ข้ามไปยังเนื้อหา
รายวิชา

AQA · GCSE · Physics

  • 1

    พลังงาน

    1.1

    Energy: the currency of physics

    A battery, a stretched spring and warm water all store พลังงาน 能量. Energy can be transferred and stored, but never created or destroyed. This reference covers AQA GCSE Physics 8463, topic 4.1 Energy.

    • Each paper is 100 marks and 1 h 45 min; energy ideas occur across both papers.
    • AQA currently supplies a Physics Equations Sheet 物理公式表. Check your series’ insert; practise choosing and rearranging equations and converting units.
    • Show the equation, substitution and answer with units. Follow the question’s precision instructions; marks depend on the question and scheme.
    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    energy/ˈenədʒi/ พลังงาน
    Physics Equations Sheet/ˈfɪzɪks ɪˈkweɪʒnz ʃiːt/ ตารางสูตรฟิสิกส์
    1.1

    Energy stores and systems

    หลักสูตร

    Energy stores and systems (AQA 8463 statement 4.1.1.1).

    1. A system is an object or group of objects; when a system changes, the way energy is stored changes.
    2. Describe all the changes in the way energy is stored for: an object projected upwards; a moving object hitting an obstacle; an object accelerated by a constant force; a vehicle slowing down; bringing water to the boil in an electric kettle.
    3. Calculate changes in energy when a system is changed by heating, by work done by forces, and by work done when a current flows.
    4. Use calculations to show on a common scale how the overall energy in a system is redistributed when the system is changed.

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    A system 系统 is an object, or a group of objects, that you choose to think about. When a system changes, energy moves between energy stores 能量储存. The stores you must name are:

    Store ความหมาย ตัวอย่าง
    kinetic energy of a moving object a rolling ball
    gravitational potential energy stored by an object above the ground water behind a dam
    elastic potential energy stored in a stretched or compressed spring a drawn bow
    thermal (internal) energy in a hot object warm soup
    chemical energy stored in bonds food, petrol, batteries
    nuclear energy stored in an atomic nucleus uranium fuel
    electrostatic energy stored by separated charges a charged cloud
    magnetic energy associated with interacting magnets magnets attracting or repelling

    Use the store name requested, such as thermal, gravitational potential or elastic potential. The June 2024 scheme accepts certain symbols in particular parts; this is not a rule that every symbol is accepted in every naming question.

    Eight energy stores with example systems; heating and work are transfer pathways.
    Say which store fills and which store empties.

    Describing a change

    Energy leaves one store and enters another. Say both halves. Practise these situations, which the specification names:

    • An object projected upwards: the kinetic store decreases and the gravitational potential store of the object–Earth system increases. For a vertical launch, speed is zero at the highest point.
    • A moving object hitting an obstacle: kinetic store empties; thermal stores of the object and the obstacle increase; sound can carry energy away.
    • An object accelerated by a constant force: a source store (for example, the chemical store of a battery) decreases; work transfers energy to the vehicle’s kinetic store. Electrical work is a transfer pathway, not an electrical store.
    • A vehicle slowing down: kinetic store empties; thermal store of the brakes fills.
    • Bringing water to the boil in an electric kettle: chemical energy in the power station's fuel (or another resource) ends in the thermal store of the water.

    Energy can enter a system three ways: by heating 加热 (a temperature difference drives it), by work done by forces 力做的功 (a force moves something), and by work done when a current flows 电流做的功 (an electrical device transfers energy). Electricity is covered in topic 4.2.

    Sankey diagrams

    A Sankey diagram 桑基图 shows energy on a common scale. The width of each arrow is drawn in proportion to the energy it carries. The left arrow is the input; it splits into a useful output and wasted outputs.

    Motor energy model: 100 J input splits into 80 J useful kinetic energy and 20 J dissipated to thermal stores; shaft widths are proportional.
    Width, not length, shows the energy.
    • The total width out always equals the width in. Energy is conserved.
    • "Wasted" energy is not destroyed. It is stored in less useful ways, usually thermal.

    Guided practice: naming stores and conserving energy

    Starter — teacher-written. A motor transfers 60 J in 3.0 s. What is its power?

    Worked reasoning. Power is the rate of energy transfer. The equation is $P=E/t$. Substituting gives $P=E/t=60\ \mathrm{J}/(3.0\ \mathrm{s})=20\ \mathrm{W}$. This means 20 joules each second; it does not establish efficiency or useful output.

    Exam transfer — adapted from AQA June 2024 Paper 1H Q01.1, Q01.2 and Q06.1. Name the increasing store when water is heated, water is raised into a reservoir, and bungee cords are stretched. Try before checking: thermal/internal, gravitational potential, elastic potential. Explain each name using the temperature, height or extension change. Electrical work may transfer energy into these systems, but electrical is not an energy store.

    Teacher-written motor balance. Input is 100 J and useful kinetic energy is 80 J. All the remainder reaches thermal stores. Calculate this remainder and draw proportional Sankey arrows before checking the diagram.

    Worked reasoning. Conservation gives $E_{\mathrm{dissipated}}=E_{\mathrm{input}}-E_{\mathrm{useful}}$. Substitution gives $E_{\mathrm{dissipated}}=E_{\mathrm{input}}-E_{\mathrm{useful}}=100\ \mathrm{J}-80\ \mathrm{J}=20\ \mathrm{J}$. Input/useful/dissipated shaft widths have ratio 100:80:20 = 5:4:1. Energy is conserved; the dissipated part is less useful, not destroyed. Arrow lengths and arrowhead sizes do not represent energy.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    system/ˈsɪstəm/ ระบบ
    energy stores/ˈenədʒi stɔːz/ แหล่งเก็บพลังงาน
    heating/ˈhiːtɪŋ/ การให้ความร้อน
    work done by forces/wɜːk dʌn baɪ ˈfɔːsɪz/ งานของแรง
    work done when a current flows/wɜːk dʌn wen ə ˈkʌrənt fləʊz/ งานเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
    Sankey diagram/ˈsæŋki ˈdaɪəɡræm/ แผนภาพซานकी
    1.2

    Calculating changes in energy

    หลักสูตร

    การเปลี่ยนแปลงพลังงาน (AQA 8463 ข้อความ 4.1.1.2)

    1. คำนวณพลังงานจลน์ของวัตถุที่เคลื่อนที่โดยใช้ Ek = 0.5 m v^2
    2. คำนวณพลังงานศักย์ยืดหยุ่นที่สะสมในสปริงที่ยืดออกโดยใช้ Ee = 0.5 k e^2, โดยสมมติว่าขีดจำกัดความแปรผันตรงยังไม่ถูกเกิน
    3. คำนวณพลังงานศักย์โน้มถ่วงที่ได้จากวัตถุที่ถูกยกเหนือระดับพื้นดินโดยใช้ Ep = m g h, โดยมีค่าของ g ให้
    4. เชื่อมต่อสมการเหล่านี้เพื่อหาปริมาณที่ถ่ายโอน (เช่น พลังงานสปริงเป็นความเร็ว หรือพลังงานเชือกเป็นความสูง)

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Choose the equation for the store that changes. Use mass in kg, speed in m/s, extension and height change in m, and the question’s gravitational field strength $g$ in N/kg.

    $$E_k = \tfrac{1}{2} m v^2 \qquad E_e = \tfrac{1}{2} k e^2 \qquad E_p = m g h$$
    • $E_k$ พลังงานจลน์ 动能 in J; $m$ mass in kg; $v$ speed in m/s.
    • $E_e$ elastic potential energy 弹性势能 in J; $k$ spring constant 劲度系数 in N/m; $e$ 扩张 伸长量 in m.
    • $E_p$ gravitational potential energy 重力势能 in J; $h$ height increase in m; $g$ gravitational field strength 重力场强度 in N/kg.

    Two warnings the exam tests:

    • Extension is the change in length: stretched length minus original length. A "7.5 m extension" already means the extra length.
    • $E_e = \tfrac{1}{2}ke^2$ needs the limit of proportionality 极限伸长量 not exceeded: below it, doubling the extension quadruples the stored energy.

    Teacher-written practice — extension and units. A proportional spring is 10 cm long unstretched and 22 cm long stretched, with $k=50$ N/m. Find the extension and stored energy; predict the effect of doubling this extension while the spring remains proportional.

    Worked reasoning. $e=L-L_0=22\ \mathrm{cm}-10\ \mathrm{cm}=12\ \mathrm{cm}=0.12\ \mathrm{m}$. Then $E_e=\tfrac12ke^2=\tfrac12\times50\ \mathrm{N/m}\times(0.12\ \mathrm{m})^2=0.36\ \mathrm{J}$. Doubling extension gives $E_{e,2}=\tfrac12k(2e)^2=4E_e=4\times0.36\ \mathrm{J}=1.44\ \mathrm{J}$.

    Teacher-written worked example. A 0.020 kg toy plane is launched horizontally by a proportional spring with $k = 50$ N/m and extension $e = 0.12$ m. The spring relaxes to its natural length. Assume no height change and all released elastic energy becomes the plane’s kinetic energy. Find the ideal launch speed.

    • Known: spring data and mass. At launch the elastic store empties into the kinetic store. For maximum speed, assume all of it arrives.
      $$E_e = \tfrac{1}{2} k e^2 = \tfrac{1}{2} \times 50\ \text{N/m} \times (0.12\ \text{m})^2 = 0.36\ \text{J}$$
    • ทำไม $E_k = E_e$: the stated ideal model excludes energy transferred to other stores. In a real launch, thermal transfers can leave less kinetic energy and a lower speed.
      $$E_k = \tfrac{1}{2} m v^2 \quad\Rightarrow\quad v = \sqrt{\frac{2 E_k}{m}} = \sqrt{\frac{2 \times 0.36\ \text{J}}{0.020\ \text{kg}}} = 6.0\ \text{m/s}$$
    • Check: unit is m/s because $\sqrt{\text{J}/\text{kg}} = \sqrt{\text{m}^2/\text{s}^2}$.

    Exam transfer: two cords and height

    Adapted from AQA June 2024 Paper 1H Q06.2–06.3. A 240 kg pod is released upwards by two cords behaving as springs, each with $k=735$ N/m and extension 8.0 m. Calculate the ideal height gain ($g=9.8$ N/kg), assuming all initial elastic energy becomes gravitational potential energy. Explain why the actual height is lower.

    • Known: two identical cords, so the stored energy doubles.
      $$E_{e,1}=\tfrac12 ke^2=\tfrac12\times735\ \mathrm{N/m}\times(8.0\ \mathrm{m})^2=23\,520\ \mathrm{J}$$
      $$E_{e,\mathrm{total}}=2E_{e,1}=2\times23\,520\ \mathrm{J}=47\,040\ \mathrm{J}$$
    • In this ideal model all initial elastic energy becomes gravitational potential energy at the highest point, where vertical speed is zero:
      $$E_p = m g h \quad\Rightarrow\quad h = \frac{E_p}{m g} = \frac{47\,040\ \mathrm{J}}{240\ \mathrm{kg}\times9.8\ \mathrm{N/kg}} = 20\ \text{m}$$
    • Air resistance opposes the upward motion. Some initial elastic energy is transferred to the surroundings instead of increasing gravitational potential energy, so the actual height gain is smaller. “Energy is wasted” alone does not explain the transfer; energy is conserved.

    Keep the physical assumption and each calculation stage visible; the allocation of marks depends on the particular question.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ พลังงานจลน์
    elastic potential energy/ɪˈlæstɪk pəˈtenʃl ˈenədʒi/ พลังงานศักย์ยืดหยุ่น
    gravitational potential energy/ˌɡrævɪˈteɪʃənl pəˈtenʃl ˈenədʒi/ พลังงานศักย์โน้มถ่วง
    spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ ค่าคงที่สปริง
    extension/ekˈstenʃn/ การยืดออก
    gravitational field strength/ˌɡrævɪˈteɪʃənl fiːld streŋθ/ ความเข้มสนามโน้มถ่วง
    limit of proportionality/ˈlɪmɪt ɒv prəˌpɔːʃəˈnælɪti/ จุดสัดส่วนสูงสุด
    1.3

    Energy changes in systems: specific heat capacity

    หลักสูตร

    การเปลี่ยนแปลงพลังงานในระบบ (AQA 8463 ข้อstatement 4.1.1.3; และ 4.3.2.2)

    1. คำนวณปริมาณพลังงานที่ถูกเก็บไว้ในระบบหรือปล่อยออกมาเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน โดยใช้ dE = m c d(theta)
    2. ระบุนิยามของความจุความร้อนจำเพาะและใช้หน่วย J/kg °C
    3. จัดรูปสมการเพื่อหามวล ความจุความร้อนจำเพาะ หรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ โดยแปลง kJ เป็น J ก่อน
    4. การทดลองที่ต้องการ 1: อธิบายการตรวจสอบเพื่อหาความจุความร้อนจำเพาะของวัสดุหนึ่งหรือหลายชนิด รวมถึงการวัดพลังงานที่จ่ายเข้า การฉนวนกันความร้อนของบล็อค และการประเมินความคลาดเคลื่อน

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Warm an object and its thermal store grows. The energy needed depends on the mass, the material, and the temperature rise:

    $$\Delta E = m\, c\, \Delta\theta$$
    • $\Delta E$ change in thermal energy in J; $m$ mass in kg; $\Delta\theta$ temperature change in °C.
    • $c$ specific heat capacity 比热容 in J/kg °C: the energy needed to raise the temperature of one kilogram of a substance by one degree Celsius.

    For equal masses gaining equal thermal energy, a material with higher $c$ has a smaller temperature rise. Water has $c$ about 4200 J/kg °C; copper about 385 J/kg °C. A spoon’s heating rate also depends on its mass and energy transfer through contact; specific heat capacity alone does not establish the rate.

    Teacher-written worked example. A 2.0 kg metal block gains 26 kJ (26 000 J) of thermal energy. The block's temperature rises from 22 °C to 50 °C. Find $c$.

    • Known: energy, mass, and temperatures. The temperature การเปลี่ยนแปลง is what enters the equation: $\Delta\theta = 50 - 22 = 28$ °C.
      $$c = \frac{\Delta E}{m\,\Delta\theta} = \frac{26\,000\ \text{J}}{2.0\ \text{kg} \times 28\ ^\circ\text{C}} = 464\ \text{J/kg °C} \approx 460\ \text{J/kg °C}$$
    • Check: J divided by (kg × °C) gives J/kg °C.

    Keep units consistent: 10.5 kJ must become 10 500 J; a time in minutes must become seconds; a mass in grams must become kg; a power in kW must become W. Write the conversion as its own line.

    Exam transfer: rearranging for temperature change

    Adapted from AQA June 2024 Paper 1H Q08.3. Air gains 0.0130 J; its mass is $2.60\times10^{-8}$ kg and $c=1.01$ kJ/kg °C. Find the temperature change before checking.

