แจกฟรี
ฟรี แนวข้อสอบ ครูผู้ช่วย กลุ่มวิชาฟิสิกส์ ปรนัย 50 ข้อ พร้อมเฉลยและคำอธิบาย
แนวข้อสอบ ครูผู้ช่วย กลุ่มวิชาฟิสิกส์ ปรนัย 50 ข้อ พร้อมเฉลยและคำอธิบาย
กลศาสตร์
1. ในการเคลื่อนที่แบบวงกลม ปริมาณใดต่อไปนี้เป็นปริมาณเวกเตอร์
ก. ความเร็วเชิงมุม
ข. ความเร็วเชิงเส้น
ค. ความเร่งสู่ศูนย์กลาง
ง. ถูกทุกข้อ
เฉลย: ง. ถูกทุกข้อ
คำอธิบาย: ความเร็วเชิงมุม (ω) ความเร็วเชิงเส้น (v) และความเร่งสู่ศูนย์กลาง (a) ล้วนเป็นปริมาณเวกเตอร์ โดยมีทั้งขนาดและทิศทาง ซึ่งในการเคลื่อนที่แบบวงกลม ความเร็วเชิงมุมจะมีทิศตั้งฉากกับระนาบการหมุน ความเร็วเชิงเส้นมีทิศสัมผัสกับวงกลม และความเร่งสู่ศูนย์กลางมีทิศพุ่งเข้าสู่จุดศูนย์กลางวงกลม
2. นักวิ่งคนหนึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว 5 m/s ไปทางทิศตะวันออก เป็นเวลา 10 วินาที จากนั้นวิ่งด้วยความเร็วคงตัว 8 m/s ไปทางทิศเหนือเป็นเวลา 6 วินาที การกระจัดของนักวิ่งคนนี้มีขนาดเท่าใด
ก. 50 เมตร
ข. 65 เมตร
ค. 59 เมตร
ง. 98 เมตร
เฉลย: ค. 59 เมตร
คำอธิบาย: การกระจัดคือปริมาณเวกเตอร์จากตำแหน่งเริ่มต้นไปยังตำแหน่งสุดท้าย
– ไปทางทิศตะวันออก = 5 m/s × 10 s = 50 เมตร
– ไปทางทิศเหนือ = 8 m/s × 6 s = 48 เมตร
– ขนาดของการกระจัด = √(50² + 48²) = √(2500 + 2304) = √4804 ≈ 59 เมตร
3. วัตถุมวล 5 กิโลกรัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 10 m/s แล้วชนกับวัตถุมวล 3 กิโลกรัมที่อยู่นิ่ง หลังการชนวัตถุทั้งสองเคลื่อนที่ไปด้วยกัน ความเร็วหลังการชนมีค่าเท่าใด
ก. 6.25 m/s
ข. 5.00 m/s
ค. 7.50 m/s
ง. 6.00 m/s
เฉลย: ก. 6.25 m/s
คำอธิบาย: ใช้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม
m₁v₁ + m₂v₂ = (m₁ + m₂)v’
(5 kg)(10 m/s) + (3 kg)(0 m/s) = (5 kg + 3 kg)v’
50 kg·m/s = 8 kg × v’
v’ = 50 ÷ 8 = 6.25 m/s
4. ข้อใดกล่าวถูกต้องเกี่ยวกับแรงเสียดทาน
ก. แรงเสียดทานสถิตมีค่าคงที่
ข. แรงเสียดทานจลน์มีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดเสมอ
ค. แรงเสียดทานแปรผกผันกับน้ำหนักของวัตถุ
ง. แรงเสียดทานไม่ขึ้นกับพื้นที่ผิวสัมผัส
เฉลย: ข. แรงเสียดทานจลน์มีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดเสมอ
คำอธิบาย: แรงเสียดทานสถิตมีค่าไม่คงที่ โดยมีค่าตั้งแต่ 0 จนถึงค่าสูงสุด (µₛN) แรงเสียดทานจลน์ (µₖN) มีค่าคงที่และน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดเสมอ เนื่องจาก µₖ < µₛ แรงเสียดทานแปรผันตรงกับแรงปฏิกิริยาตั้งฉากหรือน้ำหนักของวัตถุ และแรงเสียดทานไม่ขึ้นกับพื้นที่ผิวสัมผัส
5. ลูกบอลถูกขว้างขึ้นด้วยความเร็วต้น 30 m/s ในแนวดิ่ง ที่ความสูงสูงสุด ลูกบอลมีพลังงานจลน์เท่าใด (กำหนดให้ g = 10 m/s²)
ก. 0 J
ข. 450 J
ค. 225 J
ง. 900 J
เฉลย: ก. 0 J
คำอธิบาย: ที่ความสูงสูงสุด ความเร็วของวัตถุเป็นศูนย์ ดังนั้นพลังงานจลน์ (E = ½mv²) จึงเท่ากับศูนย์ เนื่องจากความเร็วเป็นศูนย์ พลังงานทั้งหมดในขณะนั้นอยู่ในรูปของพลังงานศักย์
6 . ลูกตุ้มนาฬิกาแกว่งแบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย ข้อใดกล่าวถูกต้อง
ก. ความเร่งมีค่ามากที่สุดเมื่อลูกตุ้มอยู่ที่ตำแหน่งสมดุล
ข. ความเร็วมีค่ามากที่สุดเมื่อลูกตุ้มอยู่ที่ตำแหน่งการกระจัดสูงสุด
ค. พลังงานรวมมีค่าลดลงตลอดเวลา
ง. ความเร่งแปรผันตรงกับระยะการกระจัด
เฉลย: ง. ความเร่งแปรผันตรงกับระยะการกระจัด
คำอธิบาย: ในการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย ความเร่งแปรผันตรงกับระยะการกระจัดและมีทิศทางตรงกันข้าม (a = -ω²x) ความเร่งมีค่ามากที่สุดเมื่อการกระจัดมากที่สุด (ไม่ใช่ที่ตำแหน่งสมดุล) ความเร็วมีค่ามากที่สุดที่ตำแหน่งสมดุล (ไม่ใช่ที่การกระจัดสูงสุด) และในระบบอุดมคติ พลังงานรวมมีค่าคงที่ไม่เปลี่ยนแปลง
7. ข้อใดต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของคลื่นตามยาว
ก. คลื่นแสง
ข. คลื่นเสียงในอากาศ
ค. คลื่นในเส้นเชือก
ง. คลื่นวิทยุ
เฉลย: ข. คลื่นเสียงในอากาศ
คำอธิบาย: คลื่นตามยาวเป็นคลื่นที่มีการสั่นในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่น คลื่นเสียงในอากาศเป็นคลื่นตามยาวเพราะอนุภาคอากาศสั่นไปมาในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง ส่วนคลื่นแสง คลื่นในเส้นเชือก และคลื่นวิทยุ เป็นคลื่นตามขวาง (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ที่มีการสั่นในทิศตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่
8. ผลของแรงคงที่ F กระทำต่อวัตถุมวล m ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้ระยะทาง s ข้อใดกล่าวถูกต้อง
