โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

แผนการสอน Physics Cyber Lab

เรื่อง คล่ืนและลักษณะของคลื่น

เอกสารชุดน้ีประกอบด้วย1. แผนการสอน เรื่องคล่ืนและลักษณะ

ของคล่ืน2. ใบงาน เรื่อง เฟสของคล่ืน3. แบบทดสอบก่อน-หลังเรยีนเรื่อง

คล่ืนและลักษณะของคล่ืน

จดัทำาโดย

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

อาจารยว์มิล ชยัวริยิะหมวดวชิาวทิยาศาสตร์

โรงเรยีนสามคัคีวทิยาคม จ.เชยีงรายแผนการสอน Physics Cyber lab

เรื่อง คลื่นและลักษณะของคลื่น ิ วชิาฟสิกิส์ (ว 027) ชัน้มธัยมศึกษาปีที่ 5 เวลา 2 คาบ

สาระ สำาคัญ คล่ืนเป็นปรากฏการณ์การสง่ผ่านพลังงานจากบรเิวณหน่ึงไปสู่

อีกบรเิวณหน่ึง การสง่ผ่านพลังงานแบบคล่ืนมอียู่ 2 ลักษณะ คือ อาศัยตัวกลางในการสง่ผ่านพลังงานเรยีกวา่คล่ืนกล และไมอ่าศัยตัวกลางในการสง่ผ่านพลังงานเรยีกวา่คล่ืนแมเ่หล็กไฟฟา้ และคล่ืนยงัแบง่ออกตามลักษณะของการสัน่ของอนุภาคตัวกลางและการเปล่ียนแปลงสนามแมเ่หล็กสนามไฟฟา้กับแนวการเคล่ืนท่ีของคล่ืน ได้แก่คล่ืนตามขวางและคล่ืนตามยาว

จุดประสงค์การเรยีนรู้1. บอกความหมายของคล่ืนได้2. จำาแนกประเภทของคล่ืนจากลักษณะของการกระ

จดัของตัวกลางที่คล่ืนเคล่ือนที่ผ่านได้3. อธบิายความหมายของคาบ ความถ่ี

ความยาวคล่ืน และบอกความสมัพนัธร์ะหวา่งอัตราเรว็ของคล่ืน ความถ่ีและความยาวคล่ืนได้

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

เนื้อหาคล่ืนเกิดจากการรบกวนสว่นใดสว่นหน่ึงหรอือนุภาคใดอนุภาค

หน่ึง ใหเ้กิดการเคล่ือนที่ไปจากแนวสมดลุเป็นผลทำาใหอ้นุภาคนัน้เกิดการสัน่รอบแนวสมดลุนัน้ เรยีกวา่แหล่งกำาเนิดคล่ืน

การเคล่ือนท่ีแบบคล่ืน เป็นการถ่ายทอดพลังงานจากแหล่งกำาเนิดคล่ืนไปยงับรเิวณโดยรอบ เชน่ คล่ืนนำ้าเกิดจากการที่โมเลกลุของนำ้าถกูทำาใหส้ัน่สะเทือนจากตำาแหน่งสมดลุ

การสง่ผ่านพลังงานคล่ืนมอียู่ 2 ลักษณะ คือ 1. คล่ืนกล( Mechanical Waves) เป็นคล่ืนท่ีจะต้องอาศัยตัวกลางในการสง่ผ่านพลังงาน

ได้แก่ คล่ืนนำ้า คล่ืนในเสน้เชอืก คล่ืนเสยีง คล่ืนในสปรงิเป็นต้น2. คล่ืนแมเ่หล็กไฟฟา้ ( Electromagnitic Waves ) เป็นคล่ืนท่ี

ไมอ่าศัยตัวกลางในการสง่ผ่านพลังงานได้แก่ คล่ืนวทิยุ คล่ืนแสง คล่ืนอินฟราเรด คล่ืนรงัสเีอกซ ์ คล่ืนรงัสแีกมมาเป็นต้น

นอกจากน้ีเรายงัแบง่คล่ืนออกตามลักษณะของการสัน่ของอนุภาคตัวกลางและการเปล่ียนแปลงสนามแมเ่หล็กสนามไฟฟา้กับแนวการเคล่ืนท่ีของคล่ืน ได้แก่คล่ืนตามขวางและคล่ืนตามยาว