    • Convert $c=1.01\ \mathrm{kJ/(kg\,{}^\circ C)}=1010\ \mathrm{J/(kg\,{}^\circ C)}$.
    • Rearrange $\Delta E=mc\Delta\theta$ ไป $\Delta\theta=\Delta E/(mc)$.
      $$\Delta\theta=\frac{\Delta E}{mc}=\frac{0.0130\ \mathrm{J}}{2.60\times10^{-8}\ \mathrm{kg}\times1010\ \mathrm{J/(kg\,{}^\circ C)}}\approx495\,{}^\circ\mathrm{C}$$
    • This is the rise, not the final reading; finding final temperature also needs the initial temperature.

    Required practical 1: specific heat capacity

    You must know this investigation from memory — the exam asks you to describe or evaluate it at a desk.

    RP1 apparatus: insulated metal block with heater and thermometer; ammeter in series and voltmeter across the heater. Measure mass with a balance and time with a stopwatch.
    The block is lagged to reduce transfer to the surroundings; supplied electrical energy is not automatically all gained by the block.

    Method:

    1. Measure the mass $m$ of the metal block with a balance.
    2. Put a little water in the thermometer hole for good thermal contact, and insert the heater and thermometer.
    3. Record the starting temperature. Switch on the power supply.
    4. Record the current $I$ and potential difference $V$, and the time $t$ for which the heater runs. The heater power is $P = VI$ (given in topic 4.2; some questions just give you $P$).
    5. The energy supplied is $\Delta E = P t$.
    6. Record temperature at regular intervals and calculate supplied energy for each time. Plot temperature against supplied energy; the initial part may curve because of thermal lag.
    7. Calculate $c = \dfrac{\Delta E}{m\Delta\theta}$.

    Measurement reasoning:

    • Insulate the block (lagging) to reduce energy transferred to the surroundings. If some supplied energy heats the surroundings, using all the supplied energy as the block’s thermal-energy increase overestimates $c$.
    • Wait for the thermometer to settle before reading the starting temperature (thermal contact takes time).
    • Use the straight region of temperature against supplied energy after the initial thermal lag. In the ideal model its gradient is $1/(mc)$. Repeats help assess variation but do not remove systematic heat loss.
    • State how the error changes the measured energy, mass or temperature rise. Poor thermometer contact alone does not establish an error direction; an underestimated temperature rise gives an overestimated $c$ if energy and mass are unchanged.

    RP1 error check: calculate before predicting

    Teacher-written. A 1.0 kg block gains 6000 J and warms by 12 °C. Calculate its $c$. A student records only a 10 °C rise with the same energy and mass. Calculate the resulting estimate and explain the direction of the error.

    $$c=\frac{E}{m\Delta\theta}=\frac{6000\ \mathrm{J}}{1.0\ \mathrm{kg}\times12\,{}^\circ\mathrm{C}}=500\ \mathrm{J/(kg\,{}^\circ C)}$$
    $$c_{\mathrm{measured}}=\frac{E}{m\Delta\theta_{\mathrm{measured}}}=\frac{6000\ \mathrm{J}}{1.0\ \mathrm{kg}\times10\,{}^\circ\mathrm{C}}=600\ \mathrm{J/(kg\,{}^\circ C)}$$

    The smaller recorded rise gives a smaller denominator and an overestimate of $c$. Diagnose the recorded temperature change; do not assign an error direction from “poor contact” alone.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    specific heat capacity/spəˈsɪfɪk hiːt kəˈpæsɪti/ ความร้อนจำเพาะ
    1.4

    กำลัง

    หลักสูตร

    กำลังไฟฟ้า (AQA 8463 ข้อstatement 4.1.1.4)

    1. นิยามกำลังไฟฟ้าว่าเป็นอัตราที่พลังงานถูกถ่ายโอนหรืออัตราที่งานถูกทำ
    2. ใช้กำลังไฟฟ้า = พลังงานที่ถ่ายโอน / เวลา และ กำลังไฟฟ้า = งานที่ทำ / เวลา
    3. ระบุว่าพลังงานที่ถ่ายโอน 1 จูลต่อวินาที เท่ากับกำลังไฟฟ้า 1 วัตต์
    4. ให้ตัวอย่างที่อธิบายนิยามของกำลังไฟฟ้า เช่น การเปรียบเทียบมอเตอร์ไฟฟ้าสองตัวที่ยกน้ำหนักเท่ากันขึ้นสู่ความสูงเท่ากันแต่ตัวหนึ่งทำได้เร็วกว่า

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Two motors can lift the same load through the same height. The faster one is more powerful 功率强的. กำลัง 功率 is the rate of energy transfer, or the rate of doing work:

    $$P = \frac{E}{t} \qquad P = \frac{W}{t}$$
    • $P$ power in W; $E$ energy transferred in J; $W$ work done 做的功 in J; $t$ time in s.
    • An energy transfer of 1 J per second is a power of 1 watt 瓦特, W.

    Conversions to keep at hand: 1 kW = 1000 W, 1 MW = $10^6$ W, 1 GW = $10^9$ W, 1 kJ = 1000 J, 1 MJ = $10^6$ J.

    Teacher-written worked example. A 60.0 kg athlete climbs a vertical height of 175 cm in 1.40 s ($g$ = 9.8 N/kg). Find the average useful power associated with gravitational potential gain.

    • Known: mass, height, time. Height must be converted: $175\ \text{cm} = 1.75\ \text{m}$.
    • Her gain of gravitational potential energy is the useful energy transferred.
      $$E_p = m g h = 60.0\ \mathrm{kg} \times 9.8\ \mathrm{N/kg} \times 1.75\ \mathrm{m} = 1029\ \text{J}$$
    • Power divides energy by time in seconds.
      $$P = \frac{E_p}{t} = \frac{1029\ \text{J}}{1.40\ \text{s}} = 735\ \text{W}$$
    • Check: this is the rate of gravitational potential gain, not total chemical-energy transfer. Heating and other transfers mean more chemical energy is transferred than the useful gain.

    An energy transfer stated per second is already a power: 0.343 J of gravitational potential energy gained each second is 0.343 W of useful power. A value per second is not automatically useful output; read which transfer is described.

    Power comparison and exam transfer

    Teacher-written practice. Motors A and B each lift 20 kg through 2.0 m ($g=10$ N/kg). A takes 2.0 s; B takes 4.0 s. Find their useful power outputs before checking.

    $$E_p=mgh=20\ \mathrm{kg}\times10\ \mathrm{N/kg}\times2.0\ \mathrm{m}=400\ \mathrm{J}$$
    $$P_A=\frac{E_p}{t_A}=\frac{400\ \mathrm{J}}{2.0\ \mathrm{s}}=200\ \mathrm{W}$$
    $$P_B=\frac{E_p}{t_B}=\frac{400\ \mathrm{J}}{4.0\ \mathrm{s}}=100\ \mathrm{W}$$

    A transfers the same useful energy in half the time: twice the useful power. Efficiency cannot be compared without input data.

    Adapted from AQA June 2024 Paper 1H Q02.2–02.3. A power station has output 500 MW. Find its energy output in 3600 s, in joules. Here $P=500\ \mathrm{MW}=5.00\times10^8\ \mathrm{W}$, and $P=E/t$ rearranges to $E=Pt$.

    $$E=Pt=5.00\times10^8\ \mathrm{W}\times3600\ \mathrm{s}=1.8\times10^{12}\ \mathrm{J}$$

    The unit check is watts times seconds equals joules. Output alone does not determine efficiency.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    powerful/ˈpaʊəfl/ กำลังสูง
    power/ˈpaʊə/ กำลัง
    work done/wɜːk dʌn/ งานที่ทำ
    watt/wɒt/ วัตต์
    1.5

    Conservation and dissipation of energy

    หลักสูตร

    การอนุรักษ์และการกระจายตัวของพลังงาน (AQA 8463 ข้อstatement 4.1.2.1)

    1. ระบุว่าพลังงานสามารถถ่ายโอนอย่างมีประโยชน์ ถูกเก็บไว้ หรือกระจายตัวไป แต่ไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้
    2. อธิบายการถ่ายโอนพลังงานในระบบปิดพร้อมตัวอย่างโดยแสดงว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงสุทธิของพลังงานทั้งหมด
    3. อธิบายว่าพลังงานถูกกระจายตัวอย่างไรในการเปลี่ยนแปลงระบบจนถูกจัดเก็บในรูปแบบที่น้อยลง
    4. อธิบายวิธีการลดการถ่ายโอนพลังงานที่ไม่พึงประสงค์ รวมถึงการใช้สารหล่อลื่นและฉนวนกันความร้อน
    5. ใช้แนวคิดที่ว่าค่าการนำความร้อนของวัสดุยิ่งสูง อัตราการถ่ายโอนพลังงานด้วยการนำผ่านวัสดุนั้นยิ่งสูง และอธิบายว่าอัตราการเย็นตัวของอาคารขึ้นอยู่กับความหนาและการนำความร้อนของผนัง
    6. การทดลองที่ต้องการ 2 (ฟิสิกส์เท่านั้น): ตรวจสอบประสิทธิภาพของวัสดุต่างๆ ในการเป็นฉนวนกันความร้อนและปัจจัยที่มีผลต่อคุณสมบัติการเป็นฉนวนกันความร้อนของวัสดุ

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Energy can be transferred usefully, stored, or dissipated 耗散, but never created or destroyed. Dissipated energy is stored in less useful ways. It is often called "wasted", but it still exists — usually spread into thermal stores of the surroundings.

    • For this energy balance, a closed system 封闭系统 exchanges no energy with its outside, so its total energy does not change. Name the objects included: gravitational potential energy belongs to the object–Earth interaction, not the ball alone. An ideal fall with negligible resistance transfers gravitational potential energy to kinetic energy; a vacuum by itself does not define the system boundary.

    Follow energy through a fall and impact

    Teacher-written model. Include a ball, Earth, floor and nearby surroundings. Assume no energy crosses this system’s boundary and ignore air resistance during the fall. The ball starts at rest with 20 J of gravitational potential energy relative to the floor. When that store is 5 J, what is the kinetic energy? After impact and settling, where is the energy?

    ขั้นตอน Gravitational / J Kinetic / J Thermal gain / J
    เริ่ม 20 0 0
    During fall 5 15 0
    After settling 0 0 20

    Each row totals 20 J. After impact, energy is spread into thermal stores in this simplified model; sound may carry energy within the chosen surroundings before dissipating. Counting the ball alone gives a different system, which can exchange energy with the Earth and floor. Energy that leaves one object has not disappeared.

    Explaining a "lower than calculated" answer

    Exam questions love this shape: "the real height/speed/temperature is lower than your answer. Explain why." The credited reasoning:

    1. Name the cause: air resistance, friction between moving parts, or energy transferred to the surroundings by heating.
    2. State the consequence: some energy from the input store is dissipated into thermal stores instead of the intended store.
    3. Conclude: so less energy arrives in the useful store.

    Reducing unwanted energy transfers

    • Lubrication 润滑 reduces friction between moving parts, so less energy is dissipated by heating.
    • Thermal insulation 热绝缘 reduces energy transfer by heating. Thick walls, walls made of a material with low thermal conductivity 热导率, or cavity insulation all slow the cooling of a building.

    Compare one factor at a time. With equal wall area, thickness and temperature difference, a higher thermal conductivity gives faster transfer by conduction. With the same material and other conditions, a thicker wall reduces this rate. If both thickness and conductivity change in opposing directions, their descriptions alone do not establish the ranking.

    Required practical 2 (physics only): thermal insulators

    Recorded AQA technician cooling readings for zero, two and six layers of newspaper, plotted against time in minutes.
    Replotted from the AQA practical handbook’s technician data (PDF page 12, printed page 11). Initial readings are 85 °C for zero layers and 86 °C for the covered runs; check temperature falls and comparison limits.

    Investigate the effectiveness of different materials as thermal insulators:

    1. Put a fixed volume of hot water in a beaker with a lid.
    2. Wrap the beaker in one material (bubble wrap, newspaper, foil, cotton wool).
    3. Record the temperature as it cools for a fixed time (or the time to fall by a fixed amount).
    4. Repeat for equal measured thicknesses and covered areas of different materials; equal layer counts need not give equal thicknesses.
    5. Part 2: repeat for different thicknesses (layers) of one material.

    Controls: same water volume, starting temperature, beaker, lid, surroundings, covered area and measurement times. Repeat to judge variation. A smaller temperature fall over a fixed time indicates less cooling under those conditions. Keep material fixed when investigating thickness; keep thickness fixed when comparing materials.

    RP2: interpret recorded readings

    The figure uses the AQA practical handbook, PDF page 12. Points are recorded values joined by lines, not a fitted cooling law. In 15 min, the zero-layer run changes from 85 to 57 °C, two layers from 86 to 62 °C, and six layers from 86 to 66 °C. Calculate the falls before checking.

    $$\text{fall}_0=\theta_i-\theta_f=85\,{}^\circ\mathrm{C}-57\,{}^\circ\mathrm{C}=28\,{}^\circ\mathrm{C}$$
    $$\text{fall}_2=\theta_i-\theta_f=86\,{}^\circ\mathrm{C}-62\,{}^\circ\mathrm{C}=24\,{}^\circ\mathrm{C}$$
    $$\text{fall}_6=\theta_i-\theta_f=86\,{}^\circ\mathrm{C}-66\,{}^\circ\mathrm{C}=20\,{}^\circ\mathrm{C}$$

    Six layers cool 4 °C less than two layers over the same time, from the same initial temperature. This supports less cooling with greater newspaper thickness here. The zero-layer run starts 1 °C cooler. Subtracting initial temperatures does not remove all effects of unequal starting conditions; standardise them in a fresh investigation. These runs compare thickness, not different materials.

    Teacher-written evaluation. Water in a beaker covered with 20 mm of cotton starts at 90 °C and finishes at 75 °C after 10 min. Water in a beaker covered with 2 mm of foil starts at 80 °C and finishes at 70 °C. Which material is the better insulator? Explain the limits and improve the method before checking.

    Reasoning. Cotton falls $90-75=15$ °C; foil falls $80-70=10$ °C. Material, thickness and initial temperature all differ, so neither final readings nor temperature falls isolate the material effect. Use equal measured thickness and covered area, the same starting temperature, water volume, apparatus and surroundings; record at the same times and repeat. Conclude for the tested conditions, taking variation into account.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    dissipated/ˈdɪsɪpeɪtɪd/ สูญเสีย
    closed system/kləʊzd ˈsɪstəm/ ระบบปิด
    Lubrication/ˌluːbrɪˈkeɪʃn/ การหล่อลื่น
    Thermal insulation/ˈθɜːml ˌɪnsjuːˈleɪʃn/ ฉนวนกันความร้อน
    thermal conductivity/ˈθɜːml kɒndəkˈtɪvɪti/ ค่าการนำความร้อน
    1.6

    ประสิทธิภาพ

    หลักสูตร

    ประสิทธิภาพ (AQA 8463 ข้อstatement 4.1.2.2)

    1. คำนวณประสิทธิภาพพลังงานโดยใช้ ประสิทธิภาพ = พลังงานที่ถ่ายโอนออกที่มีประโยชน์ / พลังงานที่ถ่ายโอนเข้าทั้งหมด
    2. คำนวณประสิทธิภาพโดยใช้ ประสิทธิภาพ = กำลังไฟ有用的 / กำลังไฟรวมเข้า
    3. ใช้ค่าประสิทธิภาพเป็นทศนิยมหรือเป็นเปอร์เซ็นต์
    4. (เฉพาะ HT) อธิบายวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพของการถ่ายโอนพลังงานที่ต้องการ

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    The fraction of input energy that ends up somewhere useful is the ประสิทธิภาพ 效率:

    $$\text{efficiency} = \frac{\text{useful output energy transfer}}{\text{total input energy transfer}} \qquad \text{efficiency} = \frac{\text{useful power output}}{\text{total power input}}$$
    • Efficiency can be a decimal (0 to 1) or a percentage (0 % to 100 %). The exam may ask for either; a decimal above 1 or a percentage above 100 % is impossible — check your answer against this.
    • Percentage wasted $= 100\,\% -$ percentage useful.