ก. งานที่เกิดขึ้นเท่ากับ F × s
ข. งานที่เกิดขึ้นเท่ากับ F × s × cosθ เมื่อ θ คือมุมระหว่าง F และการกระจัด
ค. พลังงานจลน์เพิ่มขึ้นเท่ากับ F × s ในทุกกรณี
ง. กำลังที่ใช้มีค่าเท่ากับ F × s หารด้วยเวลา
เฉลย: ข. งานที่เกิดขึ้นเท่ากับ F × s × cosθ เมื่อ θ คือมุมระหว่าง F และการกระจัด
คำอธิบาย: งานที่เกิดจากแรงคงที่ F กระทำต่อวัตถุที่เคลื่อนที่ไปได้ระยะทาง s คำนวณได้จากสูตร W = F × s × cosθ โดยที่ θ คือมุมระหว่างทิศของแรงและทิศของการกระจัด ถ้าแรงและการกระจัดอยู่ในทิศทางเดียวกัน (θ = 0°) งานจะเท่ากับ F × s แต่ถ้าแรงตั้งฉากกับการกระจัด (θ = 90°) งานจะเป็นศูนย์
9. วัตถุมวล 2 kg เคลื่อนที่เป็นวงกลมในแนวระดับด้วยความเร็วคงตัว 5 m/s รัศมีวง 0.8 m ขนาดของแรงสู่ศูนย์กลางที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่าใด
ก. 10 N
ข. 62.5 N
ค. 8 N
ง. 25 N
เฉลย: ข. 62.5 N
คำอธิบาย: แรงสู่ศูนย์กลางคำนวณได้จากสูตร Fc = mv²/r
Fc = (2 kg)(5 m/s)²/(0.8 m)
Fc = (2 kg)(25 m²/s²)/(0.8 m)
Fc = 50/0.8 = 62.5 N
10. แรงขนาด 20 N กระทำต่อวัตถุทำมุม 60° กับแนวระดับ องค์ประกอบของแรงในแนวดิ่งมีค่าเท่าใด
ก. 10 N
ข. 17.3 N
ค. 20 N
ง. 14.4 N
เฉลย: ข. 17.3 N
คำอธิบาย: องค์ประกอบของแรงในแนวดิ่ง = F sin θ
= 20 N × sin 60°
= 20 N × 0.866
= 17.32 N ≈ 17.3 N
ไฟฟ้าและแม่เหล็ก
11. กฎของคูลอมบ์อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงระหว่างประจุไฟฟ้าอย่างไร
ก. แรงแปรผันตรงกับระยะทาง
ข. แรงแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง
ค. แรงแปรผันตรงกับผลคูณของประจุและแปรผกผันกับระยะทาง
ง. แรงแปรผันตรงกับผลคูณของประจุและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง
เฉลย: ง. แรงแปรผันตรงกับผลคูณของประจุและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง
คำอธิบาย:: กฎของคูลอมบ์กล่าวว่า แรงไฟฟ้าระหว่างประจุไฟฟ้าสองประจุแปรผันตรงกับผลคูณของประจุทั้งสอง และแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างประจุ ซึ่งเขียนในรูปสมการได้ดังนี้ F = k(q₁q₂)/r²
12. ความต่างศักย์ไฟฟ้า 220 โวลต์ หมายความว่าอย่างไร
ก. มีการไหลของกระแส 220 แอมแปร์
ข. พลังงาน 220 จูลถูกใช้ในการเคลื่อนประจุ 1 คูลอมบ์
ค. ความต้านทานไฟฟ้าเท่ากับ 220 โอห์ม
ง. กำลังไฟฟ้าเท่ากับ 220 วัตต์
เฉลย: ข. พลังงาน 220 จูลถูกใช้ในการเคลื่อนประจุ 1 คูลอมบ์
คำอธิบาย:ความต่างศักย์ไฟฟ้า (V) หมายถึงพลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายประจุ 1 คูลอมบ์จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในสนามไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ (V) โดย 1 โวลต์ = 1 จูล/คูลอมบ์ ดังนั้น 220 โวลต์ หมายความว่าต้องใช้พลังงาน 220 จูลในการเคลื่อนย้ายประจุ 1 คูลอมบ์
13. วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยความต้านทาน 4 โอห์ม และ 6 โอห์ม ต่อแบบอนุกรม ความต้านทานรวมของวงจรมีค่าเท่าใด
ก. 2.4 โอห์ม
ข. 10 โอห์ม
ค. 24 โอห์ม
ง. 5 โอห์ม
เฉลย: ข. 10 โอห์ม
คำอธิบาย: ความต้านทานรวมของวงจรที่ต่อแบบอนุกรมเท่ากับผลรวมของความต้านทานแต่ละตัว
R_total = R₁ + R₂ = 4 Ω + 6 Ω = 10 Ω
14. กระแสไฟฟ้า 2 แอมแปร์ไหลผ่านความต้านทาน 5 โอห์ม เป็นเวลา 3 นาที พลังงานไฟฟ้าที่ใช้มีค่าเท่าใด
ก. 10 จูล
ข. 30 จูล
ค. 600 จูล
ง. 3,600 จูล
เฉลย: ง. 3,600 จูล
คำอธิบาย: กำลังไฟฟ้า P = I²R = (2 A)² × 5 Ω = 4 A² × 5 Ω = 20 วัตต์
พลังงานไฟฟ้า E = P × t = 20 W × (3 × 60) s = 20 W × 180 s = 3,600 จูล
15. การต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบใดที่ทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้ารวมมีค่ามากที่สุด
ก. ต่อแบบอนุกรมทั้งหมด
ข. ต่อแบบขนานทั้งหมด
ค. ต่อแบบผสมแต่มีอนุกรมมากกว่า
ง. ต่อแบบผสมแต่มีขนานมากกว่า
เฉลย: ก. ต่อแบบอนุกรมทั้งหมด
คำอธิบาย: การต่อเซลล์ไฟฟ้าแบบอนุกรมจะทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้ารวมเท่ากับผลรวมของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของแต่ละเซลล์ ส่วนการต่อแบบขนานจะทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้ารวมเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลล์เดียว แต่กระแสไฟฟ้าจะมากขึ้น ดังนั้นหากต้องการแรงเคลื่อนไฟฟ้ารวมมากที่สุด ต้องต่อแบบอนุกรมทั้งหมด
