【ฉบับพิมพ์โดยหน่วยงานการศึกษาจีน】ฟิสิกส์มัธยมศึกษาตอนปลาย ภาคบังคับ เล่มที่สาม

📚 สรุปเนื้อหา

หนังสือเล่มนี้เป็นเล่มที่สามในซีรีส์ฟิสิกส์พื้นฐานของมัธยมศึกษาตอนปลาย โดยครอบคลุมเนื้อหาพื้นฐานด้านไฟฟ้าและแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ สนามไฟฟ้าสถิต เอนเนอร์จีในสนามไฟฟ้า ทฤษฎีวงจรไฟฟ้า กฎการอนุรักษ์พลังงานไฟฟ้า และความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า หลักสูตรนี้ใช้วิธีการหลากหลาย เช่น การทดลอง การคิดวิเคราะห์ การอภิปราย และการวิเคราะห์ตัวอย่าง เพื่อพัฒนาทักษะทางวิทยาศาสตร์และทักษะการสำรวจทางวิทยาศาสตร์ของนักเรียน

ค้นพบความลับทางฟิสิกส์จากประจุเชิงไมโครไปจนถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระดับมาโคร สร้างระบบฟิสิกส์แม่เหล็กไฟฟ้าคลาสสิกเบื้องต้นอย่างสมบูรณ์

ผู้แต่ง: สำนักพิมพ์การศึกษาแห่งชาติ สถาบันวิจัยและพัฒนาตำราวิชาฟิสิกส์

คำขอบคุณ: ผ่านการตรวจสอบโดยคณะกรรมการผู้เชี่ยวชาญด้านตำราแห่งชาติ (ปี 2019)

🎯 เป้าหมายการเรียนรู้

1. เข้าใจกฎอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า ทราบแนวคิดเรื่องประจุพื้นฐาน และสามารถอธิบายปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ เช่น การเกิดประจุจากการถู การเหนี่ยวนำไฟฟ้า ฯลฯ ได้
2. เข้าใจนิยามของความเข้มสนามไฟฟ้า (การนิยามแบบอัตราส่วน) และหลักการรวมกันของสนามไฟฟ้า สามารถใช้เส้นสนามไฟฟ้าอธิบายลักษณะการกระจายของสนามไฟฟ้าได้
3. เข้าใจคุณสมบัติของตัวนำภายใต้สถานะสมดุลไฟฟ้าสถิต ทราบหลักการป้องกันสนามไฟฟ้าและประจุไฟฟ้าที่ปลายแหลม และสามารถนำไปใช้ในชีวิตประจำวันและผลิตภัณฑ์ได้
4. เข้าใจลักษณะการเคลื่อนที่ของแรงไฟฟ้าสถิตที่ไม่ขึ้นกับเส้นทาง ทราบความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานศักย์ไฟฟ้าและงานที่ทำโดยแรงไฟฟ้าสถิต
5. เข้าใจนิยามของศักย์ไฟฟ้าและผลต่างศักย์ไฟฟ้า พร้อมทั้งคุณสมบัติเวกเตอร์/สเกลาร์ และสามารถใช้สูตร ( U = Ed ) แก้ปัญหาโจทย์สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอได้
6. เข้าใจแนวคิดของความจุไฟฟ้า ทราบปัจจัยที่กำหนดความจุของคอนเดนเซอร์แผ่นขนาน และสามารถวิเคราะห์การเคลื่อนที่เร่งของอนุภาคที่มีประจุในสนามไฟฟ้าได้
7. เข้าใจบทบาทของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า นิยามของกระแสไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าคงที่ และสามารถอธิบายกลไกการเกิดกระแสไฟฟ้าในระดับไมโครได้
8. เข้าใจกฎของความต้านทานของตัวนำ ทราบแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานเฉพาะตามอุณหภูมิ และรู้จักปรากฏการณ์ซูเปอร์คอนดักเตอร์
9. สามารถระบุกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้า (กราฟ V-I) แยกแยะองค์ประกอบที่เป็นเชิงเส้นและไม่เป็นเชิงเส้นได้
10. เข้าใจงานไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้า และกฎของจูล สามารถแยกแยะการเปลี่ยนแปลงพลังงานในวงจรไฟฟ้าแบบต้านทานบริสุทธิ์และไม่ใช่ต้านทานบริสุทธิ์ได้