1. คล่ืนตามขวาง(Transverse Waves) เป็นคล่ืนท่ีทำาให้อนุภาคของตัวกลางสัน่ในแนวตัง้ ฉากกับการเคล่ือนท่ีของคล่ืน

2. คล่ืนตามยาว(Longitudinal Waves) เป็นคล่ืนท่ีทำาให้อนุภาคของตัวกลางสัน่ในแนวตัง้เดียวกับการเคล่ือนท่ีของคล่ืน

สว่นต่าง ๆ ของคลื่น

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

พจิารณาคล่ืน ณ ขณะใดขณะหน่ึงของคล่ืนต่อเน่ืองสมำ่าเสมอดังรูปขา้งบน1. ยอดคลื่นหรอืสนัคลื่น (Crest) หมายถึง สว่นที่นูนหรอืสว่นสนั

บนสดุของคล่ืนและละลกู2. ท้องคลื่น (Trough) หมายถึง สว่นล่างสดุของคล่ืนแต่ละลกู3. การกระจดั (Displacement) คือ ระยะท่ีวดัจากแนวกลาง

(แนวสมดลุ) ไปยงัตำาแหน่งใด ๆ บนคล่ืน เราหาการกระจดั ณ เวลาต่าง ๆ ได้จากสตูรการเคล่ือนที่ของ Simple Harmonics

4. ชอ่งกวา้งของคลื่น (Amplitude ; A) คือ ระยะกระจดัท่ีมค่ีามากท่ีสดุจากแนวสมดลุ ไปยงัสนัคล่ืนหรอืท้องคล่ืนดังรูป คือ ระยะ A นัน่เอง แอมพลิจูดเป็นตัวแสดงพลังงานของคล่ืนถ้าแอมพลิจูดสงู แสดงวา่ พลังงานของคล่ืนมคี่ามากถ้าแอมพลิจูดตำ่าแสดงวา่ พลังงานของคล่ืนมคี่าน้อย ค่าของแอมพลิจูดขึ้นอยูก่ับแหล่งกำาเนิดคล่ืน (พลังงานคล่ืน A2)คล่ืนนำ้า แอมพลิจูด แสดงความสงูตำ่าของการกระเพื่อมของนำ้าคล่ืนเสยีง แอมพลิจูด แสดง ความดังค่อยของเสยีงคล่ืนแสง แอมพลิจูด แสดง ความเขม้ของแสง (มดื - สวา่ง)

5. เฟส (Phase) คือ การเรยีกตำาแหน่งบนคล่ืน โดยมคีวามสมัพนัธก์ับการกระจดัของการเคล่ือนที่ของคล่ืน

6. ความยาวคคลื่น (Wave length ; ) หมายถึง ความยาว 1 คล่ืน เป็นระยะทางที่วดัจากเฟสถึงเฟสเดียวกันของคล่ืนถัดไป

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

ถ้าจบัตำาแหน่งหน่ึงตำาแหน่งใด บนตัวกลางที่คล่ืนผ่านมา เขยีนกราฟระหวา่งการขจดั – เวลาจะได้กราฟรูป sine เชน่กัน

7. T = คาบ (Period) คือเวลาของการเกิดคล่ืน 1 คล่ืน วดัเวลาจากเฟสถึงเฟส ของคล่ืนท่ีต่อเน่ืองกัน

8. F = ความถ่ี หมายถึง จำานวนคล่ืนใน 1 หน่วยเวลา

f – มหีน่วยเป็น S-1 หรอื Hertz (Hz)

รูปแสดงหน้าคลื่นเสน้ตรง รูปแสดงหน้าคลื่นวงกลม

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี9. หน้าคล่ืน คือ แนวต่อกันของคล่ืนที่มเีฟสเป็นอยา่งเดียวกัน เชน่

หน้าคล่ืนที่เขยีนด้วยเสน้เต็ม คือ หน้าคล่ืนที่เป็นสนัคล่ืน (เฟส หรอื 90 องศา)หน้าคล่ืนที่เขยีนด้วยเสน้ประ คือ หน้าคล่ืนที่เป็นท้องคล่ืน (เฟส หรอื 270 องศา)ในคล่ืนขบวนหน่ึงอาจมหีน้าคล่ืนก็ได้