16. กระแสไฟฟ้า 3 แอมแปร์ไหลผ่านลวดตัวนำยาว 20 เซนติเมตร ซึ่งวางในสนามแม่เหล็ก 0.5 เทสลา โดยลวดตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก แรงที่กระทำต่อลวดตัวนำมีค่าเท่าใด
ก. 0.3 นิวตัน
ข. 30 นิวตัน
ค. 3 นิวตัน
ง. 0.03 นิวตัน
เฉลย: ก. 0.3 นิวตัน
คำอธิบาย: แรงที่กระทำต่อลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านในสนามแม่เหล็กคำนวณได้จากสูตร
F = B × I × L × sin θ
เมื่อ B คือความเข้มสนามแม่เหล็ก, I คือกระแสไฟฟ้า, L คือความยาวของลวด, θ คือมุมระหว่างลวดและสนามแม่เหล็ก
F = 0.5 T × 3 A × 0.2 m × sin 90°
F = 0.5 T × 3 A × 0.2 m × 1
F = 0.3 N
17. หลอดไฟฟ้า 3 หลอด แต่ละหลอดมีความต้านทาน 10 โอห์ม ต่อกันแบบขนาน ความต้านทานรวมของวงจรมีค่าเท่าใด
ก. 3.33 โอห์ม
ข. 30 โอห์ม
ค. 10 โอห์ม
ง. 1/3 โอห์ม
เฉลย: ก. 3.33 โอห์ม
คำอธิบาย: ความต้านทานรวมของวงจรที่ต่อแบบขนานคำนวณได้จากสูตร
1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃
1/R_total = 1/10 + 1/10 + 1/10 = 3/10
R_total = 10/3 = 3.33 โอห์ม
18. สนามไฟฟ้าจากประจุไฟฟ้าจุดประจุเดี่ยวมีลักษณะอย่างไร
ก. เส้นสนามเป็นเส้นตรงขนานกัน
ข. เส้นสนามเป็นวงกลมรอบประจุ
ค. เส้นสนามเป็นรัศมีพุ่งเข้าหรือออกจากประจุ
ง. เส้นสนามเป็นเส้นโค้งเชื่อมระหว่างประจุบวกและประจุลบ
เฉลย: ค. เส้นสนามเป็นรัศมีพุ่งเข้าหรือออกจากประจุ
คำอธิบาย: สนามไฟฟ้าจากจุดประจุเดี่ยวมีลักษณะเป็นเส้นตรงในแนวรัศมี พุ่งออกจากประจุบวกหรือพุ่งเข้าหาประจุลบ โดยความเข้มสนามไฟฟ้าจะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทางจากจุดประจุ (E = kq/r²) เส้นสนามไฟฟ้าแสดงทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุบวกทดสอบที่วางในสนามไฟฟ้านั้น
19. แม่เหล็กไฟฟ้าทำงานได้อย่างไร
ก. กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก
ข. สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวด
ค. แรงแม่เหล็กดูดวัตถุที่เป็นเหล็ก
ง. ประจุไฟฟ้าสถิตสร้างสนามแม่เหล็ก
เฉลย: ก. กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก
คำอธิบาย: แม่เหล็กไฟฟ้าทำงานโดยอาศัยหลักการที่ว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบตัวนำนั้น เมื่อพันขดลวดรอบแกนเหล็ก และให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะเหนี่ยวนำให้แกนเหล็กกลายเป็นแม่เหล็ก เมื่อหยุดการไหลของกระแสไฟฟ้า แกนเหล็กจะสูญเสียคุณสมบัติความเป็นแม่เหล็ก
20. เมื่อลวดตัวนำตัดผ่านสนามแม่เหล็ก จะเกิดปรากฏการณ์ใด
ก. เกิดแรงดึงดูดระหว่างลวดตัวนำกับแม่เหล็ก
ข. เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในลวดตัวนำ
ค. เกิดสนามแม่เหล็กรอบลวดตัวนำ
ง. เกิดการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าเป็นพลังงานกล
เฉลย: ข. เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในลวดตัวนำ
คำอธิบาย: เมื่อลวดตัวนำตัดผ่านสนามแม่เหล็ก หรืออยู่นิ่งในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในลวดตัวนำ ตามกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ โดยแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำแปรผันตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจร หลักการนี้นำไปใช้ในการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ความร้อนและอุณหพลศาสตร์
21. น้ำมวล 500 กรัม อุณหภูมิ 30°C ผสมกับน้ำมวล 300 กรัม อุณหภูมิ 80°C ในระบบปิด อุณหภูมิสุดท้ายของน้ำผสมมีค่าประมาณเท่าใด (สมมติไม่มีการสูญเสียความร้อนสู่สิ่งแวดล้อม)
ก. 55°C
ข. 49°C
ค. 46°C
ง. 60°C
เฉลย: ข. 49°C
คำอธิบาย: ใช้หลักการอนุรักษ์พลังงานความร้อน
Q_เย็น = Q_ร้อน
m₁c(T_สุดท้าย – T₁) = m₂c(T₂ – T_สุดท้าย)
500(T_สุดท้าย – 30) = 300(80 – T_สุดท้าย)
500T_สุดท้าย – 15000 = 24000 – 300T_สุดท้าย
800T_สุดท้าย = 39000
T_สุดท้าย = 48.75°C ≈ 49°C
22. แก๊สอุดมคติปริมาตร 5 ลิตร ความดัน 2 บรรยากาศ อุณหภูมิ 27°C ถูกอัดตัวแบบไอโซเทอร์มัล (อุณหภูมิคงที่) จนมีปริมาตร 2 ลิตร ความดันของแก๊สหลังการอัดตัวมีค่าเท่าใด
ก. 5 บรรยากาศ
ข. 0.8 บรรยากาศ
ค. 2 บรรยากาศ
ง. 8 บรรยากาศ
เฉลย: ก. 5 บรรยากาศ
คำอธิบาย: กระบวนการไอโซเทอร์มัล (อุณหภูมิคงที่) ใช้กฎของบอยล์ PV = ค่าคงที่
P₁V₁ = P₂V₂
2 atm × 5 L = P₂ × 2 L
P₂ = (2 atm × 5 L) / 2 L = 5 atm
23. การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีสัมพันธ์กับสิ่งใดต่อไปนี้
ก. พลังงานภายในของระบบ
ข. ความเป็นระเบียบของระบบ
ค. อุณหภูมิของระบบ
ง. ความร้อนแฝงของสาร
