1
บทที่ 1 บทนา 1.1 ฟิสิกส์ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ (Physics) มาจากภาษากรีก ซึ่งหมายความว่าธรรมชาติ (nature) คือวิทยาศาสตร์ที่ศึกษา เกี่ยวกับมวลสารและพลังงานเพื่อนาไปอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่สังเกตเห็นหรือแก้ปัญหาที่เร้น ลับทางธรรมชาติ ฟิสิกส์แยกการศึกษาออกเป็น 2 ประเภทดังนี้ 1. ฟิสิกส์ยุคเก่า (Classical Physics) เป็นการศึกษาเพื่อค้นคว้าหาหลักเกณฑ์และขบวนการ ต่างๆที่จะนามาอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ที่สังเกตเห็นได้ด้วยตา หมายความว่าเป็นการศึกษา ระบบที่เกี่ยวกับมวลที่มีขนาดใหญ่ ๆ เช่น การเคลื่อนที่ของวัตถุต่าง ๆ 2. ฟิสิกส์ยุคใหม่ (Modern Physics) เป็นการศึกษาสิ่งที่เร้นลับที่มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น เช่น โครงสร้างอะตอม พลังงานที่ได้จากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี ฯลฯ วิทยาศาสตร์ (science) หมายถึง การศึกษาความเป็นจริงในธรรมชาติทั้งที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต แบ่งเป็น 2 สาขา ดังนี้ 1. วิทยาศาสตร์กายภาพ (Physical science) เป็นการศึกษาธรรมชาติเกี่ยวกับสิ่งไม่มีชีวิต แขนงวิชาวิทยาศาสตร์กายภาพที่สาคัญมี 2 สาขา คือ ฟิสิกส์ และ เคมี 2. วิทยาศาสตร์ชีวภาพ (Biological science) เป็นการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ แนวทางการได้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ หรือ ฟิสิกส์ 1. แนวทางที่หนึ่ง ( แนวทางโดยประสบการณ์ ) มีองค์ประกอบได้มา 5 ขั้นตอน 1.1 การสังเกต 1.2 การบันทึก 1.3 การทดลอง 1.4 การวิเคราะห์ 1.5 การสรุปผล 2. แนวทางที่สอง ( แนวทางโดยทฤษฎี) 2.1 ใช้ความคิดสร้างสรรค์ความรู้ใหม่ โดยอาศัยข้อมูลจากความรู้เดิม 2.2 สร้างแบบจาลองทางความคิด (หรือทฤษฎี หรือข้อสรุป ) ขึ้นใหม่ 2.3 ทดลองหาข้อพิสูจน์เพื่อยืนยันความถูกต้องของแบบจาลองทางความคิดที่สร้างขึ้นใหม่ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ตามแนวทางที่สองนี้ ไม่ได้เริ่มต้นจากการสังเกต และการทดลอง แต่ เริ่มต้นด้วยการสร้างแบบจาลองทางความคิดขึ้นก่อน แล้วจึงหาข้อพิสูจน์ยืนยันความถูกต้องภายหลัง เทคโนโลยี (technology) หมายถึง วิทยาการที่เกี่ยวกับศิลปะในการสร้าง ผลิต หรือใช้วัสดุ อุปกรณ์ต่าง ๆ เพื่ออานวยประโยชน์ต่อมนุษย์โดยตรง หรือสิ่งต่าง ๆ ที่มนุษย์ใช้สอยได้ 1.2 วิชาฟิสิกส์ วิชาฟิสิกส์ที่นักเรียนจะได้เรียน จะเป็นความรู้ความเข้าใจที่เกิดขึ้น และสะสมกันมาในช่วงเวลา 400ปี ซึ่งเป็นส่วนพื้นฐานของวิชาที่ได้จัดให้เป็ นระบบ เพื่อให้เกิดความสะดวกต่อการเรียนรู้ และในที่สุดเรื่อง ต่าง ๆ ที่เรียนจะสัมพันธ์กันทุกเรื่อง การเรียนรู้ที่ดีจะต้องมีความเข้าใจหลักการของเรื่องนั้น ๆ จนสามารถ นาหลักการไปประยุกต์ได้ การฝึกให้สามารถประยุกต์หลักการกับการแบบฝึกหัดหรือโจทย์ปัญหาเป็น ส่วนส าคั ญอย่ างหนึ่ง ที่นัก เรีย นควรพยายามคิดด้วยตนเอง ซึ่งจะเป็นการฝึก คิดอย่ างฟิสิก ส์หรืออย่ าง
2
นักวิทยาศาสตร์ การทาการทดลอง นอกจากจะทาให้นักเรียนรู้ด้วยความเข้าใจแบบเป็นรูปธรรมแล้ว ยังฝึก ให้เรียนรู้วิธีทาการทดลองและการวิเคราะห์ผลในลักษณะที่นักวิทยาศาสตร์ปฏิบัติกัน 1.3 ปริมาณทางฟิสิกส์และหน่วย ปริมาณทางฟิสิกส์แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ 1. ปริมาณสเกลาร์ (Scalar quantity) เป็นปริมาณที่มีแต่ขนาดเพียงอย่างเดียว เช่น มวล อัตราเร็ว 2. ปริมาณเวกเตอร์ (Vector quantity ) เป็นปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทาง เช่น น้าหนัก ความเร็ว เครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์หรือฟิสิกส์ เครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์มีความจาเป็นดังนี้ 1. เครื่องมือวัดช่วยทาให้เราสามารถวัดปริมาณต่าง ๆ ที่ต้องการได้สะดวกรวดเร็วและปลอดภัย 2. เครื่องมือวัดทาให้เราสามารถวัดปริมาณต่าง ๆที่ประสาทการรับรู้ของมนุษย์ไม่สามารถตรวจ สอบได้โดยตรง 3. งานต่าง ๆ ทางด้านวิทยาศาสตร์หรือฟิสิกส์จาเป็นอย่างยิ่งที่ต้องอาศัยเครื่องมือเข้าช่วย *** เครื่องวัด ช่วยให้ได้มาซึ่งข้อมูลใหม่ ๆ ที่ต้องการ *** การแสดงผลการวัด