เฟสของคลื่น

เฟสของคลื่น คือ การตัง้ชื่อเพื่อใหเ้รยีกตำาแหน่งต่าง ๆ บนคล่ืน โดยมคีวามสมัพนัธก์ับการกระจดัของการเคล่ือนท่ีของคล่ืน

การบอกเฟสของคล่ืนจากกราฟการกระจดั – ตำาหน่ง ณ จุดที่มีการขจดัเป็น 0 อาจมเีฟสเป็น 0 หรอื 180 (0 หรอื ก็ได้) มีวธิพีจิารณาดังน้ี คือ ใหพ้จิารณาการขจดัท่ีจุด ๆ นัน้ เมื่อเวลาผ่านไปเล็กน้อย ถ้าจุดนัน้มกีารกระจดัเพิม่ขึ้น (เป็น +) ก็ถือวา่จุดนัน้มเีฟสเป็น 0 (0) แต่ถ้าจุดนัน้มกีารกระจดัน้อยลง (เป็น -) ก็ถือวา่ จุดนัน้มเีฟส (180) ()

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

กิจกรรมการเรยีนการสอน

ขัน้นำาเขา้สูบ่ทเรยีน1. ทดสอบก่อนเรยีน เก็บคะแนนไวเ้ปรยีบเทียบผลการก่อน

และหลังเรยีนเพื่อหา ความก้าวหน้าของผู้เรยีนโดยใช้ขอ้สอบแบบปรนัย 10 ขอ้

2. ครูตัง้ปัญหาใหนั้กเรยีนรว่มกันอภิปรายวา่ ถ้าเรอืลำาหนึ่งลอยน่ิงอยูใ่นนำ้า นักเรยีนจะสง่ผ่านพลังงานไปยงัเรอืลำานัน้ได้โดยวธิใีดบา้ง และครูใหแ้นวคิดวา่ถ้าครูเอามอืกระเพื่อมนำ้าเป็นการสง่ผ่านพลังงานไปยงัเรอืหรอืไม่ เพื่อนำาไปสูก่ารเคล่ือนที่แบบคล่ืน

3. ครูใหนั้กเรยีนยกตัวอยา่งการสง่ผ่านพลังงานในแบบคล่ืน ในชวีติประจำาวนัของนักเรยีน

ขัน้สอน1. นักเรยีนแบง่กลุ่ม เพื่อทำากิจกรรม 1.1 และใหใ้หตั้วแทนมา

รบัอุปกรณ์สำาหรบัการทำากิจกรรม โดยใหศึ้กษาวธิดีำาเนินกิจกรรมในหนังสอืแบบเรยีน

2. นักเรยีนรว่มกันอภิปรายลักษณะของคล่ืน โดยสงัเกตการเคล่ือนที่ของเชอืกขณะที่คล่ืนเคล่ือนท่ีผ่าน

3. ครูใหนั้กเรยีนศึกษาลักษณะของคล่ืนตามขวางและคล่ืนตามยาวจากสื่อ Physics Cyber Lab โดยใหนั้กเรยีนสงัเกตทิศทางการกระจดัของอนุภาคตัวกลางกับการเคล่ือนท่ีของคล่ืน

4. นักเรยีนรว่มกันอภิปรายสรุปเพื่อจำาแนกลักษณะของคล่ืนตามขวางและคล่ืนตามยาว

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

5. ครูนำาชุดสาธติกล่องคล่ืนสาธติการเกิดคล่ืนนำ้า ใหนั้กเรยีนสงัเกตลักษณะของคล่ืนนำ้า ตำาแหน่งสงูสดุ ตำ่าสดุของการกระจดัจากผิวนำ้า6. ครูใหนั้กเรยีนศึกษาลักษณะของคล่ืน ความยาวคล่ืน

ความถ่ี และอัตราเรว็ของคล่ืนจากสื่อ Physics Cyber Lab7. ครูใหนั้กเรยีนศึกษาในเรื่องของ เฟส(phase) จากสื่อ