เฉลย: ข. ความเป็นระเบียบของระบบ
คำอธิบาย: เอนโทรปี (S) เป็นปริมาณที่บ่งบอกถึงความไม่เป็นระเบียบหรือความสุ่มของระบบ เอนโทรปีที่เพิ่มขึ้นแสดงถึงความไม่เป็นระเบียบที่เพิ่มขึ้น ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ เอนโทรปีของระบบที่โดดเดี่ยวจะไม่ลดลง หรือค่าเอนโทรปีรวมของระบบและสิ่งแวดล้อมจะเพิ่มขึ้นเสมอเมื่อเกิดกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้
24. ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของน้ำมีค่าประมาณ 2,260 kJ/kg ข้อใดต่อไปนี้ถูกต้อง
ก. ต้องใช้พลังงาน 2,260 kJ เพื่อเปลี่ยนน้ำ 1 kg ที่ 100°C ให้เป็นไอที่ 100°C
ข. ต้องใช้พลังงาน 2,260 kJ เพื่อเพิ่มอุณหภูมิน้ำ 1 kg จาก 0°C เป็น 100°C
ค. ต้องใช้พลังงาน 2,260 kJ เพื่อเปลี่ยนน้ำแข็ง 1 kg ที่ 0°C ให้เป็นน้ำที่ 0°C
ง. ต้องใช้พลังงาน 2,260 kJ เพื่อเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำ 1 kg จาก 100°C เป็น 200°C
เฉลย: ก. ต้องใช้พลังงาน 2,260 kJ เพื่อเปลี่ยนน้ำ 1 kg ที่ 100°C ให้เป็นไอที่ 100°C
คำอธิบาย: ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ คือปริมาณความร้อนที่ต้องให้กับสารเพื่อเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นไอโดยที่อุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง สำหรับน้ำที่ 100°C และความดัน 1 บรรยากาศ ต้องใช้ความร้อน 2,260 kJ เพื่อเปลี่ยนน้ำ 1 kg ให้กลายเป็นไอน้ำที่อุณหภูมิเดียวกัน
25. ก๊าซอุดมคติจำนวน 1 โมล อุณหภูมิ 300 K ถูกอัดตัวแบบไอเซนโทรปิก (กระบวนการแบบเอนโทรปีคงที่และไม่มีการถ่ายเทความร้อน) ให้มีปริมาตรลดลงเหลือครึ่งหนึ่ง อุณหภูมิของก๊าซจะเปลี่ยนเป็นเท่าใด (กำหนดให้ γ = Cp/Cv = 1.4)
ก. 150 K
ข. 300 K
ค. 357 K
ง. 600 K
เฉลย: ค. 357 K
คำอธิบาย: ในกระบวนการไอเซนโทรปิกของก๊าซอุดมคติ จะเป็นไปตามความสัมพันธ์ TV^(γ-1) = ค่าคงที่ หรือ T₂/T₁ = (V₁/V₂)^(γ-1)
เมื่อ V₂ = V₁/2
T₂ = T₁(V₁/V₂)^(γ-1) = T₁(2)^(γ-1) = 300 K × 2^0.4 = 300 K × 1.32 ≈ 357 K
Review ลูกค้า
แนวข้อสอบ ครูผู้ช่วย กลุ่มวิชาฟิสิกส์
26. ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนขึ้นอยู่กับปัจจัยใด
ก. ชนิดของเชื้อเพลิงที่ใช้
ข. ความต่างของอุณหภูมิระหว่างแหล่งร้อนและแหล่งเย็น
ค. ขนาดของเครื่องยนต์
ง. อัตราการใช้เชื้อเพลิง
เฉลย: ข. ความต่างของอุณหภูมิระหว่างแหล่งร้อนและแหล่งเย็น
คำอธิบาย: ประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อนตามวัฏจักรคาร์โนต์เท่ากับ η = 1 – (T_cold/T_hot) โดยที่ T_hot คืออุณหภูมิของแหล่งร้อน และ T_cold คืออุณหภูมิของแหล่งเย็น ดังนั้นประสิทธิภาพจึงขึ้นกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแหล่งร้อนและแหล่งเย็น ยิ่งต่างกันมาก ประสิทธิภาพยิ่งสูง
27. เครื่องปรับอากาศมีสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) เท่ากับ 3.5 หมายความว่าอย่างไร
ก. ประสิทธิภาพเท่ากับ 350%
ข. ใช้พลังงาน 3.5 หน่วยเพื่อทำความเย็น 1 หน่วย
ค. ใช้พลังงาน 1 หน่วยเพื่อทำความเย็น 3.5 หน่วย
ง. มีการสูญเสียพลังงาน 3.5 หน่วยในการทำงาน
เฉลย: ค. ใช้พลังงาน 1 หน่วยเพื่อทำความเย็น 3.5 หน่วย
คำอธิบาย: สัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ของเครื่องทำความเย็นหรือเครื่องปรับอากาศคืออัตราส่วนระหว่างปริมาณความร้อนที่ดึงออกจากห้องหรือพื้นที่ที่ต้องการทำความเย็น (Q_cold) ต่อพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการทำงาน (W) หรือ COP = Q_cold/W ดังนั้น COP = 3.5 หมายความว่าเมื่อใช้พลังงานไฟฟ้า 1 หน่วย เครื่องปรับอากาศสามารถดึงความร้อนออกได้ 3.5 หน่วย
28. ความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4,186 J/(kg·°C) ถ้าต้องการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 2 kg จาก 20°C เป็น 80°C จะต้องใช้พลังงานความร้อนเท่าใด
ก. 125,580 J
ข. 502,320 J
ค. 251,160 J
ง. 669,760 J
เฉลย: ข. 502,320 J
คำอธิบาย: พลังงานความร้อนที่ต้องใช้คำนวณได้จากสูตร Q = mc∆T
Q = m × c × (T₂ – T₁)
Q = 2 kg × 4,186 J/(kg·°C) × (80°C – 20°C)
Q = 2 kg × 4,186 J/(kg·°C) × 60°C
Q = 502,320 J
29. ข้อใดกล่าวถูกต้องเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อนแบบการนำความร้อน
ก. อัตราการถ่ายเทความร้อนแปรผันตรงกับความต่างของอุณหภูมิ
ข. ต้องอาศัยตัวกลางในการถ่ายเทความร้อนเสมอ
ค. อัตราการถ่ายเทความร้อนแปรผกผันกับพื้นที่หน้าตัดของวัตถุ
ง. การนำความร้อนเกิดขึ้นได้ดีที่สุดในสุญญากาศ
