิปรายร่วมกัน เพื่อให้ทราบขอบเขตเน้ือหาท่ีนักเรียนจะ ได้เรียนรู้ในบทเรียน รวมทั้งเป้าหมายการเรียนรู้ (นักเรียนจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับความหมายและปัจจัยที่มีผลต่อ พลังงานศกั ยโ์ นม้ ถว่ งและพลังงานจลน์ การเปลย่ี นพลังงานระหว่างพลงั งานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลนต์ ามกฎการ อนุรักษพ์ ลังงานกล รวมทงั้ เรียนรู้เกยี่ วกบั การเปลย่ี นและการถ่ายโอนพลงั งานตามกฎการอนรุ ักษ์พลังงาน) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

65 หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน คู่มอื ครูรายวชิ าพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ เรื่องท่ี 1 พลงั งานศกั ย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ แนวการจดั การเรยี นรู้ ครดู ำเนนิ การดงั น้ี 1. ให้นักเรียนสังเกตภาพนำเรื่อง อ่านเนื้อหานำ เรื่องและคำสำคัญ และร่วมกันอภิปรายโดย อาจใชค้ ำถามดังต่อไปน้ี • ในการยกตุ้มปั่นจั่นขึ้นที่สูงต้องทำงาน หรือไม่ เพราะเหตุใด (ทำงานเพราะมีแรง กระทำให้ตุ้มปั่นจั่นเคลื่อนที่ตามแนวแรง นนั้ ) • ถ้ายกตุ้มปั่นจั่นให้สูงกว่าเดิมต้องทำงาน มากกว่าเดิมหรือไม่ เพราะเหตุใด (ทำงาน มากขึ้นเพราะระยะทางที่ตุ้มปั่นจั่นเคลื่อนท่ี มากข้นึ ) • ถ้าปล่อยตุ้มปั่นจั่นจากที่สูงมากขึ้นให้ กระทบเสาเข็ม จะทำให้เสาเข็มจมลงไปใน ดินเท่าเดิมหรอื ไม่ อย่างไร (เสาเข็มจะจมลง ไปในดนิ ได้มากขนึ้ เพราะตมุ้ ปน่ั จน่ั มีพลังงาน มากขึ้น) • พลังงานของตุ้มปั่นจั่นสัมพันธก์ ับงานในการยกตุ้มปั่นจั่นหรือไม่ (สัมพันธ์ ถ้าทำงานในการยกตุ้มปั่นจัน่ มาก ก็จะ ทำใหต้ ุ้มปน่ั จนั่ มพี ลังงานมาก) 2. ให้นักเรียนทำกิจกรรมทบทวนความรู้ก่อนเรียน เพื่อประเมินความรู้พื้นฐานของนักเรียนเกี่ยวกับพลังงาน แล้ว ร่วมกันอภิปรายเพื่อให้ได้คำตอบทีถ่ ูกต้อง หากพบว่านักเรียนยังมีความรู้พื้นฐานไมถ่ ูกต้อง ครูควรทบทวนหรอื แก้ไข ความเขา้ ใจผดิ ของนักเรียน เพ่อื ให้นกั เรียนมีความรู้พื้นฐานทถ่ี ูกต้องและเพยี งพอที่จะเรียนเร่ืองพลังงานศักย์โน้มถ่วง และพลงั งานจลนต์ ่อไป สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน 66 คมู่ ือครูรายวิชาพน้ื ฐานวิทยาศาสตร์ เฉลยทบทวนความรู้ก่อนเรียน เขียนเครื่องหมาย √ หนา้ สิ่งทเี่ ป็นพลงั งาน __√_ไฟฟา้ __√_แสง ___มวล __√_ความร้อน ___น้ำหนกั __√_เสยี ง พิจารณาขอ้ ความต่อไปน้แี ล้ว เขียนเคร่ืองหมาย √ หน้าข้อความทถ่ี ูกต้อง และเขียนเครือ่ งหมาย X หน้าข้อความทไ่ี มถ่ กู ต้อง _√__ ขณะท่ีปัน้ จ่ันยกตุ้มปัน้ จั่นขึ้นไปในแนวดงิ่ ทิศทางของแรงท่ียกและทิศทางการเคลือ่ นท่ีของลูกตุ้มอยใู่ น แนวเดยี วกัน ถกู เพราะทิศทางของแรงทีป่ น้ั จ่ันยกตมุ้ ปั้นจั่นมที ศิ ทางเดียวกับทิศทางการเคล่ือนที่ของ ตมุ้ ป้นั จน่ั _X__ ขณะท่ีป้นั จน่ั ยกตุ้มปนั้ จัน่ ขึน้ ไปในแนวดงิ่ ปั้นจ่นั ไม่มีการทำงานในทางวิทยาศาสตร์ ผดิ เนื่องจากแรง ท่ปี ้ันจน่ั กระทำต่อตุ้มปน้ั จน่ั ทำให้ตุ้มปัน้ จ่ันเคลือ่ นที่ในแนวเดยี วกบั แรง ปั้นจน่ั จงึ มกี ารทำงานทาง วทิ ยาศาสตร์ _X__ ระยะทางทต่ี ุ้มปนั้ จัน่ เคลื่อนที่ขน้ึ ในแนวดงิ่ ไม่เกย่ี วข้องกับงานที่ปนั้ จั่นทำ ผดิ เพราะงานท่ปี นั้ จั่นทำหา ได้จากผลคูณระหว่างขนาดของแรงทป่ี นั้ จนั่ ยกตุม้ ปัน้ จั่นกับขนาดของการกระจัด ซึ่งสถานการณน์ ้ี ขนาดของการกระจดั มีคา่ เท่ากบั ระยะทางทต่ี มุ้ ปัน้ จัน่ เคล่ือนท่ี _√__ มวลของตมุ้ ป้นั จน่ั ท่เี คลื่อนท่ีขึ้นในแนวดง่ิ มีผลตอ่ งานทป่ี น้ั จั่นทำ ถกู เพราะแรงท่ปี ัน้ จนั่ กระทำต่อ ตมุ้ ปั้นจนั่ มีค่าเท่ากบั นำ้ หนกั ของตมุ้ ปนั้ จ่ัน ซง่ึ หาไดจ้ ากผลคูณระหวา่ งมวลของตุ้มป้ันจ่นั กับ ความเร่งเนอ่ื งจากแรงโนม้ ถว่ ง 2. ตรวจสอบความรู้เดิมของนักเรยี นเกี่ยวกับพลังงานศักยโ์ น้มถ่วง พลังงานจลน์ และกฎการอนุรักษ์พลงั งานกล โดยให้ ทำกิจกรรมรู้อะไรบ้างก่อนเรียน นักเรียนสามารถตอบวิธีทำให้กล่องกระดาษกระเด็นไปได้ไกลกว่าเดิมตามความ เข้าใจของตนเองโดยครูไม่เฉลยคำตอบ ครูควรรวบรวมแนวคิดคลาดเคลื่อนที่พบไปใช้ในการวางแผนการจัดการ เรียนรู้และแกไ้ ขแนวคิดเหล่านนั้ ให้ถูกต้อง ตัวอย่างแนวคิดคลาดเคล่ือนซงึ่ อาจพบในเร่อื งน้ี • วัตถุทอี่ ยนู่ ่งิ บนตำแหน่งสูง ๆ ไมม่ ีพลงั งานอยู่ • งานกบั พลงั งานเปน็ ปรมิ าณที่ไม่เก่ยี วข้องกนั สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

67 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน คมู่ ือครูรายวิชาพื้นฐานวทิ ยาศาสตร์ 3. กระตุ้นความสนใจของนักเรียนโดยอาจใช้คำถามว่า พลังงานที่นำใช้ในชีวิตประจำวันมีอะไรบ้าง งานกับพลังงาน เกี่ยวข้องกันอย่างไร ในวัตถุมีพลังงานอยู่หรอื ไม่ อย่างไร ผู้เรียนตอบตามความเข้าใจของตนเอง จากนั้นให้นักเรียน อา่ นเนอ้ื หาเกยี่ วกับพลังงาน แล้วรว่ มกนั อภปิ รายโดยใช้คำถามเดิมอีกครัง้ เพ่ือให้ได้ข้อสรุปว่า พลังงานเป็นปริมาณ ที่แสดงถึงความสามารถในการทำงาน พลังงานในชีวิตประจำวันมีหลายแบบตามลักษณะที่ปรากฏหรือการนำไปใช้ งาน เช่น พลังงานไฟฟ้า พลังงานเคมี พลังงานความร้อน พลังงานกล โดยงานและพลังงานเกี่ยวข้องสัมพันธ์กัน กล่าวคือ วตั ถทุ ่มี ีพลังงานมากยอ่ มมคี วามสามารถในการทำงานได้มาก ความรเู้ พ่ิมเติมสำหรับครู พลังงานทำให้เกิดงาน เช่น รถยนต์เคลื่อนที่ไปได้เกิดจากมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงในกระบอกสูบ ทำให้เกิดแรงดันลูกสูบให้เคลื่อนท่ี เกิดงานที่ลูกสูบถ่ายโอนไปทำให้เพลาหมุน ในทางกลับกัน งานก็ทำให้เกิดพลังงานได้ เช่น การลำเลียงน้ำไปเก็บไว้บนที่สูงของการ ประปาเกดิ จากการทำงานของเคร่ืองสูบน้ำ ทำให้น้ำมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงแล้วปล่อยลงมาเพื่อใหม้ แี รงส่ง ไปได้ไกล ๆ 4. ให้นักเรียนสืบค้นข้อมูลเกี่ยวกับพลังงานศักย์โน้มถ่วง อาจใช้สื่อวดิ ีทัศน์หรือสือ่ อื่น ๆ เพื่อให้นักเรียนเรยี นรู้และสรุป ความหมายของพลังงานศักย์โน้มถ่วง ซึ่งนักเรียนควรได้ข้อสรุปว่า พลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นพลังงานของวัตถุที่อยู่ ภายใตส้ นามโนม้ ถ่วง เปน็ ปรมิ าณสเกลาร์ มหี นว่ ยในระบบ SI ว่า จูล (J) 5. นำเข้าสู่กิจกรรมที่ 5.3 พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถุขึ้นอยู่กับอะไรบ้าง โดยตั้งคำถามว่า ถ้าต้องการให้เสาเข็ม จมลงไปในดินได้มากขึ้นจะต้องทำให้พลังงานศักย์โน้มถ่วงของตุ้มปั่นจั่นมีค่ามากข้ึน พลังงานศักย์โน้มถ่วงของ ตุ้มปั่นจั่นมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับอะไร นักวิทยาศาสตร์วัดพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้อย่างไร ให้นักเรียนตอบตาม ความเข้าใจของตนเองโดยครยู งั ไม่เฉลย สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 68 คมู่ อื ครูรายวิชาพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ กิจกรรมที่ 5.3 พลงั งานศักยโ์ น้มถ่วงของวัตถขุ ้ึนอย่กู บั อะไรบ้าง แนวการจดั การเรยี นรู้ ครดู ำเนินการดงั น้ี http://ipst.me/9882 กอ่ นการทำกิจกรรม (15 นาที) 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้คำถาม ดงั ตอ่ ไปน้ี • กจิ กรรมนี้เกย่ี วกบั เรื่องอะไร (ปัจจัยทม่ี ีผลตอ่ พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวตั ถุ) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (ออกแบบการทดลอง ทดลอง และอธิบายปัจจัยที่มีผลต่อพลงั งานศักย์โน้มถ่วงของ วตั ถ)ุ • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (อภิปรายและตัดสินใจเลือกปัจจัยที่คาดว่าจะมีผลต่อพลังงานศักย์ โน้มถ่วงของวัตถุ ตั้งคำถามและสมมติฐาน กำหนดตัวแปร วางแผนการทดลองและดำเนินการทดลองตามที่ ออกแบบไวเ้ พ่ือตรวจสอบสมมติฐาน) • นักเรียนต้องสังเกตหรือรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (การกระเด็นของเม็ดทรายและการยุบตัวลงของพื้นทรายใน กระบะทราย) ระหวา่ งการทำกจิ กรรม (60 นาที) 2. ให้นักเรียนวางแผนการทำงานกลุ่ม เพื่อออกแบบตารางบันทึกผลการทำกิจกรรม โดยครูเดินสังเกตการทำกิจกรรม ของนักเรียนแต่ละกลุ่มและให้คำแนะนำหรืออภิปรายร่วมกับนักเรียนในแต่ละกลุ่ม เพื่อปรับปรุงตารางบันทึกผลให้ สามารถบันทึกข้อมูลได้ครบถ้วนและเข้าใจได้ง่าย เมื่อนักเรียนมีข้อสงสัย ครูควรรวบรวมข้อมูลเหล่านั้นเพื่อใช้ ประกอบการอภิปรายหลงั จากทำกจิ กรรม หลังการทำกิจกรรม (25 นาที) 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มเสนอผลการทดลอง ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันอภิปรายสรุปผลของกิจกรรมโดยใช้ คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า พลังงานศักย์โน้มถ่วงของพลาสติกทรงกลมมีค่า มากหรอื น้อยขนึ้ อยู่กับมวลและตำแหน่งของพลาสติกทรงกลมทสี่ ูงจากระดับอา้ งอิง สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