🔹 บทเรียนที่ 1: บทที่ 9: สนามไฟฟ้าสถิตและแอปพลิเคชัน

ภาพรวม: บทนี้เริ่มต้นจากธรรมชาติเชิงไมโครของปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิต นำเสนอแนวคิดเรื่องประจุไฟฟ้า กฎอนุรักษ์ประจุ และประจุพื้นฐานอย่างเป็นระบบ โดยแนะนำแนวคิด “สนาม” เพื่อศึกษาความเข้มสนามไฟฟ้า ซึ่งเป็นปริมาณทางกายภาพที่อธิบายคุณสมบัติของสนามไฟฟ้า รวมถึงวิธีการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและปริมาณของสนามไฟฟ้าผ่านเส้นสนามไฟฟ้า สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ และหลักการรวมกันของสนามไฟฟ้า สุดท้าย บทนี้วิเคราะห์คุณสมบัติของตัวนำภายใต้สนามไฟฟ้า ได้แก่ สมดุลไฟฟ้าสถิต การปล่อยประจุที่ปลายแหลม และการป้องกันสนามไฟฟ้า พร้อมทั้งศึกษาแนวทางในการป้องกันและใช้ประโยชน์จากไฟฟ้าสถิต

ผลลัพธ์การเรียนรู้:

• เข้าใจกฎอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า ทราบแนวคิดเรื่องประจุพื้นฐาน และสามารถอธิบายปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ เช่น การเกิดประจุจากการถู การเหนี่ยวนำไฟฟ้า ฯลฯ ได้
• เข้าใจนิยามของความเข้มสนามไฟฟ้า (การนิยามแบบอัตราส่วน) และหลักการรวมกันของสนามไฟฟ้า สามารถใช้เส้นสนามไฟฟ้าอธิบายลักษณะการกระจายของสนามไฟฟ้าได้
• เข้าใจคุณสมบัติของตัวนำภายใต้สถานะสมดุลไฟฟ้าสถิต ทราบหลักการป้องกันสนามไฟฟ้าและประจุไฟฟ้าที่ปลายแหลม และสามารถนำไปใช้ในชีวิตประจำวันและผลิตภัณฑ์ได้

🔹 บทเรียนที่ 2: บทที่ 10: เอนเนอร์จีในสนามไฟฟ้าสถิต

ภาพรวม: บทนี้มุ่งเน้นไปที่คุณสมบัติทางพลังงานของสนามไฟฟ้าสถิต โดยเริ่มจากการวิเคราะห์ลักษณะการเคลื่อนที่ของแรงไฟฟ้าสถิต แล้วนำเข้าสู่ปริมาณทางกายภาพสำคัญ เช่น พลังงานศักย์ไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้า และผลต่างศักย์ไฟฟ้า ผ่านการศึกษาความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างผลต่างศักย์ไฟฟ้ากับความเข้มสนามไฟฟ้า เพื่อเปิดเผยคุณสมบัติทางพลังงานของสนามไฟฟ้า จากนั้นขยายไปยังหลักการเก็บพลังงานในคอนเดนเซอร์ และการใช้สนามไฟฟ้าในการเร่งอนุภาคที่มีประจุ จบลงด้วยการอธิบายพื้นฐานทางฟิสิกส์ของเทคโนโลยีต่าง ๆ ในชีวิตประจำวัน เช่น การดูดด้วยไฟฟ้าสถิต การกำจัดฝุ่น การพ่นสี และการถ่ายเอกสาร

ผลลัพธ์การเรียนรู้:

• เข้าใจลักษณะการเคลื่อนที่ของแรงไฟฟ้าสถิตที่ไม่ขึ้นกับเส้นทาง ทราบความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานศักย์ไฟฟ้าและงานที่ทำโดยแรงไฟฟ้าสถิต
• เข้าใจนิยามของศักย์ไฟฟ้าและผลต่างศักย์ไฟฟ้า พร้อมทั้งคุณสมบัติเวกเตอร์/สเกลาร์ และสามารถใช้สูตร ( U = Ed ) แก้ปัญหาโจทย์สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอได้
• เข้าใจแนวคิดของความจุไฟฟ้า ทราบปัจจัยที่กำหนดความจุของคอนเดนเซอร์แผ่นขนาน และสามารถวิเคราะห์การเคลื่อนที่เร่งของอนุภาคที่มีประจุในสนามไฟฟ้าได้

🔹 บทเรียนที่ 3: บทที่ 11: วงจรไฟฟ้าและแอปพลิเคชัน

ภาพรวม: บทนี้ครอบคลุมทฤษฎีพื้นฐานและแอปพลิเคชันทางปฏิบัติของวงจรไฟฟ้า ตั้งแต่กลไกการเกิดกระแสไฟฟ้าในระดับไมโคร ไปจนถึงเครื่องมือวัดวงจรในระดับใหญ่ ศึกษาอย่างละเอียดว่าแหล่งกำเนิดไฟฟ้าทำงานอย่างไรเพื่อรักษากระแสไฟฟ้าคงที่ คุณสมบัติของความต้านทานในตัวนำ (รวมถึงความต้านทานเฉพาะและความเป็นซูเปอร์คอนดักเตอร์) ลักษณะพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียม และวิธีการใช้อุปกรณ์วัดหลายค่า (มัลติมิเตอร์) เพื่อวัดปริมาณไฟฟ้าต่าง ๆ อย่างมีประสิทธิภาพ