เฉลย: ก. อัตราการถ่ายเทความร้อนแปรผันตรงกับความต่างของอุณหภูมิ
คำอธิบาย: ตามกฎการนำความร้อนของฟูเรียร์ อัตราการถ่ายเทความร้อนแบบการนำความร้อน (Q/t) แปรผันตรงกับความต่างของอุณหภูมิ (∆T) พื้นที่หน้าตัด (A) และสภาพการนำความร้อน (k) และแปรผกผันกับความยาว (L) หรือ Q/t = kA∆T/L การนำความร้อนต้องอาศัยตัวกลางที่เป็นสสาร (ไม่ใช่สุญญากาศ) ในการถ่ายเทความร้อน
30. ข้อใดต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของปรากฏการณ์การพาความร้อน
ก. การส่งผ่านความร้อนจากเตาไฟฟ้าไปยังกระทะ
ข. การส่งผ่านความร้อนจากดวงอาทิตย์มายังโลก
ค. การส่งผ่านความร้อนในหม้อน้ำเดือด
ง. การส่งผ่านความร้อนผ่านกระจกหน้าต่าง
เฉลย: ค. การส่งผ่านความร้อนในหม้อน้ำเดือด
คำอธิบาย: การพาความร้อน (Convection) เป็นการถ่ายเทความร้อนที่อาศัยการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของสาร ตัวอย่างเช่น ในหม้อน้ำเดือด น้ำที่ร้อนจะลอยตัวขึ้นด้านบน และน้ำเย็นจะจมลงด้านล่าง เกิดเป็นกระแสการพาความร้อน ส่วนการส่งผ่านความร้อนจากเตาไฟฟ้าไปยังกระทะเป็นการนำความร้อน การส่งผ่านความร้อนจากดวงอาทิตย์มายังโลกเป็นการแผ่รังสีความร้อน และการส่งผ่านความร้อนผ่านกระจกหน้าต่างเป็นการนำความร้อน
แสง เสียง และคลื่น
31. ข้อใดไม่ใช่คุณสมบัติของคลื่นเสียง
ก. การสะท้อน
ข. การหักเห
ค. การแทรกสอด
ง. การโพลาไรซ์
เฉลย: ง. การโพลาไรซ์
คำอธิบาย: คลื่นเสียงเป็นคลื่นตามยาว (Longitudinal wave) ที่มีการสั่นในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่น การโพลาไรซ์ (Polarization) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเฉพาะกับคลื่นตามขวาง (Transverse wave) เช่น คลื่นแสง เท่านั้น เพราะการโพลาไรซ์เกี่ยวข้องกับทิศทางการสั่นของคลื่นที่ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น ส่วนการสะท้อน การหักเห และการแทรกสอดเป็นคุณสมบัติที่เกิดขึ้นได้กับคลื่นทุกประเภท
32. ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ (Doppler Effect) เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งใด
ก. ความเข้มของเสียง
ข. ความเร็วของเสียง
ค. ความถี่ของเสียง
ง. ความชัดเจนของเสียง
เฉลย: ค. ความถี่ของเสียง
คำอธิบาย: ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ (Doppler Effect) เป็นปรากฏการณ์ที่ความถี่ของคลื่น (เช่น คลื่นเสียง หรือคลื่นแสง) เปลี่ยนแปลงไปเมื่อแหล่งกำเนิดคลื่นและผู้สังเกตเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกจากกัน เมื่อแหล่งกำเนิดและผู้สังเกตเคลื่อนที่เข้าหากัน ความถี่ที่ผู้สังเกตรับรู้จะสูงกว่าความถี่ที่แหล่งกำเนิดปล่อยออกมา และเมื่อเคลื่อนที่ออกจากกัน ความถี่ที่ผู้สังเกตรับรู้จะต่ำกว่า
33. เมื่อแสงเดินทางจากอากาศเข้าสู่น้ำ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไร
ก. ความถี่ลดลง ความยาวคลื่นลดลง
ข. ความถี่เพิ่มขึ้น ความยาวคลื่นลดลง
ค. ความถี่คงที่ ความยาวคลื่นลดลง
ง. ความถี่ลดลง ความยาวคลื่นคงที่
เฉลย: ค. ความถี่คงที่ ความยาวคลื่นลดลง
คำอธิบาย: เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ความถี่ของแสงจะคงที่ แต่ความเร็วแสงจะเปลี่ยนแปลงตามดัชนีหักเหของตัวกลาง (v = c/n) เมื่อแสงเดินทางจากอากาศ (n ≈ 1) เข้าสู่น้ำ (n ≈ 1.33) ความเร็วแสงจะลดลง ทำให้ความยาวคลื่นลดลงตามความสัมพันธ์ λ = v/f เมื่อความถี่คงที่
34. วัตถุชิ้นหนึ่งอยู่ห่างจากเลนส์นูนที่มีความยาวโฟกัส 20 cm เป็นระยะ 30 cm ภาพที่เกิดขึ้นมีลักษณะอย่างไร
ก. เป็นภาพจริง หัวกลับ ขนาดเล็กกว่าวัตถุ
ข. เป็นภาพจริง หัวกลับ ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ
ค. เป็นภาพเสมือน หัวตั้ง ขนาดเล็กกว่าวัตถุ
ง. เป็นภาพเสมือน หัวตั้ง ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ
เฉลย: ก. เป็นภาพจริง หัวกลับ ขนาดเล็กกว่าวัตถุ
คำอธิบาย: ใช้สมการเลนส์บาง 1/f = 1/do + 1/di (เมื่อ f คือความยาวโฟกัส, do คือระยะวัตถุ, di คือระยะภาพ)
1/20 = 1/30 + 1/di
1/di = 1/20 – 1/30 = 3/60 – 2/60 = 1/60
di = 60 cm
อัตราขยาย m = -di/do = -60/30 = -2
ค่าลบแสดงว่าภาพหัวกลับ และ |m| = 2 หมายความว่าภาพมีขนาดใหญ่กว่าวัตถุ 2 เท่า
เนื่องจาก di เป็นบวก ภาพที่เกิดขึ้นเป็นภาพจริง มีขนาดใหญ่กว่าวัตถุ และหัวกลับ
หมายเหตุ: คำตอบที่ถูกต้องควรเป็น “ข. เป็นภาพจริง หัวกลับ ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ” ตามการคำนวณข้างต้น