69 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน ค่มู ือครูรายวิชาพน้ื ฐานวิทยาศาสตร์ 4. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับพลังงานศักย์โน้มถ่วงและปัจจัยที่มีผลต่อพลังงานศักย์โน้มถ่วง โดยอ่านเนื้อหาใน หนงั สอื เรยี นหน้า 44-47 เพื่อให้ได้ขอ้ สรปุ วา่ • พลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นพลังงานของวัตถุที่อยู่ภายใต้สนามโน้มถ่วง ซึ่งจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวลและ ระดับความสงู ของวตั ถุจากระดับอ้างอิง • วัตถุที่มีมวลแตกต่างกันแต่อยู่สูงจากระดับอ้างอิงเท่ากัน วัตถุที่มีมวลมากกว่าจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงมากกว่า วตั ถุท่มี ีมวลนอ้ ย • วัตถุที่มีมวลเท่ากันแต่อยู่สูงจากระดับอ้างอิงแตกต่างกัน วัตถุที่อยู่สูงจากระดับอ้างอิงมากกว่าจะมีพลังงานศักย์ โน้มถว่ งมากกว่าวตั ถุที่อยู่สงู จากระดบั อ้างอิงน้อย 5. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายการใช้ประโยชน์จากพลังงานศักย์โน้มถ่วงในชีวิตประจำวัน เช่น การทำงานของปั่นจ่ัน (ออกแรงยกตุ้มปั้นจั่นขึ้นในแนวดิ่งให้อยู่สงู เหนือเสาเข็มเพื่อเพิ่มพลังงานศักย์โน้มถ่วงใหก้ ับตุ้มปั้นจั่น เมื่อตุ้มปั้นจ่ัน อยู่สูงขึ้นจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงมากขึ้น แล้วปล่อยให้ตุ้มปั่นจัน่ กระทบกับเสาเข็มจะสามารถทำให้เสาเข็มฝงั ลึกลง ไปในชั้นดินได้) การปล่อยน้ำจากเขื่อนสูงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า (กักเก็บน้ำในเขื่อนที่อยู่ระดับสูงเมื่อเทียบกับฐาน เขื่อน แล้วปล่อยน้ำจากเหนือเขื่อนให้ไหลลงสู่ที่ต่ำไปกระทบกังหันน้ำช่วยในการผลิตกระแสไฟฟ้า ) จากนั้นให้ นักเรียนตอบคำถามระหว่างเรียนเกี่ยวกับงาน พลังงานศักย์โน้มถ่วง และปัจจัยที่มีต่อพลังงานศักย์โน้มถ่วง แล้ว รว่ มกนั อภิปรายเก่ยี วกบั คำตอบของนักเรยี น 6. ยกตัวอย่างการดึงยางรัดของให้ยืดและปล่อยให้เคลื่อนที่ ร่วมกันอภิปราย เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า เมื่อดึงยางรัดของให้ ยืดจะมีการทำงานโดยงานที่ทำจะมากเมื่อดึงให้ยืดเป็นระยะทางมาก ทำให้ยางรัดของก็จะมีพลังงานมากด้วย และ เมื่อปล่อยมือ ยางรัดของก็จะเคลื่อนที่ไปได้ไกล พลังงานที่สะสมในยางรัดของที่ยืดเป็นพลังงานศักย์ยืดหยุ่น โดยครู อาจประกอบรถของเล่นที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานศักย์ยืดหยุ่นจากหนังยางเพื่อเป็นชุดสาธิตให้นักเรียนได้ดูด้วย จากนนั้ ให้นักเรียนอ่านเกร็ดน่ารู้เรอ่ื ง พลังงานศักย์ยืดหยุ่น สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลังงาน 70 คูม่ ือครรู ายวชิ าพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ เฉลยคำถามระหวา่ งเรยี น • พลังงานศกั ย์โนม้ ถว่ งจะมคี า่ มากหรอื นอ้ ยขนึ้ กับปจั จัยใดบา้ ง แนวคำตอบ ปัจจัยท่ีมีผลต่อพลังงานศกั ย์โน้มถ่วงคือ มวลและความสงู ของวัตถุจากระดบั อา้ งอิง ถ้าวัตถุท่ีมี มวลแตกต่างกันอยู่สูงจากระดับอ้างอิงเท่ากัน วัตถุที่มีมวลมากกว่าจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงมากกว่าวัตถุที่มี มวลน้อยกว่า และถ้าวัตถุที่มีมวลเท่ากันอยู่สูงจากระดับอ้างอิงแตกต่างกัน วัตถุที่อยู่สูงจากระดับอ้างอิง มากกว่าจะมพี ลังงานศกั ย์โน้มถ่วงมากกว่าวัตถุทอี่ ย่สู งู จากระดับอา้ งองิ น้อยกว่า • ทำไมเราจึงรู้สึกเหนื่อยมากขึ้นเมื่อแบกของหนัก ๆ ขึ้นภูเขาสูง ให้อธิบายโดยใช้หลักการของงาน และ พลงั งานศักยโ์ น้มถ่วง แนวคำตอบ เรารู้สึกเหนื่อยมากขึ้นเมื่อแบกของหนัก ๆ ขึ้นภูเขาสูง เพราะเราต้องทำงานมากโดยต้องออก แรงมากในระยะทางที่มากด้วย ถ้าภูเขา ความสูง h เมตร งานที่เราต้องเอาชนะแรงโน้มถ่วงเพื่อแบกวัตถหุ นกั mg มคี ่าเทา่ กับ mgh ซง่ึ งานท่ีทำจะมีคา่ มากเมอื่ ทั้ง mg และ h มคี า่ มาก 7. นำเข้าสู่กิจกรรมที่ 5.4 พลังงานจลน์ของวัตถุขึ้นอยู่กับอะไรบ้าง โดยอาจใช้คำถามใช้คำถามใดคำถามหน่ึง ให้นักเรียนร่วมกันอภิปราย ซึ่งนักเรียนสามารถตอบคำถามตามความเข้าใจของตนเองโดยครูยังไม่เฉลยคำตอบดังนี้ ดังนี้ • นอกจากพลังงานศกั ย์โนม้ ถว่ ง พลังงานศักย์ยดื หยุ่น ซึง่ เปน็ พลงั งานท่ีสะสมอย่ใู นวตั ถุแลว้ นักเรยี นรจู้ ักพลงั งานใด อีกบ้างในชีวิตประจำวนั (เช่น พลงั งานจากลม พลังงานจากเครือ่ งยนต์ทที่ ำให้รถเคลื่อนทีไ่ ด)้ • ทำไมกฎหมายจราจรต้องจำกัดอัตราเร็วของการขับข่ีรถยนต์ (เพื่อลดความรุนแรงเมื่อเกิดอุบัติเหตุ หรือเพื่อให้ผู้ ขับขส่ี ามารถเบรกรถใหห้ ยดุ ได้ทันท่วงที) • ถ้าพลังงานจากการเคลื่อนที่ของรถจดั เป็นพลังงานจลน์ นกั เรยี นคดิ ว่าพลงั งานจลน์จะมคี ่ามากหรือน้อยข้ึนอยู่กับ อะไรบา้ ง สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

71 หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน คมู่ ือครูรายวชิ าพืน้ ฐานวิทยาศาสตร์ กจิ กรรมที่ 5.4 พลงั งานจลน์ของวตั ถขุ น้ึ อยกู่ บั อะไรบา้ ง แนวการจัดการเรยี นรู้ ครดู ำเนินการดังนี้ http://ipst.me/9881 ก่อนการทำกจิ กรรม (15 นาที) 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้ตัวอย่าง ดังตอ่ ไปน้ี • กจิ กรรมนี้เกี่ยวกบั เรื่องอะไร (ปจั จัยท่มี ีผลตอ่ พลังงานจลนข์ องวัตถุ) • กจิ กรรมนม้ี ีจดุ ประสงคอ์ ะไร (ออกแบบการทดลอง ทดลอง และอธิบายปจั จยั ทม่ี ผี ลตอ่ พลังงานจลน์ของวตั ถุ) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขั้นตอนโดยสรุปอย่างไร (อภิปรายและตัดสินใจเลือกปัจจัยที่คาดว่าจะมีผลต่อพลังงานจลน์ ของวัตถุ ตั้งคำถามและสมมติฐาน กำหนดตัวแปร วางแผนการทดลองและดำเนินการทดลองตามที่ออกแบบไว้ เพ่ือตรวจสอบสมมติฐาน) • นักเรียนต้องสังเกตหรือรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (มวลของรถทดลอง ระดับความสูงท่ีปล่อยรถทดลอง เวลาที่รถ ทดลองเคลอ่ื นทบ่ี นพืน้ ราบ และอตั ราเร็วของรถทดลอง ระยะทางทก่ี ลอ่ งกระเด็นออกจากตำแหน่งเดิม) ระหว่างการทำกจิ กรรม (60 นาท)ี 2. ให้นักเรียนวางแผนการทำงานกลุ่ม เพื่อออกแบบตารางบันทึกผลการทำกิจกรรม โดยครูเดินสังเกตการทำกิจกรรม ของนักเรียนแต่ละกลุ่มและให้คำแนะนำหรืออภิปรายร่วมกับนักเรียนในแต่ละกลุ่ม เพื่อปรับปรุงตารางบันทึกผลให้ สามารถบันทึกข้อมูลได้ครบถ้วนและเข้าใจได้ง่าย เมื่อนักเรียนมีข้อสงสัย ครูควรรวบรวมข้อมูลเหล่านั้นเพื่อใช้ ประกอบการอภปิ รายหลงั จากทำกจิ กรรม หลังการทำกจิ กรรม (25 นาที) 3. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มเสนอผลการทดลอง ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันอภิปรายสรุปผลของกิจกรรมโดยใช้ คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า พลังงานจลน์ของรถทดลองมีค่ามากหรือน้อย ขนึ้ อยกู่ บั มวลและอตั ราเร็วของรถทดลอง สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยที่ 5 | งานและพลังงาน 72 คูม่ ือครรู ายวชิ าพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ ความรูเ้ พ่ิมเติมสำหรับครู H1 A ภาพ 1 C B H2 A ภาพ 2 BC ระยะ AB ของภาพ 1 และภาพ 2 มีค่าเทา่ กัน จากภาพ 1 ปลอ่ ยรถทดลองจากปลายทางลาดที่ตำแหนง่ A เม่อื รถทดลองเคลอ่ื นทีม่ าถงึ ตำแหนง่ B จะมีอัตราเรว็ คา่ หนึ่ง จากน้ัน รถทดลองจะเคลื่อนที่ต่อไปจนเข้าชนกล่องที่ตำแหน่ง C ด้วยพลังงานจลน์ค่าหนึ่งแต่ถ้ายกปลายทางลาดให้สูงขึ้น ดังภาพ 2 เม่อื ถึงตำแหน่ง B รถทดลองจะมีอตั ราเรว็ มากกวา่ และมพี ลงั งานจลน์มากกวา่ ในภาพ 1 การหาอตั ราเรว็ ของวัตถุทำไดโ้ ดยวดั ระยะ BC และจบั เวลาท่รี ถทดลองใชใ้ นการเคล่อื นที่จากตำแหน่ง B ถึง C โดยอตั ราเรว็ = ระยะ ������������ เวลาที่ใชใ้ นการเคล่ือนทีจ่ ากตำแหน่ง ������ ถงึ ������ 4. ให้นักเรียนเรยี นรูเ้ พิ่มเติมเก่ียวกับพลังงานจลน์และปัจจยั ทีม่ ีผลต่อพลังงานจลน์ โดยอ่านเนื้อหาในหนังสือเรียนหนา้ 48-50 เพือ่ ใหไ้ ดข้ อ้ สรปุ ว่า • พลังงานจลน์เปน็ พลังงานทีม่ ีอยใู่ นวตั ถุท่ีกำลังเคล่ือนท่ี ซงึ่ จะมีคา่ มากหรือน้อยข้ึนอยกู่ ับมวลและอัตราเร็วของวัตถุ • วัตถุที่มมี วลแตกตา่ งกนั แตเ่ คล่อื นท่ดี ้วยอตั ราเรว็ เทา่ กัน วตั ถทุ ม่ี ีมวลมากกวา่ จะมีพลงั งานจลน์มาก • วตั ถุทีม่ ีมวลเท่ากนั แตเ่ คลอื่ นทด่ี ้วยอตั ราเรว็ ต่างกนั วตั ถุท่ีเคลือ่ นทีด่ ว้ ยอตั ราเรว็ มากกว่าจะมีพลงั งานจลน์มาก สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

73 หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน ค่มู ือครรู ายวิชาพน้ื ฐานวิทยาศาสตร์ 5. ให้นกั เรยี นศึกษาเกร็ดน่ารู้และรว่ มกันอภิปรายโดยต้ังคำถามเพื่อเช่ือมโยงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานศักย์โน้มถ่วง และพลังงานจลน์ว่า พลาสติกทรงกลมที่กำลังเคลื่อนที่จากที่มีความสูงเหนือระดับอ้างอิงจะมีพลังงานจลน์หรือไม่ อย่างไร เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า พลาสติกทรงกลมที่กำลังเคลื่อนที่ในแนวดิ่งจะมีทั้งพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงาน จลน์ โดยเมื่อถือพลาสติกทรงกลมให้อยู่สูงจากผิวทรายซึ่งเป็นระดับอ้างอิง ที่ตำแหน่งนี้พลาสติกทรงกลมจะมี พลังงานศักย์โน้มถ่วงมากท่ีสุด เมื่อปล่อยพลาสติกทรงกลมเคลื่อนที่ พลาสติกทรงกลมจะมีอัตราเร็วเพิ่มขึ้น และเมื่อ ตกลงบนผิวทราย พลาสติกทรงกลมจะอยู่ระดับเดียวกับระดับอ้างอิง จึงไม่มีพลังงานศักย์โน้มถ่วงแต่จะมี พลงั งานจลน์มากที่สดุ 6. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายการใช้ประโยชน์จากพลังงานจลน์ในชวี ิตประจำวนั เช่น การเคลื่อนที่ของตุ้มปั่นจั่น (เม่ือ ปล่อยตุ้มปั้นจั่นจากที่สูงมาก ๆ ให้กระทบกับเสาเข็ม ตุ้มปั่นจั่นจะมีพลังงานจลน์ขณะสัมผัสเสาเข็มมาก จึงสามารถ ทำให้เสาเข็มฝังลึกลงไปในชั้นดินได้) การปล่อยน้ำจากเขื่อนสูงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า (เมื่อปล่อยน้ำที่กักเก็บไว้เหนือ เขอื่ นใหไ้ หลกระทบกังหนั น้ำ นำ้ ท่ไี หลดว้ ยอัตราเรว็ สงู จะมพี ลงั งานจลนข์ ณะสัมผสั กังหนั น้ำมาก กังหนั นำ้ จึงหมุนและ ส่งต่อการเคล่ือนที่ไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟา้ ท่ีมีแกนเพลาเดียวกับกังหนั น้ำ ทำใหส้ ามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้) จากนั้น ให้นกั เรียนตอบคำถามระหวา่ งเรยี นเก่ียวกับพลงั งานจลน์ แลว้ ร่วมกนั อภิปรายเกยี่ วกับคำตอบของนกั เรียน เฉลยคำถามระหว่างเรยี น • พลงั งานจลน์จะมีคา่ มากหรือนอ้ ยขน้ึ กับปจั จัยใดบา้ ง แนวคำตอบ ปัจจัยที่มีผลต่อพลังงานจลน์คือ มวลและอัตราเร็วของวัตถุ ถ้าวัตถุที่มีมวลแตกต่างกัน แต่ เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเท่ากัน วัตถุที่มีมวลมากกว่าจะมีพลังงานจลน์มากกว่า และถ้าวัตถุที่มีมวลเท่ากันแต่ เคลอื่ นทดี่ ้วยอัตราเร็วต่างกัน วัตถุท่ีเคล่ือนท่ีดว้ ยอัตราเร็วมากกวา่ จะมีพลงั งานจลน์มากกวา่ • เพราะเหตุใดกระสุนปืนจงึ สร้างความเสียหายกับเปา้ ได้มากกว่าลกู หินที่ยิงจากหนังสติ๊ก ถึงแม้ว่าลูกกระสุน ปืนและลกู หินมมี วลใกลเ้ คียงกนั แนวคำตอบ กระสุนปืนสร้างความเสียหายกับเป้าได้มากกว่าลูกหินที่ยิงจากหนังสติ๊ก เพราะถึงแม้จะมีมวล ใกล้เคียงกันแต่กระสุนปืนเคลื่อนทีด่ ้วยอัตราเร็วที่มากกว่าลูกหินมาก จะมีพลังงานจลน์มาก เมื่อชนกับเป้าซึง่ เปน็ สงิ่ กีดขวางกจ็ ะทำให้เกดิ ความเสียหายกับเปา้ น้ันได้มากกว่า 7. ให้นักเรียนร่วมกนั อภิปราย เพ่อื ใหไ้ ด้ขอ้ สรปุ ว่า • พลงั งานเป็นปรมิ าณท่ีแสดงถึงความสามารถในการทำงาน พลงั งานเปน็ ปรมิ าณสเกลาร์ มีหน่วยในระบบ SI คอื จูล • พลังงานมหี ลายรูปแบบ เชน่ พลังงานไฟฟา้ พลงั งานความรอ้ น พลงั งานแสง พลงั งานเคมี พลงั งานกล • พลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นพลังงานของวัตถุที่อยู่ภายใต้สนามโน้มถ่วง ซึ่งจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวลและ ความสูงของวัตถุจากระดบั อา้ งองิ • พลงั งานจลน์เปน็ พลังงานท่ีมีอยู่ในวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ซึง่ จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวลและอัตราเรว็ ของวัตถุ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หน่วยที่ 5 | งานและพลังงาน 74 คมู่ อื ครรู ายวชิ าพื้นฐานวิทยาศาสตร์ 8. ถ้าพบว่านักเรยี นมีแนวคดิ คลาดเคล่ือนเกีย่ วกบั เร่ืองน้ีจากการตอบคำถามก่อนเรียน ระหวา่ งเรียนหรืออาจตรวจสอบ โดยใชก้ ลวิธีต่าง ๆ ใหค้ รแู กไ้ ขแนวคดิ คลาดเคล่ือนนั้นให้ถูกตอ้ ง เช่น แนวคิดคลาดเคลื่อน แนวคิดที่ถกู ต้อง วตั ถุทีอ่ ยู่นง่ิ บนตำแหนง่ สงู ๆ ไม่มีพลงั งานอยู่ วัตถุที่อยู่นิ่งในตำแหน่งสูง ๆ เช่น ลูกมะพร้าวบนต้นหรือ (Clement,1987; Lipper, 2009) ตุ้มปั้นจั่น ที่นิ่งบนที่สูง ๆ เมื่อตกลงมากระทบกับวัตถุที่ อยู่ระดับต่ำกว่าอาจทำให้วัตถุนั้น ๆ เกิดความเสียหายได้ งานกบั พลงั งานเปน็ ปริมาณท่ีไม่เก่ยี วข้องกนั แสดงว่าวัตถุที่อยู่นิ่งบนที่สูง ๆ มีพลังงานอยู่ ซึ่งเป็น (สสวท, 2561) พลังงานศักย์โนม้ ถ่วงท่ีสะสมอย่ใู นวัตถุ งานและพลงั งานเก่ียวข้องกนั โดยวตั ถทุ ่ีมพี ลงั งานมากจะ มีความสามารถในการทำงานได้มา แต่ในทางกลับกัน ถ้า ทำงานให้แก่วัตถุมาก วัตถุก็จะมีพลังงานมากด้วย เช่น ทำงานในการยกวัตถุให้สูงจากระดบั อา้ งอิงมากขึน้ วัตถุก็ จะมีพลงั งานศักยโ์ นม้ ถ่วงมากข้นึ ด้วย 9. เชื่อมโยงไปสู่เรื่องที่ 2 กฎการอนุรักษ์พลังงาน โดยตั้งคำถามเพื่อให้นักเรียนร่วมกันอภิปราย ซึ่งนักเรียนสามารถ ตอบคำถามตามความเขา้ ใจของตนเองโดยครยู ังไม่เฉลยคำตอบดังนี้ • การดำเนินชีวิตประจำวันของเราเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานตลอดเวลา พลังงานที่ใช้ไปสามารถสร้างขึ้นใหม่ สญู หายไป หรอื มีวันหมดหรือไม่ อย่างไร • พลงั งานมีหลายแบบ พลงั งานแบบหนงึ่ สามารถเปลี่ยนเปน็ พลงั งานอน่ื ๆ ได้หรือไม่ อย่างไร สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