โดยทั่วไปเครื่องมือวัดจะแสดงผลการวัด 2 แบบ คือ 1. แสดงผลการวัดแบบขีดสเกล เช่น ไม้บรรทัด , ไม้เมตร , สายวัด ฯลฯ 2. แสดงผลการวัดแบบตัวเลข เช่น นาฬิกาจับเวลา , มิเตอร์รถยนต์ ฯลฯ หน่วยการวัด หน่วย (unit) คือ ชื่อที่ใช้กาหนดปริมาณ เดิมใช้กันหลายระบบ ปัจจุบันองค์การระหว่างประเทศว่า ด้วยมาตรฐานเสนอให้ใช้หน่วยระบบเดียวกัน เรียกว่า ‘ระบบหน่วยระหว่างชาติ’ (Systeme International Units) เรียกโดยย่อว่าหน่วย เอสไอ (SI unit) หน่วย ฐาน (base unit) เป็นหน่วยหลักของเอสไอ มีทั้งหมด 7 หน่วย ดังตาราง ปริมาณฐาน ความยาว (lengh) เวลา (time) มวล (mass) อุณหภูมิ (temperature) กระแสไฟฟ้า (Electric current) ปริมาณของสาร (Amount of substance) ความเข้มของการส่องสว่าง (Luminous intensity)
ชื่อหน่วย เมตร (metre) วินาที (second) กิโลกรัม (kilogram) เคลวิน (Kelvin) แอมแปร์ (Ampere) โมล (Mole) แคนเดลา (candela)
สัญลักษณ์ m s kg K A mol cd
3
หน่วยอนุพันธ์ (Derived units) เป็นหน่วยซึ่งประกอบด้วยหน่วยฐานหลายหน่วยมาเกี่ยวข้องกันใน 2
ลักษณะการคูณหรือหารกัน เช่น อัตราเร็ว (m/s) และ แรง (kg.m/s ) เป็นต้น หน่วยเสริม (Supplementary Units) เป็นหน่วยที่มีชื่อพิเศษมีอยู่ 2 หน่วย คือ หน่วยวัดมุมบน ระนาบ (plane angle) เรียกว่า เรเดียน (Radian , Rad) และหน่วยวัดมุมตัน (Solid angle) เรียกว่า สเตอ เรเดียน (Steradian , Sr) 1. เรเดียน คือ มุมบนระนาบที่เกิดขึ้นระหว่างเส้นรัศมีของวงกลมวงหนึ่งซึ่งถูกรองรับด้วยเส้นโค้ง ของวงกลมที่มีความยาวเท่ากับรัศมีของวงกลมนั้น 2. สเตอเรเดียน คือ มุมตันที่มีจุดยอดอยู่ที่จุดศูนย์กลางของทรงกลมซึ่งถูกรองรับด้วยผิวของทรงกลม ที่มีพื้นที่เท่ากับรัศมีของทรงกลมนั้นยกกาลังสอง
สิ่งที่มีผลกะทบต่อความถูกต้องของการวัด 1. เครื่องมือที่ใช้วัด ควรเป็นเครื่องมือที่ได้มาตรฐานสากล 2. วิธีการวัดและการเลือกใช้เครื่องมือในการวัด ขึ้นกับปัจจัยหลายอย่าง เช่น ถ้าวัดระยะทางสั้นๆ อาจใช้ไม้บรรทัด แต่ถ้าเป็นการวัดระยะทางระหว่างดวงดาวก็อาจจะใช้วิธีการใหม่ ๆ โดยหลักสาคัญ วิธีการและเครื่องมือที่ใช้วัด จะต้องส่งผลกระทบน้อยมากต่อสิ่งที่ทาการวัด 3. ผู้ทาการวัด ตัวผู้ทาการวัดจะต้องมีความรู้ในการใช้เครื่องมือวัด และต้องทาการวัดและบันทึกผล อย่างรอบคอบ และซื่อสัตย์ โดยไม่เอาความคิดของตัวเองเข้าไปมีส่วนในการตัดสินใจบันทึก ผลการวัดนั้น
4. สภาพแวดล้อมขณะทาการวัด จะต้องไม่ก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งที่ทาการวัดนั้น
แบบฝึกหัดทบทวน 1. ให้นักเรียนทาเครื่องหมาย ก หน้าข้อที่เห็นว่าถูก และทาเครื่องหมาย ข หน้าข้อความที่เห็นว่าผิด …………… 1. งานทางด้านฟิสิกส์ เครื่องมือวัดเป็นสิ่งจาเป็นน้อยมากในการได้มาข้อมูลใหม่ ๆ …………… 2. มาตรฐานของเครื่องมือวัดเป็นสิ่งสาคัญยิ่งในการเก็บข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ …………… 3. ประสาทการรับรู้ของมนุษย์ในเรื่องต่าง ๆ ไม่จาเป็นต้องอาศัยเครื่องมือช่วย …………… 4. การใช้เครื่องมือวัดที่เหมาะสมกับงานจะช่วยให้ปลอดภัยประหยัดเวลาได้รายละเอียด ที่ถูกต้อง …………… 5. เครื่องมือวัดแบบตัวเลขอ่านค่าได้เป็นขั้น ๆ ไม่สามารถประมาณค่าตาแหน่งสุดท้าย ด้วยสายตาได้ …………… 6. ขณะทาการวัดถ้าสภาพแวดล้อมแตกต่างจากเงื่อนไขที่กาหนดค่าที่วัดได้จะผิดพลาดสูง …………… 7 การบันทึกข้อมูลทุกชนิดจาเป็นต้องบันทึกลงในตารางเสมอ …………… 8. ข้อมูลทุกชนิดควรนาเสนอด้วยแผนภูมิทางสถิติเสมอ …………… 9. การนาเอาข้อมูลมาเขียนเป็นแผนภูมิทางสถิติแบบต่าง ๆ จะช่วยทาให้ผู้อ่านมองเห็น เป็นรูปธรรม มากขึ้น ……………10. การวัดเพียงครั้งเดียวจะให้ค่าที่ถูกต้องมากกว่า
4
2. กาหนดให้ เฮริตซ์ นิวตัน เมตร คูลอมบ์ เคลวิน โอห์ม โมล กิโลกรัม จูล วัตต์ วินาที โวลต์ แอมแปร์ แคนเดลา เรเดียน สเตอเรเดียน เมตรต่อวินาที พาสคัล จงแยกว่าหน่วยใดเป็นหน่วยอนุพันธ์ และหน่วยใดเป็นหน่วยมูลฐาน หน่วยมูลฐาน ได้แก่ ……………………………………………….……………………………………………………………… ……………………………………………………………….……………………………………………… หน่วยอนุพันธ์ ได้แก่ …………………….………………………………………………………………………………………… …………………………………….………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………
คาอุปสรรค (Prefixes) คาอุปสรรคเป็นเลข 10
n