Physics Cyber Lab ในหวัขอ้ เฟสพรอ้มทัง้กิจกรรมในใบงาน

8. ครูและนักเรยีนรว่มกันสรุปความสมัพนัธร์ะหวา่งอัตราเรว็ของคล่ืน ความยาวคล่ืนและความถ่ีของคล่ืน

ขัน้สรุป1. ครูและนักเรยีนรว่มกันอภิปรายวา่ในชวีติประจำาวนัเรา

พบเหน็คล่ืนประเภทใดบา้งรว่มกันอภิปรายลักษณะ และจำาแนกประเภทของคล่ืนดังกล่าว

2. นักเรยีนทำาแบบทดสอบหลังเรยีน

สื่อการเรยีนการสอน1. หนังสอืแบบเรยีนวชิาฟสิกิส์ 3 (ว 027 )2. เสน้เชอืก3. กล่องคล่ืน4. เครื่องคอมพวิเตอรพ์รอ้มชุดฉายภาพ LCD Projector5. แผ่นโปรแกรม Physics Cyber Lab6. แบบทดสอบก่อนเรยีน-หลังเรยีน7. ใบงาน

การวดัผลประเมนิผลวธิกีารวดัและประเมนิผล

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

1. สงัเกตพฤติกรรมของนักเรยีนขณะเรยีน2. ตรวจคณุภาพของผลงาน3. ผลการทำาแบบทดสอบหลังเรยีน4. ประเมนิจากการทำากิจกรรมกลุ่ม5. ประเมนิศักยภาพที่ต้องการพฒันาเครื่องมอืที่ใชใ้นการวดัผลและประเมนิผล1. แบบประเมนิจติพสิยั2. แบบทดสอบก่อนเรยีน-หลังเรยีน3. แบบประเมนิการทำางานเป็นกลุ่ม4. แบบประเมนิศักยภาพท่ีต้องการพฒันา

ใบงานเรื่อง เฟสของคล่ืน

ชื่อ เลข…………………………………………………………ท่ี……………….ชัน้ ม.5…………..

จุดประสงค์การเรยีนรู:้ อธบิายความหมายของเฟส และแสดงค่าเฟสบนตำาแหน่งต่างๆของคล่ืนได้

ใหนั้กเรยีนศึกษาความสมัพนัธร์ะหวา่งการเปล่ียนแปลงเชงิมุมของวงกลมกับการเกิดคล่ืนจากสื่อ Physics Cyber Lab และเขยีนแสดงความสมัพนัธข์องการเปล่ียนแปลงเชงิมุมของวงกลมกับตำาแหน่งบนตัวคล่ืน

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

แบบทดสอบก่อน – หลังเรยีนรายวชิา ฟสิกิส ์(ว 027) ชัน้มธัยมศึกษาปีท่ี 5

หน่วยท่ี 2 เรื่องคลื่นและลักษณะของคลื่น

คำาชีแ้จง : 1. แบบทดสอบมจีำานวน 10 ขอ้ 2. ใหนั้กเรยีนเลือกคำาตอบที่ถกูต้องที่สดุเพยีงคำาตอบเดียวแล้ว

ระบายทึบลงใน = = = =.............................................................................................................................................................1. ขอ้ใดหมายถึงคล่ืนกลทัง้หมด

ก. คล่ืนความรอ้น , คล่ืนวทิยุ และรงัสเีอกซ์ข. รงัสแีกมมา , รงัสอุีลตราไวโอเลตค. คล่ืนเสยีง , คล่ืนนำ้า และคล่ืนในเสน้เชอืกง. คล่ืนในสปรงิ , คล่ืนเสยีงและแสงเลเซอร์

2. นักเรยีนพจิารณาขอ้ความต่อไปน้ี1. คล่ืนวทิยุเป็นคล่ืนกลเพราะไมอ่าศัยตัวกลางในการเคล่ือนที่2. คล่ืนตามขวางเป็นคล่ืนที่อนุภาคตัวกลางสัน่ในแนวตัง้ฉาก

กับทิศทางการแผ่กระจายของคล่ืน3. คล่ืนในสปรงิเป็นคล่ืนกลที่เป็นทัง้ประเภทคล่ืนความขวาง

และคล่ืนตามยาวขอ้ใดกล่าวไมถ่กูต้องก. ขอ้ 1 และ 2 ข. ขอ้ 1 และ 3 ค. ขอ้ 2 และ 3 ง. เฉพาะขอ้ 1