75 หน่วยท่ี 5 | งานและพลังงาน คู่มอื ครรู ายวิชาพ้นื ฐานวทิ ยาศาสตร์ เรอ่ื งที่ 2 กฎการอนรุ ักษพ์ ลงั งาน แนวการจดั การเรยี นรู้ ครูดำเนนิ การดังนี้ 1. นักเรียนดูภาพนำเรื่อง อ่านเนื้อหานำเรื่องและ คำสำคัญ ทำกิจกรรมทบทวนความรู้ก่อน เรียนเกี่ยวกับการเปลี่ยนและถ่ายโอนพลังงาน แล้วร่วมกันอภิปรายเพื่อให้ได้คำตอบที่ถูกต้อง ถ้าครูพบว่านักเรียนยังทำกิจกรรมทบทวน ความรกู้ ่อนเรียนไม่ถูกต้อง ครูควรทบทวนหรือ แก้ไขความเข้าใจผิดของนักเรียน เพื่อให้ นักเรียนมีความรู้พื้นฐานที่ถูกต้องและเพียง พอท่ีจะเรยี นเร่ืองกฎการอนุรกั ษ์พลังงานต่อไป เฉลยคำถามระหว่างเรียน 1. เติมคำทกี่ ำหนดให้ลงในช่องว่าง พลังงานไฟฟา้ พลงั งานกล เสยี ง พลังงานความร้อน พลังงานศักย์โนม้ ถ่วง พลงั งานจลน์ ถ่ายโอน 1.1 พลังงานความร้อนสามารถ......ถ่ายโอน.........จากวตั ถหุ น่ึงไปอกี วัตถุหนงึ่ ได้ 1.2 งานในการยกลูกตุ้มปน้ั จนั่ ขึ้นในแนวดงิ่ ทำให.้ ...พลังงานศกั ยโ์ นม้ ถ่วง..ของลกู ตุ้มป้นั จ่นั มีค่าเพิ่มขึน้ 1.3 เมือ่ วัตถเุ คลอื่ นที่บนพื้นฝดื งานจากแรงเสียดทานทำให้......พลงั งานจลน์....ของวตั ถุมคี ่าลดลง 1.4 พัดลมเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าท่ีทำหน้าที่เปลี่ยน....พลังงานไฟฟา้ ....เป็น....พลงั งานกล..ของการหมุนของใบพัด แต่การทำงานของ พั ดลมอาจ มีการสูญ เสีย พลัง งาน ไป โดยเ ปลี่ยน เป็น ...พ ลั งงานค วา มร้ อน ... . ห รื อ ....เสยี ง.... สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน 76 คมู่ อื ครูรายวชิ าพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ 2. ตรวจสอบความรู้เดมิ ของนักเรียนเกีย่ วกับกฎการอนุรักษ์พลังงานโดยให้ทำกิจกรรมรู้อะไรบ้างก่อนเรียน ซึ่งนักเรียน สามารถตอบได้ตามความเข้าใจของตนเอง โดยที่ครูไม่เฉลยคำตอบ ครูควรรวบรวมแนวคิดคลาดเคลื่อนที่พบเพ่ือ นำไปใช้ในการวางแผนการจัดการเรียนรูแ้ ละแกไ้ ขแนวคดิ เหลา่ นัน้ ใหถ้ กู ต้อง ตวั อยา่ งแนวคิดคลาดเคลอื่ นซง่ึ อาจพบในเร่ืองน้ี • พลังงานมีการสญู หายไปบางสว่ นระหว่างเปล่ยี นจากพลังงานหนงึ่ ไปยงั อีกพลังงานหนงึ่ 3. ใช้คำถามเพื่อกระตุ้นความสนใจของนักเรียนว่า น้ำตกที่พุ่งออกจากหน้าผาสูงสู่พื้นด้านล่าง ถ้าไม่คิดแรงต้านของ อากาศ ค่าพลังงานศักย์โน้มถ่วง ค่าอัตราเร็วและค่าพลังงานจลน์ของน้ำจะเปลี่ยนแปลงไปตามระดับความสงู หรือไม่ อย่างไร อาจใช้ภาพการไหลของน้ำตกประกอบการอภิปราย ให้นักเรียนตอบตามความเข้าใจของตนเองโดยครูยังไม่ เฉลยคำตอบ จากน้นั นำเข้าสู่กจิ กรรมที่ 5.5 พลังงานศกั ยโ์ น้มถ่วงมีความสมั พนั ธ์กบั พลังงานจลน์อย่างไร โดยอาจ ใช้คำถาม เช่น พลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำมีการเปลี่ยนแปลงเป็นพลังงานใดบ้าง พลังงานศักย์โน้มถ่วงมี ความสมั พันธก์ บั พลงั งานจลนอ์ ย่างไร สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

77 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน คมู่ ือครูรายวิชาพื้นฐานวทิ ยาศาสตร์ กจิ กรรมที่ 5.5 พลงั งานศักยโ์ นม้ ถ่วงมีความสัมพันธ์กบั พลงั งานจลนอ์ ย่างไร แนวการจดั การเรยี นรู้ ครูดำเนินการดังนี้ กอ่ นการทำกจิ กรรม (10 นาที) 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้ตัวอย่าง ดงั ต่อไปน้ี • กจิ กรรมน้ีเก่ียวกับเร่อื งอะไร (ความสัมพนั ธ์ของพลังงานศกั ย์โนม้ ถว่ งและพลังงานจลน์) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงค์อะไร (แปลความหมายข้อมูลและอธิบายการเปลี่ยนพลังงานระหว่างพลังงานศักย์ โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ และอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกลกับพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงาน จลน์) • วธิ ีดำเนินกจิ กรรมมขี นั้ ตอนโดยสรุปอยา่ งไร (ศกึ ษาสถานการณก์ ารเคล่ือนที่ของวัตถทุ ี่ตกอยา่ งอิสระท่กี ำหนดให้ แลว้ ตอบคำถามทา้ ยกจิ กรรม) • นักเรียนต้องสังเกตหรือรวบรวมข้อมูลอะไรบ้าง (ความสัมพันธ์ระหว่างความสูงจากระดับอ้างอิงและพลังงาน ศักย์โน้มถ่วง อัตราเร็วและพลังงานจลน์ ความสูงจากระดับอ้างอิงและอัตราเร็ว และพลังงานศักย์โน้มถ่วงและ พลังงานจลน์ ณ ตำแหน่งตา่ ง ๆ และผลรวมของพลงั งานศักยโ์ นม้ ถว่ งและพลงั งานจลน์ ณ ตำแหนง่ ตา่ ง ๆ) ระหว่างการทำกจิ กรรม (20 นาท)ี 2. ใหน้ ักเรียนแตล่ ะคนทำกิจกรรม โดยครเู ดนิ สงั เกตการทำกิจกรรมของนักเรียนเพ่ือให้คำแนะนำหากนักเรียนมขี ้อสงสัย หรืออาจชี้แจงเกี่ยวกับข้อมูลและจุดเน้นที่นักเรียนควรสังเกตจากข้อมูล เช่น ความสัมพันธ์ของระดับความสูงที่ เปลี่ยนไปกับอัตราเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุ ความสัมพันธ์ของระดับความสูงที่เปลี่ยนไปกับพลังงาน ศักย์โน้มถ่วง ของวัตถุ ความสัมพันธข์ องอัตราเร็วท่ีเปลี่ยนไปกับพลังงานจลนข์ องวัตถุ และความสมั พันธ์พลังงานศักย์โนม้ ถ่วงของ วตั ถพุ ลังงานจลนข์ องวัตถุ ครคู วรรวบรวมขอ้ มูลเหลา่ นัน้ เพอื่ ใชป้ ระกอบการอภิปรายหลังการทำกิจกรรม หลังการทำกิจกรรม (10 นาที) 3. สุ่มนักเรียนนำเสนอผลจากการทำกิจกรรม แล้วตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันสรุปผลของกิจกรรมโดยใช้ คำถามท้ายกิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า เมื่อปล่อยวัตถุให้ตกอิสระลงจากตำแหน่งที่มี ความสูงจากระดับอ้างอิง โดยไม่คิดแรงต้านอากาศ วัตถุจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วง (������������) ลดลงตามระดับความสูงท่ี ลดลง แต่จะมีพลังงานจลน์ (������������) เพิ่มขึ้นและผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์มีค่าคงที่ในทุก ๆ ตำแหนง่ เมือ่ ไม่มีแรงภายนอกมาเก่ียวข้อง สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 78 คมู่ อื ครรู ายวชิ าพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ 4. ให้นกั เรยี นดูภาพนำเรื่องอีกครัง้ ซึ่งเป็นการแขง่ ขันลอ้ เล่ือนไม้หรอื ฟอร์มูล่าม้ง และร่วมกนั อภปิ รายโดยอาจใช้คำถาม ใดคำถามหน่ึง ดังนี้ • เหตกุ ารณน์ ้ี เก่ยี วขอ้ งพลงั งานอะไรบา้ ง อยา่ งไร (เก่ียวข้องกับพลงั งานศักยโ์ นม้ ถว่ งของล้อเลื่อนไมจ้ ากการท่ีผู้เล่น จะต้องนำล้อเลื่อนไม้ขึ้นไปยังยอดดอย และพลังงานจลน์ขณะที่ล้อเลื่อนไม้และผู้เล่นเคลื่อนลงมาตามถนนที่มี ความชัน) • มีการเปลี่ยนหรือถ่ายโอนพลังงานหรือไม่ อย่างไร (มีการเปลีย่ นพลังงานของล้อเลื่อนไม้จากพลังงานศักย์โน้มถว่ ง ไปเปน็ พลงั งานจลน์) 5. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายโดยตั้งคำถามว่า นอกจากพลังงานศักย์โน้มถ่วงจะสามารถเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจลน์ได้ แล้ว นักเรียนคิดว่าพลังงานจลน์จะสามารถเปลี่ยนไปเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้หรือไม่ อย่างไร นักเรียนตอบตาม ความเขา้ ใจของตนเอง โดยครไู ม่เฉลยคำตอบ 6. ให้นักเรยี นเรยี นรู้เพ่ิมเติมเก่ยี วกับพลังงานกลและกฎการอนุรักษ์พลงั งาน โดยอ่านเนือ้ หาในหนงั สือเรียนหน้า 54-57 เพ่อื ให้ได้ขอ้ สรุปวา่ • ถ้าไม่มีแรงภายนอกมาเกี่ยวข้อง พลังงานกลซึ่งคือผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ของวัตถุใน แต่ละตำแหน่งมีค่าคงตวั เสมอ ซงึ่ เปน็ ไปตามกฎการอนุรักษพ์ ลังงานกล • พลังงานศกั ย์โนม้ ถว่ งจะสามารถเปล่ยี นไปเป็นพลงั งานจลน์ และพลงั งานจลน์กส็ ามารถเปลีย่ นไปเป็นพลงั งานศักย์ โน้มถ่วงได้ นั่นคือ เมื่อโยนวัตถุขึ้นในแนวดิ่งด้วยอัตราเร็วค่าหนึ่ง กำหนดตำแหน่งที่วัตถุหลุดจากมือเป็นระดับ อ้างอิง วัตถุจะมีอัตราเร็วสูงสดุ จึงมีพลังงานจลน์สูงสุดแต่มพี ลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นศูนย์ เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ขึ้นใน แนวดิง่ วตั ถุจะมีระดบั ความสูงเพม่ิ ขน้ึ จึงมีพลงั งานศักย์โน้มถว่ งเพ่ิมขึ้น แต่มอี ตั ราเรว็ ลดลง วตั ถุจึงมีพลังงานจลน์ ลดลง และเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ถึงจุดสูงสุด อัตราเร็วของวัตถุมีค่าเป็นศูนย์ วัตถุจึงมีพลังงานจลน์เป็นศูนย์ แต่มี พลังงานศักย์โน้มถ่วงสูงสุด ดังนั้นผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ยังคงมีค่าคงตัวในทุก ๆ ตำแหน่ง จากนั้นให้นักเรียนตอบคำถามระหว่างเรียนเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกลกับพลังงานความศักย์โน้มถ่วง และพลังงานจลน์ ความแตกต่างระหวา่ งกฎการอนุรักษพ์ ลังงานกลและกฎการอนุรักษ์พลังงาน แล้วร่วมกันอภิปราย เกย่ี วกับคำตอบของนกั เรียน สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