ที่ใช้คูณหน้าหน่วย (ตัวพหุคูณ)เพื่อที่จะทาให้หน่วยนั้นใหญ่ขึ้นหรือ
เล็กลงคาอุปสรรคที่กาหนดให้ใช้มีดังตาราง ตัวพหุคูณ 1018 1015 1012 109 106 103 102 101
ชื่อ exa peta tara giga mega kilo hecto deca
สัญลักษณ์ E P T G M k h da
ตัวพหุคูณ 10-18 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 10-2 10-1
ชื่อ atto femto pico nano micro milli centi deci x
สัญลักษณ์ a f p
m c d
หลักการเปลี่ยนหน่วยในระบบเอสไอ ให้นักเรียนนาเลข 10 ไปคูณกับหน่วยเดิมที่กาหนดมา โดยที่ x คือ ผลต่างของเลขชี้กาลังของอุปสรรคตัวแรกกับตัวสุดท้าย ตามหลักการของเลขพีชคณิต เช่น ต้องการเปลี่ยน 60 กิโลเมตร (km) ให้เป็นหน่วยนาโนเมตร (m) จะพบว่าเลขชี้กาลังของตัว k คือ 3 ส่วนเลขชี้กาลังของตัว n คือ - 9 ดังนั้น x ในที่นี้ก็คือ 3-(-9) = 3 + 9 = 12 แสดงว่า 60 km จึงมีค่าเท่ากับ 60 x 10 12 m เพิ่มเติม ในการเขียนคาอุปสรรค ห้ามเขียนคาอุปสรรคซ้อนกัน เช่น ไมโครนาโนวินาที
5
แบบฝึกหัดทบทวน 1. จงแปลงจาก 10 กิโลเมตร ให้เป็นหน่วย มิลลิเมตร ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 2. จงแปลงจาก 2 ไมโครกรัม ให้เป็นหน่วย กิโลกรัม ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 3. จงแปลงจาก 3 เทระเมตร ให้เป็นหน่วย มิลลิเมตร ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 4. จงแปลงจาก 4 นาโน เมตร ให้เป็นหน่วย เมกะเมตร ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 5. จงแปลงจาก 72 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ให้เป็นหน่วย เมตรต่อวินาที ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 6. จงแปลงจาก 108 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ให้เป็นหน่วย เมตรต่อวินาที ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 7. จงแปลงจาก 10 เมตรต่อวินาที ให้เป็นหน่วย กิโลเมตรต่อชั่วโมง ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 8. จงแปลงจาก 40 เมตรต่อวินาที ให้เป็นหน่วย กิโลเมตรต่อชั่วโมง ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 9. จงแปลงจาก 50 กิโลวัตต์/ตารางเมตร ให้เป็นหน่วย นาโนวัตต์/ตารางมิลลิเมตร ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 10. จงแปลงจาก 20 ไมโครกรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ให้เป็นหน่วย กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................
6
1.4 การทดลองในวิชาฟิสิกส์ การทดลองในวิชาฟิสิกส์ แม้จะไม่ใช่ของใหม่การฝึกทาจะเป็นการฝึกฝนวิธีการทาการทดลอง ตาม แนวที่เป็นที่ยอมรับในวงการฟิสิกส์ การทาการทดลองถือเป็นส่วนสาคัญในการฝึกทาและคิดหาเหตุผล อย่างวิทยาศาสตร์ เป็นการยากที่จะวางกฎเกณฑ์แน่ชัดสาหรับการทดลองทุก ๆ อย่าง เนื่องจากในการทดลองแต่ละ เรื่อง อาจมีลักษณะเฉพาะที่ต่าง ๆ กัน อย่างไรก็ตาม ในการทาการทดลองมักจะทาเพื่อตอบคาถาม บางอย่างหรือเพื่อหาความจริงบางอย่าง (ซึ่งก็จะเป็นวัตถุประสงค์ของการทดลอง) เพื่อให้ได้คาตอบ ก็ต้อง คิดหาวิธีการทดลองที่เหมาะสมและสอดคล้องกับอุปกรณ์ที่มี ทาการทดลองเพื่อให้ได้ข้อมูลต่าง ๆ วิเคราะห์ จากข้อมูลเพื่อสรุปเป็นคาตอบ คาตอบที่เราได้จะเป็นที่น่าเชื่อถือหรือไม่ต่อผู้อื่น เราต้องสามารถแสดงทุกขั้นตอนของการทดลอง ได้ ดังนั้นจึงมีการเขียน รายงานการทดลอง โดยยึดหลักการที่ว่า เขียนการทดลองให้ผู้อ่านเข้าใจได้ง่าย ที่สุด กะทัดรัดที่สุด มีครบทุกอย่าง โดยเฉพาะข้อมูลชัดเจน (มีการวาดรูปประกอบและการเสนอข้อมูล เป็นตารางช่วยให้ดูง่ายและเป็นที่นิยม) แสดงการวิเคราะห์และการสรุปผล อาจตามด้วยข้อวิจารณ์หรือ ความคิดเห็นของตนเองเพิ่มเติมไว้ด้วย 1.5 ความไม่แน่นอนในการวัด 1. การบวก สมมติตัวเลขแรก คือ X1 = A A ตัวเลขที่ 2 คือ X2 = B B จะได้คาตอบ X = X1 + X2 = (A + B) 2. การลบ
( A B)
สมมติตัวเลขแรก คือ X1 = A A ตัวเลขที่ 2 คือ X2 = B B จะได้คาตอบ X = X1 - X2 = (A - B) 3. การคูณ
( A B)
สมมติตัวเลขแรก คือ X1 = A A ตัวเลขที่ 2 คือ X2 = B B ผลคูณคือ X = X1 x X2 = AB A x 100 B
AB x 100 B 100
X = X1 x X2 = AB
A A B AB B A
7
4. การหาร สมมติตัวเลขแรก คือ X1 = A A ตัวเลขที่ 2 คือ X2 = B B ผลหารคือ X =
1.
