ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับพลังงานศักยภาพ 5 ข้อ
พลังงานศักย์โน้มถ่วง
1. ใช้พลังงาน 4.900 จูลในการยกวัตถุหนัก 50 กิโลกรัมขึ้นในแนวดิ่ง วัตถุจะขึ้นไปถึงความสูงเท่าใด … (g = 9,8 ms⁻² )
ก. 0,1 ม.
ข. 10 ม.
ค. 98 ม.
ด. 245 ม.
960 ม. ตะวันออก
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
การเปลี่ยนแปลงพลังงานศักยภาพ (ΔEP) = 4900 จูล
มวลของวัตถุ (ม.) = 50 กก.
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 9,8 m/ s²
ต้องการ:วัตถุจะลอยขึ้นสูงถึง (Δh)
คำตอบ :
ΔEP = มก. Δh
4900 = (50)(9,8) Δh
Δh = 10 เมตร
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
พลังงานศักย์ฤดูใบไม้ผลิ
2. กราฟต่อไปนี้แสดงความสัมพันธ์ระหว่าง F (แรง) และ x (ความยาวที่เพิ่มขึ้น) ของสปริง ถ้าสปริงบิดเบี้ยวไป 8 ซม. พลังงานศักย์ของสปริงจะเป็น...
ก. 1,6 × 10-5 จูล
B. 6,4 × 10⁻⁴ จูล
C. 8 จูล
ง. 16 จูล
128 จูล
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
แรง (F) = 2 นิวตัน
ความยาวที่เพิ่มขึ้น (x) = 1 ซม. = 1/100 เมตร = 0,01 เมตร
การยุบตัวของสปริง = 8 ซม. = 8/100 เมตร = 0,08 เมตร
คำถาม:พลังงานศักย์ของสปริง
คำตอบ :
ใช้ข้อมูลจากกราฟเพื่อคำนวณค่าคงที่สปริง
พลังงานศักยภาพของสปริง:
∆ EP = 1/2 kx 2
∆ อีพี = 1/2 (200 นิวตัน/ม.)(0,08 ม.) 2
∆ อีพี = (100 นิวตัน/ม.)(0,0064 ม. 2 )
∆ EP = 0,64 นิวตันเมตร
3. ในบรรดาสถานะของวัตถุต่อไปนี้:
(1) ยางหนังสติ๊กที่ยืดออก
(2) ลูกตุ้มที่เบี่ยงเบน
(3) เตารีดร้อน
วัตถุที่มีพลังงานศักยภาพจะถูกกำหนดหมายเลข...
ก. (1)
B. (1) และ (2)
C. (2)
ง. (2) และ (3)
E. (3)
การอภิปราย
(1) ยางหนังสติ๊กที่ยืดออก
เมื่อถูกยืดออก ยางสำหรับหนังสติ๊กจะมีพลังงานศักย์ยืดหยุ่น
(2) ลูกตุ้มที่เบี่ยงเบน
เมื่อลูกตุ้มถูกเบี่ยงเบน ลูกตุ้มจะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วง
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
4. ตารางด้านล่างแสดงผลการทดลองเกี่ยวกับสปริงที่มีน้ำหนักถ่วงอยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง โดย F แทนน้ำหนักของน้ำหนักถ่วง และ ∆L แทนความยาวที่เพิ่มขึ้น จงคำนวณงานที่ต้องใช้ในการยืดสปริงออก 10 เซนติเมตร
ก. 2,0 จูล
ข. 2,5 จูล
C. 5,0 จูล
ง. 7,6 จูล
E. 10 จูล
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
ความยาวสปริงเพิ่มขึ้น (∆L) = 10 ซม. = 0,1 เมตร
คำถาม:ออกแรงยืดสปริงออก 10 เซนติเมตร
คำตอบ :
ใช้ข้อมูลในตารางเพื่อคำนวณค่าคงที่สปริง:
k = F / ∆x = 20 N / 0,04 m = 500 N/m
k = F / ∆x = 30 N / 0,06 m = 500 N/m
k = F / ∆x = 40 N / 0,08 m = 500 N/m
ค่าคงที่สปริงคือ 500 นิวตัน/เมตร
แรงที่ใช้ในการยืดสปริงออก 10 เซนติเมตร คือ:
W = 1/2 k ∆L 2 = 1/2 (500 N/m)(0,1 m) 2 = (250 N/m)(0,01 m 2 ) = 2,5 นิวตันเมตร = 2,5 จูล
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
5. กราฟ (Fx) แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงและการเพิ่มขึ้นของความยาวของสปริง ขนาดของพลังงานศักย์ของสปริงโดยพิจารณาจากกราฟข้างต้นคือ…
ก. 20 จูล
ข. 16 จูล
C. 3,2 จูล
ง. 1,6 จูล
E. 1,2 จูล
การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า :
F = 40 นิวตัน
Δ x = 0,08 เมตร
คำถาม : พลังงานศักยภาพของสปริงคือเท่าไร?
คำตอบ :
ค่าคงที่สปริง:
k = F / Δ x
พลังงานศักยภาพของสปริง:
EP = ½ k Δ x 2 = ½ (F/ Δ x) Δ x 2 = ½ F Δ x
EP = ½ (40)(0,08) = (20)(0,08) = 1,6 จูล
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.
ที่มาของคำถาม:
ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับชาติ สำหรับนักเรียนมัธยมปลาย/อาชีวศึกษา