79 หน่วยท่ี 5 | งานและพลังงาน ค่มู อื ครูรายวิชาพ้นื ฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยคำถามระหวา่ งเรียน • พลงั งานศักยโ์ น้มถ่วงมีความสัมพันธ์กบั พลังงานจลนอ์ ย่างไร แนวคิด พลังงานศักย์โน้มถว่ งที่เปล่ียนแปลงจะเทา่ กบั พลังงานจลน์ท่ีเปลี่ยนแปลง เช่น เมื่อปล่อยวัตถุให้ตกสู่ ระดับอ้างอิง วัตถุจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงลดลงตามระดับความสูงท่ีลดลง แต่พลังงานจลน์จะเพิ่มขึ้น โดย พลังงานศกั ย์โน้มถ่วงทีล่ ดลงจะเปล่ยี นไปเปน็ พลงั งานจลนข์ องวัตถุทเ่ี พ่ิมข้นึ • จากข้อมูลในกิจกรรมที่ 5.5 เมื่อเวลาผ่านไป 3.3 วินาที แล้วพลังงานศักย์โน้มถ่วงมีค่า 65 จูล พลังงาน จลน์จะมีคา่ เทา่ ใด แนวคำตอบ จากผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์มีค่าคงตัวในทุกๆ ตำแหน่ง นั่นคือ เม่ือ เวลาผ่านไป 1 วนิ าที และ 3.3 วินาที จะมีผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ เทา่ กัน ณ เวลา 1 วินาที ผลรวมของพลงั งานศกั ยโ์ น้มถ่วงและพลังงานจลน์ = 540 J + 48 J = 588 J ดงั นั้น เมอ่ื เวลาผ่านไป 3.3 วินาที วัตถุจะมผี ลรวมของพลังงานศักยโ์ นม้ ถ่วงและพลังงานจลน์ = 588 J 65 J + พลงั งานจลน์ = 588 J พลงั งานจลน์ = 588 J – 65 J = 523 J • กฎการอนุรกั ษพ์ ลังงานกลและกฎการอนรุ ักษ์พลงั งานเหมือนหรือตา่ งกนั หรอื ไม่ อยา่ งไร แนวคิด กฎการอนุรักษ์พลังงานกลและกฎการอนุรักษ์พลังงานต่างกัน โดยกฎการอนุรักษ์พลังงานกล พิจารณาเฉพาะผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ของวัตถุที่ตำแหน่งต่าง ๆ ซึ่งจะมีค่าคงท่ี เสมอเมอ่ื ไม่มีแรงภายนอกมาเกี่ยวข้อง ถา้ หากมแี รงกระทำจากภายนอก จะทำให้พลงั งานกลของระบบหายไป ส่วนหนึ่ง โดยอาจเปลีย่ นและถ่ายโอนเป็นพลงั งานอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อรวมพลังงานกลและพลังงานอื่น ๆ เขา้ ดว้ ยกนั แล้วพลังงานรวมยงั คงมคี ่าคงทเ่ี สมอ ซง่ึ เปน็ ไปตามกฎการอนุรกั ษ์พลงั งาน สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หน่วยที่ 5 | งานและพลังงาน 80 คูม่ อื ครรู ายวชิ าพ้นื ฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยคำถามระหวา่ งเรยี น • เมอ่ื ปลอ่ ยลกู บาสเกตบอลที่อยู่สูงจากพน้ื ให้ตกกระทบพน้ื ลกู บาสเกตบอลจะกระดอนบนพ้นื หลายครั้งจนกระทง่ั ลูกบาสเกตบอลหยดุ เคล่อื นที่ - พลงั งานจลนแ์ ละพลังงานศักย์โนม้ ถ่วงของลกู บาสเกตบอลมกี ารเปลี่ยนแปลงอยา่ งไร แนวคำตอบ เมื่อปล่อยลูกบาสเกตบอลตกที่สูงให้ตกสู่พื้น พลังงานศักย์โน้มถ่วงของลูกบาสเกตบอลจะ ลดลงตามระดับความสูงท่ีลดลง โดยพลังงานศักย์โน้มถ่วงที่ลดลงจะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจลน์ของลูก บาสเกตบอลที่เพิ่มขึ้น แต่ขณะที่ลูกบาสเกตบอลกระทบพื้นจะเกิดแรงที่พื้นกระทำต่อลูกบาสเกตบอล ทำ ให้พลังงานกลของระบบหายไป ส่งผลให้พลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ลดลงตามไปด้วย จนเมื่อ หยดุ เคลือ่ นที่ ทง้ั พลงั งานศกั ยโ์ น้มถ่วงและพลงั งานจลนข์ องลูกบาสเกตบอลมีคา่ เป็นศนู ย์ - สถานการณ์นี้เป็นไปตามกฎการอนรุ ักษ์พลงั งานกลหรอื กฎการอนุรักษ์พลังงานหรอื ไม่ อยา่ งไร แนวคำตอบ สถานการณ์การกระดอนของลูกบาสเกตบอลไม่เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงานกล แต่เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน เนื่องจากพลังงานกลของระบบหายไปส่วนหนึ่ง เนื่องจากแรงที่พื้น กระทำต่อลกู บาสเกตบอล โดยพลังงานกลเปลยี่ นไปเป็นพลังงานเสยี งและพลังงานความร้อน 7. นำเข้าสู่กิจกรรมที่ 5.6 พลังงานมีการเปลี่ยนและถ่ายโอนอย่างไร โดยอาจใช้คำถามใดคำถามหนึ่ง ให้นักเรียน ร่วมกนั อภปิ ราย ซง่ึ นักเรียนสามารถตอบคำถามตามความเข้าใจของตนเองโดยครยู ังไมเ่ ฉลยคำตอบดงั นี้ • นอกจากจะมีการเปลี่ยนพลังงานระหว่างพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์แล้ว ยังมีพลังงานใดอีกบ้างที่ สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานอื่นได้ (พลังงานจลนข์ องน้ำเปลีย่ นเป็นพลังงานไฟฟ้าในการผลติ ไฟฟ้า พลังงานไฟฟา้ เปล่ียนเป็นพลงั งานความร้อน ฯลฯ) • นักเรียนคิดว่าพลังงานสามารถทำให้สูญหายไปได้หรือไม่ อย่างไร (พลังงานไม่สามารถสูญหาย ไปได้ ซึ่งเป็นไป ตามกฎการอนุรกั ษพ์ ลงั งาน) สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

81 หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน ค่มู ือครูรายวิชาพื้นฐานวทิ ยาศาสตร์ กิจกรรมที่ 5.6 พลงั งานมีการเปล่ยี นและถ่ายโอนอยา่ งไร แนวการจดั การเรียนรู้ ครูดำเนินการดงั นี้ ก่อนการทำกิจกรรม (10 นาที) 1. ให้นักเรียนอ่านชื่อกิจกรรม จุดประสงค์ และวิธีดำเนินกิจกรรม และตรวจสอบความเข้าใจการอ่าน โดยใช้ตัวอย่าง ดังตอ่ ไปนี้ • กจิ กรรมน้ีเกยี่ วกับเรอ่ื งอะไร (การเปลีย่ นและการถา่ ยโอนพลังงานต่าง ๆ ตามกฎการอนรุ ักษ์พลังงาน) • กิจกรรมนี้มีจุดประสงคอ์ ะไร (วิเคราะห์สถานการณ์และอธิบายการเปลี่ยนและการถ่ายโอนพลังงานตามกฎการ อนุรักษ์พลงั งาน) • วิธีดำเนินกิจกรรมมีขัน้ ตอนโดยสรุปอย่างไร (สังเกตภาพที่กำหนดใหแ้ ล้ววิเคราะห์และอภิปรายการเปลี่ยนและ การถ่ายโอนพลังงานจากสถานการณ์ตา่ ง ๆ ในภาพ) • นกั เรยี นต้องสังเกตหรอื รวบรวมข้อมูลอะไรบา้ ง (การเปล่ียนและถ่ายโอนพลังงานต่าง ๆ ทีพ่ บในภาพ) ระหว่างการทำกจิ กรรม (20 นาที) 2. ให้นักเรยี นแตล่ ะคนทำกจิ กรรม โดยครูเดินสังเกตการทำกิจกรรมของนกั เรียนเพ่ือให้คำแนะนำหากนักเรยี นมีข้อสงสัย หรืออาจช้ีแจงเกย่ี วกบั ขอ้ มูลและจดุ เนน้ ท่นี กั เรียนควรสังเกตจากรปู ภาพ เช่น การเปลย่ี นพลงั งานจากพลังงานหน่ึงไป เป็นพลังงานอื่น การถ่ายโอนพลังงานจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ครูควรรวบรวมข้อมูลเหล่านั้น เพื่อใช้ ประกอบการอภปิ รายหลงั การทำกจิ กรรม หลงั การทำกิจกรรม (10 นาที) 3. สุ่มนักเรียนนำเสนอผลการทำกิจกรรม ตอบคำถามท้ายกิจกรรม และร่วมกันสรุปผลของกิจกรรมโดยใช้คำถามท้าย กิจกรรมเป็นแนวทาง เพื่อให้ได้ข้อสรุปจากกิจกรรมว่า พลังงานสามารถเปลี่ยนจากพลงั งานหนึ่งไปเป็นอีกพลังงาน หน่ึงหรอื ถา่ ยโอนได้ 4. ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการเปลี่ยนพลังงานและการถ่ายโอนพลังงานในชีวิตประจำวัน โดยอ่านเนื้อหาใน หนังสือเรียนหน้า 60-61 เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า พลังงานเป็นสิ่งที่ไม่สามารถทำให้สูญหายหรือสร้างขึ้นใหม่ได้ แต่ สามารถเปลี่ยนพลังงานจากพลังงานหน่ึงไปเป็นอีกพลังงานหนึ่ง หรือถ่ายโอนพลังงานจากวัตถุหนึ่งไปยังอกี วัตถหุ น่ึง ไดซ้ ึ่งเปน็ ไปตามกฎการอนรุ ักษพ์ ลังงาน 5 ให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานของผีพุ่งไต้ โดยอ่านเกร็ดน่ารู้และตอบคำถามระหว่าง เรียนเกี่ยวกับการอนรุ ักษพ์ ลังงาน แลว้ ร่วมกนั อภิปรายเกย่ี วกับคำตอบของนักเรียน สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 82 คูม่ ือครูรายวชิ าพื้นฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยคำถามระหว่างเรียน • เครือ่ งจักรนิรันดร์ (perpetual machine) คอื เครื่องจักรที่อ้างวา่ สามารถออกแบบให้ทำงานได้ตราบช่ัว นิรันดร์โดยเราใส่พลังงานให้เครื่องจักรเพียงครั้งเดียวเมื่อเร่ิมต้น จากนั้นเครื่องจกั รน้ีจะสามารถทำงานได้ ตลอดไป จากกฎอนุรกั ษ์พลังงาน นกั เรียนคดิ ว่า เคร่ืองจักรนริ นั ดร์สามารถทำงานไดต้ ามท่ีกล่าวไว้หรือไม่ อยา่ งไร แนวคำตอบ เครื่องจักรนิรันดร์ไม่สามารถทำงานได้ตราบชั่วนิรันดร์ตามที่อ้างไว้ว่าไม่ต้องใส่พลังงานให้ เครื่องจักรนั้นอีก เพราะขณะที่เครื่องจักรทำงานอาจสูญสียพลังงานกลโดยมีการเปลี่ยนพลังงานจากพลังงาน กลไปเป็นพลังงานความรอ้ น หรอื เสียงตามกฎการอนุรกั ษ์พลงั งาน 6. ให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายสรุปสิ่งทีไ่ ด้เรียนรู้ทั้งหมด เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า พลังงานเป็นสิ่งทีบ่ อกถึงความสามารถใน การทำงาน พลังงานเป็นสิ่งที่ไม่สามารถทำให้สูญหายไปได้และไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ แต่สามารถถ่ายโอนพลังงาน และเปลีย่ นจากพลังงานหนึ่งไปเป็นอีกพลังงานหน่ึงได้ ซ่ึงเปน็ ไปตามกฎการอนรุ ักษ์พลังงาน โดยเราใช้ประโยชน์ของ การถ่ายโอนพลังงานและการเปลี่ยนพลังงาน เช่น การใช้ประโยชน์จากพลังงานจากลมมาหมุนกังหันลมเพื่อผลิต กระแสไฟฟ้า ซง่ึ ลมทมี่ อี ัตราเรว็ สูงคา่ หน่ึงจะมีพลังงานจลน์ เมือ่ ลมกระทบกับใบพดั ของกงั หันลมจะถ่ายโอนพลังงาน จลน์ไปสู่ใบพัดทำให้ใบพัดหมุน ใบพัดของกังหันลมจึงมีพลังงานจลน์แล้วถ่ายโอนพลังงานจลน์ไปสู่แกนเพลาของ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้แกนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนตามด้วย และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จะทำหน้าที่เปลี่ยน พลังงานจลน์ไปเปน็ พลังงานไฟฟ้า 7. ครูตั้งประเด็นให้นักเรียนร่วมกันอภิปรายความแตกต่างของการเปลี่ยนพลังงานและการถ่ายโอนพลังงาน เพื่อให้ได้ ข้อสรุปวา่ การเปล่ียนพลังงานเป็นการเปลีย่ นจากพลงั งานหน่ึงท่ีมใี นวตั ถุให้เป็นพลังงานอ่ืน ๆ เช่น เมื่อวัตถุตกสู่พื้น มีการเปลยี่ นพลังงานจากพลงั งานศกั ยโ์ น้มถ่วงไปเป็นพลังงานจลน์ ส่วนการถา่ ยโอนพลังงานเป็นการถ่ายโอนพลังงาน จากวัตถุหน่ึงไปยังอีกวัตถุหนึง่ โดยยังคงเป็นพลังงานแบบเดิม เช่น พลังงานจลน์ของลมถ่ายโอนให้ใบพัด ทำให้ใบพัด หมนุ มพี ลงั งานจลน์ 8. ถ้าพบว่านกั เรียนมีแนวคดิ คลาดเคลื่อนเกย่ี วกับเร่ืองนี้จากการตอบคำถามก่อนเรียน ระหว่างเรียนหรืออาจตรวจสอบ โดยใช้กลวธิ ีต่าง ๆ ให้ครแู กไ้ ขแนวคดิ คลาดเคลื่อนนน้ั ใหถ้ กู ตอ้ ง เชน่ แนวคิดคลาดเคลือ่ น แนวคดิ ทีถ่ ูกต้อง พลังงานมีการสูญหายไปบางส่วนระหว่างเปลี่ยนจาก พลังงานเป็นสิ่งที่ไม่สามารถทำให้สูญหายไปแต่สามารถ พลังงานหนึ่งไปยังอีกพลังงานหนึ่ง (Tatar & Oktay, เปลี่ยน หรือถ่ายโอนจากพลังงานหนึ่งไปยังอีกพลังงาน 2007) หนง่ึ ไดซ้ ่งึ เป็นเป็นไปตามกฎการอนุรกั ษพ์ ลงั งาน สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