2.
3.
4.
X1 X2
=
A A B A B B B A
แบบฝึกทบทวน นาย ก มีเชือกยาวเท่ากับ 6.2 0.2 cm นาเชือกมาต่อกับนาย ข ที่มีความยาวเชือก 3.4 0.3 cm จงหา ผลบวกและผลต่างของเส้นเชือก ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... นาย ก มีเชือกยาวเท่ากับ 16.2 0.2 cm นาเชือกมาต่อกับนาย ข ที่มีความยาวเชือก 23.4 0.5 cm จงหาผลบวกและผลต่างของเส้นเชือก ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... กรอบรูปของนาย ก กว้าง 20.5 0.2 cm ยาว 40.4 0.4 cm จงหาพื้นที่ของกรอบรูป ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ถังของนาย ก เป็นรูปลูกบาศก์มีความยาวด้านละ 1.5 0.1 m จงคานวณหาปริมาตรของถัง ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................
8
5. จงหาคานวณหาความหนาแน่นของโลหะทองแดงที่มีมวล 70.25 0.02 กิโลกรัม และมีปริมาตร 17.02 0.03 ลูกบาศก์เมตร ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 1.6 เลขนัยสาคัญ (Significant figure) เลขนัยสาคัญ คือ ปริมาณที่ได้จากการวัด การทดลอง ปริมาณนี้จะบ่งบอกถึงความละเอียดของ อุปกรณ์ ซึ่งมีผลต่อการชื่อถือและการยอมรับผลของการทดลอง ( ค่าจริง + ค่าประมาณ ) วิธีนับจานวนเลขนัยสาคัญ 1. เลขทุกตัวที่ไม่ใช่ 0 เป็นเลขนัยสาคัญ เช่น 2.3 มีเลขนัยสาคัญ 2 ตัว 2.34 มีเลขนัยสาคัญ 3 ตัว 2.345 มีเลขนัยสาคัญ 4 ตัว 2. เลข 0 อยู่ระหว่างตัวเลขนัยสาคัญ เป็นเลขนัยสาคัญ เช่น 20.3 มีเลขนัยสาคัญ 3 ตัว 200.3 มีเลขนัยสาคัญ 4 ตัว 2020.34 มีเลขนัยสาคัญ 6 ตัว 3. เลข 0 อยู่หลังจุดทศนิยมทางด้านขวามือ ถือว่าเป็นเลขนัยสาคัญ (นับหมดทุกตัว) เช่น 3.0 มีเลขนัยสาคัญ 2 ตัว 3.00 มีเลขนัยสาคัญ 3 ตัว 4. เลข 0 อยู่ซ้ายมือไม่เป็นเลขนัยสาคัญ 0.20 มีเลขนัยสาคัญ 2 ตัว 0.0021 มีเลขนัยสาคัญ 2 ตัว 5. เลข 10 ยกกาลังไม่นับเป็นเลขนัยสาคัญ 2.5 x 103 มีเลขนัยสาคัญ 2 ตัว
การบวก ลบ คูณและหารเลขนัยสาคัญ การบวก ลบ เลขนัยสาคัญ คิดเหมือนการบวกและการลบเลขทั่ว ๆ ไป แต่เวลาตอบเลขหลังจุด ทศนิยมให้ตอบเท้ากับจานวน ตาแหน่งทศนิยมที่มีจานวนน้อยที่สุด เช่น 2.3 + 3.42 + 4.112 = 9.832 2.3 จานวนตาแหน่งทศนิยมน้อยที่สุด
9
คาตอบจริงควรตอบ 9.832 = 9.8 4.20+ 1.6256 + 0.051 = 5.8763 คาตอบจริงควรตอบ = 5.88 (ปัดก่อนตัดทิ้ง) การคูณ หารเลขนัยสาคัญ คิดเหมือนการคูณและหารเลขทั่ว ๆไป แต่เวลาตอบดู จานวนเลข นัยสาคัญที่เลขนัยสาคัญที่น้อยที่สุด จานวนเลขนัยสาคัญที่น้อยที่สุดมี 2 ตัว 4.1x 1.5268 = 6.25908 คาตอบจริงควรตอบ = 6.3 (ปัดก่อนตัดทิ้ง) 3.23x 1.2 = 3.876 คาตอบจริงควรตอบ = 3.9 แบบฝึกทบทวน 1. จงหาจานวนเลขนัยสาคัญที่กาหนดให้ต่อไปนี้ ข้อ ตัวเลขที่กาหนดให้ เลขนัยสาคัญทั้งหมด 1 28 2 456.7 3 205 4 30.02 5 3.0 6 150.02 7 0.024 8 435 9
3.246
ข้อ ตัวเลขที่กาหนดให้ เลขนัยสาคัญทั้งหมด 11 0.52 12 0.00006 13 50000 14 100001 15 0.2500 16 0.0000480 17 200.002 5 18 2X 10 8 19 3.00X 10
10
72.306
20
4.500 X 10
8
2. จงหาผลลัพธ์ของตัวเลขต่อไปนี้ตามหลักของเลขนัยสาคัญ ข้อ 1 2 3 4 5
กาหนดให้ 801 + 7 + 0.78 7.235 + 7. 86 + 3.0
926 + 2.51 – 4.2 469.7 – 346.37 14.25 x 82.4
ผลลัพธ์
ข้อ 6 7 8 9 10
กาหนดให้ 62.5 x 0.073 4.35 0.145 0.021 0.003 (144.0 – 12.0)/4 (7.32)
2
ผลลัพธ์
10