    Teacher-written worked example. A lamp takes 4.0 W of electrical power and is 0.85 efficient for useful light transfer. Find its useful light power and the remaining power.

    • Known: total input and efficiency as a decimal. Rearrange before substituting.
      $$\text{useful power} = \text{efficiency} \times \text{total input} = 0.85 \times 4.0\ \text{W} = 3.4\ \text{W}$$
    • The remainder is $P_{\mathrm{other}}=P_{\mathrm{input}}-P_{\mathrm{useful}}=4.0\ \mathrm{W}-3.4\ \mathrm{W}=0.6\ \mathrm{W}$. Outputs add to input; no energy is destroyed. Efficiency is a ratio without a unit.

    Exam transfer — adapted from AQA June 2024 Paper 1H Q01.3. Method A heats water by 80 °C, storing 33 600 kJ per 100 kg, and wastes 40%; installation is possible anywhere in the question. Method B pumps water uphill by 500 m, storing 490 kJ per 100 kg, wastes 25%, and requires high mountains. Compare useful fractions, useful energy and practical constraints before checking.

    • Percentage useful $= 100 - 40 = 60\ \%$.
      $$E_{useful} = \frac{60}{100} \times 33\,600\ \text{kJ} = 20\,160\ \text{kJ}$$

    Method B has useful fraction $f_B=1-0.25=0.75$ and useful energy $E_{\mathrm{useful,B}}=f_BE_B=0.75\times490\ \mathrm{kJ}=367.5\ \mathrm{kJ}$. It is more efficient than A (75% versus 60%), but A provides much more useful energy per 100 kg (20 160 kJ versus 367.5 kJ). Explain both quantities, the stated location restriction and the need to insulate heated water. Use numerical evidence alongside the stated constraints.

    Efficiency: compare a clearly defined useful transfer

    Teacher-written. Lifting devices A and B each take 2000 W of electrical input. Their useful mechanical outputs are 1700 W and 1500 W. Find both efficiencies and their difference in percentage points.

    $$\eta_A=\frac{P_{\mathrm{useful,A}}}{P_{\mathrm{input,A}}}=\frac{1700\ \mathrm{W}}{2000\ \mathrm{W}}=0.85=85\%$$
    $$\eta_B=\frac{P_{\mathrm{useful,B}}}{P_{\mathrm{input,B}}}=\frac{1500\ \mathrm{W}}{2000\ \mathrm{W}}=0.75=75\%$$

    The gap is $85\%-75\%=10$ percentage points. A transfers a greater fraction to useful lifting; the ratio’s units cancel. Do not confuse a percentage-point difference with a relative percentage change.

    Higher Tier reasoning. Lubrication reduces frictional dissipation in a lifting motor; insulation reduces unwanted thermal transfer from hot-water storage. At fixed input, reduced unwanted transfers can leave more useful output and a greater efficiency. At fixed useful output, $E_{\mathrm{input}}=E_{\mathrm{useful}}/\eta$, so greater efficiency means less required input. “Useful” depends on the intended task: heating is useful for warming a room and may be unwanted in a lifting motor.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    efficiency/ɪˈfɪʃənsi/ ประสิทธิภาพ
    1.7

    National and global energy resources

    หลักสูตร

    แหล่งพลังงานระดับประเทศและระดับโลก (AQA 8463 ข้อ 4.1.3)

    1. อธิบายแหล่งพลังงานหลักที่มีอยู่บนโลก: เชื้อเพลิงฟอสซิล (ถ่านหิน น้ำมัน และแก๊ส), เชื้อเพลิงนิวเคลียร์, ชีวมวล, พลังงานลม, พลังงานน้ำ, พลังงานความร้อนใต้ดิน, กระแสน้ำขึ้นน้ำลง, พลังงานแสงอาทิตย์ และคลื่นน้ำ
    2. แยกความแตกต่างระหว่างแหล่งพลังงานที่ obnovable และ non-renewable โดยใช้นิยามว่า แหล่ง能源ที่ obnovable คือแหล่งที่ถูกเติมเต็ม (หรือสามารถเติมได้) ระหว่างการใช้
    3. เปรียบเทียบวิธีการใช้แหล่งพลังงานต่างๆ: การขนส่ง, การผลิตไฟฟ้า และการทำความร้อน
    4. เข้าใจว่าทำไมบางแหล่งพลังงานจึงมีความน่าเชื่อถือมากกว่าแหล่งอื่น
    5. อธิบายผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากการใช้แหล่งพลังงานต่างๆ
    6. อธิบายรูปแบบและแนวโน้มในการใช้แหล่งพลังงาน
    7. พิจารณาปัญหาทางสิ่งแวดล้อม arising จากการใช้แหล่งพลังงานและหารือว่าทำไมการแก้ไขปัญหาเหล่านี้จึงเกี่ยวข้องกับการพิจารณาในเชิงการเมือง สังคม จริยธรรม หรือเศรษฐกิจ

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    The main energy resources are fossil fuels 化石燃料 (coal, oil, gas), nuclear fuel 核燃料, bio-fuel, wind, hydroelectricity, geothermal, tides, the Sun and water waves.

    A renewable 可再生的 resource is replenished as it is used. Fossil and nuclear fuels are non-renewable 不可再生的 on a human timescale. Replenishment, availability when needed, and environmental impact are different questions. Renewable does not mean continuous or harmless. Compare uses in transport, electricity generation and heating. Descriptions of generating machinery are not required here.

    Fuel resources: uses and trade-offs

    • Coal, oil and gas: electricity or heating; oil-derived fuels are widely used in transport. Generation depends on fuel supply and maintenance. Combustion releases carbon dioxide; sulfur in fuel can produce sulfur dioxide, contributing to acid rain.
    • Nuclear fuel: electricity, using a finite fuel. Maintenance and outages affect availability. There is no fuel-combustion CO$_2$ during generation, but radioactive waste needs safe management.
    • Bio-fuel: transport, heating or electricity. Its biological source can be replaced, but production takes land and time. Burning releases CO$_2$. Regrowth can absorb CO$_2$, but the overall balance also depends on cultivation, processing and land-use change; carbon neutrality is not automatic.

    Six other renewable resources

    Resource Availability / example use
    wind electricity; variable wind
    Sun electricity or heating; daylight and clouds matter
    hydroelectricity electricity; stored water helps, but supply is limited
    geothermal heating or electricity; suitable sites matter
    tides electricity; predictable timing, variable output
    water waves electricity; variable sea conditions

    Wind turbines can affect wildlife and cause noise; solar installations need space and materials. Reservoirs can flood land and alter river habitats. Geothermal development involves local drilling. Tidal and wave installations can affect marine habitats and are costly to build and maintain. Distinguish environmental impacts from technical constraints and economic costs. Claims about no fuel-combustion emissions during operation do not mean zero impact over manufacture, construction and disposal.

    Worked example: actual operating time

    AQA GCSE Physics June 2024 Paper 1H Q02.5 gives one nuclear station generating for 92% of a 365-day year. With $f$ the generating fraction:

    $$t_{\rm operating}=f\,t_{\rm year}$$
    $$t_{\rm operating}=0.92\times365\ \mathrm{days}=335.8\ \mathrm{days}$$

    About 336 days (this question's scheme accepts 335 or 336). The station did not generate all year; do not generalise its percentage to every station. This time fraction alone gives neither electrical energy output nor efficiency.

    Interpret a trend: attempt, then check

    Teacher-written fictional data, with only two categories contributing to each total:

    ช่วงเวลา Fossil / TWh Renewable / TWh
    A 80 20
    B 90 60

    TWh is an energy unit. Find each total and fossil-fuel share. Did the amount of fossil energy fall?

    Check:

    $$E_A=E_{\rm fossil,A}+E_{\rm renewable,A}=80\ \mathrm{TWh}+20\ \mathrm{TWh}=100\ \mathrm{TWh}$$
    $$E_B=E_{\rm fossil,B}+E_{\rm renewable,B}=90\ \mathrm{TWh}+60\ \mathrm{TWh}=150\ \mathrm{TWh}$$
    $$s_A=E_{\rm fossil,A}/E_A=80\ \mathrm{TWh}/(100\ \mathrm{TWh})=0.80=80\%$$
    $$s_B=E_{\rm fossil,B}/E_B=90\ \mathrm{TWh}/(150\ \mathrm{TWh})=0.60=60\%$$

    The share fell by 20 percentage points, but fossil energy rose by 10 TWh. A decreasing share alone cannot establish decreasing emissions.

    Make a decision with evidence

    Teacher-written task: a clinic needs electricity all night. Solar panels produce no output at night; a maintained gas generator can run when fuel is supplied. Solar generation has no fuel-combustion CO$_2$; gas combustion releases CO$_2$. Explain the trade-off, propose a possible supply and identify missing evidence.

    Check: solar alone does not meet the night-time requirement. Solar with charged storage or another backup could work if power and stored energy meet demand. Gas can supply power at night, with fuel and maintenance, but releases CO$_2$. Check demand, storage capacity, charging conditions, fuel supply, costs and the site before choosing. Funding is an economic constraint; access to reliable care is a social concern. Planning rules are political constraints, and sharing costs and benefits fairly raises ethical questions. Science identifies and measures problems; decisions also depend on these constraints. A conclusion should follow the evidence and stated priorities; no stock final sentence guarantees credit.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    fossil fuels/ˈfɒsl ˈfjuːəlz/ เชื้อเพลิงฟอสซิล
    nuclear fuel/ˈnjuːklɪə ˈfjuːəl/ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์
    renewable/rɪˈnjuːəbl/ พลังงานที่ทดแทนได้
    non-renewable/nɒn rɪˈnjuːəbl/ พลังงานที่ไม่สามารถทดแทนได้
    1.7

    Checklist before you call this topic done

    Retrieval 1: connect the equations

    Teacher-written: a motor takes 5.0 J in 2.0 s. It starts a 0.50 kg cart from rest on a level track. The cart gains 4.0 J of kinetic energy; the remainder heats the system and surroundings. Find final speed, efficiency for accelerating the cart, mean input power, and the remaining energy transfer. Attempt before checking.

    Check: because the initial speed is zero, final kinetic energy is 4.0 J.

    $$E_k=\tfrac12mv^2\quad\Rightarrow\quad v=\sqrt{2E_k/m}$$
    $$v=\sqrt{2E_k/m}=\sqrt{2\times4.0\ \mathrm{J}/(0.50\ \mathrm{kg})}=4.0\ \mathrm{m/s}$$
    $$\eta=E_{\rm useful}/E_{\rm input}=4.0\ \mathrm{J}/(5.0\ \mathrm{J})=0.80=80\%$$
    $$P_{\rm input}=E_{\rm input}/t=5.0\ \mathrm{J}/(2.0\ \mathrm{s})=2.5\ \mathrm{W}$$
    $$E_{\rm other}=E_{\rm input}-E_{\rm useful}=5.0\ \mathrm{J}-4.0\ \mathrm{J}=1.0\ \mathrm{J}$$

    That 1.0 J is transferred by heating. Energy is conserved.

    Retrieval 2: diagnose three claims

    1. RP1: all heater input is used as the block's energy gain, though some heats the room. With mass and measured temperature rise fixed, what happens to calculated specific heat capacity?
    2. RP2: both insulation layers and water volume change. Why is the conclusion about layers insecure? State controls.
    3. Solar panels are called a guaranteed night-time supply because solar is renewable. What is wrong and what extra provision is needed?

    Check:

    1. $c=E_{\rm gained}/(m\Delta\theta)$. Using the larger input overestimates $c$ in the stated case.
    2. Two changed variables confound the result. Keep volume, container, starting temperature, timing and surroundings fixed; repeat measurements and compare temperature falls over the same time.
    3. Replenishment does not ensure power when needed. Adequate charged storage or another supply is required at night.

    Use the terms requested, show equations and units, and follow the question's precision instruction. A cause and its physical consequence are more useful than a memorised checklist.

  • 2

    ไฟฟ้า

    2.1

    Electricity: energy on demand

    Press a switch and a lamp lights. Behind that instant is a chain: charge pushed by a potential difference, through wires and components, transferring energy from power station to bulb. This reference covers AQA GCSE Physics 8463, topic 4.2 Electricity.

    Start with a simple question: a cell, switch and lamp form a series loop. Why does opening the switch stop sustained current? When it is closed, does the lamp use up charge?

    The switch must complete a conducting path, and the cell provides a potential difference 电势差. In a steady series loop the current is the same before and after the lamp. The lamp transfers energy; charge is not consumed. Later calculations link $Q=It$, $E=QV$, $P=VI$ และ $E=Pt$.

    This reference uses standard circuit symbols 电路符号 and the Physics Equations Sheet 物理公式表 when supplied for the examination. Use the sheet issued for your examination series; practise choosing and rearranging equations rather than assuming every future paper has the same support. AQA uses “potential difference” in questions and accepts correct use of “voltage”. Static electricity and electric fields are physics-only content.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    Physics Equations Sheet/ˈfɪzɪks ɪˈkweɪʒnz ʃiːt/ ตารางสูตรฟิสิกส์
    potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ ความต่างศักย์
    circuit symbols/ˈsɜːkɪt ˈsɪmblz/ สัญลักษณ์วงจรไฟฟ้า
    2.1

    Circuit diagrams, charge and current

    หลักสูตร

    สัญลักษณ์วงจร,ประจุไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้า (AQA 8463 ข้อ 4.2.1.1-4.2.1.2)

    1. วาดและตีความแผนผังวงจรโดยใช้สัญลักษณ์มาตรฐาน
    2. ระบุว่าประจุไฟฟ้าไหลได้ก็ต่อเมื่อวงจรปิดและมีแหล่งความต่างศักย์
    3. ใช้ ความหนาแน่นประจุ = กระแส × เวลา (Q = It), โดยเวลาอยู่ในหน่วยวินาที
    4. จำได้ว่ากระแสไฟฟ้าคือการไหลของประจุ และกระแสมีค่าเท่ากันทุกจุดในวงลูปปิดเดียว

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    A circuit diagram uses standard symbols. Know these: cell, battery, switch (open, closed), lamp, resistor, variable resistor, ammeter, voltmeter, diode, LED, thermistor, LDR and fuse. Ammeters sit in series 串联; voltmeters sit in parallel 并联 across the component.