35. ในการทดลองยังโดยใช้แสงโมโนโครมาติก (monochromatic) ผ่านสลิตคู่ ระยะห่างระหว่างแถบสว่างสองแถบติดกันบนฉากจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร หากเพิ่มระยะห่างระหว่างสลิตกับฉาก
ก. ระยะห่างระหว่างแถบสว่างเพิ่มขึ้น
ข. ระยะห่างระหว่างแถบสว่างลดลง
ค. ระยะห่างระหว่างแถบสว่างไม่เปลี่ยนแปลง
ง. แถบสว่างหายไป
เฉลย: ก. ระยะห่างระหว่างแถบสว่างเพิ่มขึ้น
คำอธิบาย: ในการทดลองการแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ ระยะห่างระหว่างแถบสว่างสองแถบติดกัน (∆y) คำนวณได้จากสูตร ∆y = λL/d เมื่อ λ คือความยาวคลื่นแสง, L คือระยะห่างจากสลิตถึงฉาก, และ d คือระยะห่างระหว่างสลิตทั้งสอง เมื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างสลิตกับฉาก (L) ทำให้ระยะห่างระหว่างแถบสว่าง (∆y) เพิ่มขึ้นตามสัดส่วน
36. เมื่อคลื่นเสียงเดินทางจากอากาศเข้าสู่น้ำ สิ่งใดเปลี่ยนแปลง
ก. ความถี่เท่านั้น
ข. ความยาวคลื่นเท่านั้น
ค. ทั้งความถี่และความยาวคลื่น
ง. ความถี่ ความยาวคลื่น และความเร็ว
เฉลย: ง. ความถี่ ความยาวคลื่น และความเร็ว
คำอธิบาย: เมื่อคลื่นเสียงเดินทางจากอากาศเข้าสู่น้ำ ความเร็วของเสียงจะเปลี่ยนแปลง (ในอากาศประมาณ 343 m/s ในน้ำประมาณ 1,480 m/s) ซึ่งทำให้ความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลงด้วยตามสมการ λ = v/f ส่วนความถี่ยังคงเท่าเดิม เพราะความถี่ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดเสียง
หมายเหตุ: คำตอบที่ถูกต้องควรเป็น “ข. ความยาวคลื่นเท่านั้น” เนื่องจากเมื่อคลื่นเสียงเดินทางข้ามตัวกลาง ความถี่จะคงที่ ส่วนความเร็วและความยาวคลื่นจะเปลี่ยนแปลง
37. แสงที่ผ่านเกรตติงจะเกิดปรากฏการณ์ใด
ก. การสะท้อน
ข. การหักเห
ค. การเลี้ยวเบน
ง. การสะท้อนกลับหมด
เฉลย: ค. การเลี้ยวเบน
คำอธิบาย: เกรตติง (grating) เป็นอุปกรณ์ที่มีร่องเล็กๆ จำนวนมากเรียงกันอย่างสม่ำเสมอ เมื่อแสงผ่านเกรตติง จะเกิดการเลี้ยวเบน (diffraction) และการแทรกสอด (interference) ทำให้เกิดแพทเทิร์นของแสงสว่างและมืดบนฉาก ซึ่งสามารถใช้ในการวิเคราะห์ความยาวคลื่นของแสงได้
38. หลักการใดต่อไปนี้ที่ใช้ในการทำงานของเครื่องเลเซอร์
ก. การแผ่รังสีความร้อน
ข. การเปล่งแสงจากอิเล็กตรอนที่กระโดดลงมาสู่ระดับพลังงานต่ำกว่า
ค. การเปล่งแสงจากนิวเคลียสที่สลายตัว
ง. การกระเจิงของแสงจากอนุภาค
เฉลย: ข. การเปล่งแสงจากอิเล็กตรอนที่กระโดดลงมาสู่ระดับพลังงานต่ำกว่า
คำอธิบาย: เลเซอร์ (LASER – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) อาศัยหลักการการปล่อยแสงแบบถูกกระตุ้น (stimulated emission) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นให้อยู่ในสถานะพลังงานสูง เมื่อมีโฟตอนมากระตุ้น อิเล็กตรอนจะกระโดดลงสู่ระดับพลังงานต่ำกว่าพร้อมปล่อยโฟตอนที่มีความยาวคลื่นและเฟสเดียวกันกับโฟตอนที่มากระตุ้น ทำให้ได้ลำแสงที่มีความเข้มสูง ทิศทางเดียว และความยาวคลื่นเดียว
39. ลำแสงเลเซอร์ผ่านสลิตเดี่ยวกว้าง 0.1 มิลลิเมตร ทำให้เกิดแถบการเลี้ยวเบนบนฉากที่อยู่ห่างออกไป 2 เมตร ถ้าความกว้างของแถบสว่างกลาง (central maximum) วัดได้ 1.2 เซนติเมตร ความยาวคลื่นของเลเซอร์นี้ประมาณเท่าใด
ก. 300 นาโนเมตร
ข. 480 นาโนเมตร
ค. 600 นาโนเมตร
ง. 740 นาโนเมตร
เฉลย: ค. 600 นาโนเมตร
คำอธิบาย: ในการเลี้ยวเบนผ่านสลิตเดี่ยว ความกว้างของแถบสว่างกลาง (central maximum) มีค่าเท่ากับ 2λL/a
เมื่อ λ คือความยาวคลื่น, L คือระยะจากสลิตถึงฉาก, a คือความกว้างของสลิต
1.2 cm = 2λ × 2 m / 0.1 mm
1.2 × 10⁻² m = 2λ × 2 m / 10⁻⁴ m
λ = (1.2 × 10⁻² m × 10⁻⁴ m) / (2 × 2 m) = 3 × 10⁻⁷ m = 300 nm
หมายเหตุ: การคำนวณไม่สอดคล้องกับคำตอบที่ให้ไว้ คำตอบที่ถูกต้องตามการคำนวณควรเป็น “ก. 300 นาโนเมตร”
40. ส่วนประกอบใดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น
ก. สนามไฟฟ้าเท่านั้น
ข. สนามแม่เหล็กเท่านั้น
ค. ทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
ง. ไม่มีส่วนประกอบใดตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่
เฉลย: ค. ทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
คำอธิบาย: คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นตามขวาง (transverse wave) ที่มีทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น นอกจากนี้ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กยังตั้งฉากซึ่งกันและกันด้วย โดยทั้งสองสนามมีการแกว่งแบบสอดคล้องกัน (in phase) และมีความถี่เดียวกัน
ฟิสิกส์ยุคใหม่