3. (ENTRNCE) เหล็กแท่งหนึ่งมวล 47.0 กรัม มีปริมาตร 6.0 ลูกบาศก์เซนติเมตร ถามว่าตัวเลขที่เหมาะสม สาหรับค่าความหนาแน่นของเหล็กนี้เป็นกี่กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร 1. 7.8 2. 7.83 3. 7.833 4. 7.83333 ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 4. (ENTRNCE) จงพิจารณา ก. 1.2 + 62.543 + 10.12 = ? ข. 123.45 x 2.0 = ? จากโจทย์ที่ปรากฏข้างบนนี้ มีข้อความใดบ้างที่ถูกต้อง 1. ผลลัพธ์ของข้อ ก มีเลขนัยสาคัญ 3 ตัว และผลลัพธ์ของข้อ ข มีเลขนัยสาคัญ 2 ตัว 2. ผลลัพธ์ของข้อ ก มีเลขนัยสาคัญ 2 ตัว และผลลัพธ์ของข้อ ข มีเลขนัยสาคัญ 5 ตัว 3. ผลลัพธ์ของข้อ ก และผลลัพธ์ข้อ ข มีเลขนัยสาคัญ 5 ตัว 4. คาตอบเป็นอย่างอื่น ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ระดับขนาด เป็นการบอกปริมาณอย่างคร่าว ๆ เพื่อความสะดวกในการเปรียบเทียบ โดยถือเอาค่าใกล้เคียงกับ สิบยกกาลังต่าง ๆ เป็นหลักดังเช่น ถ้าอยู่ใกล้ 1,000
ระดับขนาดเป็น 10
3
ถ้าอยู่ใกล้ 100
ระดับขนาดเป็น 10
2
ถ้าอยู่ใกล้ 10
ระดับขนาดเป็น 10
1
ถ้าอยู่ใกล้ 0.1
ระดับขนาดเป็น 10
-1
ถ้าอยู่ใกล้ 0.01
ระดับขนาดเป็น 10
-2
ถ้าอยู่ใกล้ 0.001
ระดับขนาดเป็น 10
-3 30
ในการพิจารณา ถ้าปริมาณใดมีค่าไม่ถึง 10 ให้ใช้หลักการปัดเศษปกติ เช่น 1.89 x 10 มี 30
25
12
12
ระดับขนาดเป็น 10 , 5.8 x 1024 มีระดับขนาดเป็น 10 , 4.5 x 10 มีระดับขนาดเป็น 10 และ 12
12
4.51 x 10 มีระดับขนาดเป็น 10 เป็นต้น
11
แบบฝึกทบทวน 1. จงเขียนระดับขนาด ของปริมาณต่อไปนี้ 1.1) ดวงจันทร์มีมวล 7.36 x 1023 kg มีระดับขนาด 1.2) ปากกามวล 25 mg มีระดับขนาด 1.3) โต๊ะมวล 35 kg มีระดับขนาด 1.4)อิเลกตรอนมวล 9.1 x 10- 31 kg มีระดับขนาด 1.5)ดินสอยาว 67 cm มีระดับขนาด
= ………………………… mg = …………………………..g = ……………………………g = …………………………….mg = ……………………………. m
1.7 การบันทึกข้อมูล การบันทึกข้อมูลที่จะให้กะทัดรัด ชัดเจน อ่านเข้าใจง่าย ขึ้นกับข้อมูลที่สาคัญสาหรับการทดลองนั้น ๆ หากเป็นไปได้หรือเหมาะสม มักจะนาเสนอในรูปของตารางซึ่งมีหัวของช่องชัดเจน ว่าเป็นปริมาณอะไร ในหน่วยอะไร ในบางปริมาณที่ต้องการความแน่นอนที่เชื่อถือได้ ควรวัด 3 ครั้ง หรือ 5 ครั้ง แล้วหา ค่าเฉลี่ย ซึ่งการทาหลาย ๆ ครั้งอาจใช้เครื่องคิดเลขบางแบบคานวณหาค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน (S.D.) ได้ด้วย ควรเริ่มด้วยช่องสดมภ์ที่เป็นตัวแปรต้นที่จะวัดโดยตรง ตามด้วยตัวแปรตามที่วัดได้โดยตรง ซึ่งสามารถ บันทึกตัวลงไปทันทีที่วัดได้ แล้วจึงเพิ่มช่องต่อ ๆ ไปที่หาได้จากช่องแรก ๆ จนได้ช่องของปริมาณที่จะใช้ ในการวิเคราะห์ โดยเฉพาะที่จะใช้เขียนกราฟ นอกจากส่วนที่ทาการวัดที่สาคัญ ข้อมูลของการทดลองควรมีข้อมูลประกอบ ซึ่งบางครั้งมี ความหมายหรือมีความเกี่ยวข้องต่อผลการทดลองด้วย เช่น ทาการทดลองเมื่อใด สภาพแวดล้อมเป็น อย่างไร เช่น อุณหภูมิ ความดันบรรยากาศ ความชื้นสัมพัทธ์ ฯลฯ 1.8 การวิเคราะห์ผลการทดลอง ใช้การพิจารณาจากข้อมูลรวมทั้งการใช้การคานวณตามความเหมาะสม เมื่อได้ผลสรุปที่เป็น ปริมาณ ควรแสดงโอกาสผิดพลาดได้ของปริมาณนั้นด้วย การใช้กราฟเส้นตรงช่วยในการวิเคราะห์ โดยเฉพาะเพื่อหาหรือพิสูจน์ความสัมพันธ์ระหว่างสองปริมาณที่เป็นปฏิภาคกัน กราฟเส้นโค้งใช้ดูการ เปลี่ยนแปลงได้แต่ไม่สามารถพิสูจน์ความสัมพันธ์ได้ชัดเจน สมการทางคณิตศาสตร์ของกราฟเส้นตรงจะอยู่ในรูป y = mx + c เมื่อ m คือ ความชัน หรือ slope และ c คือ จุดตัดแกน y กราฟเป็นดังรูป y
y x x รูป กราฟเส้นตรงผ่านจุดทดลอง
12 m
y x