    The standard circuit symbols required by AQA, arranged as a chart.
    Use repeated long/short plate pairs for a battery; light arrows enter an LDR and leave an LED.

    For charge to flow, the circuit must be ช่วงปิด and include a source of potential difference. กระแสไฟฟ้า 电流 is a flow of electrical ประจุไฟฟ้า 电荷, and its size is the rate of flow:

    $$Q = It$$
    • $Q$ charge flow in coulombs, C; $I$ current in amperes, A; $t$ time in seconds, s.
    • Current has the same value at every point of a single series loop.
    • Conventional current flows from + to −; electrons flow the opposite way.

    Worked reasoning: charge is not current

    Teacher-written: 4.0 C passes a point in 2.0 s in a steady series circuit. Current is charge flow per second:

    $$Q=It\quad\Rightarrow\quad I=Q/t$$
    $$I=Q/t=4.0\ \mathrm{C}/(2.0\ \mathrm{s})=2.0\ \mathrm{A}$$

    One ampere means one coulomb per second. The same 4.0 C passes another point of that steady loop in the same 2.0 s. If the same charge takes 4.0 s instead:

    $$I=Q/t=4.0\ \mathrm{C}/(4.0\ \mathrm{s})=1.0\ \mathrm{A}$$

    Doubling the time for the same charge halves the current.

    Charge-flow practice: attempt before checking

    Teacher-written: a charger supplies a constant 0.90 A for 25 minutes. Find charge in coulombs, then predict the effect of doubling the time at the same current.

    Check: use seconds, because amperes measure coulombs per second.

    $$t=25\ \mathrm{min}\times60\ \mathrm{s/min}=1500\ \mathrm{s}$$
    $$Q=It$$
    $$Q=It=0.90\ \mathrm{A}\times1500\ \mathrm{s}=1350\ \mathrm{C}$$
    $$Q=It=0.90\ \mathrm{A}\times3000\ \mathrm{s}=2700\ \mathrm{C}$$

    Twice the time gives twice the charge, at the same current.

    Actual exam calculation: current from charge flow

    AQA GCSE Physics June 2024 Paper 1H Q10.3 gives a fuse wire melting when 2.0 C flows in 400 ms. Calculate current before checking.

    Check: known charge and time mean use $Q=It$, rearranged for current.

    $$\begin{aligned} t&=400\ \mathrm{ms}\times0.001\ \mathrm{s/ms}=0.400\ \mathrm{s}\\ Q&=It\quad\Rightarrow\quad I=Q/t\\ I&=Q/t=2.0\ \mathrm{C}/(0.400\ \mathrm{s})=5.0\ \mathrm{A} \end{aligned}$$

    This agrees with the official scheme. Teacher extension: treating 400 ms as 400 s would make the denominator 1000 times too large and current 1000 times too small. Check the time unit before substituting.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    in series/ɪn ˈsɪəriːz/ แบบต่ออนุกรม
    in parallel/ɪn ˈpærəlel/ แบบต่อขนาน
    Electric current/ɪˈlektrɪk ˈkʌrənt/ กระแสไฟฟ้า
    charge/tʃɑːdʒ/ ประจุไฟฟ้า
    2.2

    Current, resistance and potential difference

    หลักสูตร

    กระแส, ความต้านทาน และความต่างศักย์ (AQA 8463 ข้อ 4.2.1.3)

    1. ระบุว่ากระแสผ่านส่วนประกอบขึ้นอยู่กับความต้านทานและความต่างศักย์ข้ามมัน
    2. ใช้ ความต่างศักย์ = กระแส × ความต้านทาน (V = IR) ในทุกทิศทาง
    3. จำได้ว่ายิ่งความต้านทานมาก กระแสยิ่งน้อยสำหรับความต่างศักย์ที่กำหนด
    4. การปฏิบัติที่จำเป็น 3: ตรวจสอบว่าความต้านทานของลวดขึ้นกับความยาวอย่างไร ที่อุณหภูมิคงที่ รวมถึงการจัดวางมิเตอร์, R = V/I, กราฟแปรผัน, ความคลาดเคลื่อนศูนย์ และการรักษาให้ลวดเย็นอยู่

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    The current through a component depends on both the potential difference across it and its ความต้านทาน 电阻:

    $$V = IR$$
    • $V$ potential difference in volts, V; $I$ current in amperes, A; $R$ resistance in ohms, Ω.
    • The greater the resistance, the smaller the current for a given potential difference.

    Worked example. A 0.45 V potential difference drives 0.0075 A through a coin. Find the coin's resistance.

    • Known: $V$ และ $I$; rearrange before substituting.
      $$R = \frac{V}{I} = \frac{0.45\ \text{V}}{0.0075\ \text{A}} = 60\ \Omega$$

    Required practical 3: resistance of a wire and resistor combinations

    Attach a resistance wire (nichrome or constantan) along a metre rule. Measure the selected length between the actual contact points of a fixed clip and a movable clip. The ammeter is in series with that length; the voltmeter is connected across the same two contact points.

    A cell, switch and ammeter form one loop through the selected wire; the voltmeter is across the two clips and a metre rule measures their separation.

    Use a low potential difference and switch off between readings to limit heating. Change length only: keep the wire material, cross-sectional area and temperature constant. For each length record the measured potential difference and current, then calculate $R = V/I$. Repeat readings and investigate inconsistent results.

    For example, these teacher-written ideal data illustrate the calculation; they are not experimental measurements:

    Length / cm Potential difference / V Current / A Resistance / Ω
    20 0.60 0.30 2.0
    40 0.80 0.20 4.0
    60 0.90 0.15 6.0

    At constant temperature, for the same material and cross-sectional area, resistance is directly proportional to wire length. Plot calculated resistance against length; a straight line through the origin supports this relationship. The measured potential difference need not be identical at each length, so calculate each resistance from its own paired readings.

    A non-zero intercept needs investigation. Check that length was measured between the contact points; contact and lead resistance can also affect results. Do not force the graph through the origin or subtract every intercept as a zero error without identifying its cause.

    In the second part of this practical, connect two equal resistors in series, then in parallel. With the ammeter measuring total current and the voltmeter across the whole combination, measure total potential difference and current and calculate total resistance. Compare with one resistor: series has greater total resistance; parallel has smaller total resistance. For two identical 10 Ω resistors, ideal totals are 20 Ω in series and 5 Ω in parallel. The parallel result can be explained from the doubled total current at the same potential difference, without needing a reciprocal-resistance formula.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    resistance/rɪˈzɪstəns/ ความต้านทาน
    2.3

    Resistors and I–V characteristics

    หลักสูตร

    ตัวต้านทานและลักษณะ I-V (AQA 8463 ข้อstatement 4.2.1.4)

    1. อธิบายว่าสำหรับตัวต้านทานบางชนิดความต้านทานจะคงที่ ในขณะที่อีกบางชนิดจะเปลี่ยนไปตามกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน
    2. อธิบายกราฟ I-V ของตัวนำโอห์มที่อุณหภูมิคงที่ หลอดไฟ filament และไดโอด
    3. อธิบายกราฟหลอดไฟ filament: กระแสไฟฟ้าทำให้Assigned heated up ความต้านทานเพิ่มขึ้น
    4. ระบุว่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น และยกตัวอย่างการใช้งานในเครื่องควบคุมอุณหภูมิ
    5. ระบุว่าความต้านทานของ LDR ลดลงเมื่อความเข้มของแสงเพิ่มขึ้น และยกตัวอย่างการใช้งานในการเปิดไฟอัตโนมัติ
    6. การปฏิบัติที่จำเป็น 4: ตรวจสอบลักษณะ I-V ขององค์ประกอบวงจร รวมถึงการปรับแรงดันไฟฟ้า, การกลับขั้วแหล่งจ่ายไฟ และการป้องกันไดโอด

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Required practical 4 measures current through a resistor, filament lamp and diode at a range of measured potential differences across each component. Connect an ammeter in series and a voltmeter in parallel with the component. Vary the pd using a variable dc supply, or a variable resistor in series. Start at zero and stay within component ratings. Record paired readings across a suitable range; repeat and investigate inconsistent readings. Switch off before reversing the supply connections to obtain negative values, using meters that can read the reversed polarity. Plot current vertically against potential difference horizontally.

    A variable dc supply and ammeter form one series loop with a filament lamp; a voltmeter is connected across the lamp only.

    For the lamp investigation in AQA June 2023 8463/1H Q06.1, Figure 6 covers −6 V to +6 V with readings at 1 V intervals. Collect positive values, then reverse the supply to obtain the negative values; these settings belong to that lamp investigation, rather than every possible component.

    For a diode, use a suitable protective resistor in series to limit current and a milliammeter to measure the small current. The protective resistor, not the milliammeter, protects the diode. Measure pd across the diode alone, excluding the protective resistor. Keep the ohmic resistor near constant temperature; the lamp's changing filament temperature is part of the effect being investigated.

    Three schematic I–V graphs: an ohmic resistor at constant temperature, a filament lamp whose current rises less steeply at larger voltage magnitudes, and a diode with negligible reverse current.
    Qualitative shapes, not numerical measurement graphs. Current is the vertical axis in all three panels.
    • Ohmic conductor 欧姆导体 (fixed resistor at constant temperature): current is directly proportional to potential difference; resistance is constant. Straight line through the origin.
    • หลอดไส้ 白炽灯: resistance increases as its filament temperature rises. The current increases less than proportionally with pd, so the I–V curve flattens away from the origin in both directions.
    • ไดโอด 二极管: conducts in the forward direction; reverse current is negligible in this model, so reverse resistance is very high. Do not assume every diode has exactly the same forward voltage.

    At a chosen operating point, calculate resistance using $R=V/I$. On a current-against-voltage graph, resistance is not the gradient. For a straight line through the origin, the gradient is $I/V=1/R$; for a curved characteristic use the coordinates of the chosen point, rather than a tangent gradient.

    Worked example, adapted from AQA June 2023 8463/1H Q06.2. At +3.0 V, the official lamp graph gives approximately 0.16 A:

    $$R = \frac{V}{I} = \frac{3.0\ \text{V}}{0.16\ \text{A}} = 18.75\ \Omega \approx 19\ \Omega$$

    At 6.0 V the same paper gives 0.21 A (Q06.3). As a teacher extension, compare the resistance:

    $$R = \frac{V}{I} = \frac{6.0\ \text{V}}{0.21\ \text{A}} \approx 29\ \Omega$$

    The larger resistance is consistent with a hotter filament: increased lattice vibrations make electron motion more difficult. Current still increases, but by a smaller proportion than pd.

    • Thermistor ( ตัวต้านทานอุณหภูมิ ) 热敏电阻: in the type required here, resistance falls as temperature rises — used as a temperature sensor in a thermostat.
    • LDR 光敏电阻: resistance falls as light intensity rises — used as a light sensor in an automatic lighting circuit.
    Thermistor resistance falls as temperature rises; LDR resistance falls as light intensity rises.
    These are resistance-versus-environment graphs, not I–V characteristics.

    A sensor does not by itself specify when an appliance switches on. For example, a controller set to switch a lamp on when LDR resistance is high will turn it on in darkness. A cooling controller can be arranged to switch on as thermistor resistance falls with rising temperature. State the given controller rule and trace the change through it. Only for the same pd across the sensor does falling resistance imply rising current by $I=V/R$; a fixed supply does not guarantee fixed sensor pd in a series circuit.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    Ohmic conductor/ˈəʊmɪk kənˈdʌktə/ ตัวนำตามกฎของโอห์ม
    Filament lamp/ˈfɪləmənt læmp/ หลอดไฟAssigned
    Diode/ˈdaɪəʊd/ ไดโอด
    Thermistor/ˈθɜːmɪstə/ เทอร์มิสเตอร์
    LDR/ˌel diː ˈɑː/ ตัวต้านทานแสง (LDR)
    2.4

    Series and parallel circuits

    หลักสูตร

    วงจรอนุกรมและขนาน (AQA 8463 ข้อstatement 4.2.2)

    1. สำหรับส่วนประกอบแบบอนุกรม: ระบุว่ากระแสไฟฟ้าเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายแบ่งกัน และความต้านทานรวมคือผลบวกของความต้านทานแต่ละตัว
    2. สำหรับส่วนประกอบแบบขนาน: ระบุว่าแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน Across Each ตัว ความรวมของกระแสคือผลบวกของกระแสในแต่ละสาขา และความต้านทานรวมของตัวต้านทานสองตัวมีค่าน้อยกว่าความต้านทานรายตัวที่มีค่าน้อยที่สุด
    3. อธิบายโดยคร่าวๆ ว่าทำไมการต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมจึงเพิ่มความต้านทานรวม แต่การต่อแบบขนานจะลดความต้านทานรวม
    4. คำนวณกระแส, แรงดันไฟฟ้า และความต้านทาน ในวงจร DC แบบอนุกรม โดยใช้ความต้านทานเทียบเท่า

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    In series, the components share one unbranched loop. In parallel, components are connected on separate branches between the same two junctions. Trace these paths in the diagram before applying the current and potential-difference rules.

    The same two lamps and cell drawn as a series circuit and as a parallel circuit, with ammeter and voltmeter positions.
    Same components, very different rules.

    For components in 串联电路中:

    • the current is the same through each component;
    • the supply potential difference is ร่วมกัน between components;
    • total resistance is the ผลบวก: $R_{total} = R_1 + R_2$.

    For components in 并联电路中:

    • the potential difference across each component is the เหมือนเดิม;
    • the total current is the ผลบวก of the branch currents;
    • the total resistance of two resistors is less than the smallest single one.

    You must explain both directions: adding resistors in series puts extra opposition in the same unbranched conducting path, so total resistance rises; in parallel each resistor opens an extra path for charge, so more current flows for the same potential difference and the total resistance falls.

    You are ไม่ใช่ required to calculate the combined resistance of two parallel resistors — only to compare and explain.

    Worked example. A 6.0 V battery drives a lamp in series with a variable resistor set to 6.0 Ω. The lamp has a resistance of 12 Ω at this operating point.

    • Known: supply pd and both resistances at this operating point. Keep the unrounded current when finding the voltage shares.
    $$\begin{aligned} R_{total} &= R_{lamp}+R_{resistor}=12+6.0=18\ \Omega\\ I &= \frac{V}{R_{total}}=\frac{6.0}{18}=\frac{1}{3}\ \text{A}\approx0.33\ \text{A}\\ V_{lamp} &= IR_{lamp}=\frac{6.0}{18}\times12=4.0\ \text{V}\\ V_{resistor} &= IR_{resistor}=\frac{6.0}{18}\times6.0=2.0\ \text{V} \end{aligned}$$

    The shares add to 6.0 V. Equal shares occur only for equal resistances at the operating point; series components do not always share voltage equally.

