M6.ศักย์ไฟฟ้าและพลังงานในการย้ายประจุ

ใบความรู้เรื่อง สนามไฟฟ้า รายวิชา ฟิสิกส์เพิ่มเตม ิรหัสวิชา ว.33201 ปีการศึกษา 2564 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 ห้อง 1-2

ช่องทางติดต่อสื่อสารกับผู้เรียน ( / ) Facebook ( / ) Line ( / ) Google Hangout ( ) Zoom ( ) Google Classroom ( ) ติดต่อโดยตรง (ส่งใบงานถึงบ้าน) 1. ผลการเรียนรู้ อธิบาย และค านวณสนามไฟฟ้าและแรงไฟฟ้าที่กระท ากับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่อยู่ในสนามไฟฟ้า รวมทั้งหาสนามไฟฟ้าลัพธ์เนื่องจากระบบจุดประจุโดยรวมกันแบบเวกเตอร ์2. จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายศักย์ไฟฟ้าและพลังงานศักย์ในการย้ายอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่อยู่ในสนามไฟฟ้าได้ (K) 2. อธิบายสนามไฟฟ้าลัพธ์เนื่องจากระบบจุดประจุโดยรวมกันแบบเวกเตอร์ได้ (K)3. ตรวจสอบหาปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องศักย์ไฟฟ้าและพลังงานศักย์ในการย้ายอนุภาคไฟฟ้าที่กระท ากับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า (P) 5. มีความใฝ่เรียนรและมีความมุ่งมั่นในการท างาน (A) ู้เข้าดูการใช้ความรู้ทางฟิสิกส์ศักย์ไฟฟ้าและพลังงานศักย์ในการย้ายอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าClick

ค าชี้แจง ให้นักเรียนสรุปเนื้อหาการเคลื่อนที่แนวตรงลงในสมุดให้ได้ใจความ แล้วถ่ายภาพงานที่ท าลงใน Google Form อัพโหลดลงในระบบ(แบบส่งงานท้ายเล่ม) 1. กรณีที่มวล m อยู่ในสนามโน้มถ่วงจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วง กับประจุ q อยู่ในสนามไฟฟ้าว่าจะมีแรงกระท าจากสนามและมีพลังงานศักย์ไฟฟ้า ซึ่งพลังงานศักย์ไฟฟ้าต่อหนึ่งหน่วยประจที่ต าแหน่งใด ุเรียกว่า ศักย์ไฟฟ้าที่ต าแหน่งนั้น ตามสมการ (1) และเน้นย้ าว่าศักย์ไฟฟ้า V เป็นปริมาณสเกลาร ์รูปที่ 1 การเคลื่อนที่ประจุจาก A ไป B 2. อภิปรายโดยใช้รปที่ 1 ประกอบว่า ประจุ +q ที่อยู่ ณ ต าแหน่ง ูA ในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้าสม่ าเสมอ เมื่อให้ประจุ +q เคลื่อนที่อย่างอิสระ ประจ +q จะเคลื่อนที่ตามทิศของแรงเนื่องจากสนามไฟฟ้าจาก B ุไป A นั่นคือ ประจุบวกจะเคลื่อนที่จากต าแหน่งที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงไปยังต าแหน่งที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ า และจากเหตผลเดียวกัน ถ้ามีประจุ –q ณ ุต าแหน่ง A เมื่อใหประจุ -q เคลื่อนที่อย่างอิสระ แรงเนื่องจาก้สนามไฟฟ้าจะท าใหประจุ –q เคลื่อนที่จาก A ไป B นั่นคือ ประจุ –q จะ้เคลื่อนที่จากต าแหน่งที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ าไปยังต าแหน่งที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า 3. ครูชี้ให้นักเรียนเห็นว่า การเคลื่อนประจุ +q จากจุด A ไปยังจุด B ในบริเวณที่มีสนาม ไฟฟ้าสม่ าเสมอด้วยอัตราเร็วคงที่ จะต้องท างาน