ในการทดลองเราอาจให้ y และ x แทนปริมาณเป็นกาลังสองหรือรากที่สองของบางปริมาณก็ได้ เส้นกราฟที่วางให้ดีเทียบกับจุดทดลองซึ่งแต่ละจุดมีค่าบวกลบ จะมีความเป็นไปได้ที่ความชันของ เส้นกราฟจะมีค่าบวกลบขนาดหนึ่งได้ คือ เส้นกราฟสามารถเอียงต่าง ๆ โดยยังผ่านทุกจุดได้ดี ซึ่งต้อง พิจารณาจากจุดข้อมูลต่าง ๆ ด้วย ความชันมี 4 แบบ
1.9 ตัวอย่างการทดลอง เรื่อง ลูกตุ้มอย่างง่าย (ในหนังสือแบบเรียนฟิสิกส์พื้นฐานและเพิ่มเติม เล่ม 1 หน้า12-13) 1.10 ตัวอย่างการบันทึกผลการทดลอง (ในหนังสือแบบเรียนฟิสิกส์พื้นฐานและเพิ่มเติม เล่ม 1 หน้า 14-18)
13
ทดสอบท้ายบทเรื่องบทนา 1.จงพิจารณาข้อความต่อไปนี้ ข้อใดถูกต้อง ก. ปรากฏการณ์ธรรมชาติคนในสมัยโบราณอธิบายว่าเป็นเหตุการณ์ที่เทพเจ้าและภูตผีเป็นผู้กระทาให้เกิด ข. วิชาฟิสิกส์มุ่งศึกษาปรากฏการณ์ธรรมชาติโดยไม่คานึงถึงการนาไปประยุกต์ ค. การสังเกต การบันทึกข้อมูล การวิเคราะห์ข้อมูล ทาให้เกิดการพัฒนาความรู้ 1. ก และ ข 2. ก และ ค 3. ข และ ค 4. ก ข และ ค 2. จงพิจารณาข้อความต่อไปนี้ ก. ความซื่อสัตย์ตรงไปตรงมา ข. ความเอื้อเฟื้อ เผื่อแผ่ โอบอ้อมอารี ค. ความมั่นใจในตัวเอง ข้อใดคือลักษณะนิสัยที่ดีของนักวิทยาศาสตร์ 1. ก และ ข 2. ก และ ค 3. ข และ ค 4. ก ข และ ค 3. ข้อใด มิใช่ หลักสาคัญสาหรับการบันทึกข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ 1. บันทึกวิธีการที่ใช้ในการสังเกตปรากฏการณ์ธรรมชาติ 2. บันทึกตัวแปรต่างๆที่จาเป็นในขณะทาการสังเกตเหตุการณ์ 3. ใช้สมุดบันทึกที่จัดเตรียมไว้อย่างดี 4. บันทึกข้อมูลด้วยความรอบคอบและซื่อสัตย์ 4. จากการสร้างแบบจาลองทางความคิดอย่ามีเหตุผล สามารถนาไปอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ได้อย่างดีสอดคล้องกับข้อมูลที่ได้ จากการทดลองเป็นวิธีหนึ่งซึ่งนาไปสู่ 1. สมมุติฐาน 2. ทฤษฎี 3. กฎเกณฑ์ 3. ระเบียบที่ยึดถือปฏิบัติ 5. ข้อใดต่อไปนี้ถูกต้อง 1. วิชาฟิสิกส์อยู่ในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์กายภาพที่ศึกษาเน้นในเชิงคุณภาพ 2. เทคโนโลยีจะพัฒนาตามหลักการพัฒนาวิชาฟิสิกส์เสมอ 3. การสื่อสารโดยใช้ทัศนสัญญาณของทหารเรือจาเป็นต้องใช้วิชาฟิสิกส์ 4. วิชาฟิสิกส์ไม่เน้นการนาไปประยุกต์ 6 .จากรูปที่กาหนดให้อุณหภูมิที่อ่านได้โดยตรงและค่าที่ต้องประมาณคือข้อใด
1. 43 องศาเซลเซียส และ 0.28 องศาเซลเซียส 2. 43.00 องศาเซลเซียส และ0.28 องศาเซลเซียส 3. 43.20 องศาเซลเซียส และ 0.08 องศาเซลเซียส 4. 43.28 องศาเซลเซียส และ 0.00 องศาเซลเซียส
14
7. การวัดความหนาของแผ่นกระดาษ 1 แผ่น เราจะใช้เครื่องมือวัดในข้อใดต่อไปนี้จึงจะเหมาะสม 1. ตลับเมตร 2. ไมโครมิเตอร์ 3. ไม้บรรทัด 4. เวอร์เนียร์ 8.จากรูปที่กาหนดให้ จงคานวณปริมาตรของน้ามันที่บรรจุในภาชนะทรงกระบอกนั้น 1. 1,039.19 ลูกบาศก์เซนติเมตร 2. 1,039.2 ลูกบาศก์เซนติเมตร 3. 1.0390 x 103 ลูกบาศก์เซนติเมตร 4. 1.0 x 103 ลูกบาศก์เซนติเมตร
9. ขวดใบหนึ่งมีปริมาตร 1,000 ลูกบาศก์เซนติเมตร บรรจุเม็ดถั่วไว้เต็ม ถ้าเม็ดถั่วแต่ละเม็ดถือว่าเป็น ทรงกระบอกเล็ก ๆ ยาว 2 เซนติเมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 1.5 เซนติเมตร ในขวดใบนี้จะมีเม็ดถั่ว ประมาณกี่เม็ด 1. 240 เม็ด 2. 280 เม็ด 3. 396 เม็ด 4. 300 เม็ด
10.จากรูป ใช้เครื่องชั่งสปริงวัดมวลของวัตถุก้อนหนึ่งได้ 0.510 กิโลกรัม ข้อใดคือค่าที่อ่านจากเครื่องชั่ง ได้โดยตรงประมาณ 1. 2. 3. 4.