    Teacher-written comparison with fixed resistors. Two 8.0 Ω resistors are connected to an ideal 12 V supply. In series, $R_{total}=R_1+R_2=16\ \Omega$ และ $I=V/R_{total}=0.75\ \text{A}$; each resistor has $V=IR=6.0\ \text{V}$. In parallel, each branch has 12 V, so each branch current is $I=V/R=1.5\ \text{A}$ และ $I_{total}=I_1+I_2=3.0\ \text{A}$. Adding another parallel resistor gives another current path and increases total current at the same supply pd. No reciprocal-resistance formula is needed here.

    For independent parallel branches on an ideal fixed-pd supply, opening one branch stops current in that branch; the other branch still has the same pd. Opening the only series path stops current through both components. If the supply pd changes under load, do not assume the other branch's current is unchanged.

    Integrated worked example, adapted from AQA June 2024 8463/1H Q05.5. At 20 °C the question's thermistor graph gives about 80 Ω. It is in series with a 400 Ω resistor across 12 V. Find the pd across the thermistor.

    $$R_{total} = R_{fixed} + R_{thermistor} = 400 + 80 = 480\ \Omega$$
    $$I = \frac{V_{supply}}{R_{total}} = \frac{12}{480} = 0.025\ \text{A}$$
    $$V_{thermistor} = IR_{thermistor} = 0.025\times80 = 2.0\ \text{V}$$

    The fixed resistor has the remaining 10 V. This example uses the graph reading supplied above; the complete exam question also requires reading that resistance from the graph. A fixed supply pd does not make the thermistor pd equal to the supply pd.

    2.5

    Domestic uses and safety

    หลักสูตร

    การใช้งานในบ้านและความปลอดภัย (AQA 8463 ข้อstatement 4.2.3)

    1. ระบุว่าไฟฟ้ากระแสสลับเป็นแหล่งจ่าย AC มีความถี่ 50 Hz และแรงดันไฟฟ้าประมาณ 230 V ในสหราชอาณาจักร
    2. อธิบายความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ
    3. ระบุสายไฟ Live, Neutral และ Earth ตามสีฉนวน และระบุหน้าที่ของแต่ละสาย
    4. อธิบายว่าทำไมสายไฟ Live อาจเป็นอันตรายได้แม้ว่าสวิตช์ในวงจร mains จะเปิดอยู่
    5. อธิบายอันตรายของการเชื่อมต่อใดๆ ระหว่างสายไฟ Live กับสายดิน

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    The UK mains supply is alternating 交流 (ac): the potential difference repeatedly changes polarity. Its frequency is 50 Hz, meaning 50 complete cycles per second, and its quoted potential difference is about 230 V. Batteries provide direct 直流 (dc) potential difference with one polarity. A dc potential difference need not be perfectly constant in magnitude; its direction does not reverse.

    Qualitative potential-difference versus time graphs: 50 Hz ac alternates polarity; the battery example remains positive.
    Qualitative voltage scale: the curve does not plot 230 V as its peak. One complete 50 Hz cycle lasts 20 ms.

    Actual exam recall: AQA June 2024 8463/1H Q05.1 asks for UK mains frequency and pd: 50 Hz and 230 V respectively. Fifty cycles per second does not mean only fifty direction changes per second: a sinusoidal cycle includes a positive and a negative half-cycle.

    A three-core cable cross-section with the leader from brown/live to the left lower core, blue/neutral to the right lower core, and green-yellow/earth to the upper core.
    The insulation colours are named on the leaders.
    Wire Insulation colour Normal role and potential
    live brown Supplies alternating pd; about 230 V relative to earth.
    เป็นกลาง 蓝 Completes the normal circuit; at or near earth potential, about 0 V.
    สายดิน green and yellow stripes Protective connection to an exposed metal case; near 0 V in the normal model, carrying no normal load current.

    Neutral and earth have different jobs despite both normally being near earth potential. Neutral carries normal load current; the protective earth provides a fault-current path.

    Why an open switch does not make all live wiring harmless

    An open switch interrupts the live path to a lamp; point A is on the supply side and B on the load side.

    The open switch stops the lamp current in this ideal circuit. Point A remains connected to the live supply, at about 230 V relative to earth. A person making a conducting connection from that live point to earth can receive an electric shock. Do not infer from an unlit appliance that every part of the circuit is isolated. This does not mean that point B after a correctly wired open live switch must also remain live.

    The danger depends on the current through the body, its path and duration. A human body is not a zero-resistance wire, but a current much smaller than a typical appliance fuse rating can still cause severe injury. An appliance fuse does not guarantee protection against touching live wiring.

    Protective earth and fuse in a metal-case fault

    For the classroom fault model, suppose the live wire touches an exposed metal case that has a sound protective-earth connection. The earth conductor supplies a low-resistance fault path; the resulting large current heats and melts a suitably rated fuse in the live wire, breaking the live supply. Without that earth connection, a case can become live without enough current to operate the fuse. A fuse's protection against excessive current is different from a claim that every possible shock current will blow it.

    Evaluate a broken-neutral fault

    Teacher-written ideal model: a lamp is connected to a single-phase live and neutral supply. The neutral connection breaks between the lamp and the supply. The downstream neutral terminal remains connected to live through the lamp; there is no other return path. No normal load current flows, but that downstream terminal can be at live potential.

    Condition Live-to-earth pd Load-side neutral-to-earth pd Pd across lamp
    เส้นปกติ about 230 V about 0 V about 230 V
    neutral return broken about 230 V about 230 V about 0 V

    This ideal model explains an unlit lamp with a dangerous downstream terminal. Both lamp terminals are at approximately the same potential, so the lamp pd is near zero; either can still have a large pd relative to earth. It is inconsistent to assign 230 V both across this unlit ideal lamp and from each of its terminals to earth in the stated single-phase model.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    alternating/ˈɔːltəneɪtɪŋ/ กระแสสลับ
    direct/daɪˈrekt/ กระแสตรง
    2.6

    Energy transfers: power and appliances

    หลักสูตร

    กำลังไฟและการถ่ายโอนพลังงานในอุปกรณ์ (AQA 8463 ข้อstatement 4.2.4.1-4.2.4.2)

    1. ใช้กำลังไฟฟ้า = แรงดันไฟฟ้า × กระแสไฟฟ้า (P = VI) และ กำลังไฟฟ้า = กระแสไฟฟ้ายกกำลังสอง × ความต้านทาน (P = I^2 R)
    2. อธิบายความสัมพันธ์ของการถ่ายโอนกำลังไฟฟ้าในอุปกรณ์กับแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมอุปกรณ์ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน และพลังงานที่ถูกถ่ายโอนตามเวลา
    3. ใช้พลังงานที่ถูกถ่ายโอน = กำลังไฟฟ้า × เวลา (E = Pt) และ พลังงานที่ถูกถ่ายโอน = การไหลของประจุ × แรงดันไฟฟ้า (E = QV) โดยวัดเวลาเป็นวินาที
    4. อธิบายว่าเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านถ่ายโอนพลังงานไปเป็นพลังงานจลน์ ความร้อน หรือแสงอย่างไร และเชื่อมโยงค่ากำลังไฟฟ้าที่กำหนดไว้กับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานสะสมขณะใช้งาน

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Electrical appliances transfer energy from batteries or the mains. A motor transfers energy mechanically to moving objects; a heater transfers energy to the thermal store of its surroundings. Power is the rate of energy transfer: 1 W means 1 J each second. A rating states this rate at the specified working potential difference; it is not the total energy used.

    Known quantities Equation Target
    pd and current $P=VI$ power in W
    current and resistance $P=I^2R$ resistive power in W
    power and time $E=Pt$ energy in J
    charge and pd $E=QV$ energy in J

    Use seconds with watts to obtain joules. Use amperes, volts, ohms and coulombs with these equations. For a resistive model, substituting $V=IR$ เข้าใน $P=VI$ gives $P=(IR)I=I^2R$. If current is unknown, rearrange $I^2=P/R$ and take the square root: $I=\sqrt{P/R}$, not $P/R$.

    Worked example — AQA June 2023 8463/1H Q06.3. A lamp carries 0.21 A at 6.0 V for 30 minutes. Calculate the energy transferred. Current and pd give power; power and time give energy.

    Convert time: $30\ \text{min}=30\times60\ \text{s}=1800\ \text{s}$.

    $$\begin{aligned} P&=VI=6.0\ \text{V}\times0.21\ \text{A}=1.26\ \text{W}\\ E&=Pt=1.26\ \text{W}\times1800\ \text{s}=2268\ \text{J}\approx2300\ \text{J} \end{aligned}$$

    Alternative route using charge. The same current and time give charge; each coulomb transfers 6.0 J across the lamp.

    $$\begin{aligned} Q&=It=0.21\ \text{A}\times1800\ \text{s}=378\ \text{C}\\ E&=QV=378\ \text{C}\times6.0\ \text{V}=2268\ \text{J} \end{aligned}$$

    Both routes agree and are accepted in the official scheme. Retain intermediate values until the final answer; write J for energy, not W.

    Worked example — AQA June 2025 8463/1H Q09.2. The question gives pump-motor power 4.86 W and resistance 6.0 Ω and asks for charge flow in 30 minutes. Use the question's prescribed $P=I^2R$ model; this is not a general statement that all electrical input to a real running motor is resistance heating. Power and resistance give current; current and time give charge.

    $$\begin{aligned} I^2&=\frac{P}{R}=\frac{4.86\ \text{W}}{6.0\ \Omega}=0.81\ \text{A}^2\\ I&=\sqrt{\frac{P}{R}}=\sqrt{\frac{4.86\ \text{W}}{6.0\ \Omega}}=0.90\ \text{A}\\ Q&=It=0.90\ \text{A}\times1800\ \text{s}=1620\ \text{C} \end{aligned}$$

    Compare power ratings — teacher-written. Two devices transfer the same 120 kJ of input energy at constant powers 1.0 kW and 2.0 kW. Convert 120 kJ to 120 000 J and kW to W before using $t=E/P$.

    Input energy versus time for constant 1.0 kW and 2.0 kW devices: the same 120 kJ is transferred in 120 s and 60 s.
    The steeper line transfers energy faster. The endpoints show equal energy, with different times.
    $$\begin{aligned} t_{1}&=\frac{E}{P_1}=\frac{120\,000\ \text{J}}{1000\ \text{W}}=120\ \text{s}\\ t_{2}&=\frac{E}{P_2}=\frac{120\,000\ \text{J}}{2000\ \text{W}}=60\ \text{s} \end{aligned}$$

    At the same run time, the 2.0 kW device transfers twice the energy. For the stated equal input energy, it takes half the time. A greater rating alone does not prove a greater total energy use or total cost for a job: duration and, for useful output, efficiency matter. For the same material and amount of water, a larger useful heating power raises temperature faster when losses are comparable.

    2.7

    The National Grid

    หลักสูตร

    ระบบส่งจ่ายไฟฟ้าแห่งชาติ (AQA 8463 ข้อความ 4.2.4.3)

    1. อธิบายระบบส่งจ่ายไฟฟ้าแห่งชาติว่าเป็นระบบสายเคเบิลและหม้อแปลงที่เชื่อมระหว่างสถานีผลิตไฟฟ้ากับผู้บริโภค
    2. ระบุว่าการเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสำหรับการส่งจ่าย และการลดระดับแรงดันไฟฟ้าจะลดแรงดันไฟฟ้าสำหรับใช้ในบ้าน
    3. อธิบายเหตุผลที่ระบบส่งจ่ายไฟฟ้าแห่งชาติเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการถ่ายโอนพลังงาน โดยใช้ P = VI และกำลังไฟฟ้าที่สูญเสียในสายเคเบิล P = I^2 R

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    เลข National Grid 国家电网 transfers electrical energy from power stations to consumers through cables and transformers.

    System-level route: power station, step-up transformer, transmission cables, step-down transformer, consumers.
    Arrows show the system's energy-transfer route, not individual circuit wires.

    A step-up transformer 升压变压器 raises the pd before transmission. For the same power entering the line, a higher sending-end pd means a smaller current: $I=P_{\text{in}}/V$. With the same cable resistance, heating loss $P_{\text{loss}}=I^2R$ is smaller. More of the input energy reaches consumers, so efficiency increases. Loss is reduced, not eliminated.

    A step-down transformer 降压变压器 lowers the transmission pd for consumers; UK domestic appliances use about 230 V. This is a lower and more suitable value than transmission pd; it can still cause a dangerous electric shock. Transformer construction and operation are taught in topic 4.7; this section explains their system-level roles.

    Actual exam explanation — AQA June 2022 8463/1H Q06.1–06.2. The paper places transformer X before the overhead transmission cables and Y before consumers. X raises pd, reduces current, reduces heating transfer to surroundings and increases transmission efficiency. Y lowers pd to a safer value for consumers. Do not replace the X explanation with only “it is more efficient”: state the physical chain.

    Compare two sending potential differences

    Teacher-written simplified comparison. Hold sending-end input power at 500 kW and total cable resistance at 2.0 Ω. Compare sending-end pd 10 kV with 20 kV. Use a simplified single-line resistive model and ideal transformers; this is not a calculation of the real three-phase UK network. Convert kW and kV to W and V.

    At 10 kV:

    $$\begin{aligned} I_1&=\frac{P_{\text{in}}}{V_1}=\frac{500\,000\ \text{W}}{10\,000\ \text{V}}=50\ \text{A}\\ P_{\text{loss},1}&=I_1^2R=(50\ \text{A})^2\times2.0\ \Omega=5000\ \text{W} \end{aligned}$$

    At 20 kV:

    $$\begin{aligned} I_2&=\frac{P_{\text{in}}}{V_2}=\frac{500\,000\ \text{W}}{20\,000\ \text{V}}=25\ \text{A}\\ P_{\text{loss},2}&=I_2^2R=(25\ \text{A})^2\times2.0\ \Omega=1250\ \text{W} \end{aligned}$$

    Twice the sending pd gives half the current and one quarter of the cable loss. Input power is unchanged; output power increases because less is lost. A current-and-resistance calculation gives the loss, but cannot by itself give efficiency: total input power or energy is also needed.

    Sheet2.7 comparison. At 2000 A through 40 Ω, $P_{\text{loss}}=I^2R=(2000\ \text{A})^2\times40\ \Omega=1.6\times10^8\ \text{W}$. At 500 A through the same resistance, $P_{\text{loss}}=I^2R=(500\ \text{A})^2\times40\ \Omega=1.0\times10^7\ \text{W}$. Current is one quarter, so loss is one sixteenth. Without a stated input, do not claim these losses are a small percentage of the total.