83 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน คู่มอื ครรู ายวชิ าพน้ื ฐานวทิ ยาศาสตร์ 9. ร่วมกันสรุปหัวข้อเรื่องพลังงานและกฎการอนุรักษ์พลังงาน จากนั้นนักเรียนทำกิจกรรมตรวจสอบตนเองเพื่อสรุป ความรู้ที่ได้เรียนรู้จากบทเรยี น โดยการเขียนบรรยาย วาดภาพ หรือเขียนผังมโนทศั น์สิง่ ที่ได้เรียนรูจ้ ากบทเรียนเรื่อง พลังงานและกฎการอนุรกั ษพ์ ลังงาน ตวั อยา่ งผังมโนทศั นส์ ่งิ ท่ีไดเ้ รยี นรู้เก่ยี วกับพลังงานกลและกฎการอนรุ ักษ์พลังงาน พลงั งาน มี หลายแบบตามลกั ษณะที่ปรากฏหรือการ นำไปใชง้ าน เปน็ เชน่ ปรมิ าณท่แี สดงถงึ ความสามารถใน พลังงานกล การทำงาน ไม่สามารถ เป็น มีค่าคงตวั ตามกฎการอนรุ ักษ์ พลังงานกล สร้างข้นึ ใหมแ่ ละทำใหส้ ญู หายได้ ซึ่ง ผลรวมของพลังงานศกั ย์โนม้ ถว่ ง ซึ่ง เป็นไปตามกฎการอนุรักษพ์ ลังงาน และพลงั งานจลน์ โดย โดย โดย เมอื่ พลังงานมีหนว่ ยเปน็ จลู พลงั งานศักย์โนม้ ถว่ ง พลังงานจลน์ ไมม่ ีแรงจาก ภายนอกมา เปน็ เป็น เกย่ี วข้อง พลงั งานของวตั ถุทอ่ี ย่ภู ายใต้สนามโน้มถว่ ง พลังงานท่ีมีอยู่ในวัตถุท่กี ำลงั เคล่ือนที่ ซ่ึงจะ ซง่ึ จะ มีค่ามากหรือนอ้ ยขึ้นอยกู่ บั มวลและ มคี า่ มากหรือนอ้ ยขนึ้ อย่กู บั มวลและ ความสูงของวตั ถจุ ากระดบั อ้างองิ อตั ราเรว็ ในการเคลอื่ นที่ของวัตถุ 10. สุ่มนักเรียนนำเสนอผงั มโนทศั น์สรุปความรู้ที่ได้จากบทเรยี น โดยอาจออกแบบให้นกั เรียนนำเสนอเป็นกลุม่ ย่อยและ อภิปรายภายในกลุ่ม จากนั้นอภิปรายร่วมกันในชั้นเรียน หรือจัดแสดงผลงานเพื่อร่วมพิจารณาให้ความเห็น และ ร่วมกนั อภิปรายสรปุ ความรู้ท่ีไดจ้ ากบทเรยี น สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน 84 คู่มอื ครรู ายวชิ าพนื้ ฐานวิทยาศาสตร์ 11. ให้นักเรียนทำกิจกรรมท้ายบทเรื่อง การออกแบบรางรถไฟเหาจำลองได้อย่างไร และตอบคำถามท้ายกิจกรรม จากน้นั ใชค้ ำถามสำคัญของบทเรียนเพื่อใหน้ ักเรยี นรว่ มกนั อภปิ ราย โดยนกั เรียนควรตอบคำถามสำคญั ดงั กลา่ วได้ ดัง ตวั อย่าง เฉลยคำถามสำคญั ของบท • งานกับพลังงานเกยี่ วข้องกันอย่างไร แนวคำตอบ งานกับพลังงานเกี่ยวข้องกัน คือ วัตถุที่มีพลังงานมากย่อมมีความสามารถในการทำงานได้มาก เช่น ถ่านไฟฉายที่มีพลังงานมากสามารถทำให้หลอดไฟสว่างได้มาก รถยนต์ที่เติมน้ำมันไว้ในปริมาณมากก็จะ สามารถเคลอ่ื นทีไ่ ปไดไ้ กล • พลงั งานศกั ย์โน้มถว่ ง พลังงานจลน์ พลังงานกล คืออะไร แนวคำตอบ พลังงานศักย์โน้มถ่วง คือ พลังงานของวัตถุที่อยู่ภายใต้สนามโน้มถ่วง ซึ่งจะมีค่ามากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับมวลและตำแหน่งของวัตถุจากระดบั อ้างอิง โดยวัตถุทีม่ ีมวลมาก และอยู่ที่ระดับสูงจากระดับอ้างอิง มาก จะมพี ลังงานมาก พลังงานจลน์ คือ พลังงานที่มอี ยู่ในวตั ถุท่ีกำลังเคลือ่ นที่ จะมีค่ามากหรอื น้อยขึ้น อยู่กับมวลและ อัตราเร็วในการเคล่อื นท่ขี องวัตถุ วตั ถทุ มี่ มี วลมากและเคล่ือนทด่ี ว้ ยอตั ราเร็วสูงจะมีพลังงานจลน์มาก พลังงานกล คือ ผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ โดยพลังงานกลของวัตถุท่ี ตำแหน่งต่างๆ มีค่าคงทเี่ สมอเมอ่ื ไมม่ แี รงภายนอกเขา้ มาเกย่ี วขอ้ ง ซึง่ เปน็ ไปตามกฎการอนรุ ักษพ์ ลงั งานกล • พลังงานสามารถสรา้ งขึ้นหรอื ทำให้หายไปได้หรอื ไม่ แนวคำตอบ พลังงานเป็นสิ่งที่ไม่สามารถทำให้สูญหายไปหรอื สร้างขึ้นใหม่ได้ แต่สามารถเปลี่ยนหรอื ถ่ายโอน ได้ซง่ึ เป็นไปตามกฎการอนุรักษพ์ ลงั งาน 12. ให้นักเรียนตรวจสอบความรู้ของตนเองด้านทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ และทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 ที่ได้ ทำในบทเรียนนี้ อา่ นสรุปทา้ ยบท และทำแบบฝึกหัดท้ายบท สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

85 หน่วยที่ 5 | งานและพลังงาน คมู่ ือครูรายวชิ าพื้นฐานวิทยาศาสตร์ เฉลยกิจกรรมและแบบฝึกหัดของบทท่ี 2 สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยที่ 5 | งานและพลังงาน 86 คมู่ ือครรู ายวิชาพ้นื ฐานวิทยาศาสตร์ กจิ กรรมท่ี 5.3 พลงั งานศกั ย์โนม้ ถ่วงของวตั ถขุ ึ้นอยกู่ บั อะไรบา้ ง นักเรียนจะได้เรยี นรเู้ กี่ยวกับปัจจัยทม่ี ผี ลตอ่ พลงั งานศักย์โน้มถว่ ง จดุ ประสงค์ ออกแบบการทดลอง ทดลอง และอธบิ ายปจั จยั ท่ีมผี ลต่อพลังงานศกั ยโ์ นม้ ถ่วง เวลาทใ่ี ชใ้ น 1 ช่ัวโมง 40 นาที การทำกิจกรรม วัสดุและอุปกรณ์ วัสดุทีใ่ ชต้ ่อกลมุ่ ปริมาณ/กลุ่ม รายการ 3 อนั การเตรียมตัว ลว่ งหนา้ สำหรับครู 1. พลาสตกิ ทรงกลม 1 กระบะ 2. กระบะทรายพร้อมทราย 1 อัน ขอ้ เสนอแนะ 3. ไม้บรรทัด 1 อนั ในการทำกิจกรรม 4. ไมเ้ มตร 5. อปุ กรณ์อ่ืน ๆ ตามท่ีออกแบบไว้ ขึ้นอยู่กับการออกแบบ • ในการเตรียมพลาสติกทรงกลมที่มีมวลแตกต่างกันจะต้องเตรียมให้พลาสติกทรงกลมแต่ละ ลูกมีขนาดเท่ากันด้วย ซึ่งอาจใช้ลูกปิงปองเป็นพลาสติกทรงกลม เจาะรูที่ลูกปิงปองจำนวน 3 ลูก แลว้ ใสท่ รายปริมาณแตกต่างกัน จากนน้ั ปดิ รดู ้วยกระดาษกาวหรือเทปใสเพื่อกันไม่ให้ ทรายร่วั ออกมาได้ • ถ้าใช้กระบะทรายพร้อมทรายในห้องปฏิบัติการไม่สะดวก ครูอาจเตรียมพื้นที่ว่างนอก ห้องเรียน แล้วใช้วัสดเุ หลือใช้ เช่น กะละมัง หรืออ่างซักผ้าใส่ทรายแทนกระบะทรายได้ โดย ทรายควรเป็นทรายละเอียดที่ไม่จับตัวกัน ใส่ให้เต็มกระบะ ปาดผิวทรายให้เรียบแล้วเคาะ กระบะ 3-4 ครัง้ เพ่อื ลดชอ่ งวา่ งระหวา่ งเม็ดทราย • การสังเกตการกระเด็นของเม็ดทรายและการยุบตัวของพื้นทราย ครูอาจแนะนำให้นักเรียน ถ่ายวิดีโอขณะที่ลูกพลาสติกตกกระทบพื้นทราย กรณีที่สังเกตความลึกและความกว้างขอ ง พื้นทรายที่ยุบตัวลงด้วยตาเปล่าแล้วพบว่า ความลึกและหรือความกว้างมีขนาดใกล้เคียงกัน ครูควรแนะนำใหน้ กั เรียนใช้การวัดด้วยเคร่ืองมือวัดทเ่ี หมาะสม • การนำเสนอผลการทำกิจกรรม ครูเลือกกลุม่ ท่ีศึกษาปัจจัยเดียวกนั ให้นำเสนอพร้อมกัน และ อาจติดผลการทำกิจกรรมที่ผนังห้องเรียนใกล้กัน และนักเรียนทุกคนเดินศึกษา (Gallery walk) ปจั จยั ตา่ งๆ ท่ีมีผลตอ่ พลงั งานศกั ย์โนม้ ถ่วง สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

87 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน คูม่ อื ครูรายวชิ าพ้นื ฐานวิทยาศาสตร์ สอ่ื การเรียนรู้/ • หนังสือเรยี นรายวิชาพ้นื ฐานวิทยาศาสตร์ ระดับมัธยมศึกษาปที ่ี 2 เล่ม 2 สสวท. แหลง่ เรยี นรู้ • สอ่ื ดจิ ทิ ลั สสวท. ตอน พลงั งานศกั ยโ์ น้มถว่ งของวัตถขุ ึ้นอยู่กบั อะไรบ้าง (https://www.youtube.com/watch?v=aCLXMETeJP8) • สอื่ ดจิ ทิ ลั กระทรวงศึกษาธกิ าร เรอ่ื ง พลังงานศักยโ์ นม้ ถ่วง (https://www.youtube.com/watch?v=HZUZK_i-iQA) ตัวอย่างผลการทำกิจกรรม กรณที ่ี 1 ปจั จยั ทมี่ ีผลต่อพลงั งานศักย์โน้มถ่วง คอื มวลของพลาสตกิ ทรงกลม สมมติฐาน พลงั งานศักย์โน้มถว่ งข้ึนอยู่กับมวลของพลาสติกทรงกลม โดยที่ความสงู จากระดับอ้างอิงเท่ากัน วัตถุที่มีมวล มากกว่าจะมพี ลังงานศกั ย์โน้มถว่ งมากกว่าวตั ถุที่มมี วลน้อยกว่า ตวั แปรต้น มวลของพลาสตกิ ทรงกลม ตัวแปรตาม พลังงานศักย์โน้มถ่วงของพลาสติกทรงกลม ตวั แปรควบคมุ ขนาดของกระบะทราย ปริมาณและระดบั ผวิ ทราย ขนาดของพลาสติกทรงกลม ความสงู ของระดับอา้ งองิ นยิ ามเชงิ ปฏิบตั ิการ การเปรียบเทียบมวลของพลาสติกทรงกลม สังเกตจากปริมาณทรายที่บรรจุในลกู ปิงปอง โดยถ้าบรรจุทราย ปรมิ าณมาก ลกู ปิงปองจะมีมวลมาก การเปรียบเทียบพลังงานศักย์โน้มถ่วง สังเกตจากการกระเด็นของเม็ดทรายและการยุบตัวลงของพื้นทราย ในกระบะทราย โดยถ้าเม็ดทรายกระเด็นมากและพื้นทรายยุบตัวมาก แสดงว่าพลาสติกทรงกลมพลังงานศักย์ โน้มถว่ งมาก วสั ดุและอุปกรณ์ 1. ลกู ปิงปองทบี่ รรจทุ รายปรมิ าณตา่ งกัน 2. กระบะทรายพร้อมทราย 3. ไม้บรรทัด 4. ไม้เมตร 5. อุปกรณ์อื่น ๆ ตามท่ีออกแบบไว้ วธิ ีทดลอง 1. เตรียมพลาสตกิ ทรงกลมใหม้ มี วลต่างกนั โดย พลาสตกิ ทรงกลมลูกที่หนง่ึ ไม่ใส่ทราย ลูกทส่ี อง ใสท่ ราย 1 ของลกู ลกู ท่สี ามใสท่ รายเต็มลกู 2 สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หน่วยที่ 5 | งานและพลังงาน 88 คมู่ อื ครรู ายวิชาพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ ตัวอยา่ งผลการทำกิจกรรม กรณที ่ี 1 2. ปลอ่ ยพลาสตกิ ทรงกลม 3 ลูกมวลแตกต่างกนั ทรี่ ะดับความสงู เท่ากนั ลงในกระบะทรายท่ีปาดผวิ เรยี บ ดังภาพ ปล่อยพลาสตกิ ทรงกลมลกู ที่ 1 ปลอ่ ยพลาสติกทรงกลมลูกที่ 2 ปลอ่ ยพลาสติกทรงกลมลูกที่ 3 เมื่อปล่อยพลาสติกทรงกลมครบทง้ั 3 ลกู 3. เปรยี บเทยี บการกระเด็นของเมด็ ทรายและการยุบตัวลงของพ้นื ทรายในกระบะทราย บนั ทกึ ผล ตาราง ตวั อยา่ งการกระเดน็ ของเม็ดทรายและการยบุ ตัวของพ้ืนทรายทเ่ี กิดจากพลาสตกิ ทรงกลมทมี่ มี วลต่างกนั พลาสติกทรงกลม การกระเด็นของเม็ดทราย การยบุ ตวั ของพื้นทราย ทใ่ี สท่ รายตา่ งกัน น้อย เปน็ หลมุ ทต่ี ื้น ไม่ใส่ทราย มาก เปน็ หลมุ ท่ีลึกข้นึ มากท่ีสดุ เป็นหลุมท่ีลึกสุด ใสท่ ราย 1 ของลูก 2 ใส่ทรายเตม็ ลูก สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