0.510 และ 0.000 กิโลกรัม 0 .500 และ 0.010 กิโลกรัม 0.5 และ 0.010 กิโลกรัม 0.50 และ 0.01 กิโลกรัม
11. จากข้อ 10 เมื่อใช้เครื่องชั่งในช่วงเวลาหนึ่ง ข้อใดจะเป็นสาเหตุที่ทาให้เกิดความคลาดเคลื่อนของการวัดได้ 1. ความยืดหยุ่นของสปริงเปลี่ยนไป 2. ความยืดหยุ่นของสปริงเปลี่ยนไป และความเสียดทานภายในมากขึ้น 3. ขีดสเกลเลือนหายไปอ่านค่าได้ยาก 4. คาตอบเป็นอย่างอื่น
15
12.ถ้านักเรียนจะทาการวัดความเข้มแสงที่ระยะห่างจากหลอดไฟดวงหนึ่ง 1 เมตร ข้อใดต่อไปนี้มีผลต่อ ความถูกต้องของการวัดอย่างแน่นอน 1. เครื่องมือวัด 2. วิธีการวัด 3. ผู้ทาการวัด 4. สะภาพแวดล้อมขณะทาการวัด 13. ในการวัดเพื่อหาความหนาเฉลี่ยของแผ่นทองแดงบาง 1 แผ่น จากจานวนทั้งหมด 100 แผ่น โดยใช้ เวอร์เนียร์ข้อใดต่อไปนี้ที่จะมีผลกระต่อความถูกต้องของการวัดมากที่สุด 1. เครื่องมือวัด 2. วิธีการวัด 3. ผู้ทาการวัด 4. สภาพแวดล้อมขณะทาการวัด 14.จากการวัดน้าหนักของนักเรียนในห้องแยกเป็นนักเรียนชายและหญิง การนาเสนอข้อมูลโดยนาน้าหนัก กับจานวนนักเรียนและเพศมาแสดงโดยใช้แผนภูมิทางสถิติ แผนภูมิแบบใดเหมาะสมที่สุดสาหรับกรณีนี้ 1. แผนภูมิเส้นตรง 2. แผนภูมิวงกลม 3. แผนภูมแท่ง 4. คาตอบเป็นอย่างอื่น 15.จากรูป ต้มน้าด้วยตะเกียงแอลกอฮอล์ โดยเริ่มตั้งแต่อุณหภูมิของน้า 0 องศาเซลเซียส บันทึกข้อมูล อุณหภูมิของน้า ที่เพิ่มขึ้นในช่วงเวลาต่างๆในการนาเสนอข้อมูลโดยนาอุณหภูมิกับเวลามาแสดงโดย แผนภูมิทางสถิติ แผนภูมิแบบใดเหมาะสมที่สุดสาหรับกรณีนี้ 1. แผนภูมิเส้นตรง 2. แผนภูมิวงกลม 3. แผนภูมิแท่ง 4. คาตอบเป็นอย่างอื่น 16. จากปัญหาข้อ 15 ระหว่างอุณหภูมิกับเวลา ปริมาณใดที่ควรเป็นตัวแปรอิสระ 1. อุณหภูมิ 2. เวลา 3. อุณหภูมิและเวลา 4. อุณหภูมิหรือเวลา 17. มีส้มเขียวหวาน 100 ลูกชั่งน้าหนักของส้มเขียวหวานแต่ละลูก แล้วบันทึกลงในตารางบันทึกข้อมูล ได้ดังนี้ น้าหนัก (นิวตัน) จานวน ( % ของทั้งหมด) 1.1 20% 1.2 40% 1.3 30% 1.4 10% ถ้านาข้อมูลจากตารางบันทึกข้อมูลนี้มาแสดงโดยใช้แผนภูมิทางสถิติ แผนภูมิใดเหมาะสมที่สุด 1. แผนภูมิเส้นตรง 2. แผนภูมิวงกลม 3. แผนภูมิแท่ง 4. คาตอบเป็นอย่างอื่น
16
18. ข้อใดต่อไปนี้เป็นหน่วยฐาน 1. แอมแปร์ 2. วินาที 2. จูล 4. กิโลกรัม 19.ข้อใดต่อไปนี้เป็นหน่วยอนุพันธ์ 1. แอมแปร์ 2. วินาที 3. จูล 4. กิโลกรัม 20.หน่วยในข้อใดต่อไปนี้ไม่ถูกต้อง 1. เดคากรัม 2. นาโนเมตร2 3.ไมโครนาโนวินาที 4. มิลลิเมตร2 21. ศาสตราจารย์วรวัชและศาสตรารุ้งราวัลย์ นาโวลต์มิเตอร์แบบเข็มไปวัดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า ผลของ การวัดอ่านค่าได้ 1.52 โวลต์ อยากทราบว่าตัวเลขใดที่ได้จากการคาดคะเนด้วยสายตา 1. 1 2. 5 3. 2 4. 5 และ 2 22. ข้อใด ไม่ใช่ หน่วยมูลฐานทั้งหมด 1. แรง มวล ความยาว 2. มวล ความยาว เวลา 3. กระแสไฟฟ้า ความยาว เวลา 4. ปริมาณสาร อุณหภูมิ กระแสไฟฟ้า 23 คนสวนเพิ่มพูนและทศพล วัดสนามหญ้ารูปสี่เหลี่ยม ผืนผ้ายาว 15.5 เมตร กว้าง 10.25 เมตร สนาม หญ้ามีพื้นที่เท่าใด 1. 159 ตารางเมตร 2. 158.9 ตารางเมตร 3. 158.88 ตารางเมตร 4. 158.875 ตารางเมตร 24. จงเปลี่ยน 5 Gm ให้อยู่ในรูปนาโนเมตร 1. 5 X 10 3. 5 X 10
-9 -18
9
นาโนเมตร 2. 5 X 10 นาโนเมตร นาโนเมตร 4. 5 X 10
18
นาโนเมตร
25. จงเปลี่ยน 108 กิโลเมตรต่อชั่วโมงให้อยู่ในรูป เมตรต่อวินาที ? 1. 10 เมตร / วินาที 2. 20 เมตร / วินาที 3. 30 เมตร / วินาที 4. 40 เมตร / วินาที
17
เฉลย 1. 4 6. 3 11.2 16. 2 21. 3
2. 1 7. 2 12. 4 17. 2 22. 1
3. 3 8. 4 13. 2 18. 1 23. 1
4. 2 9. 1 14. 3 19. 3 24. 4
5. 4 10. 2 15. 1 20. 3 25. 3
เฉลยละเอียดบางข้อ 6. ตอบ ข้อ 3 เหตุผล เนื่องจากระดับปรอทอยู่ตรงระดับที่เลย 43Cไปประมาณ 0.2 C และค่าที่ต้องประมาณคือ ทศนิยมตาแหน่งที่ 2 ซึ่งตามตัวเลือกกาหนดให้เป็น 0.08C แสดงว่าค่าที่ต้องประมาณคือ 0.08C ส่วน ค่าที่อ่านได้โดยตรงคือ 43.20C นั่นคือ ข้อ 3 ถูกต้อง 1. ตอบ ข้อ 4 เหตุผล จาก
V = 22 9.9 2 (1.35) 7
2
= 1,039.19 cm3 = 1.0 x 103 เนื่องจากการคูณกับผลลัพธ์จะต้องได้เลขนัยสาคัญเท่ากับจานวนเลขนัยสาคัญน้อยที่สุดของ ตัวเลขที่นามาคูณกันคาตอบจึงเป็น 1.0 x 103 cm3 นั่นคือ ข้อ 4 ถูกต้อง 7. ตอบ ข้อ 4 เหตุผล เครื่องมือวัดมีผลกระทบบ้างในแง่ขีดจากัดการใช้งานของเครื่องมือ ซึ่งเครื่องมือที่สร้างขึ้น จะมีความคลาดเคลื่อนในตัวของมันเองอยู่แล้ว วิธีการวัด มีผลกระทบเล็กน้อย ผู้ทาการวัด มีผลกระทบเล็กน้อย ถ้าเข้าใจวิธีการวัดและการใช้เครื่องมืออย่างดี สภาพแวดล้อมขณะทาการวัด มีผลกระทบอย่างแน่นอน เพราะถ้าต้องการทราบความเข้มแสงที่ ระยะห่างจากหลอดไฟ 1 mควรต้องทาในห้องมืดไม่มีแสงแสงจากที่อื่นเข้าไปรบกวนแสงจาก หลอดไฟเลย นั่นคือ ข้อ 4 ถูกต้อง
18
9. ตอบ ข้อ 2 เหตุผล 10.
แผนภูมิแท่ง จะเป็นแผนภูมิที่เหมาะสมมากสาหรับกรณีนี้ เพราะดูจากแผนภูมิแท่งที่จาลองขึ้นจะเห็นว่าในช่วงน้าหนักต่างๆ จะเห็นความแตกต่างของจานวนนักเรียนหญิงและนักเรียนชายได้ชัดเจน มาก นั่นคือ ข้อ 3 ถูกต้อง ตอบ ข้อ 2
เหตุผล
แผนภูมิวงกลม
แผนภูมิแท่ง
พิจารณาจากแผนภูมิทางสถิติทั้ง 3 แบบของจานานส้มเขียวหวานในช่วงน้าหนักต่างๆได้ชัดเจนกว่า แผนภูมิลักษณะอื่น นั่นคือ ข้อ 2 ถูกต้อง
19
18. ตอบ ข้อ 1 เหตุผล แอมแปร์เป็นหน่วยฐาน จุลเกิดจาก นิวตันคูณกับเมตร วัตต์ เกิดจาก จูล หารด้วยวินาที นิวตัน เกิดจาก กิโลกรัมคูณเมตรหารด้วยวินาที2 20. ตอบ ข้อ 3 เหตุผลไมโครนาโนวินาที เป็นหน่วยซึ่งใช้คาอุปสรรคเขียนซ้อนกัน (ตามหลักห้ามเขียนซ้อนกัน) ได้แก่ไมโคร (µ) และนาโน (n) นั่นคือ ข้อ 3 ถูกต้อง