    Actual efficiency calculation — AQA June 2023 8463/1H Q01.5. Input energy is 34.2 GJ and efficiency is 0.992. Use $\eta=E_{\text{useful}}/E_{\text{in}}$ and rearrange before substituting. Both energies use GJ here, so the ratio needs no conversion to J.

    $$E_{\text{useful}}=\eta E_{\text{in}}=0.992\times34.2\ \text{GJ}=33.9264\ \text{GJ}\approx33.9\ \text{GJ}$$

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    National Grid/ˈnæʃənl ɡrɪd/ ระบบส่งกำลังไฟฟ้าแห่งชาติ
    step-up transformer/step ʌp trænsˈfɔːmə/ หม้อแปลงเพิ่มแรงดัน
    step-down transformer/step daʊn trænsˈfɔːmə/ หม้อแปลงลดแรงดัน
    2.8

    Static electricity (physics only)

    หลักสูตร

    ไฟฟ้าสถิต, วิชาฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อความ 4.2.5)

    1. อธิบายการเสียดสีวัสดุฉนวนทำให้อิเล็กตรอนถูกถ่ายโอน ทำให้เกิดประจุที่มีขนาดเท่ากันแต่มีเครื่องหมายตรงข้าม
    2. อธิบายแรงระหว่างวัตถุที่มีประจุ: ประจุเหมือนกันผลักกัน ประจุต่างชนิดกันดูดกัน โดยเป็นแรงที่ไม่สัมผัส
    3. อธิบายการผลิตไฟฟ้าสถิตและการเกิดประกายไฟจากการเสียดสีพื้นผิว
    4. วาดรูปแบบสนามไฟฟ้าของทรงกลมที่มีประจุแยกตัว
    5. อธิบายแนวคิดเรื่องสนามไฟฟ้า以及如何อธิบายแรงที่ไม่สัมผัสระหว่างประจุและการเกิดประกายไฟ

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    When two insulating materials are rubbed together, อิเล็กตรอน — negative charges — are rubbed off one and onto the other:

    • the material gaining electrons becomes negatively charged;
    • the material losing electrons is left with an equal positive charge.

    Charged objects exert forces without contact: like charges repel; unlike charges attract — a non-contact force. A large potential difference can create a strong electric field 电场 across a small air gap. If the field is strong enough, the air becomes conducting (electrical breakdown), and charge flows briefly across the gap as a spark. An earthed conductor can receive a spark; earthing does not remove a nearby high-voltage source.

    A charged object creates an electric field around itself: a region where another charge feels a force.

    Charging by rubbing transfers electrons; a positive sphere has a radial field. Electrons move; the field tells the force. The field is strongest close to the object and weaker further away.

    You must draw the field pattern for an isolated charged sphere: straight radial lines pointing away from a positive charge (or towards a negative one), spaced wider as they get further from the sphere.

    Link the explanation to real exam questions

    AQA June2022 8463/1H Q05.1: electrons move from cloth to rod; electrons are negative, so the cloth is left with excess positive charge. Do not describe positive charge transferring. Q05.4: the large pd can cause air breakdown; electrons flow through the air from the negative rod to the earthed conductor.

    AQA June2024 8463/1H Q04.1–04.3: electrons transfer to the student, her hairs gain the same negative charge, and like charges repel. The electric field is a region where another charged object experiences a force; its strength decreases with distance.

    Q04.4: a spark transfers 0.60 J with 2.0 microcoulombs of charge. Convert $Q=2.0\times10^{-6}\ \mathrm{C}$. Choose $E=QV$ and rearrange:

    $$V=E/Q=0.60\ \mathrm{J}/(2.0\times10^{-6}\ \mathrm{C})=3.0\times10^5\ \mathrm{V}$$

    Neutral-object extension for sheet2.8. A charged rod can attract neutral paper because it slightly separates positive and negative charge within the paper. The nearer opposite charges feel stronger attraction than the repulsion of the further like charges. In an insulating wall, bound charges shift slightly; do not assume electrons flow freely through it. Attraction alone does not prove opposite net charges. In the sheet's rod question, all rods are stated to be charged, so the unlike-charge rule applies.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    electric field/ɪˈlektrɪk fiːld/ สนามไฟฟ้า
    2.8

    Checklist before you call this topic done

    • Draw the standard symbols; place ammeters in series, voltmeters in parallel.
    • Use $Q = It$, $V = IR$, $P = VI$, $P = I^2R$, $E = Pt$, $E = QV$ — chosen from the words of the question.
    • Describe RP3: $R \propto L$, controls, intercept and heating checks; RP4: circuits and I–V shapes.
    • State series/parallel current, pd and resistance rules; explain the resistance trends.
    • Recall mains: 230 V, 50 Hz, ac; wire colours and jobs; explain live-wire dangers.
    • Explain the National Grid's efficiency with $P = I^2R$.
    • (physics only) Explain charging by friction with electrons, and draw the radial field of a charged sphere.
  • 3

    Particle model of matter

    3.1

    The particle model: matter from the inside

    Why does a metal spoon sink while a huge ship floats? Why does sweat cool you down? Both answers live in the particle model. This reference covers AQA GCSE Physics 8463, topic 4.3 Particle model of matter.

    How the exam treats this topic:

    • Paper 1 (4.1–4.4) carries this topic. Practise choosing and rearranging $\rho = m/V$, $\Delta E = mc\Delta\theta$, $E = mL$ และ $pV = \text{constant}$. Use the Physics Equations Sheet supplied for your examination series when one is provided.
    • Pressure in gases and doing work on a gas are physics only (work on a gas also Higher Tier).
    • You must interpret heating and cooling graphs that include changes of state.
    • You must distinguish specific heat capacity from specific latent heat in words and in calculations.
    3.1

    Density of materials

    หลักสูตร

    ความหนาแน่นของวัสดุ (AQA 8463 ข้อความ 4.3.1.1)

    1. ใช้ความหนาแน่น = มวล / ปริมาตร พร้อมหน่วย kg/m3 และ g/cm3并进行การแปลงระหว่างหน่วย
    2. ใช้แบบจำลองอนุภาคเพื่ออธิบายสถานะต่างๆ ของสสารและความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างสถานะเหล่านั้น
    3. ชำนาญและวาดแผนภาพง่ายๆ ที่แสดงโมเดลของของแข็ง ของเหลว และแก๊ส
    4. การทดลองปฏิบัติที่จำเป็น 5: หาความหนาแน่นของวัตถุแข็งรูปทรงเรขาคณิตและไม่規則以及ของเหลว โดยใช้ขนาดทางเรขาคณิต ตวงชั่ง และเทคนิคการแทนที่

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    $$\rho = \frac{m}{V}$$
    • $\rho$ ความหนาแน่น 密度 in kg/m³; $m$ mass in kg; $V$ volume in m³.
    • Use consistent units. To express a result in kg/m³, convert g/cm³. $1\ \text{g/cm}^3 = 1000\ \text{kg/m}^3$ (multiply by 1000: a cm³ is a millionth of a m³ and a gram is a thousandth of a kg).

    The particle model explains the states of matter:

    The particle arrangement in a solid, a liquid and a gas.
    Pattern, contact, spacing.
    สถานะ การจัดวาง การเคลื่อนที่
    ของแข็ง close, regular vibrate about fixed positions
    ของเหลว close, irregular move past each other
    แก๊ส far apart random; straight paths between collisions
    • Solids and liquids have similar densities because their particles are similarly packed; a gas is mostly empty space.
    • Ice is unusual: water expands on freezing, so ice is slightly less dense than water.

    Worked example. A ring has mass 9.46 g and volume 0.44 cm³. Find its density in kg/m³.

    • Convert both first: $m = 9.46\ \text{g} = 9.46\times10^{-3}\ \text{kg}$; $V = 0.44\ \text{cm}^3 = 4.4\times10^{-7}\ \text{m}^3$.
      $$\rho = \frac{m}{V} = \frac{9.46\times 10^{-3}\ \text{kg}}{4.4\times 10^{-7}\ \text{m}^3} = 21\,500\ \text{kg/m}^3$$

    Actual exam demands: density

    AQA June 2025 8463/1H Q01.3: 824000 kg of seawater passes a turbine each second; density is 1030 kg/m³. Choose $\rho=m/V$, then rearrange:

    $$V=m/\rho=824000\ \mathrm{kg}/(1030\ \mathrm{kg/m^3})=800\ \mathrm{m^3}$$
    This is the volume passing in each second. AQA June 2024 Q07.5 reverses the ring example: given density 21500 kg/m³ and volume 0.44 cm³, calculate mass. Convert the volume, then use $m=\rho V=21500\ \mathrm{kg/m^3}\times4.4\times10^{-7}\ \mathrm{m^3}=0.00946\ \mathrm{kg}$.

    Teacher-written liquid example. The empty cylinder is 42 g; cylinder plus 60 cm³ of liquid is 90 g. Subtract $m=90\ \mathrm{g}-42\ \mathrm{g}=48\ \mathrm{g}$, then $\rho=m/V=48\ \mathrm{g}/60\ \mathrm{cm^3}=0.80\ \mathrm{g/cm^3}$.

    Required practical 5: density

    Measuring density: a rectangular block measured with a ruler, and an irregular object lowered into a displacement (eureka) can.
    Regular shapes from dimensions; irregular shapes by displacement.
    • Regular solid: measure length, width and thickness with a ruler (or micrometer/Vernier callipers), multiply for $V$; find $m$ on a balance; $\rho = m/V$.
    • Irregular solid: fill a displacement (eureka) can to the spout, wait for dripping to stop, lower the object in on thin string; the volume of water collected in a measuring cylinder equals the object's volume.
    • ของเหลว: find the mass of an empty measuring cylinder, then the mass with a known volume inside; subtract for $m$.
    • Accuracy points: read the measuring cylinder at eye level on a flat surface (avoid parallax); use thin string so it displaces almost no water; repeat and average.

    AQA June 2022 8463/1H Q02.1–02.4: describe a complete rock-density method, then interpret $2.55\pm0.10$g/cm³ as the interval 2.45–2.65 g/cm³. Repeated readings allow a mean and reduce random-error effects; they do not remove a systematic calibration error. In a cylinder-displacement method, subtract initial volume from final volume, fully submerge the rock and avoid trapped bubbles.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    density/ˈdensɪti/ ความหนาแน่น
    3.2

    Changes of state and internal energy

    หลักสูตร

    การเปลี่ยนสถานะและพลังงานภายใน (AQA 8463 ข้อความ 4.3.1.2-4.3.2.1)

    1. อธิบายการหลอมเหลว การแข็งตัว การเดือด การระเหย การควบแน่น และการระเหิด และระบุว่ามวลคงที่
    2. อธิบายว่าการเปลี่ยนสถานะเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพซึ่งสามารถคืนคุณสมบัติเดิมได้เมื่อกลับด้าน
    3. นิยามพลังงานภายในว่าเป็นผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของอนุภาคทั้งหมดในระบบ
    4. อธิบายว่าการให้ความร้อนอาจทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นหรือทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะ

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    When a substance melts, freezes, boils, evaporates, condenses or sublimates 升华:

    • มวลถูกอนุรักษ์ไว้ in a closed system: the number of particles does not change. If vapour leaves an open container, the remaining material loses mass, but the total including the escaped vapour is conserved.
    • Changes of state are physical changes 物理变化: reverse the change and the material recovers its original properties. (A chemical change makes new substances; melting does not.)

    พลังงานภายใน 内能 is the total kinetic and potential energy of all the particles that make up a system. Heating a system increases the particles' energy, and that energy goes one of two ways:

    1. it raises the temperature — the particles' kinetic energy grows;
    2. it produces melting or boiling — the particles' potential energy increases as their arrangement changes. For a pure substance changing state at constant pressure, temperature stays constant. During freezing or condensation, energy is released and potential energy decreases.
    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    internal energy/ɪnˈtɜːnl ˈenədʒi/ พลังงานภายใน
    physical changes/ˈfɪzɪkl ˈtʃeɪndʒɪz/ การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ
    sublimates/ˈsʌblɪmeɪts/ การระเหิด
    3.3

    Specific heat capacity and temperature changes

    หลักสูตร

    ความจุความร้อนจำเพาะและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (AQA 8463 ข้อstatement 4.3.2.2)

    1. ใช้สมการ dE = m c d(θ) สำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ โดยค่า c ถูกตีความต่อหนึ่งกิโลกรัมต่อองศาเซลเซียส
    2. ตีความความจุความร้อนจำเพาะในเชิงอนุภาค
    3. แก้โจทย์หาค่าพลังงาน มวล ความจุความร้อนจำเพาะ หรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ พร้อมแปลงหน่วย

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    While the temperature changes, the energy needed follows (also met in topic 1):

    $$\Delta E = m\,c\,\Delta\theta$$

    Specific heat capacity 比热容 $c$ (J/kg °C) is the energy needed to raise the temperature of one kilogram by one degree Celsius.

    Worked example. 0.030 kg of olive oil ($c = 1800$ J/kg °C) warms from 21 °C to 96 °C.

    • Temperature change first: $\Delta\theta = 96 - 21 = 75$ °C.
      $$\Delta E = mc\Delta\theta = 0.030 \times 1800 \times 75 = 4050\ \text{J}$$

    Teacher-written heating-pad example. A 0.20 kg pad with $c=900\ \mathrm{J/(kg\,{}^{\circ}C)}$ warms from 22 °C to 46 °C. First find $\Delta\theta=46-22=24\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, then:

    $$\Delta E=mc\Delta\theta=0.20\ \mathrm{kg}\times 900\ \mathrm{J/(kg\,{}^{\circ}C)}\times 24\,{}^{\circ}\mathrm{C}=4320\ \mathrm{J}$$

    The RP1 method, error analysis and percentage-difference work are covered on sheet 1.3 — the same equation, the same practical.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    specific heat capacity/spəˈsɪfɪk hiːt kəˈpæsɪti/ ความร้อนจำเพาะ
    3.4

    Specific latent heat and heating graphs

    หลักสูตร

    ความร้อนแฝงจำเพาะและกราฟการให้ความร้อน (AQA 8463 ข้อstatement 4.3.2.3)

    1. ใช้สูตรพลังงานสำหรับการเปลี่ยนสถานะ = มวล × ความร้อนแฝงจำเพาะ (E = mL)
    2. นิยามความร้อนแฝงจำเพาะและแยกแยะระหว่างความร้อนแฝงในการหลอมเหลวและความร้อนแฝงในการระเหย
    3. ตีความกราฟการให้ความร้อนและการทำความเย็นซึ่งมีการเปลี่ยนสถานะ
    4. แยกแยะความจุความร้อนจำเพาะจากความร้อนแฝงจำเพาะ

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    For a pure substance melting or boiling at constant pressure, temperature remains constant while energy enters. Freezing and condensation release energy at constant temperature under the same conditions. The energy needed is called ความร้อนแฝง 潜热:

    $$E = mL$$
    • $E$ energy for the change of state in J; $m$ mass that changes state in kg; $L$ specific latent heat 比潜热 in J/kg.
    • ความร้อนแฝงจำเพาะ is the energy needed to change the state of one kilogram of a substance with no change of temperature.
    • Fusion 熔化: solid to liquid. Vaporisation 汽化: liquid to vapour. These are different changes, with different values of $L$. For water, the specific latent heat of vaporisation is much greater than that of fusion; use the value for the stated material and change.
    A teacher-written heating graph for a generic pure substance at constant pressure and constant net heating power.
    A and C warm single phases; B is melting; D is boiling; E warms the gas. The temperatures are for this generic substance, not water.