89 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน คู่มอื ครรู ายวชิ าพ้นื ฐานวิทยาศาสตร์ เฉลยคำถามทา้ ยกิจกรรม กรณีที่ 1 1. การทดลองน้ีต้องการศึกษาปัจจัยใดที่มีผลตอ่ พลังงานศักย์โนม้ ถ่วง แนวคำตอบ การทดลองน้ีต้องการศึกษาว่าปจั จยั ที่มผี ลตอ่ พลังงานศักยโ์ น้มถ่วงคือ มวลของพลาสติกทรงกลม 2. นิยามเชิงปฏิบัติการในการทดลองของนกั เรียนมีอะไรบ้าง แนวคำตอบ พลังงานศักย์โนม้ ถว่ งของพลาสติกทรงกลม หมายถึง พลงั งานจากพลาสติกทรงกลมทีต่ กจากที่สูง ระดับหนึ่ง ซึ่งทำให้เม็ดทรายกระเด็นและพื้นทรายยุบตัวลงเป็นหลุมโดยวดั ระดับพลงั งานศักย์โน้มถ่วงได้จาก ระดบั ความลึกของหลุมทราย 3. ผลการทดลองเปน็ ไปตามสมมติฐานทต่ี ั้งไว้หรอื ไม่ อย่างไร แนวคำตอบ อาจเหมือนหรือตา่ งกไ็ ด้ เช่น สมมตฐิ านที่ตงั้ ไว้ ผลการทดลอง สรุป พลาสตกิ ทรงกลมท่ีมีมวลมากจะ พลาสตกิ ทรงกลมท่ีมีมวลมากทำ สมมติฐานท่ีตง้ั ไว้ถกู ต้อง เน่ืองจาก มีพลังงานศักย์โนม้ ถว่ งมากกวา่ ให้เมด็ ทรายกระเดน็ มากกวา่ ผลการทดลองเป็นไปตาม พลาสตกิ ทรงกลมท่ีมีมวลนอ้ ย และพนื้ ทรายเป็นหลมุ ยุบลงไป สมมตฐิ านท่ีตัง้ ไว้ ได้ลึกกวา่ พลาสติกทรงกลมท่ีมี มวลน้อยกว่า 4. นอกจากปัจจัยทีเ่ ลือกศึกษาแล้วยังมีปจั จัยใดอีกท่ีมีผลตอ่ พลังงานศกั ย์โนม้ ถ่วงของวัตถุ แนวคำตอบ นอกจากมวลของพลาสติกทรงกลมจะมีผลต่อพลังงานศักย์โน้มถ่วงแล้ว ตำแหน่งของพลาสติก ทรงกลมทสี่ ูงจากระดับอ้างอิงก็เปน็ อกี ปจั จัยหน่ึงที่มีผลตอ่ พลังงานศักยโ์ น้มถว่ งของพลาสติกทรงกลมด้วย 5. จากการกิจกรรม สรุปได้ว่าอย่างไร แนวคำตอบ พลังงานศักย์โน้มถ่วงของพลาสติกทรงกลมมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวลและตำแหน่งของ พลาสตกิ ทรงกลมที่สงู จากระดบั อา้ งอิง สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 90 คมู่ ือครรู ายวชิ าพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ ตัวอยา่ งผลการทำกจิ กรรม กรณีที่ 2 ปจั จยั ท่ีมีผลตอ่ พลังงานศักยโ์ น้มถว่ ง คือ ตำแหน่งของพลาสติกทรงกลมที่สูงจากระดับอ้างอิง สมมติฐาน พลังงานศักย์โน้มถ่วงขึ้นอยู่กับตำแหน่งของพลาสติกทรงกลมที่สูงจากระดับอ้างอิง โดยมวลของพลาสติก ทรงกลมเท่ากนั พลาสติกทรงกลมที่มคี วามสูงจากระดับอ้างอิงมากกว่าจะมีพลังงานศกั ยโ์ นม้ ถ่วงมากกว่าพลาสติก ทรงกลมท่มี ีความสูงจากระดบั อ้างองิ น้อยกว่า ตวั แปรต้น ตำแหนง่ ของพลาสตกิ ทรงกลมทีส่ ูงจากระดับอา้ งองิ ตัวแปรตาม พลังงานศักยโ์ น้มถว่ งของพลาสตกิ ทรงกลม ตัวแปรควบคมุ ขนาดของกระบะทราย ปรมิ าณและระดับผวิ ทราย ขนาดของพลาสติกทรงกลม มวลของพลาสติกทรงกลม นิยามเชงิ ปฏิบัติการ การเปรยี บเทยี บพลังงานศักยโ์ น้มถ่วง สังเกตจากการกระเดน็ ของเม็ดทรายและการยุบตัวลงของพื้นทรายใน กระบะทราย โดยถ้าเม็ดทรายกระเด็นมากและพื้นทรายยุบตัวมาก แสดงว่าพลาสติกทรงกลมมีพลังงานศักย์ โน้มถว่ งมาก วสั ดุและอุปกรณ์ 1. ลูกปิงปองที่บรรจทุ รายปรมิ าณเท่ากนั 2. กระบะทรายพร้อมทราย 3. ไมบ้ รรทัด 4. ไม้เมตร 5. อุปกรณ์อื่น ๆ ตามที่ออกแบบไว้ วิธที ดลอง 1. เตรยี มพลาสตกิ ทรงกลมใหม้ มี วลเท่ากัน โดยใสท่ รายเต็มลกู 2. ปล่อยพลาสติกทรงกลม 3 ลูกที่มีมวลเทา่ กัน คือ 48 กรัมที่ระดับความสูงต่างกันลงในกระบะทรายที่ปาดผิว เรยี บ โดยเลือ่ นตำแหนง่ ท่ปี ลอ่ ยแต่ละลูกให้ห่างจากจดุ ปล่อยเดมิ 10 เซนติเมตร ดังภาพ ปล่อยพลาสติกทรงกลมท่ีระดับความสงู 10 cm ปล่อยพลาสติกทรงกลมที่ระดับความสงู 30 cm สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

91 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน คมู่ ือครูรายวชิ าพ้นื ฐานวทิ ยาศาสตร์ ตัวอย่างผลการทำกิจกรรม กรณีที่ 2 ปล่อยพลาสติกทรงกลมทีร่ ะดับความสูง 60 cm เมือ่ ปลอ่ ยพลาสตกิ ทรงกลมครบท้งั 3 ลกู 3. เปรียบเทียบการกระเด็นของเมด็ ทรายและการยบุ ตวั ลงของพ้นื ทรายในกระบะทราย บนั ทึกผล ตาราง ตัวอยา่ งการกระเด็นของเม็ดทรายและการยบุ ตัวของพน้ื ทรายทเ่ี กิดจากพลาสตกิ ทรงกลมที่ระดับความสูง ต่างกนั พลาสตกิ ทรงกลม การกระเด็นของเมด็ ทราย การยุบตวั ของพ้นื ทราย ท่ีระดับความสงู (cm) น้อย เป็นหลุมท่ตี ้ืน 10 มาก เป็นหลมุ ที่ลึกขน้ึ 30 มากที่สุด เป็นหลุมทีล่ ึกสุด 60 สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน 92 คู่มือครูรายวิชาพ้ืนฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยคำถามทา้ ยกจิ กรรม กรณีท่ี 2 1. การทดลองน้ีต้องการศึกษาปัจจยั ใดที่มีผลต่อพลังงานศักย์โน้มถว่ ง แนวคำตอบ การทดลองนี้ต้องการศึกษาว่าปัจจัยที่มีผลต่อพลังงานศักย์โน้มถ่วงคือ ตำแหน่งของพลาสติก ทรงกลมท่ีสูงจากระดบั อา้ งอิง 2. นิยามเชงิ ปฏิบตั ิการในการทดลองของนักเรยี นมอี ะไรบ้าง แนวคำตอบ พลังงานศักย์โน้มถว่ งของพลาสติกทรงกลม หมายถงึ พลังงานจากพลาสติกทรงกลมที่ตกจากท่ีสูง ระดับหนึ่ง ซึ่งทำให้เม็ดทรายกระเด็นและพื้นทรายยุบตัวลงเป็นหลุมโดยวัดระดับพลังงานศักย์โน้มถ่วงได้จาก ระดบั ความลกึ ของหลมุ ทราย 3. ผลการทดลองเป็นไปตามสมมติฐานท่ีต้ังไว้หรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ อาจเหมือนหรือต่างก็ได้ เช่น สมมติฐานทีต่ ้ังไว้ ผลการทดลอง สรปุ พลาสตกิ ทรงกลมท่ีอยู่สูงจาก พลาสติกทรงกลมที่อยู่สงู จาก สมมติฐานที่ต้งั ไว้ถูกต้อง เนื่องจาก ระดับอา้ งอิงมากกว่าจะมี ระดบั อ้างองิ มากกว่าทำให้เม็ด ผลการทดลองเปน็ ไปตาม พลังงานศักยโ์ น้มถว่ งมากกวา่ ทรายกระเด็นได้มากกว่าและพน้ื สมมติฐานทต่ี ั้งไว้ พลาสติกทรงกลมที่อยใู่ นระดับ ทรายเป็นหลมุ ยุบลงไปได้ลึกกวา่ ต่ำกว่า พลาสตกิ ทรงกลมที่อยู่ในระดับ ต่ำกว่า 4. นอกจากปจั จัยที่เลือกศกึ ษาแล้วยังมปี จั จยั ใดอีกที่มผี ลตอ่ พลังงานศักย์โนม้ ถ่วงของวตั ถุ แนวคำตอบ นอกจากตำแหน่งของพลาสติกทรงกลมทส่ี ูงจากระดบั อ้างอิงจะมผี ลต่อพลังงานศักย์โน้มถ่วงแล้ว มวลของพลาสตกิ ทรงกลมก็เป็นอกี ปจั จัยหนงึ่ ที่มีผลต่อพลงั งานศกั ย์โนม้ ถ่วงของพลาสติกทรงกลมด้วย 5. จากการกจิ กรรม สรปุ ได้ว่าอย่างไร แนวคำตอบ พลังงานศักย์โน้มถ่วงของพลาสติกทรงกลมมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับมวลและตำแหน่งของ พลาสติกทรงกลมทสี่ ูงจากระดับอ้างอิง สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

93 หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน ค่มู ือครูรายวิชาพ้นื ฐานวิทยาศาสตร์ กิจกรรมที่ 5.4 พลงั งานจลน์ของวัตถขุ นึ้ อยกู่ บั อะไรบา้ ง นักเรียนจะได้เรียนรเู้ กีย่ วกบั ปจั จัยทีม่ ีผลต่อพลังงานจลน์ จดุ ประสงค์ ออกแบบการทดลอง ทดลอง และอธบิ ายอธิบายปัจจัยทม่ี ีผลตอ่ พลงั งานจลน์ เวลาทใี่ ชใ้ น 1 ชว่ั โมง 40 นาที การทำกิจกรรม วสั ดุและอุปกรณ์ วสั ดุทใ่ี ชต้ อ่ กลุ่ม รายการ ปริมาณ/กลมุ่ 1. รถทดลองหรือรถของเล่น 1 อัน 2. เหล็กแทง่ มาตรฐานมวล 500 กรัม 1 แท่ง หรอื ถุงทรายมวล 500 กรมั 1 กลอ่ ง 3. กล่องกระดาษ 1 อนั 4. ไม้เมตร 1 แผ่น 5. แผน่ ไม้เรียบหรือแผ่นไม้กระดาน 1 เคร่ือง 6. นาฬิกาจับเวลา 1 อัน 7. ขาตัง้ พร้อมท่ีจบั ขนึ้ อยู่กับการออกแบบ 8. อปุ กรณ์อื่น ๆ ตามทอ่ี อกแบบ การเตรียมตวั • จดั หาพืน้ ท่ีสำหรับทดลองโดยปราศจากสง่ิ กีดขวางยาวอย่างน้อย 1.50 เมตร กวา้ ง 0.50 เมตร ล่วงหน้าสำหรบั ครู • ถา้ มไี ม้เมตรไม่เพยี งพออาจใชต้ ลบั เมตรแทนได้ • ควรตรวจสอบล้อและเพลาของรถทดลองไม่ให้เบนหรือเอียงไปด้านใดด้านหนึ่งเพื่อให้รถทดลอง เคลื่อนที่ตรง สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน 94 คู่มือครรู ายวชิ าพืน้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ ข้อเสนอแนะ • การนำเสนอผลการทำกิจกรรม ครูเลือกกลุ่มท่ีศึกษาปจั จัยเดียวกันให้นำเสนอพรอ้ มกัน และ ในการทำกจิ กรรม อาจติดผลการทำกิจกรรมที่ผนังห้องเรียนใกล้กัน และนักเรียนทุกคนเดินศึกษา (Gallery walk) ปัจจยั ตา่ ง ๆ ทมี่ ีผลตอ่ พลงั งานจลน์ • กรณีนักเรียนเลือกปัจจัยที่มีผลต่อพลังงานจลน์ คือ อัตราเร็วของรถทดลอง นักเรียนอาจ ออกแบบการทดลองสำหรับตรวจสอบ โดยใช้แรงที่แตกต่างกันในการผลักรถทดลอง หรือใช้ พลังงานศักย์ยืดหยุ่นในการปล่อยให้รถทดลองเคลื่อนท่ีด้วยการใช้หนังยางยึดติดกับรถ ทดลองและยืดหนังยางออกเป็นระยะทางที่แตกต่างกันแล้วปล่อย เพื่อให้รถทดลองมี อตั ราเร็วก่อนชนกลอ่ งกระดาษแตกตา่ งกัน • กรณีนักเรียนใช้ถุงทรายแทนแทงเหล็ก ครูควรแนะนำให้นักเรียนมัดถุงทรายให้ติดกับรถ ทดลองหรอื รถของเลน่ เพ่ือปอ้ งกันไม่ให้ถุงทรายเอียงในขณะท่รี ถเคล่ือนที่ ส่อื การเรียนร/ู้ • หนงั สือรายวิชาพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ ระดบั มัธยมศกึ ษาปีท่ี 2 เลม่ 2 สสวท. แหลง่ เรยี นรู้ • ส่อื ดจิ ทิ ัล สสวท. ตอน พลงั งานจลนข์ องวัตถุขน้ึ อยู่กับอะไรบ้าง (https://www.youtube.com/watch?v=6-06G_9-7fA) • ส่อื ดจิ ิทลั กระทรวงศึกษาธกิ าร เรอื่ ง พลงั งานจลน์ (https://www.youtube.com1/1watch?v=CWjwsgDPeYc) ตัวอย่างผลการทำกิจกรรม กรณที ี่ 1 ปจั จัยท่มี ผี ลตอ่ พลังงานศักย์จลน์ คอื มวลของรถทดลง สมมติฐาน พลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับมวลของรถทดลอง โดยรถทดลองที่มีมวลแตกต่างกันเคลื่อนที่ลงมาตามทางลาดใน ระยะทางเท่ากัน รถทดลองที่มีมวลมากกว่าจะมีพลังงานจลน์มากกว่าซึ่งจะทำให้กล่องกระเด็นออกจากตำแหน่ง เดมิ ไดร้ ะยะทางมากกวา่ รถทดลองทีม่ มี วลนอ้ ยกว่า ตวั แปรต้น มวลของรถทดลอง ตัวแปรตาม พลงั งานจลน์ของรถทดลอง ตวั แปรควบคมุ ขนาดของทางลาด มุมเอยี งของทางลาด ระยะทางท่รี ถทดลองเคล่อื นทบ่ี นทางลาด ระยะหา่ งระหวา่ งกล่องกระดาษถงึ ปลายทางลาด ขนาดและมวลของกลอ่ งกระดาษ นิยามเชงิ ปฏิบัติการ การเปรียบเทียบพลังงานจลน์ของรถทดลอง สังเกตจากการกระเดน็ ออกจากตำแหน่งเดิมของกล่องกระดาษ โดยถา้ กล่อง กระดาษกระเดน็ ออกจากตำแหน่งเดมิ ได้ระยะทางมาก แสดงวา่ รถทดลองมพี ลังงานจลน์มาก สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