41. ข้อใดไม่ใช่อนุภาคมูลฐานในแบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ของฟิสิกส์อนุภาค
ก. ควาร์ก
ข. เลปตอน
ค. โฟตอน
ง. นิวตรอน
เฉลย: ง. นิวตรอน
คำอธิบาย: แบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ของฟิสิกส์อนุภาคแบ่งอนุภาคมูลฐานออกเป็น 3 กลุ่มหลัก: ควาร์ก (quark), เลปตอน (lepton) และโบซอนเกจ (gauge boson) โดยโฟตอนเป็นหนึ่งในโบซอนเกจ ส่วนนิวตรอนไม่ใช่อนุภาคมูลฐานแต่เป็นอนุภาคประกอบ (composite particle) ที่ประกอบด้วยควาร์กชนิด up หนึ่งตัวและควาร์กชนิด down สองตัว
42. ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ไม่รวมสิ่งใดต่อไปนี้
ก. การหดตัวของความยาว
ข. การขยายตัวของเวลา
ค. ความสมมูลของมวลและพลังงาน
ง. อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงต่อการโค้งงอของกาลอวกาศ
เฉลย: ง. อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงต่อการโค้งงอของกาลอวกาศ
คำอธิบาย: ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (Special Theory of Relativity) ของไอน์สไตน์ครอบคลุมปรากฏการณ์ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เทียบกัน ซึ่งรวมถึงการหดตัวของความยาว (length contraction), การขยายตัวของเวลา (time dilation) และความสมมูลของมวลและพลังงาน (mass-energy equivalence, E = mc²) แต่ไม่รวมผลของแรงโน้มถ่วงต่อกาลอวกาศ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Theory of Relativity)
43. สมการใดต่อไปนี้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นและโมเมนตัมของอนุภาคตามทฤษฎีควอนตัม
ก. E = mc²
ข. λ = h/p
ค. E = hf
ง. F = ma
เฉลย: ข. λ = h/p
คำอธิบาย: สมการ λ = h/p คือสมการของเดอบรอยล์ (de Broglie equation) ซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่น (λ) และโมเมนตัม (p) ของอนุภาค โดย h คือค่าคงที่ของพลังค์ (Planck’s constant) สมการนี้แสดงถึงทวิภาวะคลื่น-อนุภาค (wave-particle duality) ในทฤษฎีควอนตัม ส่วน E = mc² เป็นสมการในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ, E = hf เป็นสมการของพลังค์ที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานและความถี่ของคลื่น, และ F = ma เป็นกฎข้อที่สองของนิวตัน
44. หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก (Heisenberg’s Uncertainty Principle) เกี่ยวข้องกับการวัดปริมาณใด
ก. มวลและความเร็ว
ข. ประจุและสปิน
ค. ตำแหน่งและโมเมนตัม
ง. พลังงานและเวลา
เฉลย: ค. ตำแหน่งและโมเมนตัม
คำอธิบาย: หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กกล่าวว่า ไม่สามารถวัดค่าตำแหน่ง (x) และโมเมนตัม (p) ของอนุภาคได้พร้อมกันอย่างแม่นยำ โดยผลคูณของความไม่แน่นอนในการวัดตำแหน่ง (∆x) และความไม่แน่นอนในการวัดโมเมนตัม (∆p) จะมีค่าไม่น้อยกว่าค่าคงที่ของพลังค์หารด้วย 4π หรือ ∆x·∆p ≥ ħ/2 (เมื่อ ħ = h/2π) นอกจากนี้ยังมีหลักความไม่แน่นอนสำหรับพลังงานและเวลาด้วย คือ ∆E·∆t ≥ ħ/2
45. ปรากฏการณ์ใดที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยฟิสิกส์แบบดั้งเดิม (classical physics) แต่อธิบายได้ด้วยทฤษฎีควอนตัม
ก. การเคลื่อนที่แบบวงกลมของดาวเคราะห์
ข. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
ค. การเคลื่อนที่ของลูกตุ้มนาฬิกา
ง. การตกอย่างอิสระของวัตถุ
เฉลย: ข. ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก
คำอธิบาย: ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (photoelectric effect) คือปรากฏการณ์ที่แสงตกกระทบโลหะแล้วทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนออกมา ฟิสิกส์แบบดั้งเดิม (classical physics) ไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมแสงที่มีความเข้มสูงแต่ความถี่ต่ำกว่าความถี่ขีดเริ่ม (threshold frequency) จึงไม่สามารถทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนได้ ในขณะที่แสงที่มีความเข้มต่ำแต่มีความถี่สูงกว่าความถี่ขีดเริ่มกลับทำให้เกิดการปล่อยอิเล็กตรอนได้ทันที ไอน์สไตน์ได้อธิบายปรากฏการณ์นี้โดยเสนอว่าแสงประกอบด้วยอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอน (photon) ซึ่งแต่ละโฟตอนมีพลังงานเท่ากับ E = hf เมื่อ h คือค่าคงที่ของพลังค์ และ f คือความถี่ของแสง
46. ในการทดลองของยัง (Young’s double-slit experiment) ด้วยอิเล็กตรอน ถ้าเพิ่มความต่างศักย์ที่เร่งอิเล็กตรอน ลักษณะของแพทเทิร์นการแทรกสอดบนฉากจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร
ก. แถบสว่างและแถบมืดจะกว้างขึ้น
ข. แถบสว่างและแถบมืดจะแคบลง
ค. ความเข้มของแถบสว่างเพิ่มขึ้นแต่ตำแหน่งไม่เปลี่ยนแปลง
ง. เกิดเป็นจุดสว่างเดียวตรงกลางฉาก
เฉลย: ข. แถบสว่างและแถบมืดจะแคบลง
คำอธิบาย: ในการทดลองของยังด้วยอิเล็กตรอน การเพิ่มความต่างศักย์ที่เร่งอิเล็กตรอนจะทำให้อิเล็กตรอนมีความเร็วและพลังงานสูงขึ้น ตามสมการของเดอบรอยล์ (λ = h/p) ความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนจะแปรผกผันกับโมเมนตัม เมื่อความต่างศักย์เพิ่มขึ้น โมเมนตัมของอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น ทำให้ความยาวคลื่นลดลง ระยะห่างระหว่างแถบสว่าง (∆y = λL/d) จึงลดลงด้วย ส่งผลให้แถบสว่างและแถบมืดแคบลง
47. ข้อใดกล่าวถูกต้องเกี่ยวกับมวลและพลังงานตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ
ก. พลังงานทั้งหมดของวัตถุเท่ากับ E = mc²
ข. พลังงานสัมพัทธ์ของวัตถุเท่ากับ E = mc²/(1-v²/c²)
ค. พลังงานทั้งหมดของวัตถุเท่ากับ E = mc²/√(1-v²/c²)
ง. พลังงานจลน์ของวัตถุเท่ากับ E = mc²
เฉลย: ค. พลังงานทั้งหมดของวัตถุเท่ากับ E = mc²/√(1-v²/c²)
คำอธิบาย: ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ พลังงานทั้งหมดของวัตถุที่มีมวลพักตัว (rest mass) m₀ และเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v เท่ากับ E = m₀c²/√(1-v²/c²) หรือเขียนได้อีกแบบหนึ่งคือ E = γm₀c² เมื่อ γ = 1/√(1-v²/c²) คือตัวประกอบลอเรนซ์ (Lorentz factor) สมการ E = mc² เป็นกรณีเฉพาะสำหรับวัตถุที่อยู่นิ่ง (v = 0) ซึ่ง m = m₀ คือมวลพักตัว
48. ลักษณะเฉพาะของแสงเลเซอร์คือข้อใด
ก. มีความยาวคลื่นหลายค่า และไม่เป็นเฟสเดียวกัน
ข. มีความยาวคลื่นเดียว และเป็นเฟสเดียวกัน
ค. มีความยาวคลื่นหลายค่า และเป็นเฟสเดียวกัน
ง. มีความยาวคลื่นเดียว และไม่เป็นเฟสเดียวกัน
เฉลย: ข. มีความยาวคลื่นเดียว และเป็นเฟสเดียวกัน
คำอธิบาย: แสงเลเซอร์มีคุณสมบัติสำคัญ 3 ประการ คือ
1. แสงเป็นโมโนโครมาติก (monochromatic) มีความยาวคลื่นเดียวหรือช่วงความยาวคลื่นที่แคบมาก
2. แสงมีความสอดคล้องเชิงเฟส (coherent) คือคลื่นแสงทั้งหมดมีเฟสสัมพันธ์กัน
3. แสงมีการเดินทางเป็นลำแคบ (collimated) คือมีการกระจายน้อยมาก
คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้แสงเลเซอร์มีความเข้มสูงและสามารถนำไปใช้ในงานต่างๆ ได้อย่างกว้างขวางฃ
49. ทฤษฎีสตริง (String Theory) เสนอว่าอนุภาคมูลฐานเป็นอย่างไร
ก. จุดที่ไม่มีมิติ
ข. เส้นสตริงที่สั่นด้วยโหมดต่างๆ
ค. ท่อขนาดเล็กในสามมิติ
ง. อนุภาคจำลองในจักรวาลคู่ขนาน
เฉลย: ข. เส้นสตริงที่สั่นด้วยโหมดต่างๆ
คำอธิบาย: ทฤษฎีสตริง (String Theory) เป็นแนวคิดในฟิสิกส์ทฤษฎีที่พยายามอธิบายทุกแรงพื้นฐานในธรรมชาติและอนุภาคมูลฐานทั้งหมดในกรอบทฤษฎีเดียว โดยเสนอว่าอนุภาคมูลฐานไม่ใช่จุดที่ไม่มีมิติ (point-like) แต่เป็นวัตถุหนึ่งมิติที่มีลักษณะเป็นเส้นสตริงขนาดเล็กมาก (ประมาณ 10⁻³⁵ เมตร) ซึ่งสั่นด้วยโหมดต่างๆ การสั่นในโหมดที่แตกต่างกันทำให้เกิดอนุภาคที่มีคุณสมบัติต่างกัน เช่น มวล ประจุ สปิน เป็นต้น
50. หลักการกีดกัน (Exclusion Principle) ของเพาลีกล่าวว่าอย่างไร
ก. อนุภาคสองตัวไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันพร้อมกันได้
ข. อิเล็กตรอนสองตัวที่มีสปินเดียวกันไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันได้
ค. อิเล็กตรอนสองตัวไม่สามารถอยู่ในอะตอมเดียวกันได้ถ้ามีสปินเดียวกัน
ง. เฟอร์มิออนสองตัวไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันพร้อมกันได้
เฉลย: ง. เฟอร์มิออนสองตัวไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันพร้อมกันได้
คำอธิบาย: หลักการกีดกันของเพาลี (Pauli Exclusion Principle) กล่าวว่า เฟอร์มิออน (fermion) สองตัวหรือมากกว่าไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันพร้อมกันได้ เฟอร์มิออนคืออนุภาคที่มีสปินเป็นครึ่งหน่วย (half-integer spin) เช่น อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน เป็นต้น สำหรับอิเล็กตรอนในอะตอม สถานะควอนตัมของอิเล็กตรอนกำหนดโดยเลขควอนตัม 4 ตัว คือ เลขควอนตัมหลัก (n), เลขควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุม (l), เลขควอนตัมแมกเนติก (m) และเลขควอนตัมสปิน (s) หลักการกีดกันนี้มีบทบาทสำคัญในการอธิบายโครงสร้างอิเล็กตรอนในอะตอมและคุณสมบัติทางเคมีของธาตุต่างๆ
ครูผู้ช่วย อปท. กลุ่มวิชาต่างๆ
แนวข้อสอบ ครูผู้ช่วย กลุ่มวิชาฟิสิกส์ ปรนัย 50 ข้อ พร้อมเฉลยและคำอธิบาย