    Reading the graph:

    • Rising sections: energy goes into kinetic energy — the temperature climbs ($\Delta E = mc\Delta\theta$).
    • Flat sections: energy goes into potential energy — the state is changing ($E = mL$). For the same material, change of state and constant net heating power, a longer plateau means more mass changed state. If $L$ or heating power differs, time alone does not identify the mass.
    • Cooling has the reverse sequence of state changes: flat while a pure substance freezes or condenses at constant pressure, releasing latent heat. Rates and durations need not mirror the heating graph.

    Distinguishing the two: specific heat capacity involves a temperature change; specific latent heat involves a change of state at constant temperature.

    Teacher-written worked example. A 30 W heater runs for 11 minutes and boils off $6.6\times10^{-3}$ kg of water already at its boiling point. Estimate $L$ assuming all heater energy reaches the boiling water, then explain the effect of heat loss.

    • Convert: $E = Pt = 30\ \text{W} \times 660\ \text{s} = 19\,800$ J.
      $$L = \frac{E}{m} = \frac{19\,800\ \text{J}}{6.6\times 10^{-3}\ \text{kg}} = 3.0\times 10^6\ \text{J/kg}$$

    Actual exam demands: boiling and energy accounting

    AQA June 2025 8463/1H Q08.1–08.2: 9950 J boils 50 g of nitrogen at its boiling point. Convert $m=0.050\ \mathrm{kg}$, choose $E=mL$ and rearrange:

    $$L=E/m=9950\ \mathrm{J}/0.050\ \mathrm{kg}=199000\ \mathrm{J/kg}$$
    During boiling, potential energy increases while average kinetic energy and temperature remain constant; internal energy increases.

    AQA June 2022 Q08.3–08.5: beaker-and-water mass falls from 0.080 kg to 0.071 kg while the heater transfers 25200 J. The evaporated mass is 0.009 kg, so $L=E/m=25200\ \mathrm{J}/0.009\ \mathrm{kg}=2.8\times10^6\ \mathrm{J/kg}$. Heat transferred to the surroundings makes the heater-energy estimate of $L$ too high. Conversely, including water lost before boiling overstates the mass associated with the measured boiling energy and makes the estimate too low. Identify which measured quantity is biased before predicting the result.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    latent heat/ˈleɪtənt hiːt/ ความร้อนแฝง
    specific latent heat/spəˈsɪfɪk ˈleɪtənt hiːt/ ความร้อนแฝงจำเพาะ
    Fusion/ˈfjuːʒn/ การหลอมเหลว
    Vaporisation/ˌveɪpəraɪˈzeɪʃn/ การระเหย
    3.5

    Particle motion in gases

    หลักสูตร

    การเคลื่อนที่ของอนุภาคในแก๊ส (AQA 8463 ข้อstatement 4.3.3.1)

    1. อธิบายโมเลกุลของแก๊สว่ามีการเคลื่อนที่แบบสุ่มตลอดเวลา
    2. เชื่อมโยงอุณหภูมิของแก๊สกับพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุล
    3. อธิบายความดันของแก๊สในเชิงการชนกับผนังภาชนะ
    4. อธิบายโดยสังเขปว่าความดันของแก๊สที่มีปริมาตรคงที่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิอย่างไร

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    The molecules of a gas are in constant random motion. Its temperature is related to the average kinetic energy of the molecules: hotter gas, faster particles.

    Explain gas pressure using the particle model:

    Gas molecules colliding with the container walls make pressure; compressing the gas raises it.
    The force on the wall is perpendicular to it; molecules can approach obliquely.
    1. the moving molecules collide with the container walls;
    2. each collision exerts a force at right angles to the wall;
    3. pressure is force per unit area — the total of many tiny collisions spread over the wall.

    Temperature up (constant volume) → pressure up: the molecules move faster on average, so they hit the walls more often และ harder (larger force each impact), so the force per unit area rises.

    Actual explanation — AQA June 2025 8463/1H Q08.3: after the nitrogen has boiled, its gas temperature rises in the sealed fixed-volume container. Mean kinetic energy and mean speed increase; collisions exert greater force and occur more frequently, so pressure increases. State the fixed-volume condition.

    3.6

    Pressure in gases (physics only)

    หลักสูตร

    ความดันในแก๊สและงานที่ทำต่อแก๊ส, วิชาฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อstatement 4.3.3.2-4.3.3.3)

    1. ใช้ความสัมพันธ์ ความดัน × ปริมาตร = ค่าคงที่ สำหรับมวลแก๊สคงที่ที่อุณหภูมิคงที่
    2. คำนวณความดันหรือปริมาตรใหม่เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอย่างใดอย่างหนึ่ง
    3. ใช้โมเดลอนุภาคเพื่ออธิบายว่าเมื่อเพิ่มปริมาตรของแก๊สแล้ว จะทำให้ความดันลดลงได้อย่างไร
    4. (เฉพาะ HT) อธิบายว่าการกระทำต่อแก๊สสามารถเพิ่มพลังงานภายในและทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นได้อย่างไร เช่น ในเครื่องสูบลมจักรยาน

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    A gas can be compressed or expanded by pressure changes. For a fixed mass of gas at constant temperature:

    $$pV = \text{constant}$$
    • $p$ pressure in pascals, Pa; $V$ volume in m³.
    • Before/after form: $p_1V_1 = p_2V_2$.

    The particle explanation of each direction:

    • Volume up → pressure down (constant temperature): at the same average speed, molecules collide with each unit area of wall less frequently, so force per unit area falls.
    • Volume down → pressure up: at the same average speed, molecules collide with each unit area of wall more frequently, so force per unit area rises.

    Worked example. A syringe holds 50 cm³ of air at 100 kPa. It is compressed to 20 cm³ at constant temperature.

    • Convert or keep consistent: volumes in cm³ cancel; pressures must be consistent.
      $$p_1V_1=p_2V_2\quad\Rightarrow\quad p_2=\frac{p_1V_1}{V_2}$$
      $$p_2=\frac{p_1V_1}{V_2}=\frac{100\ \text{kPa}\times50\ \text{cm}^3}{20\ \text{cm}^3}=250\ \text{kPa}$$
    3.6

    Doing work on a gas (physics only, Higher Tier)

    หลักสูตร

    ความดันในแก๊สและงานที่ทำต่อแก๊ส, วิชาฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อstatement 4.3.3.2-4.3.3.3)

    1. ใช้ความสัมพันธ์ ความดัน × ปริมาตร = ค่าคงที่ สำหรับมวลแก๊สคงที่ที่อุณหภูมิคงที่
    2. คำนวณความดันหรือปริมาตรใหม่เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอย่างใดอย่างหนึ่ง
    3. ใช้โมเดลอนุภาคเพื่ออธิบายว่าเมื่อเพิ่มปริมาตรของแก๊สแล้ว จะทำให้ความดันลดลงได้อย่างไร
    4. (เฉพาะ HT) อธิบายว่าการกระทำต่อแก๊สสามารถเพิ่มพลังงานภายในและทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นได้อย่างไร เช่น ในเครื่องสูบลมจักรยาน

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Work is the transfer of energy by a force. In a rapid compression with little heat transfer to the surroundings, work done on the gas increases its internal energy and can raise its temperature.

    The credited chain (bicycle pump): pushing the pump's handle does work on the trapped gas → energy is transferred to the gas's particles → their average kinetic energy rises → the temperature of the gas increases (the pump feels warm).

    A gas doing work on its surroundings can cool if energy is not replaced by heating. Compression or expansion does not always change temperature: sufficiently slow changes with heat exchange can be approximately isothermal. Do not apply $pV=\text{constant}$ to a rapid compression that heats the gas unless constant temperature is stated or justified.

    3.6

    Checklist before you call this topic done

    • Convert g/cm³ to kg/m³, and cm³ to m³, before using $\rho = m/V$.
    • Describe RP5 for regular solids, displacement and liquids, with accuracy points.
    • State that mass is conserved in changes of state and that they are physical changes.
    • Define internal energy as total kinetic plus potential energy of the particles.
    • Choose between $\Delta E = mc\Delta\theta$ (temperature changes) and $E = mL$ (state changes).
    • Read heating graphs: rising = kinetic energy, plateau = latent heat.
    • Explain gas pressure from wall collisions; use $pV =$ constant with consistent units.
    • (physics only, HT) Explain why doing work on a gas raises its temperature.
  • 4

    โครงสร้างอะตอม

    4.1

    Atomic structure: the unstable nucleus

    Radioactivity is over a century old, yet it still treats cancer, powers grids and demands strict safety rules. This reference covers AQA GCSE Physics 8463, topic 4.4 Atomic structure.

    How the exam treats this topic:

    • Paper 1 (4.1–4.4) carries this topic. Equation-sheet support depends on the examination series. Practise notation, balanced equations, graphs and explanations as well as calculations.
    • Background radiation, half-life hazards, uses and fission/fusion are physics only.
    • Net-decline ratios after several half-lives are Higher Tier.
    • You must write balanced nuclear equations for single alpha and beta decay (balance atomic numbers and mass numbers; daughter naming not required).
    4.1

    The structure of an atom; isotopes

    หลักสูตร

    โครงสร้างของอะตอม; เลขมวลและไอโซโทป (AQA 8463 ข้อstatement 4.4.1.1-4.4.1.2)

    1. อธิบายโครงสร้างของอะตอมว่าเป็นนิวเคลียสที่มีประจุบวกประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่างๆ
    2. ทบทวนลำดับขนาดของรัศมีอะตอม และระบุว่านิวเคลียสมีขนาดเล็กกว่า 1/10 000 ของรัศมีนั้น โดยรวมมวลส่วนใหญ่ไว้ภายใน
    3. ใช้เลขอะตอมและเลขมวลในการหาจำนวนโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน
    4. นิยามไอโซโทปว่าเป็นอะตอมของธาตุเดียวกันแต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน และอธิบายไอออนบวกว่าเป็นอะตอมที่สูญเสียอิเล็กตรอนชั้นนอกออกไปแล้ว

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    An atom is very small: radius about $1\times10^{-10}$ m. Its structure:

    An atom: a small positive nucleus of protons and neutrons, with electrons in energy levels.
    • นิวเคลียส: positively charged, with protons and neutrons; most of the atom's mass, but a radius less than 1/10 000 of the atom's.
    • Electrons: negative, arranged in energy levels. Absorbing electromagnetic radiation moves an electron to a higher level, further from the nucleus; emission moves it to a lower level, closer.

    Notation: $\ ^{A}_{Z}X$ where $Z$ = atomic number (protons) and $A$ = mass number (protons + neutrons). In a neutral atom, electrons = protons; atoms have no overall charge.

    • ไอโซโทป 同位素: atoms of the same element (same $Z$) with different numbers of neutrons (different $A$).
    • Neutrons in the nucleus = $A - Z$.
    • Atoms that lose one or more outer electrons become ไอออนบวก.

    Worked example. Carbon-14: $\ ^{14}_{6}\text{C}$.

    • Protons = 6; electrons = 6 (neutral); neutrons = $14 - 6 = 8$.
    • Carbon-12 has 6 neutrons — same element, different neutrons: isotopes.
    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    isotopes/ˈaɪsətəʊps/ ไอโซโทป
    4.2

    The development of the model of the atom

    หลักสูตร

    การพัฒนาโมเดลของอะตอม (AQA 8463 ข้อstatement 4.4.1.3)

    1. อธิบายลำดับการเปลี่ยนแปลง: spheres ที่ไม่แบ่งแยกได้, โมเดลพุดดิ้งลูกเกด, โมเดลนิวเคลียส, วงโคจรของบอร์, โปรตอน, นิวตรอน
    2. อธิบายว่าทำไมหลักฐานจากการกระเจิงอัลฟาจึงนำไปสู่การเสนอโมเดลนิวเคลียส
    3. อธิบายความแตกต่างระหว่างโมเดลพุดดิ้งลูกเกดกับโมเดลนิวเคลียส

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    New experimental evidence can change or replace a scientific model:

    Alpha scattering: most particles pass through; a few rebound from a tiny dense nucleus.
    1. Before the electron's discovery: atoms were tiny spheres that could not be divided.
    2. Electron discovered → the plum pudding model: a ball of positive charge with negative electrons embedded in it.
    3. Alpha scattering (Rutherford): most alpha particles passed straight through, a few bounced back → the mass and positive charge must be concentrated in a tiny centre → the nuclear model replaced the plum pudding model.
    4. Bohr adapted it: electrons orbit at specific distances; his calculations agreed with observations.
    5. Further work showed the positive charge comes in whole-number units — the โปรตอน; Chadwick's experiments (about 20 years later) proved the นิวตรอน.

    Explain the evidence that changed the model: if the pudding were right, alpha particles should all pass through with small deflections (B1); some bounced almost straight back (B1), which is only possible if the mass and positive charge sit in a tiny, dense, positive nucleus (B1).

    4.3

    Radioactive decay and nuclear radiation

    หลักสูตร

    การสลายตัวทางรังสีและรังสีนิวเคลียร์ (AQA 8463 ข้อstatement 4.4.2.1)

    1. อธิบายการสลายตัวทางรังสีเป็นกระบวนการสุ่มที่นิวเคลียสที่ไม่เสถียรปล่อยรังสีออกมา
    2. นิยามกิจกรรม (เบคเคอเรล) และอัตราการนับ
    3. บอกลักษณะของรังสีอัลฟา เบตา กามมา และนิวตรอน รวมถึงความสามารถในการทะลุผ่าน ช่วงในอากาศ และอำนาจการไอออไนซ์
    4. นำคุณสมบัติไปใช้เลือกแหล่งกำเนิดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานที่กำหนดให้

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Some nuclei are unstable. They give out radiation as they change to become more stable — a random process called radioactive decay 放射性衰变.

    • Activity 放射性活度: the rate at which a source decays; unit becquerel 贝克勒尔 (Bq).
    • Count-rate 计数率: detector counts per second, after allowing for background where needed. A detector usually records only some emissions: its count rate is not automatically the source activity in Bq.
    Radiation Identity Ionising power Shielding
    alpha α helium nucleus ดี (Strong) paper / skin
    beta β fast electron ตัวกลาง mm of aluminium
    gamma γ EM radiation อ่อนแอ (Weak) thick lead reduces it

    Alpha contains two protons and two neutrons and travels only a few centimetres in air. Beta is emitted when a neutron changes into a proton; its range in air is longer. Gamma has the greatest range of these three and is reduced, not completely stopped, by thick lead or concrete. A nucleus can also emit a neutron; detailed neutron properties are not required here.

    Choose a source for a use by matching these properties: alpha for ionisation smoke alarms (smoke reduces the ionisation current); beta for thickness control (partly absorbed by the sheet); gamma for tracers (escapes the body) and sterilising (penetrates packaging and damages microorganisms). A sealed source reduces contamination risk; it does not justify ignoring handling precautions.

    Penetration: alpha stopped by paper, beta by aluminium, gamma reduced by thick lead.

    Activity from a graph. On a graph of the number of undecayed nuclei against time, draw a tangent at the stated time. Its downward gradient is the rate of decrease in the number of nuclei; activity is the positive magnitude, in Bq. Read two widely separated points on the tangent, not two arbitrary points on the curve.