3. ขอ้ใดถกูต้อง

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

1. ตำาแหน่งสงูสดุของคล่ืนเรยีกวา่ สนัคล่ืน2. อัมปลิจูดของคล่ืนคือระยะจากสนัคล่ืนถึงท้องคล่ืนถัดไป3. ระยะจากสนัคล่ืนหน่ึงไปยงัสนัคล่ืนอีกลกูหน่ึงท่ีอยูถ่ัดไป

เรยีกวา่ ความยาวคล่ืน4. ระยะทาง 1 ความยาวคล่ืนต่อเวลาที่คล่ืนเคล่ือนท่ีครบ 1

รอบ (คาบ) คืออัตราเรว็ของคล่ืนก. ขอ้ 1 , 3 ข. ขอ้ 1 , 2 และ 3ค. ขอ้ 1 , 3 และ 4 ง. ทัง้ขอ้ 1 , 2 , 3 และ 4

4. จากรูป ตำาแหน่งที่มเีฟสตรงกับ E คือขอ้ใด

ก. B , F ข. A , Cค. C , G ง. A , I

5. จากรูป จุดบนคล่ืนท่ีมเีฟสต่างจากจุด P เป็น 180 องศาก. 5 ข. 4ค. 3 ง. 2

6.

จากรูป จุดคู่ใดท่ีมเีฟสต่างกัน เรเดียนก. b กับ f และ g กับ m ข. C กับ h และ j กับ oค. a กับ f และ d กับ j ง. e กับ k และ j กับ p

7. คล่ืนในเสน้เชอืกยาวเสน้หน่ึง ท่ีเวลาหน่ึงดังรูป ก. หลังจากนัน้ 0.5 วนิาที เหน็เป็นดังรูป ข. ความถ่ีของคล่ืนเป็นกี่เฮรทิซ์

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

รูป ก.

รูป ข.

ก. 1.5 เฮรทิซ์ ข. 2.0 เฮรทิซ์ค. 2.5 เฮรทิซ์ ง. 3.5 เฮรทิซ์

8. คล่ืนสองขบวน มลัีกษณะดังรูป

ก. คล่ืน A มคีวามยาวคล่ืน 0.5 เมตร คล่ืน A และ B มีเฟสต่างกัน 90

ข. คล่ืน A มคีวามยาวคล่ืน 0.25 เมตร คล่ืน A และ B มเีฟสต่างกัน 90

ค. คล่ืน A มคีวามยาวคล่ืน 0.5 เมตร คล่ืน A และ B มีเฟสต่างกัน 45

ง. คล่ืน A มคีวามยาวคล่ืน 0.25 เมตร คล่ืน A และ B มเีฟสต่างกัน 45

9. เรอืลำาหน่ึงทอดสมออยู่ ถกูกระทบด้วยคล่ืนซึ่งมคีวามเรว็ 25 เมตรต่อวนิาที และมรีะยะระหวา่งสนัคล่ืนถัดกันหา่งกัน 100 เมตร จงหาเวลาท่ีคล่ืนแต่ละลกูวิง่มากระทบเรอื

โครงการเทคโนโลยสีารสนเทศตามพระราชดำารสิมเด็จพระเทพรตันราชสดุาฯ สยามบรมราชกมุารี

ก. 2,500 วนิาที ข. 75 วนิาทีค. 4 วนิาที ง. 0.25 วนิาที

10. ในการเคล่ือนท่ีแบบคล่ืนนัน้ พลังงานจากการสะบดัปลายเสน้เชอืกด้านหน่ึงจะถ่ายทอดไปยงัปลายเชอืกอีกด้านหน่ึงได้ แสดงวา่

ก. พลังงานถ่ายทอดไปพรอ้มกับการเคล่ือนท่ีของคล่ืนข. พลังงานถ่ายทอดหลังจากการเคล่ือนที่ของคล่ืนผ่านไปแล้วค. พลังงานถ่ายทอดไปก่อนท่ีคล่ืนจะเคล่ือนท่ีมาถึงง. พลังงานถ่ายทอดใหอ้นุภาคและอนุภาคจะเคล่ือนท่ีไปยงั

ปลายเชอืก