ผลลัพธ์การเรียนรู้:

• เข้าใจบทบาทของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า นิยามของกระแสไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าคงที่ และสามารถอธิบายกลไกการเกิดกระแสไฟฟ้าในระดับไมโครได้
• เข้าใจกฎของความต้านทานของตัวนำ ทราบแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานเฉพาะตามอุณหภูมิ และรู้จักปรากฏการณ์ซูเปอร์คอนดักเตอร์
• สามารถระบุกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้า (กราฟ V-I) แยกแยะองค์ประกอบที่เป็นเชิงเส้นและไม่เป็นเชิงเส้นได้

🔹 บทเรียนที่ 4: บทที่ 12: พลังงานไฟฟ้าและกฎอนุรักษ์พลังงาน

ภาพรวม: บทนี้มุ่งเน้นไปที่การเปลี่ยนแปลง พลังงานไฟฟ้า การส่งผ่านพลังงาน และกฎการอนุรักษ์พลังงานในระดับขนาดใหญ่ โดยเริ่มจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงพลังงานในวงจรไฟฟ้าในระดับไมโคร (งานไฟฟ้าและความร้อนไฟฟ้า) นำเข้าสู่ปริมาณทางกายภาพสำคัญที่อธิบายคุณสมบัติของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า คือ แรงดันไฟฟ้า (EMF) และสร้างกฎของโอมในวงจรปิด จากการทดลองวัดแรงดันไฟฟ้าและต้านทานภายในของแบตเตอรี่แห้งและแบตเตอรี่ผลไม้ นักเรียนจะได้เรียนรู้วิธีการประมวลผลข้อมูลจากการทดลองทางฟิสิกส์ (เช่น วิธีการใช้กราฟ ( U-I )) สุดท้าย บทเรียนขยายไปสู่กฎการอนุรักษ์พลังงานในระดับใหญ่ และประเด็นการพัฒนาอย่างยั่งยืนของพลังงาน พร้อมทั้งศึกษาทิศทางของการเปลี่ยนแปลงพลังงานและความหมายทางสังคม

ผลลัพธ์การเรียนรู้:

• เข้าใจงานไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้า และกฎของจูล สามารถแยกแยะการเปลี่ยนแปลงพลังงานในวงจรไฟฟ้าแบบต้านทานบริสุทธิ์และไม่ใช่ต้านทานบริสุทธิ์ได้
• เข้าใจแนวคิดแรงดันไฟฟ้า (EMF) ทราบกฎของโอมในวงจรปิด และสามารถแก้ปัญหาเชิงคำนวณที่ซับซ้อนได้
• เข้าใจหลักการและวิธีการทดลองวัดแรงดันไฟฟ้าและต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า สามารถประมวลผลข้อมูลจากการทดลองโดยใช้กราฟ ( U-I ) ได้

🔹 บทเรียนที่ 5: บทที่ 13: การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและพลังงานเชิงไมโครเบื้องต้น

ภาพรวม: หน่วยการเรียนนี้มุ่งพาให้นักเรียนก้าวผ่านจากปรากฏการณ์สนามแม่เหล็กในระดับใหญ่ ไปสู่การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน และสุดท้ายเจาะลึกไปถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและควอนตัมพลังงานในระดับไมโคร บทเรียนครอบคลุมการอธิบายสนามแม่เหล็ก (เส้นสนามแม่เหล็ก ความเข้มสนามแม่เหล็ก จำนวนฟลักซ์แม่เหล็ก) เงื่อนไขการเกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า หลักการของทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแม็กซ์เวลล์ และแนวคิดควอนตัมพลังงานที่เสนอโดยพลังค์

ผลลัพธ์การเรียนรู้:

• เข้าใจแนวคิดเรื่องสนามแม่เหล็ก ความเข้มสนามแม่เหล็ก และจำนวนฟลักซ์แม่เหล็ก สามารถใช้กฎแอมแปร์เพื่อวิเคราะห์ทิศทางของกระแสไฟฟ้าเทียบกับทิศทางของสนามแม่เหล็กได้
• เข้าใจลักษณะสำคัญของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และสามารถระบุเงื่อนไขที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำได้อย่างแม่นยำ
• ทราบกลไกการเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คุณสมบัติการแพร่กระจาย และการจัดเรียงในสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า พร้อมทั้งระบุความสำคัญของพลังงานควอนตัมต่อความก้าวหน้าทางฟิสิกส์สมัยใหม่