อย่างน้อยที่สุดในการเคลื่อนย้ายประจุนี้เท่ากับ W ถ้า V และ V เป็นABศักย์ไฟฟ้าตรงจด A และ B จะได้ผลต่างของความต่างศักย์ V - V ุBAระหว่างสองต าแหน่ง คือค่าของ ความต่างศักย์ไฟฟ้า ดังสมการ(2) และจากสมการ (2) จะได้สมการค านวณหา งานในการเคลื่อนประจุจาก A ไป B ดังสมการ (3)เท่ากัน 7. ครูร่วมกับนักเรียนท าโจทย์ตัวอย่าง เรื่อง ศักย์ไฟฟ้า ดังนี้ ตัวอย่างที่ 1 ต าแหน่ง O,P และ Q มีประจ +3 10 , -ุ-61.0 10 และ +1.0 10 คูลอมบ์ตามล าดับดังรูป เมื่อ OR = 0.6 -6-6เมตร PR = 0.3 เมตร QR = 0.1 เมตร จงหา 1. ศักย์ไฟฟ้าที่ต าแหน่ง R 2. งานที่ท าในการเคลื่อนประจ +2.4 10 คุุ-6ลอมบ์ จากระยะอนันต์มายัง R วิธีท า 1. ศักย์ไฟฟ้าที่ต าแหน่ง R เป็นผลรวมของศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจ ที่ O,P และ Q ุจาก KQ Vrศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจ O เท่ากับ 4.5 10 โวลต์ ุ4ศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจ P เท่ากับ -3.0 10 โวลต์ ุ4O P Q R

ศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากจุดประจ Q เท่ากับ 9.0 10 โวลต์ ุ4ศักย์ไฟฟ้าที่ R มีค่าเป็น V= (4.5 10 )+( -3.0 10 )+( 9.0 10 ) 444V= 10.5 10 โวลต์…………………4ตอบ 2. จากสมการ BAWVVqจุด A อยู่ที่ระยะอนันต์ ส่วนจุด B อยู่ที่ R RW Vq , RWqVW=(2.4 10 ) (10.5 10 ) -64W=0.25 ………… J ตอบ .........................................................................................................

1.ท าแบบฝกหัด เรื่อง ึสนามไฟฟ้า ลงในด้านหลังสมุดฟิสิกส์ในส่วนของแบบฝึกหัด แล้วส่งทาง Google Formค าชี้แจง : แสดงวิธีค านวณหาผลลัพธ์ของโจทย์ต่อไปนี้ 1. วางประจุ 2 ประจุ ดังภาพ จงหาต าแหน่งที่สนามไฟฟ้าลัพธ์หักล้างกันเป็นศูนย์ 2.ตัวน าทรงกลมรัศมี 5 เซนติเมตร มีสนามไฟฟ้าสูงสุด 1,800 นิวตันต่อคูลอมบ์ จงหาประจุบนตัวน าทรงกลม และสนามไฟฟ้าที่จุดห่างจากจุดศูนย์กลางวงกลม 3 เซนติเมตร และ 10 เซนติเมตร 3. อนุภาคหนึ่งมีมวล 9 10 4  กิโลกรัม มีประจ ุ9 10 2  คูลอมบ์ วางอยู่ในระหว่างแผ่นขนานซึ่งมีสนามไฟฟ้าคงที่ 3,000 นิวตันต่อคูลอมบ์ มีทิศพุ่งจากทิศตะวันตกไปตะวันออก จงหาทิศทางการเคลื่อนที่ และความเร่งของอนุภาคนี้

เข้าดูการใช้ความรู้ทางฟิสิกส์ เส้นแรงทางไฟฟ้าClickใบงาน ให้นกเรียนสรุปเนื้อหาลงในสมุดฟิสิกส์ แล้วใช้กล้องัโทรศัพท์ของนักเรียนถ่ายอัพโหลดลงใน Google Form ท าแบบฝกหัด เรื่อง ึสนามไฟฟ้า ลงในด้านหลังสมุดฟิสิกส์ในส่วนของแบบฝึกหัด แล้วส่งทาง Google Form

ห้องส่งงาน 1.ให้นักเรียนสรุปเนื้อหาลงในสมุดเล่ม แล้วใช้กล้องโทรศัพท์ของนักเรียนถ่ายอัพโหลดลงใน Google Form ดูก าหนดส่งงาน Click แบบส่งงานของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/1 Click++ ตรวจสอบการส่งงานชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/1 Click แบบส่งงานของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/2 Click++ ตรวจสอบการส่งงานชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/2 Click2.ท าแบบทดสอบวัดความรู้ (ท าการทดสอบไม่จ ากัดจ านวนครั้ง จนกว่าจะพอใจคะแนน) ดูก าหนดส่งงาน Click ส่งแบบฝึกหัดและตรวจสอบคะแนน  เข้าท าแบบทดสอบนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/1 Click++ ตรวจสอบคะแนนชั้นมัธยมศึกษาปที่ ี6/1 Click เข้าท าแบบทดสอบนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/2 Click++ ตรวจสอบคะแนนชั้นมัธยมศึกษาปที่ ี6/2 Click

เว็บไซต์ที่เกี่ยวข้อง Nampleeksuksa School ClickPhysicsNampleeksuksa ClickVDO Physicslearning Click