95 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลังงาน ค่มู ือครูรายวชิ าพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ ตวั อยา่ งผลการทำกิจกรรม กรณีท่ี 1 วัสดุและอุปกรณ์ 1. รถทดลองหรือรถของเล่น 2. เหล็กแทง่ 3. กล่องกระดาษ 4. ไมเ้ มตร 5. แผ่นไม้เรยี บ 6. นาฬิกาจับเวลา 7. ขาตัง้ พร้อมทจี่ บั 8. อปุ กรณ์อน่ื ๆ ตามท่อี อกแบบ วธิ ีทดลอง H1 A ภาพ 1 C B H1 A ภาพ 2 C B 1. ชง่ั มวลของรถทดลองและมวลของแท่งเหลก็ บันทกึ ผล 2. ปลอ่ ยรถทดลองจากปลายทางลาดท่ีตำแหนง่ A ใหร้ ถทดลองเคล่ือนท่ีมาถึงตำแหน่ง B และเคล่ือนท่ีเข้าไปชน กล่องกระดาษที่ตำแหน่ง C ดังภาพ 1 สังเกตการกระเด็นของกล่องกระดาษและวัดระยะทางที่กล่องกระดาษ กระเดน็ ไป บนั ทกึ ผล 3. วางกล่องกระดาษที่ตำแหน่งเดิม ทำซ้ำข้อ 2 อีก 2 ครั้ง จากนั้นหาค่าเฉลี่ยของระยะทางที่กล่องกระดาษ กระเดน็ ไป บนั ทกึ ผล 4. วางกล่องกระดาษทต่ี ำแหน่งเดิม แต่เพมิ่ มวลของรถทดลองโดยวางแท่งเหลก็ บนรถทดลองแลว้ ปล่อยรถทดลอง จากตำแหน่งเดมิ ดงั ภาพ 2 สังเกตและวดั ระยะทางทีก่ ล่องกระดาษกระเดน็ ไป บนั ทึกผล สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน 96 คู่มือครรู ายวชิ าพนื้ ฐานวิทยาศาสตร์ ตวั อยา่ งผลการทำกจิ กรรม กรณที ี่ 1 5. วางกล่องกระดาษที่ตำแหน่งเดิม ทำซ้ำข้อ 4 อีก 2 ครั้ง จากนั้นหาค่าเฉลี่ยของระยะทางที่กล่องกระดาษ กระเด็นไป บันทึกผล ตาราง ตัวอยา่ งระยะทางทก่ี ลอ่ งกระดาษกระเด็นเม่ือถูกชนด้วยรถทดลองท่ีมมี วลต่างกัน วัตถุ มวล (g) ระยะทางที่กล่องเคล่ือนท่ีได้ (cm) รถทดลอง 500 คร้งั ท่ี 1 ครั้งท่ี 2 คร้ังที่ 3 เฉล่ยี รถทดลองและแท่งเหล็ก 1,000 10.5 12.0 12.5 7 34.8 32.5 33.0 38.8 เฉลยคำถามทา้ ยกจิ กรรม กรณีท่ี 1 1. การทดลองน้ตี ้องการศึกษาปจั จยั ใดทม่ี ผี ลตอ่ พลังงานจลน์ของวัตถุ แนวคำตอบ การทดลองน้ีต้องการศึกษาวา่ ปัจจยั ทม่ี ีผลต่อพลังงานจลน์ของรถทดลอง คือ มวล 2. นิยามเชิงปฏิบัติการในการทดลองของนกั เรยี นมีอะไรบ้าง แนวคำตอบ พลังงานจลน์ของรถทดลอง หมายถึง พลังงานจากรถทดลองที่วิ่งด้วยอัตราเร็วค่าหนึ่ง ซึ่งทำให้ กลอ่ งกระดาษกระเด็นไป โดยวดั ระดับพลงั งานจลน์ไดจ้ ากระยะทางทีก่ ล่องกระดาษกระเดน็ ที่ไปได้ 3. ผลการทลองเปน็ ไปตามสมมติฐานท่ีต้งั ไว้หรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ อาจเหมือนหรือต่างก็ได้ เช่น สมมตฐิ านท่ีตง้ั ไว้ ผลการทดลอง สรปุ รถทดลองทีม่ ีมวลมากจะมี รถทดลองท่มี ีมวลมากเมื่อชน สมมตฐิ านท่ตี งั้ ไว้ถกู ต้อง เน่ืองจาก พลงั งานจลน์มากกว่ารถทดลอง กล่องกระดาษ ทำให้กลอ่ ง ผลการทดลองเปน็ ไปตาม ทมี่ ีมวลนอ้ ยกวา่ กระดาษเคลื่อนทีไ่ ปได้ไกลกว่า สมมติฐานทตี่ ้ังไว้ รถทดลองทมี่ มี วลน้อย 4. นอกจากปจั จัยทีเ่ ลือกศึกษาแลว้ ยังมีปจั จยั ใดอีกที่มผี ลตอ่ พลังงานจลน์ของวตั ถุ แนวคำตอบ นอกจากมวลของรถทดลองจะมีผลต่อพลังงานจลน์แลว้ อัตราเร็วของรถทดลองก็เปน็ อกี ปัจจยั หน่งึ ทมี่ ีผลต่อพลังงานจลนด์ ้วย 5. จากการกจิ กรรม สรุปได้ว่าอย่างไร แนวคำตอบ พลงั งานจลน์ของรถทดลองมคี า่ มากหรือน้อยขึ้นอย่กู ับมวลและอตั ราเร็วของรถทดลอง สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

97 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน คมู่ ือครูรายวชิ าพ้นื ฐานวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างผลการทำกิจกรรม กรณีท่ี 2 ปัจจยั ทม่ี ีผลตอ่ พลังงานศักย์จลน์ คอื อัตราเร็วของรถทดลอง สมมติฐาน พลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับอัตราเร็วของรถทดลอง โดยรถทดลองเคลื่อนที่ลงมาตามทางลาด จากความสูงท่ี แตกต่างกนั จะมีอัตราเร็วแตกต่างกัน รถทดลองทม่ี ีอตั ราเรว็ มากกว่าจะทำให้กล่องกระเดน็ ออกจากตำแหน่งเดิมได้ ระยะทางมากกว่ารถทดลองที่มีอัตราเร็วนอ้ ยกว่า ตวั แปรต้น อัตราเร็วของรถทดลอง ตวั แปรตาม พลงั งานจลนข์ องรถทดลอง ตัวแปรควบคุม ขนาดของทางลาด ระยะทางทีร่ ถทดลองเคลอ่ื นทบี่ นทางลาด ระยะหา่ งระหว่างกลอ่ ง กระดาษถึงทางลาด ขนาดและมวลของกล่องกระดาษ มวลของรถทดลอง นิยามเชงิ ปฏิบตั ิการ การเปรียบเทียบพลังงานจลน์ สังเกตจากการกระเดน็ ออกจากตำแหนง่ เดิมของกล่องกระดาษ โดยถ้ากล่อง กระดาษกระเดน็ ออกจากตำแหน่งเดมิ ไดร้ ะยะทางมากแสดงว่า พลงั งานจลนม์ าก อัตราเร็วของรถทดลอง สังเกตจากเวลาที่รถทดลองใช้ในการเคลื่อนที่บนทางราบจากปลายล่างของทาง ลาดจนกระทบกลอ่ งกระดาษ โดยถา้ ใชเ้ วลาน้อยแสดงว่า รถทดลองมอี ตั ราเรว็ มาก 1 วัสดุและอุปกรณ์ 1. รถทดลองหรอื รถของเล่น 2. เหล็กแท่ง 3. กลอ่ งกระดาษ 4. ไม้เมตร 5. แผ่นไมเ้ รียบ 6. นาฬกิ าจับเวลา 7. ขาตง้ั พร้อมท่จี ับ 8. อุปกรณ์อน่ื ๆ ตามทีอ่ อกแบบ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 98 ค่มู ือครูรายวชิ าพื้นฐานวทิ ยาศาสตร์ ตวั อยา่ งผลการทำกิจกรรม กรณีท่ี 2 วิธีทดลอง H1 = 15 cm A ภาพ 1 C B H2 = 30 cm A B ภาพ 2 C 1. จัดทางลาด AB โดยให้ตำแหน่ง A สูงจากพืน้ เป็นระยะ 15 เซนติเมตร 2. ปล่อยรถทดลองจากปลายทางลาดที่ตำแหน่ง A ดังภาพ 1 เมื่อรถทดลองเคลื่อนที่มาถึงตำแหน่ง B จับเวลาท่ี รถทดลองใช้ในการเคลื่อนที่จากตำแหน่ง B จนกระทบกล่องกระดาษ สังเกตการกระเด็นของกล่องกระดาษ และวัดระยะทางที่กล่องกระดาษกระเด็นไป บนั ทกึ ผล 3. วางกล่องกระดาษที่ตำแหน่งเดิม ทำซ้ำข้อ 2 อีก 2 ครั้ง จากนั้นหาค่าเฉลี่ยของเวลาที่รถทดลองใช้ในการ เคลือ่ นท่จี าก B จนกระทบกล่องกระดาษ และคา่ เฉลีย่ ของระยะทางทกี่ ล่องกระดาษกระเด็นไป บันทึกผล 4. วางกล่องกระดาษที่ตำแหน่งเดิม แล้วทำซ้ำข้อ 1-3 แต่ให้ตำแหน่ง A สูงจากพื้นเป็นระยะ 30 เซนติเมตร ดังภาพ 2 สังเกตการกระเด็นของกล่องกระดาษและวัดระยะทางที่กล่องกระดาษกระเด็นไป แล้วหาค่าเฉลี่ย ของเวลาที่รถทดลองใช้ในการเคลื่อนที่จาก B จนกระทบกล่องกระดาษ และค่าเฉลี่ยของระยะทางที่กล่อง กระดาษกระเด็นไป บันทึกผล ตารางบันทกึ ผล ระยะทางทก่ี ลอ่ งกระดาษกระเด็นเม่ือถูกชนด้วยรถทดลองทมี่ ีอัตราเรว็ ต่างกนั ความสูงของตำแหนง่ ที่ เวลาท่เี ขา้ ชน (s) ระยะทางทก่ี ล่องกระดาษกระเด็นไป (cm) ปลอ่ ยรถทดลอง (cm) ครง้ั ท่ี 1 คร้งั ท่ี 2 คร้ังท่ี 3 เฉลยี่ ครง้ั ท่ี 1 ครงั้ ท่ี 2 ครั้งที่ 3 เฉล่ยี 15 1.31 1.28 1.27 1.29 12.00 12.50 7.00 10.5 30 0.89 0.85 0.89 0.88 31.00 29.50 33.00 31.17 สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

99 หน่วยที่ 5 | งานและพลงั งาน คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวทิ ยาศาสตร์ เฉลยคำถามท้ายกจิ กรรม กรณที ่ี 2 1. การทดลองนีต้ อ้ งการศึกษาปัจจยั ใดทม่ี ผี ลตอ่ พลงั งานจลน์ของวัตถุ แนวคำตอบ การทดลองน้ตี ้องการศึกษาว่าปัจจัยที่มผี ลต่อพลงั งานจลน์ของรถทดลอง คือ อัตราเร็ว 2. นยิ ามเชงิ ปฏิบัติการในการทดลองของนักเรยี นมอี ะไรบ้าง แนวคำตอบ อัตราเร็วของรถทดลอง สังเกตจากเวลาที่รถทดลองใช้ในการเคลื่อนที่บนทางราบจากปลายล่าง ของทางลาดจนกระทบกล่องกระดาษ โดยถ้าใช้เวลาน้อยแสดงว่ารถทดลองมีอัตราเร็วมาก พลังงานจลน์ของ รถทดลอง หมายถึง พลังงานจากรถทดลองท่ีวิ่งด้วยอัตราเร็วค่าหนึง่ ซึ่งทำให้กลอ่ งกระดาษกระเด็นไป โดยวัด ระดบั พลังงานจลนไ์ ดจ้ ากระยะทางทกี่ ล่องกระดาษกระเด็นท่ีไปได้ 3. ผลการทดลองเปน็ ไปตามสมมติฐานท่ีตงั้ ไว้หรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ อาจเหมือนหรือต่างกไ็ ด้ เชน่ สมมตฐิ านท่ีตง้ั ไว้ ผลการทดลอง สรปุ รถทดลองทม่ี ีอตั ราเรว็ ในการที่ รถทดลองทีม่ ีอตั ราเรว็ ในการท่ี สมมตฐิ านที่ตง้ั ไวถ้ ูกต้อง เน่ืองจาก เคลือ่ นท่ีมากจะมีพลงั งานจลน์ เคล่ือนท่ีมากทำให้กล่อง ผลการทดลองเป็นไปตาม มากกว่ารถทดลองทมี่ ีอัตราเร็ว กระดาษเคล่ือนทไ่ี ปได้ไกลกว่า สมมตฐิ านทีต่ ั้งไว้ ในการทเี่ คลอ่ื นท่ีน้อยกวา่ รถทดลองทมี่ ีอตั ราเรว็ ในการที่ เคลอ่ื นทนี่ ้อย 4. นอกจากปัจจัยท่เี ลือกศึกษาแลว้ ยังมปี ัจจยั ใดอีกท่ีมีผลต่อพลังงานจลน์ของวัตถุ แนวคำตอบ นอกจากอตั ราเร็วของรถทดลองจะมีผลต่อพลังงานจลนแ์ ล้ว มวลของรถทดลองก็เป็นอีกปัจจัย หนึง่ ทม่ี ีผลตอ่ พลังงานจลนด์ ้วย 5. จากการกิจกรรม สรุปได้ว่าอยา่ งไร แนวคำตอบ พลังงานจลนข์ องรถทดลองมคี ่ามากหรือน้อยขึ้นอยูก่ ับมวลและอตั ราเร็วของรถทดลอง สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หน่วยท่ี 5 | งานและพลงั งาน 100 คู่มือครรู ายวิชาพืน้ ฐานวิทยาศาสตร์ กิจกรรมท่ี 5.5 พลงั งานศักยโ์ นม้ ถว่ งมีความสมั พนั ธก์ ับพลงั งานจลนอ์ ย่างไร นกั เรียนจะได้เรียนรู้เก่ยี วกบั ความสัมพนั ธข์ องพลงั งานศักยโ์ น้มถ่วงและพลังงานจลน์ จดุ ประสงค์ 1. แปลความหมายข้อมูลและอธิบายการเปลี่ยนพลังงานระหว่างพลังงานศักย์โน้มถ่วงและ พลงั งานจลน์ 2. อธิบายความสัมพันธร์ ะหว่างพลงั งานกลกบั พลงั งานศักย์โน้มถว่ งและพลงั งานจลน์ เวลาทใี่ ชใ้ น 40 นาที การทำกจิ กรรม วัสดแุ ละอุปกรณ์ -ไม่ม-ี การเตรยี มตวั -ไมม่ -ี ล่วงหน้าสำหรับครู ข้อเสนอแนะ -ไมม่ -ี ในการทำกจิ กรรม ส่อื การเรียนร้/ู • หนังสอื รายวชิ าพน้ื ฐานวิทยาศาสตร์ ระดับมัธยมศึกษาปีท่ี 2 เลม่ 2 สสวท. แหล่งเรียนรู้ • สือ่ ดจิ ทิ ัล กระทรวงศึกษาธกิ าร เรื่อง พลงั งานกล (https:///www.youtube.com/watch?v=EkUXCjMeoJ0) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

