บทที่ 1 เรื่องบทนำ 2563 จริง

By ครูกาญจนา ทองจบ

การประเมินผลรายวิชาฟสิ กิ ส์ 1 ชัน้ มัธยมศึกษาปที ่ี 4 อตั ราสว่ นคะแนน (70 : 30 ) 20% 1) งานทไ่ี ดร้ บั มอบหมาย 30% 2) สอบย่อย 20% 3) สอบกลางภาค 30% 4) สอบปลายภาค 100% รวม

Physics •บทนา 1 2 •การเคลอ่ื นท่แี นวตรง •แรง มวล และกฎการเคลอ่ื นท่ขี องนิวตนั 3

1หน่วยการเรียนรู้ที่ การศึกษาวิชาฟิสกิ ส์ ตัวชว้ี ดั • สืบคน้ และอธิบายความรูท้ างฟิ สิกส์ ประวตั คิ วามเป็ นมา รวมท้งั พฒั นาการของหลกั การและแนวคดิ ทางฟิ สิกส์ทม่ี ีผลตอ่ การแสวงหาความรู้ใหม่ใน การพฒั นาเทคโนโลยี • วดั และรายงานผลการวดั ปริมาณทางฟิสิกส์ไดถ้ ูกตอ้ งและเหมาะสม โดยนาความคลาดเคล่ือนในการวดั มาพจิ ารณาในการนาเสนอผลรวมท้งั แสดงผลการทดลองในรูปของกราฟ วเิ คราะหแ์ ละแปลความหมายจากกราฟเสน้ ตรง

บทนำ Introduction ปรมิ าณทางฟิ สกิ สแ์ ละหน่วย การทดลองในวิชาฟิ สกิ ส์ ปรมิ าณสเกลารแ์ ละปรมิ าณเวกเตอร์

สาขาความรู้ กลศาสตร์ (mechanics) ของฟสิ กิ ส์ นำมำเปน็ หลักกำรในกำรทำกระติกนำ ฟิสิกสย์ ุค (classical physics) เก็บควำมรอ้ น เกา่ (ก่อน ค.ศ. 2000) อุณหพลศาสตร์ (thermodynamics) นำมำประดิษฐเ์ ครอ่ื งจักรอำนวยควำมสะดวก เช่น รถยก ไฟฟา้ และแมเ่ หลก็ (electricity and ทศั นศาสตร์ (optics) นำมำใช้ในอปุ กรณ์ทmำaงกgำnรeแพtiทsmย์ ) นำมำใช้เปน็ พนื ฐำนในกำรสร้ำงผลงำน เชน่ เคร่ืองวดั คลน่ื หวั ใจ (EKG) ด้ำน ควำมบันเทิง เชน่ เครอ่ื งฉำยภำพยนตร์ คล่ืน (wave นำม)ำสรำ้ งเครื่องมือเช่น เคร่อื งโซนำร์ ใช้หำตำแหน่งของสิ่งทอ่ี ยูใ่ ตท้ ะเล

สาขาความรู้ ฟิสิกสน์ วิ เคลียร์ (nuclear physics) ของฟิสกิ ส์ นำมำประยกุ ตใ์ ชใ้ นดำ้ นพลงั งำนเพื่อสร้ำง ฟสิ ิกสย์ คุ ใหม่ (modern physics) โรงไฟฟำ้ นิวเคลยี ร์ (หลงั ค.ศ. 2000) ฟสิ ิกสอ์ ะตอม (atomic physics) นำมำประยกุ ต์ใช้ในกำรถ่ำยภำพวัตถุทบึ แสง เช่น เครือ่ งตรวจสแกนกระเปำ๋ ท่ีสนำมบิน ฟสิ ิกส์เชงิ อนภุ าค (particle physics) จักรวาลวิทยา (cosmology) นำมำใช้ในกำรศกึ ษำกำรเพิ่มประสิทธิภำพ นำมำใชใ้ นกำรศกึ ษำกำรเกดิ ของเอกภพ แบตเตอร่ีลเิ ทียมไออนศักยภำพสงู และพสิ จู นว์ ่ำคลนื่ ควำมโน้มถ่วงมีอยจู่ รงิ ฟิสกิ ส์ (solid state ของนแำขมำ็งประยุกตใ์ ชpใ้ hนyตsวั iนcำsย)ิง่ ยวด เช่น สรำ้ งรถไฟแมก็ เลฟ ที่ลอยขึนจำกรำง

วิทยาศาสตรช์ ีวภาพ ( biological science ) คือ การศึกษา เฉพาะสว่ นทเ่ี ก่ยี วกบั สง่ิ มชี วี ติ เช่น พชื และสตั ว์ วทิ ยำศำสตร์ (Science) วิทยาศาสตรก์ ายภาพ ( physical science ) คือ การศึกษา เก่ียวกบั ส่ิงไม่มีชีวิต เช่น ฟิสิกส์ เคมี ธรณีวิทยา และดารา ศาสตร์ เป็นตน้

ทำไมจงึ ต้องศึกษำ ฟิ สิกส์ ???

ฟิ สกิ ส์ (Physics) มาจากภาษากรกี แปลว่าธรรมชาติ เป็นแขนงหน่ึง ของวิทยาศาสตร์กายภาพ ศึกษาเก่ียวกบั ปรากฏการณ์ท่ีเกิดข้ึนตาม ธรรมชาติ สง่ิ ไม่มชี วี ติ คุณสมบตั ิและอตั รกิรยิ าของสสารต่างๆ ท่เี ก่ียวขอ้ ง กบั ขนาด เวลา อณุ หภูมิ พลงั งานและการแผร่ งั สี

ปรมิ าณทางฟิ สกิ สแ์ ละหน่วย ขอ้ มลู ทไ่ี ดจ้ ากการศึกษาดา้ นฟิสกิ สถ์ กู แบง่ ออกเป็น 2 ประเภท คอื 1. ขอ้ มูลเชิงคุณภาพ (Qualitative Data) เป็นขอ้ มูลท่ไี ดจ้ ากการ สงั เกตตามขอบเขตการรบั รู ้ เช่น รส, รูป, กลน่ิ และสี เป็นตน้ 2. ขอ้ มูลเชิงปริมาณ (Quantitative Data) เป็นขอ้ มูลท่ไี ดจ้ ากการวดั ปริมาณต่าง ๆ ของระบบท่ีเรากาลงั ศึกษาโดยใชเ้ คร่ืองมือวดั และวิธีวดั ท่ี ถูกตอ้ ง ทาใหไ้ ดข้ อ้ มูลออกมาเป็นเชิงตวั เลข เช่น ระยะทาง, เวลา, มวล และอณุ หภูมิ เป็นตน้

ข้อมูลเชิงคุณภำพ ( Qualitative data ) กล่นิ รูปทรง สี รส

ขอ้ มลู เชิงปรมิ าณ ( Quantitative data ) ระยะทาง มวล เทอรม์ อมิเตอร์ บารอมิเตอร,์ มาตรความดนั บรรยากาศ

การวดั และ ความละเอยี ดในการวดั ในการวดั ปรมิ าณแต่ละครงั้ ตอ้ งเลอื กใชเ้คร่อื งมอื ซง่ึ มคี วามละเอยี ดใหเ้หมาะสม กบั สง่ิ ทจ่ี ะวดั ไมบ้ รรทดั ความละเอยี ดสเกล = 1 mm ความละเอยี ดการอา่ น = 0.1 mm (เหมาะกบั การวดั ความกวา้ งของหนงั สอื เป็นตน้ )

การวดั และ ความละเอยี ดในการวดั เวอรเ์ นีย ความละเอยี ดการอา่ น = 0.1 mm (เหมอื นไมบ้ รรทดั แต่เวอรเ์ นียจะแมน่ ยากวา่ ไมบ้ รรทดั ) ไมโครมิเตอร์ ความละเอยี ดการอ่าน = 0.01 mm (เหมาะกบั การวดั ความหนาของแผ่น CD เป็นตน้ )

ตวั อย่ำง 1 . จากรูป ควรบนั ทกึ ความยาวของดนิ สอเป็นเทา่ ใด ตอบ ขอ้ 3 1. 5 ซม. 2. 5.0 ซม. 3. 5.00 ซม 4. ถกู ทกุ ขอ้ 2. (มช 42) นายแดงวดั เสน้ ผา่ นศูนยก์ ลางของเหรยี ญอนั หน่ึงไดเ้ทา่ กบั 2.542 เซนตเิ มตร นกั เรยี นคดิ วา่ นายแดงใชเ้ครอ่ื งมอื ชนิดไหนวดั เหรยี ญอนั น้ี 1. ไมโครมเิ ตอร์ 2. เวอรเ์ นียร์ 3. ตลบั เมตร 4. ไมบ้ รรทดั ตอบ ขอ้ 1

เลขนยั สาคญั เลขนัยสาคญั คือ เลขท่ไี ดจ้ ากการอ่านค่าการวดั จากเคร่ืองมอื วดั แบบสเกล โดยตรง รวมกบั ตวั เลขทไ่ี ดจ้ ากการประมาณอกี 1 ตวั ตามหลกั การบนั ทกึ ตวั เลขท่ี เหมาะสม เช่น 145.35 เซนตเิ มตร 145.3 เป็นตวั เลขทไ่ี ดจ้ ากการวดั 0.05 เป็นตวั เลขทไ่ี ดจ้ ากการคาดคะเน

หลกั ในการนบั จานวนตวั ของเลขนยั สาคญั

กำรบวก และลบ เลขนัยสำคญั วิธีกำร “ใหบ้ วกลบตามปกติ แต่ผลลพั ธ์ที่ไดต้ อ้ งมีจานวนทศนิยม เท่ากบั จานวนทศนิยมของตวั ต้งั ที่มีจานวนทศนิยมนอ้ ยท่ีสุด” เช่น 4 . 1 8 7 + 3 . 4 –2.32 =5.267 ตอบ 5.3 กำรคูณ และ หำร เลขนัยสำคัญ วิธีกำร “ให้คูณ หรือ หารตามปกติ แต่ผลลพั ธ์ท่ีไดต้ อ้ งมีจานวนตวั เลข นัยสาคญั เท่ากบั จานวนเลขนัยสาคญั ของตวั ต้งั ที่มีจานวนเลขนยั สาคญั นอ้ ย ท่ีสุด” เช่น 3 . 2 4 x 2 . 0 = 6 . 4 8 0 ตอบ 6.5

หลักการคานวน เลขนัยสาคญั การบวกและลบเลขนยั สาคญั การคณู และการหารเลขนยั สาคญั หลังจากบวกหรือลบตามวิธกี ารทางคณติ ศาสตรแ์ ล้ว ผลลัพธ์ทไ่ี ด้ตอ้ งมตี ัวเลข หลงั จากคูณหรอื หารตามวธิ กี ารทางคณติ ศาสตรแ์ ล้วผลลพั ธท์ ไี่ ดต้ อ้ งมเี ลข หลังจุดทศนยิ มเทา่ กับจานวนตวั เลขหลงั จดุ ทศนยิ มทีน่ ้อยท่สี ุดของกลมุ่ ตวั เลขนนั้ นยั สาคัญ 2.823 ทน่ี อ้ ยทส่ี ุดของกลุ่มนั้น + 2.45 586.3 x 589.123 3.2 คำตอบตำมนยั สำคญั 589.1 490 คือ 735 7.840 คำตอบตำมนัยสำคญั 7.8 คอื

วิธีการปดั เศษเลขคู่ มหี ลกั การดงั น้ี 1) ตวั เลขถดั ไปถา้ มากกวา่ 5 ใหป้ ดั ข้นึ 2) ตวั เลขถดั ไปถา้ นอ้ ยกวา่ 5 ใหป้ ดั ลง 3) ตวั เลขถดั ไปถา้ เท่ากบั 5 ใหพ้ จิ ารณาตวั เลขต่อไป ถา้ ตวั เลขถดั ไปไมใ่ ช่ 0 ทงั้ หมด ใหป้ ดั ข้นึ ถา้ ตวั เลขถดั ไปเป็น 0 ทงั้ หมด (หรอื ไมม่ แี ลว้ ) ใหด้ ูตวั เลขทอ่ี ยู่ก่อนหนา้ 5 หากเป็นเลขค่ีใหป้ ดั ข้นึ หรอื หากเป็นเลขคู่ใหป้ ดั ลง

ตวั อย่าง 3.016 ปดั เศษในทศนยิ มตาแหน่งทส่ี องจะได้ 3.02 (เพราะตวั เลขถดั ไป คอื 6 มากกวา่ 5) 3.013 ปดั เศษในทศนยิ มตาแหน่งทส่ี องจะได้ 3.01 (เพราะตวั เลขถดั ไป คือ 3 นอ้ ยกวา่ 5) 3.015 ปดั เศษในทศนิยมตาแหน่งทส่ี องจะได้ 3.02 (เพราะตวั เลขถดั ไป คือ 5 และตวั เลขก่อนหนา้ นนั้ คอื 1 เป็นเลขค่)ี 3.045 ปดั เศษในทศนิยมตาแหน่งทส่ี องจะได้ 3.04 (เพราะตวั เลขถดั ไป คอื 5 และตวั เลขก่อนหนา้ นนั้ คือ 4 เป็นเลขคู่) 3.04501 ปดั เศษในทศนยิ มตาแหน่งทส่ี องจะได้ 3.05 (เพราะตวั เลข ถดั ไปคือ 5 และตวั เลขถดั ไปไมใ่ ช่ 0 ทง้ั หมด)

4. (มช 34) นกั เรยี นคนหน่ึงบนั ทกึ ตวั เลขจากการทดลองเป็น 0.0652 กโิ ลกรมั , 8.20 x 10–2 เมตร , 25.5 เซนตเิ มตร และ 8.00 วนิ าที จานวนเหลา่ น้มี เี ลขนยั สาคญั ก่ตี วั ก. 1 ตวั ข. 2 ตวั ค. 3 ตวั ง. 4 ตวั ตอบ ขอ้ 3 5. จงหาผลลพั ธข์ องคาถามต่อไปน้ีตามหลกั เลขนยั สาคญั 4.36 + 2.1 – 0.002 ก. 6 ข. 6.5 ค. 6.46 ง. 6.458 ตอบ ขอ้ 2 6. (มช 44) ขนมช้นิ หน่งึ มมี วล 2.00 กโิ ลกรมั ถกู แบง่ ออกเป็นสส่ี ่วนเท่ากนั พอดี แต่ ละส่วนจะมมี วลก่กี โิ ลกรมั ก. 0.5 ข. 0.50 ค. 0.500 ง. 0.5000 ตอบ ขอ้ 3

ระบบหน่วย ระหวา่ งชาติ ระบบหนว่ ยระหว่างชาติ (The International System of Units) หรอื SI ซง่ึ เรยี กวา่ ระบบเอสไอ หรือหนว่ ยเอส ไอ เปน็ หน่วยกลำงทที่ กุ ประเทศใชเ้ ป็นมำตรฐำนในกำรระบหุ น่วยกำรวัดทำงวิทยำศำสตรแ์ ละเทคโนโลยี มีอยู่ 4 หน่วย ดงั นี หน่วยเอสไอ หน่วยฐาน หนว่ ยเสริม หนว่ ยอนพุ นั ธ์ คาอปุ สรรค (base unit) (supplementary (derived (prefix) unit) unit)

ปรมิ าณทางฟิ สกิ ส์ (Physical Quantity) และหน่วย (Unit) องค์การระหว่างชาติเพ่ือการมาตรฐาน (ISO หรือ International Organization for Standardization) ไดก้ าหนดระบบหน่วยมาตรฐาน คือ ระบบเอสไอ (SI : Systeme International of Unites) ใหท้ ุกประเทศใชก้ นั ทวั่ โลกแบ่งเป็น 3 ส่วน คือ หน่วยฐาน (Base Unit) หน่วยอนุพนั ธ์ (Derived Unit) และหน่วยเสรมิ (Supplementary Units)

หน่วยฐาน (Base Unit) คอื ปรมิ าณขนั้ ตน้ ทจ่ี าเป็นต่อการอธบิ าย ปรากฏการณท์ างฟิสกิ สม์ ี 7 ปรมิ าณ ดงั ตาราง ปริมำณ ช่ือหน่วย สัญลกั ษณ์ มวล (Mass) กิโลกรัม(kilogram) kg ความยาว (Length) เมตร(meter) m เวลา (Time) วนิ าที (second) s จานวนสาร โมล (mole) mol อุณหภมู ิเชิงอณุ หพลศาสตร์ เคลวิน (kelvin) K กระแสไฟฟ้า (Electric Current) แอมแปร์(ampare) A ความเขม้ ของการส่องสวา่ ง แคนเดลา (candela) cd

หน่วยอนุพนั ธ์ (Derived Unit) คอื ปรมิ าณทเ่ี กดิ ข้นึ จากการนาหน่วยฐานมา รวมกนั แสดงตวั อยา่ งดงั ตาราง ปริมำณ ชื่อหน่วย สัญลักษณ์ มำจำกหน่วยพืน้ ฐำน ความเร็ว (Velocity) เมตรต่อวินาที m/s m/s ความเร่ง (Acceleration) เมตรตอ่ วินาที2 m /s2 m /s2 แรง (Force) นิวตนั (newton) N kg m/s2 งาน (Work) จูล(joule) J kg m2/s2 กาลงั (Power) วตั ต(์ watt) W kg m2/s3 (J/s) ความดนั (Pressure) พาสคลั (pascal) Pa kg /ms2 (N/m2)

หน่วยเสรมิ (Supplementary Units) 1. เรเดียน (Radian ; rad) คือ มมุ ท่จี ุด ศูนยก์ ลางของมมุ ทร่ี องรบั ความยาวของส่วนโคง้ ท่มี ี ความยาวเท่ากบั รศั มี เป็นหน่วยวดั มมุ ในระนาบ 2. สเตอเรเดยี น (Steradian ; sr) คอื มมุ ทจ่ี ุด ศูนยก์ ลางของทรงกลมทร่ี องรบั พ้นื ทผ่ี วิ โคง้ ทม่ี พี ้นื ท่ี เป็นส่เี หลย่ี มจตั ุรสั ทม่ี คี วามยาวดา้ นเท่ากบั รศั มี เป็น หน่วยวดั มมุ ตนั

คาอปุ สรรคในระบบ SI คาอุปสรรค คือ คาท่ีใชแ้ ทนตวั พหุคูณท่ีอยู่หนา้ หน่วยฐานหรือหน่วย อนุพนั ธท์ ม่ี คี ่ามากเกนิ ไปหรอื นอ้ ยเกนิ ไป คำอปุ สรรค ตวั พหคุ ูณ สญั ลกั ษณ์ คำอุปสรรค ตวั พหคุ ูณ สญั ลกั ษณ์ เอกซะ (exa) 1018 E เพตะ (peta) 1015 P เดซิ (deci) 10-1 d เทอรา (tera) 1012 T จกิ ะ (giga) 109 G เซนติ (centi) 10-2 c เมกกะ (mega) 106 M กิโล (kilo) 103 k มิลลิ (milli) 10-3 m เฮกโต (hecto) 102 h เดคา (deka) 101 da ไมโคร (micro) 10-6  นาโน (nano) 10-9 n พิโค (pico) 10-12 p เฟมโต (femto) 10-15 f อลั โต (atto) 10-18 a

การเปลย่ี นเลขทศนยิ มเป็ นเลขยกกาลงั ฐานสบิ 1000 ระดบั ขนาดเป็ น 103 100 ระดบั ขนาดเป็ น 102 10 ระดบั ขนาดเป็ น 101 0.1 ระดบั ขนาดเป็ น 10-1 0.01 ระดบั ขนาดเป็ น 10-2 0.001 ระดบั ขนาดเป็ น 10-3

เลขยกกำลงั และ กำรเขียนตำมหลกั วทิ ยำศำสตร์

การเปลย่ี นหน่วย 1. เปล่ยี นตวั เลขของหน่วยใหอ้ ยู่ในรูปเลขดชั นีฐานสิบ (เลขยก กาลงั ) 2. เปลย่ี นคาอุปสรรคคูณหนา้ หน่วยหลกั หรือหน่วยอนุพนั ธเ์ ป็นตวั พหคุ ูณนามาคูณกบั ขอ้ 1 3. ตอ้ งการเปลย่ี นหน่วยใดใหเ้อาหน่วยนนั้ มาหาร 4. หาคาตอบโดยการยา้ ยข้นึ ไปคูณ เคร่อื งหมายเปลย่ี นเป็นตรงขา้ ม

สตู รลดั = อปุ สรรคตอนแรก อปุ สรรคทจ่ี ะเปลย่ี น ตวั อย่าง 1. วตั ถมุ วล 500 กรมั มคี ่าก่กี โิ ลกรมั , ก่ไี มโครกรมั , ก่มี ลิ ลกิ รมั จงหาคาตอบ 2. เรอื ลาหน่งึ แลน่ ดว้ ยความเรว็ 72 กโิ ลเมตร/ชวั่ โมง มคี ่าก่ีเมตร/วนิ าที 3. พ้นื ท่ี 1 ตารางเมตร มคี ่าก่ตี ารางเซนตเิ มตร