เฉลยแบบฝึกหัด ค าชี้แจง : แสดงวิธีค านวณหาผลลัพธ์ของโจทย์ต่อไปนี้ 1. วางประจุ 2 ประจุ ดังภาพ จงหาต าแหน่งที่สนามไฟฟ้าลัพธ์หักล้างกันเป็นศูนย์ วิธีท า ก) เนื่องจากเป็นประจุชนิดเดียวกัน จุดสะเทินจะอยู่ระหว่างประจุทั้งสอง และอยู่ใกล้ประจุ Q 2โดยสมมติให้จุดสะเทินอยู่ห่างจากประจุ Q เป็นระยะ x เซนติเมตร ดังภาพ2จุดสะเทิน ;0E 21EE222211RkQRkQ2626x)104 () x4 ()109 ( 94) x4 (x2232) x4 (xx 28x 3 8x 558xcm 6 . 1xดังนั้น ต าแหน่งที่สนามไฟฟ้าลัพธ์หักล้างกันเป็นศูนย์อยู่ห่างจากประจุ Q เป็นระยะ 1.6 เซนติเมตร และ2อยู่ห่าง จากประจุ Q เป็นระยะ 2.4 เซนติเมตร 1

วิธีท าข) เนื่องจากเป็นประจุต่างชนิดกัน จุดสะเทินจะอยู่บนเส้นตรงด้านนอกที่ผ่านประจุทั้งสอง และอยู่ใกล้ประจุ Q โดยสมมติให้จุดสะเทินอยู่ห่างจากประจุ Q เป็นระยะ x เซนติเมตร 22ดังภาพ จุดสะเทิน ; 0E 21EE222211RkQRkQ2626x)104 () x3 ()109 ( 94) x3 (x2232) x3 (xx 26x 3 cm 6xดังนั้น ต าแหน่งที่สนามไฟฟ้าลัพธ์หักล้างกันเป็นศูนย์อยู่ห่างจากประจุ Q เป็นระยะ 6 เซนติเมตร และอยู่2ห่างจากประจุ Q เป็นระยะ 9 เซนติเมตร 12. ตัวน าทรงกลมรัศมี 5 เซนติเมตร มีสนามไฟฟ้าสูงสุด 1,800 นิวตันต่อคูลอมบ์ จงหาประจุบนตัวน าทรงกลม และสนามไฟฟ้าที่จุดห่างจากจุดศูนย์กลางวงกลม 3 เซนติเมตร และ 10 เซนติเมตร วิธีท า จากโจทย์ จะได้ว่า สนามไฟฟ้าสูงสุดเท่ากับสนามไฟฟ้าที่ผิวของตัวน าทรงกลม C / N800, 1EEsurfacemaxจากสมการ2 1surfacerkqE2 219)105 (q )109 (800, 1  )109 ()105 )(800 , 1 (q92 2C10 5q10  

สนามไฟฟ้าที่ห่างจากจุดศูนย์กลางทรงกลม 3 เซนติเมตร (E3 cm) ซึ่งอยู่ภายในตัวน าทรงกลม มีค่าเป็นศูนย์ E = 0 3 cmสนามไฟฟ้าที่ห่างจากจุดศูนย์กลางทรงกลม 10 เซนติเมตร (E10 cm) สามารถหาได้จาก2 1cm10rkqE2 2109cm10)1010 ()105 )(109 (EC / N450Ecm10ดังนั้น ประจุบนตัวน าทรงกลมนี้มีค่าเท่ากับ 10 10 5 คูลอมบ์ ที่ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของทรงกลม 3 เซนติเมตร และ 10 เซนติเมตร มีค่าสนามไฟฟ้าเท่ากับศูนย์ และ 450 นิวตันต่อคูลอมบ์ ตามล าดับ3. อนุภาคหนึ่งมีมวล 9 10 4  กิโลกรัม มีประจุ 9 10 2  คูลอมบ์ วางอยู่ในระหว่างแผ่นขนานซึ่งมีสนามไฟฟาคงที่ 3,000 นิวตันต่อคูลอมบ์ มีทิศพงจากทิศตะวันตกไปตะวันออก จงหาทิศทางการเคลื่อนที่ ุ้่และความเร่งของอนุภาคนี้ วิธีท าจากสมการ qEFqEma)000 , 3 )(102 (a )104 (99 )104 ()000 , 3 )(102 (a99 23s / m105 . 1a ดังนั้น อนุภาคนี้มีความเร่ง3105 . 1 เมตรต่อวินาที และมีทิศการเคลื่อนที่จากทิศตะวันออกไปทิศ2ตะวันตก