101 หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลงั งาน คมู่ ือครูรายวิชาพนื้ ฐานวทิ ยาศาสตร์ ตวั อยา่ งผลการทำกจิ กรรม นักเรียนควรตรวจสอบผลรวมของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ยังคงมคี ่าคงตวั ในทุก ๆ ตำแหนง่ ตวั อยา่ งเชน่ เมื่อเวลาผ่านไป 0 วินาที 0.5 วินาที และ 1 วนิ าที จะมีผลรวมของพลังงานศักยโ์ น้มถ่วงและพลังงาน จลนเ์ ทา่ กนั ณ เวลา 0 วินาที ผลรวมของพลงั งานศักย์โน้มถ่วงและพลงั งานจลน์ = 588 + 0 = 588 จลู ณ เวลา 0.5 วินาที ผลรวมของพลังงานศกั ย์โนม้ ถ่วงและพลงั งานจลน์ = 576 +12 = 588 จลู ณ เวลา 1 วนิ าที ผลรวมของพลงั งานศกั ยโ์ น้มถว่ งและพลังงานจลน์ = 540 + 48 = 588 จูล จากข้อมูลจะพบว่า พลังงานศักย์โน้มถ่วงของวัตถจุ ะมีค่ามากทีส่ ุดเมื่อวัตถุอยู่สงู จากระดับอ้างอิงมากทีส่ ดุ และจะมีค่าลดลงเมื่อวัตถุอยู่ตำแหน่งที่มีความสูงลดลง ในขณะที่วัตถุตกสู่พื้นซึ่งเป็นระดับอ้างอิง วัตถุจะมี อัตราเร็วเพิ่มขึ้นทำให้พลังงานจลน์ของวัตถุมีค่าเพิ่มขึ้นและมีค่าสูงสุดเมื่อวัตถุกระทบพื้น โดยพลังงานศักย์ โนม้ ถ่วงของวัตถุจะมคี า่ เป็นศนู ยเ์ พราะวัตถุอยรู่ ะดบั เดียวกบั ระดับอา้ งองิ เฉลยคำถามท้ายกิจกรรม 1. ขณะทีว่ ตั ถุตกอสิ ระสรู่ ะดับอ้างองิ พลังงานศักยโ์ นม้ ถ่วงของวัตถุมีการเปล่ียนแปลงหรอื ไม่ อย่างไร แนวคำตอบ พลงั งานศักยโ์ น้มถ่วงของวตั ถลุ ดลงตามระดับความสูงทลี่ ดลง 2. ขณะทวี่ ตั ถุตกอสิ ระสูร่ ะดับอ้างองิ อัตราเรว็ และพลังงานจลนข์ องวตั ถุมกี ารเปลย่ี นแปลงหรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ อัตราเรว็ และพลังงานจลน์ของวตั ถมุ ีการเปล่ียนแปลงโดยมีค่าเพิ่มข้ึนตรงข้ามกับระดับความสูงทีล่ ดลง 3. ช่วงวนิ าทที ี่ 1 ถงึ 2 พลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลนม์ กี ารเปล่ยี นแปลงเทา่ ใด แนวคำตอบ พลังงานศักยโ์ นม้ ถว่ งมีค่าลดลงจาก 540.0 จลู เป็น 155.8 จูล เท่ากับ 384.2 จูล แตพ่ ลงั งานจลน์มคี ่าเพม่ิ ขึ้นจาก 48.0 จลู เปน็ 432.2 จูล เท่ากบั 384.2 จลู 4. พลงั งานศักยโ์ นม้ ถ่วงและพลังงานจลน์ทเ่ี ปลี่ยนแปลงมีความสัมพนั ธก์ ันหรือไม่ อย่างไร แนวคำตอบ พลังงานศักยโ์ น้มถว่ งและพลังงานจลน์ท่เี ปลยี่ นแปลงมคี วามสัมพนั ธก์ ัน โดยพลังงานศักย์โนม้ ถ่วง สามารถเปล่ียนเป็นพลงั งานจลนไ์ ดโ้ ดยพลังงานศกั ย์โน้มถว่ งทลี่ ดลงเปลีย่ นเปน็ พลงั งานจลน์ทเี่ พ่มิ ข้นึ 5. ผลรวมของพลังงานศกั ยโ์ น้มถ่วงและพลังงานจลน์ในแต่ละระดบั ความสงู จากระดับอ้างอิงมคี ่าเป็นอย่างไร แนวคำตอบ มีค่าเทา่ กันในแตล่ ะระดับความสงู จากระดบั อ้างอิง 6. จากกิจกรรมนี้ สรุปได้วา่ อยา่ งไร แนวคำตอบ พลังงานศักย์โน้มถว่ งและพลังงานจลนข์ องวัตถุเปลี่ยนแปลงได้ โดยพลังงานศักย์โน้มถ่วงที่ลดลง จะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจลน์ของวัตถุที่เพ่ิมขึ้น ผลรวมของพลังงานศักย์โนม้ ถ่วงและพลงั งานจลน์มีค่าคงท่ใี น ทุก ๆ ตำแหน่ง สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน 102 คูม่ อื ครูรายวชิ าพ้ืนฐานวิทยาศาสตร์ กิจกรรมที่ 5.6 พลงั งานมกี ารเปล่ียนและถา่ ยโอนอย่างไร นกั เรยี นจะไดเ้ รยี นร้เู กีย่ วกบั การเปลยี่ นและการการถา่ ยโอนพลังงานตามกฎการอนรุ กั ษพ์ ลงั งาน จุดประสงค์ วเิ คราะห์สถานการณ์และอธิบายการเปล่ยี นและการถ่ายโอนพลังงานตามกฎการอนรุ ักษ์พลังงาน เวลาทีใ่ ช้ใน 40 นาที การทำกิจกรรม วสั ดแุ ละอุปกรณ์ -ไมม่ -ี การเตรยี มตวั -ไมม่ -ี ล่วงหน้าสำหรับครู ขอ้ เสนอแนะ -ไม่ม-ี ในการทำกจิ กรรม สื่อการเรียนรู/้ • หนงั สอื รายวิชาพ้ืนฐานวทิ ยาศาสตร์ ระดับมธั ยมศึกษาปีท่ี 2 เล่ม 2 สสวท. แหลง่ เรียนรู้ สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

103 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน ค่มู อื ครรู ายวิชาพ้นื ฐานวิทยาศาสตร์ ตวั อยา่ งผลการทำกจิ กรรม นกั เรยี นควรระบพุ ลงั งานจากภาพไดด้ ังนี้ คือ พลังงานกลจากลม พลงั งานแสงจากดวงอาทติ ย์ พลังงานจาก ถ่านหินหรือแก๊สธรรมชาติ พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานกลของน้ำ พลังงานความร้อน ฯลฯ โดยมีการเปลี่ยนและ การถา่ ยโอนพลังงาน ดงั น้ี 1. พลงั งานกลจากลมถ่ายโอนให้ใบพัดของกังหันลม ทำให้ใบพัดหมุน พลังงานกลจากการหมุนของใบพัดถ่ายโอน ไปยังแกนหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟา้ เคร่อื งกำเนิดไฟฟา้ เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลงั งานไฟฟ้า 2. พลังงานกลจากลมถา่ ยโอนใหใ้ บพัดของเรือใบ ทำใหเ้ รอื ใบมีพลังงานกลจึงแล่นไปได้ 3. พลงั งานแสงจากดวงอาทติ ยถ์ า่ ยโอนให้พืชเพื่อใชใ้ นการสงั เคราะหด์ ้วยแสง 4. พลงั งานแสงจากดวงอาทติ ย์เมอ่ื ตกกระทบแผงเซลล์แสงอาทติ ยจ์ ะเปลีย่ นเป็นพลังงานไฟฟ้า 5. พลงั งานศกั ย์โนม้ ถว่ งของน้ำเหนอื เขื่อนเปล่ียนเป็นพลังงานจลน์ 6. พลังงานนิวเคลยี ร์เปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนในการต้มน้ำ พลังงานความร้อนเปลี่ยนเป็นพลังงานกลในการ หมนุ แกนหมนุ ของเครื่องกำเนดิ ไฟฟา้ เครอื่ งกำเนิดไฟฟ้าเปลี่ยนพลงั งานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า 7. พลงั งานเชื้อเพลิงฟอสซิลในเครอ่ื งบินเปลี่ยนเปน็ พลังงานกล ทำให้เครือ่ งบินสามารถเคลอ่ื นท่ไี ปได้ เฉลยคำถามทา้ ยกจิ กรรม 1. จากภาพ มีแหล่งพลงั งานอะไรบา้ ง แนวคำตอบ พลังงานกลจากลม พลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ พลงั งานจากถ่านหินหรือแก๊สธรรมชาติ พลังงาน นวิ เคลยี ร์ พลังงานกลของน้ำ พลังงานความรอ้ น 2. จากภาพ มกี ารเปลย่ี นและการถ่ายโอนพลงั งานอยา่ งไรบา้ ง แนวคำตอบ พลังงานกลจากลมถ่ายโอนให้แก่ใบพัดของกังหันลม ขณะที่พลังงานกลจากน้ำถ่ายโอนให้แก่ ใบพดั ของกังหันน้ำ ทำใหก้ งั หันท้ังสองหมนุ หรือถา่ ยโอนใหแ้ ก่เรือใบทำใหเ้ รือใบสามารถเคลื่อนทไี่ ปได้ พลงั งานแสงจากดวงอาทติ ยถ์ า่ ยโอนให้พชื เพื่อพืชนำไปใชใ้ นการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสง พลงั งานกลจากลม พลังงานแสงจากดวงอาทติ ย์ พลงั งานจากถา่ นหินหรอื แกส๊ ธรรมชาติ พลังงาน นวิ เคลยี ร์ พลงั งานกลของนำ้ ก็เปลยี่ นเป็นพลังงานไฟฟ้าและพลงั งานไฟฟา้ ก็สามารถเปลยี่ นเปน็ พลงั งานแสง 3. สถานการณ์ใดมกี ารเปลีย่ นพลังงานระหวา่ งพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลงั งานจลน์ แนวคำตอบ สถานการณ์ของเขอ่ื นผลติ กระแสไฟฟ้าพลงั งานนำ้ 4. จากกิจกรรม สรุปได้วา่ อยา่ งไร แนวคำตอบ พลงั งานสามารถเปลี่ยนจากพลังงานหนึ่งไปเปน็ อีกพลังงานหน่ึงหรือถ่ายโอนได้ สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

หนว่ ยท่ี 5 | งานและพลังงาน 104 คมู่ อื ครูรายวิชาพืน้ ฐานวิทยาศาสตร์ กจิ กรรมท้ายบท ออกแบบรางรถไฟเหาะจำลองได้อยา่ งไร จดุ ประสงค์ 1. ออกแบบและสรา้ งรถไฟเหาะจำลอง 2. อธิบายพลังงานจลน์ พลังงานศักย์โน้มถ่วง พลังงานกลและกฎการอนุรักษ์พลังงานของ การเคลื่อนท่ีของวัตถตุ ามรางรถไฟเหาะจำลองท่ีสรา้ งขึน้ เวลาท่ใี ช้ใน 1 ชว่ั โมง การทำกิจกรรม วสั ดแุ ละอุปกรณ์ วัสดทุ ี่ใช้ต่อกลุ่ม รายการ ปรมิ าณ/กลมุ่ 1. สายยางพลาสติกหรือท่อโฟม 1 อัน 2. ลกู แกว้ หรอื ลกู กลมโลหะขนาดแตกต่างกัน 1 ลูก 3. เทปกาว 1 มว้ น 4. กรรไกร 1 อนั 5. อปุ กรณ์อื่น ๆ ตามทอ่ี อกแบบไว้ ขึ้นอย่กู ับการออกแบบ การเตรยี มตวั ครูควรสร้างเกณฑ์การประเมินชิ้นงาน โดยเกณฑ์พิจารณาคือ การประยุกต์ใช้พลังงานจลน์ พลังงาน ลว่ งหน้าสำหรบั ครู ศักย์โน้มถ่วง พลังงานกลและกฎการอนุรักษ์พลังงาน และแจ้งให้นักเรียนทราบล่วงหน้าก่อน ออกแบบสรา้ งรถไฟเหาะจำลอง ข้อควรระวัง ครูควรยำ้ เตอื นนกั เรียนให้ออกแบบรถไฟเหาะจำลองโดยคำนงึ ถึงเงื่อนไขของการทำงานคือ ลูกแก้วหรือ ลูกกลมโลหะตอ้ งสามารถเคลอ่ื นทีต่ งั้ แต่จดุ เรม่ิ ต้นผ่านรางรถไฟสว่ นท่ตี ีลังกาอย่างน้อย 1 รอบ ไปถึงจุด สุดท้ายและข้อจำกัดคอื รางรถไฟเหาะต้องมคี วามยาวอย่างนอ้ ย 1 เมตร สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

105 หนว่ ยที่ 5 | งานและพลงั งาน ค่มู อื ครรู ายวชิ าพนื้ ฐานวิทยาศาสตร์ ขอ้ เสนอแนะ • ครูให้นักเรียนอ่านสถานการณ์ที่กำหนดอย่างละเอียดว่าต้องการให้ทำอะไร มีเงื่อนไขและ ในการทำกจิ กรรม ข้อจำกัดอย่างไร และระดมความคิดว่าควรทำอย่างไร เช่น รวบรวมข้อมูลและแนวคิด เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของรถไฟเหาะโดยอาศัยพลังงานกลและการอนุรักษ์พลังงานกลที่มีอยู่ ในตัวโดยไม่ต้องอาศัยพลังงานจากภายนอกที่สอดคล้องกับความต้องการที่กำหนดใน สถานการณ์ มาออกแบบและเขียนภาพร่างชิ้นงาน นำเสนอภาพร่าง ชิ้นงานโดยอธิบาย เหตุผลในการออกแบบที่เชื่อมโยงกับพลังงานจลน์ พลังงานศักย์โน้มถ่วง พลังงานกลและกฎ การอนรุ ักษพ์ ลังงาน จากนั้นสร้างรถไฟเหาะจำลอง • การทดสอบรถไฟเหาะสร้างขึ้นโดยปล่อยลูกแก้วหรือลูกโลหะจากจุดเริ่มต้นให้เคลื่อนที่ตาม รางรถไฟผา่ นส่วนทตี่ ลี งั กาอยา่ งนอ้ ย 1 รอบ ไปถึงจดุ สดุ ทา้ ย • หลังทดสอบครั้งที่ 1–2 ควรช่วยกันหาวิธีปรับปรุงรถไฟเหาะจำลองและนำเสนอวิธีการ ปรับปรุง โดยใช้ความรู้เกี่ยวกับพลังงานจลน์ พลังงานศักย์โน้มถ่วง พลังงานกลและกฎการ อนุรกั ษ์พลงั งาน สื่อการเรยี นรู้/ -ไมม่ -ี แหลง่ เรยี นรู้ 1 สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี