บทที่ 1 บทน า 1.1 ฟิสิกส์ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
ฟิสิกส์ (Physics) มาจากภาษากรีก ซึ่งหมายความว่าธรรมชาติ (nature) คือวิทยาศาสตร์ที่ศึกษา เกี่ยวกับมวลสารและพลังงานเพื่อน าไปอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่สังเกตเห็นหรือแก้ปัญหาที่เร้น ลับทางธรรมชาติ
ฟิสิกส์แยกการศึกษาออกเป็น 2 ประเภทดังนี้
1. ฟิสิกส์ยุคเก่า (Classical Physics) เป็นการศึกษาเพื่อค้นคว้าหาหลักเกณฑ์และขบวนการ ต่างๆที่จะน ามาอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ 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 แขนงวิชาวิทยาศาสตร์กายภาพที่ส าคัญมี 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 สร้างแบบจ าลองทางความคิด (หรือทฤษฎี หรือข้อสรุป ) ขึ้นใหม่
2.3 ทดลองหาข้อพิสูจน์เพื่อยืนยันความถูกต้องของแบบจ าลองทางความคิดที่สร้างขึ้นใหม่
ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ตามแนวทางที่สองนี้ ไม่ได้เริ่มต้นจากการสังเกต และการทดลอง แต่
เริ่มต้นด้วยการสร้างแบบจ าลองทางความคิดขึ้นก่อน แล้วจึงหาข้อพิสูจน์ยืนยันความถูกต้องภายหลัง เทคโนโลยี (technology) หมายถึง วิทยาการที่เกี่ยวกับศิลปะในการสร้าง ผลิต หรือใช้วัสดุ
อุปกรณ์ต่าง ๆ เพื่ออ านวยประโยชน์ต่อมนุษย์โดยตรง หรือสิ่งต่าง ๆ ที่มนุษย์ใช้สอยได้
1.2 วิชาฟิสิกส์
วิชาฟิสิกส์ที่นักเรียนจะได้เรียน จะเป็นความรู้ความเข้าใจที่เกิดขึ้น และสะสมกันมาในช่วงเวลา 400ปี
ซึ่งเป็นส่วนพื้นฐานของวิชาที่ได้จัดให้เป็นระบบ เพื่อให้เกิดความสะดวกต่อการเรียนรู้ และในที่สุดเรื่อง ต่าง ๆ ที่เรียนจะสัมพันธ์กันทุกเรื่อง การเรียนรู้ที่ดีจะต้องมีความเข้าใจหลักการของเรื่องนั้น ๆ จนสามารถ น าหลักการไปประยุกต์ได้ การฝึกให้สามารถประยุกต์หลักการกับการแบบฝึกหัดหรือโจทย์ปัญหาเป็น ส่วนส าคัญอย่างหนึ่งที่นักเรียนควรพยายามคิดด้วยตนเอง ซึ่งจะเป็นการฝึกคิดอย่างฟิสิกส์หรืออย่าง
นักวิทยาศาสตร์ การท าการทดลอง นอกจากจะท าให้นักเรียนรู้ด้วยความเข้าใจแบบเป็นรูปธรรมแล้ว ยังฝึก ให้เรียนรู้วิธีท าการทดลองและการวิเคราะห์ผลในลักษณะที่นักวิทยาศาสตร์ปฏิบัติกัน
1.3 ปริมาณทางฟิสิกส์และหน่วย
ปริมาณทางฟิสิกส์แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ
1. ปริมาณสเกลาร์ (Scalar quantity) เป็นปริมาณที่มีแต่ขนาดเพียงอย่างเดียว เช่น มวล อัตราเร็ว 2. ปริมาณเวกเตอร์ (Vector quantity ) เป็นปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทาง เช่น น้ าหนัก ความเร็ว เครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์หรือฟิสิกส์
เครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์มีความจ าเป็นดังนี้
1. เครื่องมือวัดช่วยท าให้เราสามารถวัดปริมาณต่าง ๆ ที่ต้องการได้สะดวกรวดเร็วและปลอดภัย 2. เครื่องมือวัดท าให้เราสามารถวัดปริมาณต่าง ๆที่ประสาทการรับรู้ของมนุษย์ไม่สามารถตรวจ สอบได้โดยตรง
3. งานต่าง ๆ ทางด้านวิทยาศาสตร์หรือฟิสิกส์จ าเป็นอย่างยิ่งที่ต้องอาศัยเครื่องมือเข้าช่วย
*** 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 ชื่อที่ใช้ก าหนดปริมาณ เดิมใช้กันหลายระบบ ปัจจุบันองค์การระหว่างประเทศว่า ด้วยมาตรฐานเสนอให้ใช้หน่วยระบบเดียวกัน เรียกว่า ‘ระบบหน่วยระหว่างชาติ’ (Systeme International Units) เรียกโดยย่อว่าหน่วย เอสไอ (SI unit)
หน่วย ฐาน (base unit) เป็นหน่วยหลักของเอสไอ มีทั้งหมด 7 หน่วย ดังตาราง
ปริมาณฐาน ชื่อหน่วย สัญลักษณ์
ความยาว (lengh) เมตร (metre) m
เวลา (time) วินาที (second) s
มวล (mass) กิโลกรัม (kilogram) kg
อุณหภูมิ (temperature) เคลวิน (Kelvin) K
กระแสไฟฟ้า (Electric current) แอมแปร์ (Ampere) A
ปริมาณของสาร (Amount of substance) โมล (Mole) mol
ความเข้มของการส่องสว่าง (Luminous intensity) แคนเดลา (candela) cd
หน่วยอนุพันธ์ (Derived units) เป็นหน่วยซึ่งประกอบด้วยหน่วยฐานหลายหน่วยมาเกี่ยวข้องกันใน ลักษณะการคูณหรือหารกัน เช่น อัตราเร็ว (m/s) และ แรง (kg.m/s2 ) 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 ที่มีพื้นที่เท่ากับรัศมีของทรงกลมนั้นยกก าลังสอง
สิ่งที่มีผลกะทบต่อความถูกต้องของการวัด
1. เครื่องมือที่ใช้วัด ควรเป็นเครื่องมือที่ได้มาตรฐานสากล
2. วิธีการวัดและการเลือกใช้เครื่องมือในการวัด ขึ้นกับปัจจัยหลายอย่าง เช่น ถ้าวัดระยะทางสั้นๆ อาจใช้ไม้บรรทัด แต่ถ้าเป็นการวัดระยะทางระหว่างดวงดาวก็อาจจะใช้วิธีการใหม่ ๆ โดยหลักส าคัญ วิธีการและเครื่องมือที่ใช้วัด จะต้องส่งผลกระทบน้อยมากต่อสิ่งที่ท าการวัด
3. ผู้ท าการวัด ตัวผู้ท าการวัดจะต้องมีความรู้ในการใช้เครื่องมือวัด และต้องท าการวัดและบันทึกผล อย่างรอบคอบ และซื่อสัตย์ โดยไม่เอาความคิดของตัวเองเข้าไปมีส่วนในการตัดสินใจบันทึก ผลการวัดนั้น
4. สภาพแวดล้อมขณะท าการวัด จะต้องไม่ก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งที่ท าการวัดนั้น
แบบฝึกหัดทบทวน
1. ให้นักเรียนท าเครื่องหมาย ก หน้าข้อที่เห็นว่าถูก และท าเครื่องหมาย ข หน้าข้อความที่เห็นว่าผิด
……… 1. งานทางด้านฟิสิกส์ เครื่องมือวัดเป็นสิ่งจ าเป็นน้อยมากในการได้มาข้อมูลใหม่ ๆ
……… 2. มาตรฐานของเครื่องมือวัดเป็นสิ่งส าคัญยิ่งในการเก็บข้อมูลทางวิทยาศาสตร์
……… 3. ประสาทการรับรู้ของมนุษย์ในเรื่องต่าง ๆ ไม่จ าเป็นต้องอาศัยเครื่องมือช่วย
……… 4. การใช้เครื่องมือวัดที่เหมาะสมกับงานจะช่วยให้ปลอดภัยประหยัดเวลาได้รายละเอียด ที่ถูกต้อง
……… 5. เครื่องมือวัดแบบตัวเลขอ่านค่าได้เป็นขั้น ๆ ไม่สามารถประมาณค่าต าแหน่งสุดท้าย
ด้วยสายตาได้
……… 6. ขณะท าการวัดถ้าสภาพแวดล้อมแตกต่างจากเงื่อนไขที่ก าหนดค่าที่วัดได้จะผิดพลาดสูง
……… 7 การบันทึกข้อมูลทุกชนิดจ าเป็นต้องบันทึกลงในตารางเสมอ
……… 8. ข้อมูลทุกชนิดควรน าเสนอด้วยแผนภูมิทางสถิติเสมอ
……… 9. การน าเอาข้อมูลมาเขียนเป็นแผนภูมิทางสถิติแบบต่าง ๆ จะช่วยท าให้ผู้อ่านมองเห็น เป็นรูปธรรม มากขึ้น
………10. การวัดเพียงครั้งเดียวจะให้ค่าที่ถูกต้องมากกว่า
2. ก าหนดให้
เฮริตซ์ นิวตัน เมตร คูลอมบ์ เคลวิน โอห์ม
โมล กิโลกรัม จูล วัตต์ วินาที โวลต์
แอมแปร์ แคนเดลา เรเดียน สเตอเรเดียน เมตรต่อวินาที พาสคัล จงแยกว่าหน่วยใดเป็นหน่วยอนุพันธ์ และหน่วยใดเป็นหน่วยมูลฐาน
หน่วยมูลฐาน ได้แก่
……….………
……….………
หน่วยอนุพันธ์ ได้แก่
……….………
……….………
………
ค าอุปสรรค (Prefixes)
ค าอุปสรรคเป็นเลข 10n
ที่ใช้คูณหน้าหน่วย (ตัวพหุคูณ)เพื่อที่จะท าให้หน่วยนั้นใหญ่ขึ้นหรือ เล็กลงค าอุปสรรคที่ก าหนดให้ใช้มีดังตาราง
ตัวพหุคูณ ชื่อ สัญลักษณ์ ตัวพหุคูณ ชื่อ สัญลักษณ์
1018 exa E 10-18 atto a
1015 peta P 10-15 femto f
1012 tara T 10-12 pico p
109 giga G 10-9 nano
106 mega M 10-6 micro
103 kilo k 10-3 milli m
102 hecto h 10-2 centi c
101 deca da 10-1 deci d
หลักการเปลี่ยนหน่วยในระบบเอสไอ ให้นักเรียนน าเลข 10 x ไปคูณกับหน่วยเดิมที่ก าหนดมา โดยที่ x คือ ผลต่างของเลขชี้ก าลังของอุปสรรคตัวแรกกับตัวสุดท้าย ตามหลักการของเลขพีชคณิต
เช่น ต้องการเปลี่ยน 60 กิโลเมตร (km) ให้เป็นหน่วยนาโนเมตร (m) จะพบว่าเลขชี้ก าลังของตัว k คือ 3 ส่วนเลขชี้ก าลังของตัว n คือ - 9 ดังนั้น x ในที่นี้ก็คือ 3-(-9) = 3 + 9 = 12 แสดงว่า 60 km จึงมีค่าเท่ากับ 60 x 10 12 m
เพิ่มเติม ในการเขียนค าอุปสรรค ห้ามเขียนค าอุปสรรคซ้อนกัน เช่น ไมโครนาโนวินาที
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
...
...
...
1.4 การทดลองในวิชาฟิสิกส์
การทดลองในวิชาฟิสิกส์ แม้จะไม่ใช่ของใหม่การฝึกท าจะเป็นการฝึกฝนวิธีการท าการทดลอง ตาม แนวที่เป็นที่ยอมรับในวงการฟิสิกส์ การท าการทดลองถือเป็นส่วนส าคัญในการฝึกท าและคิดหาเหตุผล อย่างวิทยาศาสตร์
เป็นการยากที่จะวางกฎเกณฑ์แน่ชัดส าหรับการทดลองทุก ๆ อย่าง เนื่องจากในการทดลองแต่ละ เรื่อง อาจมีลักษณะเฉพาะที่ต่าง ๆ กัน อย่างไรก็ตาม ในการท าการทดลองมักจะท าเพื่อตอบค าถาม บางอย่างหรือเพื่อหาความจริงบางอย่าง (ซึ่งก็จะเป็นวัตถุประสงค์ของการทดลอง) เพื่อให้ได้ค าตอบ ก็ต้อง คิดหาวิธีการทดลองที่เหมาะสมและสอดคล้องกับอุปกรณ์ที่มี ท าการทดลองเพื่อให้ได้ข้อมูลต่าง ๆ วิเคราะห์ จากข้อมูลเพื่อสรุปเป็นค าตอบ
ค าตอบที่เราได้จะเป็นที่น่าเชื่อถือหรือไม่ต่อผู้อื่น 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
จะได้ค าตอบ X = X1 + X2 = (A + B) (A B) 2. การลบ
สมมติตัวเลขแรก คือ X1 = A A ตัวเลขที่ 2 คือ X2 = B B
จะได้ค าตอบ X = X1 - X2 = (A - B) (A B) 3. การคูณ
สมมติตัวเลขแรก คือ X1 = A A ตัวเลขที่ 2 คือ X2 = B B ผลคูณคือ X = X1 x X2 = AB
100 100
100 AB
B x x B
A
A
X = X1 x X2 = AB AB
B B A
A
4. การหาร
สมมติตัวเลขแรก คือ X1 = A A ตัวเลขที่ 2 คือ X2 = B B ผลหารคือ X =
2 1
X X =
B A
B A B
B A
A
แบบฝึกทบทวน
1. นาย ก มีเชือกยาวเท่ากับ 6.2 0.2 cm น าเชือกมาต่อกับนาย ข ที่มีความยาวเชือก 3.4 0.3 cm จงหา ผลบวกและผลต่างของเส้นเชือก
...
...
...
...
2. นาย ก มีเชือกยาวเท่ากับ 16.2 0.2 cm น าเชือกมาต่อกับนาย ข ที่มีความยาวเชือก 23.4 0.5 cm จงหาผลบวกและผลต่างของเส้นเชือก
...
...
...
...
3. กรอบรูปของนาย ก กว้าง 20.5 0.2 cm ยาว 40.4 0.4 cm จงหาพื้นที่ของกรอบรูป
...
...
...
...
...
...
4. ถังของนาย ก เป็นรูปลูกบาศก์มีความยาวด้านละ 1.5 0.1 m จงค านวณหาปริมาตรของถัง
...
...
...
...
...
...
5. จงหาค านวณหาความหนาแน่นของโลหะทองแดงที่มีมวล 70.25 0.02 กิโลกรัม และมีปริมาตร 17.02 0.03 ลูกบาศก์เมตร
...
...
...
...
...
...
1.6 เลขนัยส าคัญ (Significant figure)
เลขนัยส าคัญ คือ ปริมาณที่ได้จากการวัด การทดลอง ปริมาณนี้จะบ่งบอกถึงความละเอียดของ อุปกรณ์ ซึ่งมีผลต่อการชื่อถือและการยอมรับผลของการทดลอง ( ค่าจริง + ค่าประมาณ )
วิธีนับจ านวนเลขนัยส าคัญ
1. เลขทุกตัวที่ไม่ใช่ 0 เป็นเลขนัยส าคัญ เช่น 2.3 มีเลขนัยส าคัญ 2 ตัว
2.34 มีเลขนัยส าคัญ 3 ตัว 2.345 มีเลขนัยส าคัญ 4 ตัว
2. เลข 0 อยู่ระหว่างตัวเลขนัยส าคัญ เป็นเลขนัยส าคัญ เช่น 20.3 มีเลขนัยส าคัญ 3 ตัว
200.3 มีเลขนัยส าคัญ 4 ตัว 2020.34 มีเลขนัยส าคัญ 6 ตัว
3. เลข 0 อยู่หลังจุดทศนิยมทางด้านขวามือ ถือว่าเป็นเลขนัยส าคัญ (นับหมดทุกตัว) เช่น 3.0 มีเลขนัยส าคัญ 2 ตัว
3.00 มีเลขนัยส าคัญ 3 ตัว 4. เลข 0 อยู่ซ้ายมือไม่เป็นเลขนัยส าคัญ 0.20 มีเลขนัยส าคัญ 2 ตัว 0.0021 มีเลขนัยส าคัญ 2 ตัว 5. เลข 10 ยกก าลังไม่นับเป็นเลขนัยส าคัญ 2.5 x 103 มีเลขนัยส าคัญ 2 ตัว
การบวก ลบ คูณและหารเลขนัยส าคัญ
การบวก ลบ เลขนัยส าคัญ คิดเหมือนการบวกและการลบเลขทั่ว ๆ ไป แต่เวลาตอบเลขหลังจุด ทศนิยมให้ตอบเท้ากับจ านวน ต าแหน่งทศนิยมที่มีจ านวนน้อยที่สุด เช่น
2.3 + 3.42 + 4.112 = 9.832 2.3 จ านวนต าแหน่งทศนิยมน้อยที่สุด
ค าตอบจริงควรตอบ 9.832 = 9.8
4.20+ 1.6256 + 0.051 = 5.8763 ค าตอบจริงควรตอบ = 5.88 (ปัดก่อนตัดทิ้ง)
การคูณ หารเลขนัยส าคัญ คิดเหมือนการคูณและหารเลขทั่ว ๆไป แต่เวลาตอบดู จ านวนเลข นัยส าคัญที่เลขนัยส าคัญที่น้อยที่สุด
จ านวนเลขนัยส าคัญที่น้อยที่สุดมี 2 ตัว 4.1x 1.5268 = 6.25908 ค าตอบจริงควรตอบ = 6.3 (ปัดก่อนตัดทิ้ง)
3.23x 1.2 = 3.876 ค าตอบจริงควรตอบ = 3.9
แบบฝึกทบทวน 1. จงหาจ านวนเลขนัยส าคัญที่ก าหนดให้ต่อไปนี้
ข้อ ตัวเลขที่ก าหนดให้ เลขนัยส าคัญทั้งหมด ข้อ ตัวเลขที่ก าหนดให้ เลขนัยส าคัญทั้งหมด
1 28 11 0.52
2 456.7 12 0.00006
3 205 13 50000
4 30.02 14 100001
5 3.0 15 0.2500
6 150.02 16 0.0000480
7 0.024 17 200.002
8 435 18 2X 10 5
9 3.246 19 3.00X 10 8
10 72.306 20 4.500 X 10 8
2. จงหาผลลัพธ์ของตัวเลขต่อไปนี้ตามหลักของเลขนัยส าคัญ
ข้อ ก าหนดให้ ผลลัพธ์ ข้อ ก าหนดให้ ผลลัพธ์
1 801 + 7 + 0.78 6 62.5 x 0.073
2 7.235 + 7. 86 + 3.0 7 4.35 0.145
3 926 + 2.51 – 4.2 8 0.021 0.003
4 469.7 – 346.37 9 (144.0 – 12.0)/4
5 14.25 x 82.4 10 (7.32)2
3. (ENTRNCE) เหล็กแท่งหนึ่งมวล 47.0 กรัม มีปริมาตร 6.0 ลูกบาศก์เซนติเมตร ถามว่าตัวเลขที่เหมาะสม ส าหรับค่าความหนาแน่นของเหล็กนี้เป็นกี่กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร
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 มีเลขนัยส าคัญ 3 ตัว และผลลัพธ์ของข้อ ข มีเลขนัยส าคัญ 2 ตัว 2. ผลลัพธ์ของข้อ ก มีเลขนัยส าคัญ 2 ตัว และผลลัพธ์ของข้อ ข มีเลขนัยส าคัญ 5 ตัว 3. ผลลัพธ์ของข้อ ก และผลลัพธ์ข้อ ข มีเลขนัยส าคัญ 5 ตัว
4. ค าตอบเป็นอย่างอื่น
...
...
...
...
ระดับขนาด
เป็นการบอกปริมาณอย่างคร่าว ๆ เพื่อความสะดวกในการเปรียบเทียบ โดยถือเอาค่าใกล้เคียงกับ สิบยกก าลังต่าง ๆ เป็นหลักดังเช่น
ถ้าอยู่ใกล้ 1,000 ระดับขนาดเป็น 103 ถ้าอยู่ใกล้ 100 ระดับขนาดเป็น 102 ถ้าอยู่ใกล้ 10 ระดับขนาดเป็น 101 ถ้าอยู่ใกล้ 0.1 ระดับขนาดเป็น 10-1 ถ้าอยู่ใกล้ 0.01 ระดับขนาดเป็น 10-2 ถ้าอยู่ใกล้ 0.001 ระดับขนาดเป็น 10-3
ในการพิจารณา ถ้าปริมาณใดมีค่าไม่ถึง 10 ให้ใช้หลักการปัดเศษปกติ เช่น 1.89 x 1030 มี
ระดับขนาดเป็น 1030 , 5.8 x 1024 มีระดับขนาดเป็น 1025 , 4.5 x 1012 มีระดับขนาดเป็น 1012 และ 4.51 x 1012 มีระดับขนาดเป็น 1012 เป็นต้น
แบบฝึกทบทวน 1. จงเขียนระดับขนาด ของปริมาณต่อไปนี้
1.1) ดวงจันทร์มีมวล 7.36 x 1023 kg มีระดับขนาด = ……… mg 1.2) ปากกามวล 25 mg มีระดับขนาด = ………..g 1.3) โต๊ะมวล 35 kg มีระดับขนาด = ………g 1.4)อิเลกตรอนมวล 9.1 x 10- 31 kg มีระดับขนาด = ……….mg 1.5)ดินสอยาว 67 cm มีระดับขนาด = ………. m 1.7 การบันทึกข้อมูล
การบันทึกข้อมูลที่จะให้กะทัดรัด ชัดเจน อ่านเข้าใจง่าย ขึ้นกับข้อมูลที่ส าคัญส าหรับการทดลองนั้น ๆ หากเป็นไปได้หรือเหมาะสม มักจะน าเสนอในรูปของตารางซึ่งมีหัวของช่องชัดเจน ว่าเป็นปริมาณอะไร ในหน่วยอะไร ในบางปริมาณที่ต้องการความแน่นอนที่เชื่อถือได้ ควรวัด 3 ครั้ง หรือ 5 ครั้ง แล้วหา ค่าเฉลี่ย ซึ่งการท าหลาย ๆ ครั้งอาจใช้เครื่องคิดเลขบางแบบค านวณหาค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน (S.D.) ได้ด้วย ควรเริ่มด้วยช่องสดมภ์ที่เป็นตัวแปรต้นที่จะวัดโดยตรง ตามด้วยตัวแปรตามที่วัดได้โดยตรง ซึ่งสามารถ บันทึกตัวลงไปทันทีที่วัดได้ แล้วจึงเพิ่มช่องต่อ ๆ ไปที่หาได้จากช่องแรก ๆ จนได้ช่องของปริมาณที่จะใช้
ในการวิเคราะห์ โดยเฉพาะที่จะใช้เขียนกราฟ
นอกจากส่วนที่ท าการวัดที่ส าคัญ ข้อมูลของการทดลองควรมีข้อมูลประกอบ ซึ่งบางครั้งมี
ความหมายหรือมีความเกี่ยวข้องต่อผลการทดลองด้วย เช่น ท าการทดลองเมื่อใด สภาพแวดล้อมเป็น อย่างไร เช่น อุณหภูมิ ความดันบรรยากาศ ความชื้นสัมพัทธ์ ฯลฯ
1.8 การวิเคราะห์ผลการทดลอง
ใช้การพิจารณาจากข้อมูลรวมทั้งการใช้การค านวณตามความเหมาะสม 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
x m y
ในการทดลองเราอาจให้ y และ x แทนปริมาณเป็นก าลังสองหรือรากที่สองของบางปริมาณก็ได้
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)
ทดสอบท้ายบทเรื่องบทน า 1.จงพิจารณาข้อความต่อไปนี้ ข้อใดถูกต้อง
ก. ปรากฏการณ์ธรรมชาติคนในสมัยโบราณอธิบายว่าเป็นเหตุการณ์ที่เทพเจ้าและภูตผีเป็นผู้กระท าให้เกิด ข. วิชาฟิสิกส์มุ่งศึกษาปรากฏการณ์ธรรมชาติโดยไม่ค านึงถึงการน าไปประยุกต์
ค. การสังเกต การบันทึกข้อมูล การวิเคราะห์ข้อมูล ท าให้เกิดการพัฒนาความรู้
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 หลักส าคัญส าหรับการบันทึกข้อมูลทางวิทยาศาสตร์
1. บันทึกวิธีการที่ใช้ในการสังเกตปรากฏการณ์ธรรมชาติ
2. บันทึกตัวแปรต่างๆที่จ าเป็นในขณะท าการสังเกตเหตุการณ์
3. ใช้สมุดบันทึกที่จัดเตรียมไว้อย่างดี
4. บันทึกข้อมูลด้วยความรอบคอบและซื่อสัตย์
4. จากการสร้างแบบจ าลองทางความคิดอย่ามีเหตุผล สามารถน าไปอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ได้อย่างดีสอดคล้องกับข้อมูลที่ได้ จากการทดลองเป็นวิธีหนึ่งซึ่งน าไปสู่
1. สมมุติฐาน 2. ทฤษฎี
3. กฎเกณฑ์ 3. ระเบียบที่ยึดถือปฏิบัติ
5. ข้อใดต่อไปนี้ถูกต้อง
1. วิชาฟิสิกส์อยู่ในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์กายภาพที่ศึกษาเน้นในเชิงคุณภาพ 2. เทคโนโลยีจะพัฒนาตามหลักการพัฒนาวิชาฟิสิกส์เสมอ
3. การสื่อสารโดยใช้ทัศนสัญญาณของทหารเรือจ าเป็นต้องใช้วิชาฟิสิกส์
4. วิชาฟิสิกส์ไม่เน้นการน าไปประยุกต์
6 .จากรูปที่ก าหนดให้อุณหภูมิที่อ่านได้โดยตรงและค่าที่ต้องประมาณคือข้อใด
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
7. การวัดความหนาของแผ่นกระดาษ 1 แผ่น เราจะใช้เครื่องมือวัดในข้อใดต่อไปนี้จึงจะเหมาะสม 1. ตลับเมตร 2. ไมโครมิเตอร์
3. ไม้บรรทัด 4. เวอร์เนียร์
8.จากรูปที่ก าหนดให้ จงค านวณปริมาตรของน้ ามันที่บรรจุในภาชนะทรงกระบอกนั้น 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. 0.510 และ 0.000 กิโลกรัม 2. 0 .500 และ 0.010 กิโลกรัม
3. 0.5 และ 0.010 กิโลกรัม 4. 0.50 และ 0.01 กิโลกรัม
11. จากข้อ 10 เมื่อใช้เครื่องชั่งในช่วงเวลาหนึ่ง ข้อใดจะเป็นสาเหตุที่ท าให้เกิดความคลาดเคลื่อนของการวัดได้
1. ความยืดหยุ่นของสปริงเปลี่ยนไป
2. ความยืดหยุ่นของสปริงเปลี่ยนไป และความเสียดทานภายในมากขึ้น 3. ขีดสเกลเลือนหายไปอ่านค่าได้ยาก
4. ค าตอบเป็นอย่างอื่น
12.ถ้านักเรียนจะท าการวัดความเข้มแสงที่ระยะห่างจากหลอดไฟดวงหนึ่ง 1 เมตร ข้อใดต่อไปนี้มีผลต่อ ความถูกต้องของการวัดอย่างแน่นอน
1. เครื่องมือวัด 2. วิธีการวัด
3. ผู้ท าการวัด 4. สะภาพแวดล้อมขณะท าการวัด
13. ในการวัดเพื่อหาความหนาเฉลี่ยของแผ่นทองแดงบาง 1 แผ่น จากจ านวนทั้งหมด 100 แผ่น โดยใช้
เวอร์เนียร์ข้อใดต่อไปนี้ที่จะมีผลกระต่อความถูกต้องของการวัดมากที่สุด 1. เครื่องมือวัด 2. วิธีการวัด
3. ผู้ท าการวัด 4. สภาพแวดล้อมขณะท าการวัด
14.จากการวัดน้ าหนักของนักเรียนในห้องแยกเป็นนักเรียนชายและหญิง การน าเสนอข้อมูลโดยน าน้ าหนัก กับจ านวนนักเรียนและเพศมาแสดงโดยใช้แผนภูมิทางสถิติ แผนภูมิแบบใดเหมาะสมที่สุดส าหรับกรณีนี้
1. แผนภูมิเส้นตรง 2. แผนภูมิวงกลม
3. แผนภูมแท่ง 4. ค าตอบเป็นอย่างอื่น
15.จากรูป ต้มน้ าด้วยตะเกียงแอลกอฮอล์ โดยเริ่มตั้งแต่อุณหภูมิของน้ า 0 องศาเซลเซียส บันทึกข้อมูล อุณหภูมิของน้ า ที่เพิ่มขึ้นในช่วงเวลาต่างๆในการน าเสนอข้อมูลโดยน าอุณหภูมิกับเวลามาแสดงโดย แผนภูมิทางสถิติ แผนภูมิแบบใดเหมาะสมที่สุดส าหรับกรณีนี้
1. แผนภูมิเส้นตรง 2. แผนภูมิวงกลม
3. แผนภูมิแท่ง
4. ค าตอบเป็นอย่างอื่น
16. จากปัญหาข้อ 15 ระหว่างอุณหภูมิกับเวลา ปริมาณใดที่ควรเป็นตัวแปรอิสระ 1. อุณหภูมิ 2. เวลา
3. อุณหภูมิและเวลา 4. อุณหภูมิหรือเวลา
17. มีส้มเขียวหวาน 100 ลูกชั่งน้ าหนักของส้มเขียวหวานแต่ละลูก แล้วบันทึกลงในตารางบันทึกข้อมูล ได้ดังนี้
น้ าหนัก (นิวตัน) จ านวน ( % ของทั้งหมด) 1.1
1.2 1.3 1.4
20%
40%
30%
10%
ถ้าน าข้อมูลจากตารางบันทึกข้อมูลนี้มาแสดงโดยใช้แผนภูมิทางสถิติ แผนภูมิใดเหมาะสมที่สุด 1. แผนภูมิเส้นตรง 2. แผนภูมิวงกลม
3. แผนภูมิแท่ง 4. ค าตอบเป็นอย่างอื่น
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 น าโวลต์มิเตอร์แบบเข็มไปวัดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า 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 -9 นาโนเมตร 2. 5 X 10 9 นาโนเมตร 3. 5 X 10 -18 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
เฉลย
1. 4 2. 1 3. 3 4. 2 5. 4 6. 3 7. 2 8. 4 9. 1 10. 2 11.2 12. 4 13. 2 14. 3 15. 1 16. 2 17. 2 18. 1 19. 3 20. 3 21. 3 22. 1 23. 1 24. 4 25. 3
เฉลยละเอียดบางข้อ
6. ตอบ ข้อ 3
เหตุผล เนื่องจากระดับปรอทอยู่ตรงระดับที่เลย 43Cไปประมาณ 0.2 C และค่าที่ต้องประมาณคือ ทศนิยมต าแหน่งที่ 2 ซึ่งตามตัวเลือกก าหนดให้เป็น 0.08C แสดงว่าค่าที่ต้องประมาณคือ 0.08C ส่วน ค่าที่อ่านได้โดยตรงคือ 43.20C
นั่นคือ ข้อ 3 ถูกต้อง
1. ตอบ ข้อ 4 เหตุผล จาก V =
7 22
2 9 .
9 2 (1.35) = 1,039.19 cm3
= 1.0 x 103
เนื่องจากการคูณกับผลลัพธ์จะต้องได้เลขนัยส าคัญเท่ากับจ านวนเลขนัยส าคัญน้อยที่สุดของ ตัวเลขที่น ามาคูณกันค าตอบจึงเป็น 1.0 x 103 cm3
นั่นคือ ข้อ 4 ถูกต้อง 7. ตอบ ข้อ 4
เหตุผล เครื่องมือวัดมีผลกระทบบ้างในแง่ขีดจ ากัดการใช้งานของเครื่องมือ ซึ่งเครื่องมือที่สร้างขึ้น จะมีความคลาดเคลื่อนในตัวของมันเองอยู่แล้ว
วิธีการวัด มีผลกระทบเล็กน้อย
ผู้ท าการวัด มีผลกระทบเล็กน้อย ถ้าเข้าใจวิธีการวัดและการใช้เครื่องมืออย่างดี
สภาพแวดล้อมขณะท าการวัด มีผลกระทบอย่างแน่นอน เพราะถ้าต้องการทราบความเข้มแสงที่
ระยะห่างจากหลอดไฟ 1 mควรต้องท าในห้องมืดไม่มีแสงแสงจากที่อื่นเข้าไปรบกวนแสงจาก หลอดไฟเลย
นั่นคือ ข้อ 4 ถูกต้อง