    Teacher-written example: estimate activity from a tangent at 100 s.

    Worked example (teacher-written). The approximate tangent passes through $(0\ \text{s},68000)$ และ $(200\ \text{s},12000)$.

    $$\text{activity} = \frac{\text{decrease in number of nuclei}}{\text{time interval}} = \frac{68000-12000}{200\ \text{s}-0\ \text{s}} = 280\ \text{Bq}$$
    This is an estimate from a drawn tangent. AQA June 2024 8463/1H Q09.5 requires the same method on its own graph at 300 s; its official answer is $7.1\times10^{20}$ Bq. Those are different graphs and data.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    radioactive decay/ˌreɪdɪəʊˈæktɪv dɪˈkeɪ/ การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี
    Activity/ækˈtɪvɪti/ ความ सकตัว
    becquerel/ˈbekwərəl/ เบคเคอเรล
    Count-rate/kaʊnt reɪt/ อัตราการนับ
    4.4

    Nuclear equations

    หลักสูตร

    สมการนิวเคลียร์ ครึ่งชีวิต และความสุ่มของการสลายตัว (AQA 8463 ข้อstatement 4.4.2.2-4.4.2.3)

    1. เขียนสมการนิวเคลียร์ที่สมดุลสำหรับการสลายตัวแบบอัลฟาและเบตาเดี่ยว โดยปรับเลขอะตอมและเลขมวลให้เท่ากันทั้งสองข้าง
    2. นิยามครึ่งชีวิตว่าเป็นเวลาที่จำนวนนิวเคลียสหรืออัตราการนับจะลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของค่าเริ่มต้น
    3. หาครึ่งอายุจากข้อมูลที่กำหนดให้หรือจากกราฟ
    4. (เฉพาะ HT) คำนวณการลดลงสุทธิในรูปของอัตราส่วน หลังผ่านจำนวนครึ่งอายุที่กำหนดให้

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    ความสมดุล mass numbers (top) and atomic numbers (bottom) on both sides:

    • Alpha decay: the nucleus loses 4 from the top and 2 from the bottom.
      $$^{238}_{\ 92}\text{U} \rightarrow\ ^{234}_{\ 90}\text{Th} +\ ^{4}_{2}\text{He}$$
    • Beta decay: a neutron turns into a proton; mass number ไม่เปลี่ยนแปลง, atomic number +1; the beta particle is $\ ^{0}_{-1}\text{e}$.
      $$^{14}_{\ 6}\text{C} \rightarrow\ ^{14}_{\ 7}\text{N} +\ ^{0}_{-1}\text{e}$$
    • Gamma emission: changes neither number.

    Worked example. Polonium-210 decays by alpha emission. Write the equation.

    • Alpha removes 4 and 2: $A: 210 - 4 = 206$; $Z: 84 - 2 = 82$.
      $$^{210}_{\ 84}\text{Po} \rightarrow\ ^{206}_{\ 82}\text{X} +\ ^{4}_{2}\text{He}$$
    • Check both rows balance ✓ (the daughter's name is not required).
    4.4

    Half-lives and the random nature of decay

    หลักสูตร

    สมการนิวเคลียร์ ครึ่งชีวิต และความสุ่มของการสลายตัว (AQA 8463 ข้อstatement 4.4.2.2-4.4.2.3)

    1. เขียนสมการนิวเคลียร์ที่สมดุลสำหรับการสลายตัวแบบอัลฟาและเบตาเดี่ยว โดยปรับเลขอะตอมและเลขมวลให้เท่ากันทั้งสองข้าง
    2. นิยามครึ่งชีวิตว่าเป็นเวลาที่จำนวนนิวเคลียสหรืออัตราการนับจะลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของค่าเริ่มต้น
    3. หาครึ่งอายุจากข้อมูลที่กำหนดให้หรือจากกราฟ
    4. (เฉพาะ HT) คำนวณการลดลงสุทธิในรูปของอัตราส่วน หลังผ่านจำนวนครึ่งอายุที่กำหนดให้

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Decay is random: it cannot be predicted for any one nucleus; only the average behaviour of many is predictable.

    A decay curve: count rate halves every half-life.

    ครึ่งชีวิต 半衰期: the time for (a) the number of nuclei of the isotope in a sample to halve, or (b) the net count rate / activity to fall to ครึ่งหนึ่ง its initial level. Subtract background from detector readings first and keep the detector geometry unchanged.

    • From a graph: read the time for the count rate to halve — repeat over several halvings and average.
    • After $n$ half-lives, the fraction remaining is $1/2^n$ (HT: express as a ratio).

    Worked example. A sample's activity falls from 800 Bq to 200 Bq in 12 years.

    • Halvings: $800 \to 400 \to 200$ is two halvings.
      $$t_{1/2} = \frac{12\ \text{years}}{2} = 6\ \text{years}$$

    Actual AQA demand, June 2025 8463/1H Q07.4: polonium-210 has a half-life of 138 days. The number of atoms falls from 256 000 to 16 000: four halvings, so the time is $4 \times 138 = 552$ days. Q07.5 compares equal numbers of Po-209 and Po-210 atoms: the longer-lived Po-209 has lower activity. The equal-population condition matters.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    Half-life/hɑːf laɪf/ ครึ่งชีวิต
    4.5

    Radioactive contamination

    หลักสูตร

    Radioactive contamination (AQA 8463 statement 4.4.2.4).

    1. Define radioactive contamination and irradiation, and state that irradiated objects do not become radioactive.
    2. Compare the hazards of contamination and irradiation.
    3. Describe suitable precautions against hazards from radioactive sources.
    4. Explain the importance of publishing and peer-reviewing studies of radiation effects.

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    • Contamination 污染: unwanted radioactive atoms on or inside an object or person. The hazard lasts as long as the atoms are there, decaying on or in the body.
    • Irradiation 辐照: exposing an object to radiation. The irradiated object does not become radioactive.

    Contamination can continue to irradiate tissue while the radioactive atoms remain. Exposure from an external source ends when that source is removed or effectively shielded. Compare the source activity, radiation type, distance, exposure time and whether material is inside the body; contamination is not always the larger dose. External alpha has low penetration and is stopped by skin, but internally its strong ionisation can damage nearby living tissue.

    Precautions: hold sources with tongs, keep them at a ระยะทาง, limit เวลา near them, point them away from people, store in lead-lined boxes. Findings on radiation effects are published and peer-reviewed so they can be checked.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    Contamination/kənˌtæmɪˈneɪʃn/ การปนเปื้อน
    Irradiation/ˌɪreɪdɪˈeɪʃn/ การฉายรังสี
    4.5

    Background radiation (physics only)

    หลักสูตร

    Radioactive contamination (AQA 8463 statement 4.4.2.4).

    1. Define radioactive contamination and irradiation, and state that irradiated objects do not become radioactive.
    2. Compare the hazards of contamination and irradiation.
    3. Describe suitable precautions against hazards from radioactive sources.
    4. Explain the importance of publishing and peer-reviewing studies of radiation effects.

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Background radiation 本底辐射 is around us all the time:

    • natural: rocks (radon gas), cosmic rays from space, food and naturally occurring isotopes in the body;
    • man-made: fallout from weapons testing, nuclear accidents, medical uses.

    Dose depends on occupation and location (high altitude, certain industries). Dose unit: sieverts (1000 mSv = 1 Sv; recall not required).

    Measurements of a sample must subtract the background count-rate first.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    background radiation/ˈbækɡraʊnd ˌreɪdɪˈeɪʃn/ รังสีพื้นหลัง
    4.6

    Half-life hazards and uses of radiation (physics only)

    หลักสูตร

    รังสีพื้นหลัง ครึ่งอายุ ความเสี่ยง และการนำไปใช้ (AQA 8463 ข้อความ 4.4.3.1-4.4.3.3, วิชาฟิสิกส์เท่านั้น)

    1. อธิบายแหล่งกำเนิดรังสีพื้นธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น
    2. ระบุว่าการได้รับรังสีขึ้นอยู่กับอาชีพและสถานที่ รวมถึงการลบค่ารังสีพื้นหลังออกจากผลการวัด
    3. อธิบายว่าอันตรายแตกต่างกันไปตามครึ่งอายุอย่างไร
    4. อธิบายและประเมินการใช้รังสีนิวเคลียร์ในทางการแพทย์เพื่อสำรวจอวัยวะภายในและทำลายเนื้อเยื่อที่ไม่ต้องการ

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Half-life and hazard: for equal numbers of unstable nuclei, a shorter half-life means greater activity. Amount and exposure conditions also matter. A long-lived source may require secure storage for many years. A medical tracer should remain active long enough for the investigation, then decay quickly to reduce further dose. A smoke-alarm source must remain useful for years.

    Medical uses (each = exploration or destruction):

    • Exploration: a gamma-emitting tracer (e.g. technetium-99m) injected so organs show on a scan; gamma escapes the body; a suitable short half-life limits dose after the scan.
    • Destruction: focused gamma beams or implanted sources kill cancer cells (radiotherapy); beta for skin conditions.

    Evaluating risk: compare the dose and consequence of the procedure against the risk of the illness — with numbers from the question.

    4.7

    Nuclear fission and fusion (physics only)

    หลักสูตร

    Nuclear fission and fusion (AQA 8463 statements 4.4.4.1-4.4.4.2, physics only).

    1. Describe nuclear fission: a neutron absorbed by a large unstable nucleus, the products, and the released energy.
    2. Explain chain reactions and the difference between controlled (reactor) and uncontrolled (weapon) versions.
    3. Draw and interpret diagrams representing fission and chain reactions.
    4. Describe nuclear fusion as the joining of two light nuclei with mass converting to radiation energy.

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Fission 核裂变: the splitting of a large, unstable nucleus (uranium-235, plutonium-239).

    Fission: a neutron splits a U-235 nucleus; released neutrons can form a chain reaction.
    • Spontaneous fission is rare: the nucleus usually absorbs a neutron first.
    • It splits into two smaller nuclei of roughly equal size, releasing two or three neutrons และ gamma rays; energy is released and all products carry kinetic energy.
    • The released neutrons can cause further fissions — a chain reaction. A reactor controls it (control rods absorb neutrons); a weapon's explosion is an uncontrolled chain.
    • You must draw or interpret the diagram: neutron in → two fragments + neutrons out → branching chain.

    Fusion 核聚变: two light nuclei join to form a heavier nucleus; some mass converts into the energy of radiation. To join, the positive nuclei must approach closely despite their electrical repulsion. Do not describe fusion as chemical bonding or claim that every fusion system is waste-free.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    fission/ˈfɪʃn/ การแตกตัวของนิวเคลียส
    fusion/ˈfjuːʒn/ การรวมตัวของนิวเคลียส
    4.7

    Checklist before you call this topic done

    • Find protons, neutrons and electrons from $A,Z$; identify isotopes and ions.
    • Explain how experimental evidence changed atomic models.
    • Compare α/β/γ properties and select suitable sources for a use.
    • Balance single alpha/beta equations and check both rows.
    • Find half-life and (HT) net decline; find activity from a tangent gradient.
    • Subtract background; distinguish detector counts from source activity.
    • Compare irradiation/contamination hazards and precautions.
    • (physics only) Explain background, medical uses, half-life choices and fission/fusion.
  • 5

    แรง

    5.1

    Forces: pushes, pulls and their effects

    A bridge, a brake, a bungee cord, a planet in orbit: engineers analyse them all with forces. This reference covers AQA GCSE Physics 8463, topic 4.5 Forces — the largest topic of Paper 2.

    How the exam treats this topic:

    • Paper 2 (4.5–4.8) carries this topic, and it may also draw on energy and electricity ideas. Equation-sheet support depends on the examination series. Practise choosing an equation, rearranging it and using SI units; check the sheet supplied for your examination.
    • Moments, levers and gears and fluid pressure are physics only. Interpreting terminal-velocity graphs is also physics only. Momentum is Higher Tier; collision calculations and changes in momentum are physics only.
    • Free-body diagrams, vector diagrams (scale drawing) and resolution of forces are HT only.
    • Required practicals: RP6 (force–extension of a spring) and RP7 (force and mass effect on acceleration).
    5.1

    Scalars, vectors and forces

    หลักสูตร

    สเกลาร์ เวกเตอร์ แรงสัมผัส และน้ำหนัก (AQA 8463 ข้อความ 4.5.1.1-4.5.1.4)

    1. แยกแยะปริมาณสเกลาร์และเวกเตอร์ พร้อมตัวอย่างของแต่ละประเภท
    2. แสดงเวกเตอร์ด้วยลูกศรที่มีความยาวแทนขนาด
    3. แยกประเภทแรงสัมผัสและแรงไม่สัมผัส พร้อมยกตัวอย่าง
    4. ใช้สูตร น้ำหนัก = มวล × ความเข้มสนามโน้มถ่วง, จำจุดศูนย์กลางของมวล และหน่วยนิวตันมิเตอร์ได้
    5. คำนวณผลรวมของแรงที่กระทำในแนวเดียวกัน; (HT) ใช้แผนภาพวัตถุอิสระ, วิเคราะห์การแยกแรง และหาผลรวมจากแผนภาพมาตราส่วน

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Scalar 标量: magnitude only — distance, speed, mass, energy. Vector 矢量: magnitude และ direction — displacement, velocity, force, weight, momentum. A vector is drawn as an arrow: length = magnitude, direction = direction.

    A แรง is a push or pull from the interaction with another object:

    • contact 接触 forces (touching): friction, air resistance, tension, normal contact force;
    • non-contact 非接触 forces (separated): gravitational, electrostatic, magnetic.

    แรงโน้มถ่วง: น้ำหนัก 重力 is the force on an object due to gravity; it acts at the centre of mass 质心 and is measured with a calibrated spring-balance (newtonmeter):

    $$W = mg$$
    • $W$ weight in N; $m$ mass in kg; $g$ gravitational field strength in N/kg (given, usually 9.8 near Earth).
    • Weight and mass are directly proportional ($W \propto m$).

    แรงลัพธ์ 合力: the single force replacing several forces with the same effect. Collinear: add same-direction forces, subtract opposite ones. (HT) Use free-body diagrams 自由体图 (only the forces on the chosen object), resolve a force into perpendicular components, and find resultants by scale drawing.

    Worked example. A 65 kg person stands on Mars where $g = 3.7$ N/kg.

    $$W = mg = 65 \times 3.7 = 240\ \text{N (2 s.f.)}$$
    HT: add 30 N north and 40 N east using a scale drawing.

    Worked scale drawing (HT; teacher-written). Use 1 cm for 10 N. Draw 4.0 cm east, then 3.0 cm north. The resultant joins the first tail to the last head: 5.0 cm represents 50 N, about 37° north of east. The equilibrant has equal magnitude in the opposite direction.

    Exam demand. AQA June2025 8463/2H Q05.5 uses 240 N upwards and 200 N left. A scale triangle or parallelogram gives about 310 N, 40° left of vertical (official ranges 300–320 N and 38–42°). The diagram, arrow directions and scale are part of the method.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    scalar/ˈskeɪlə/ สเกลาร์
    vector/ˈvektə/ เวกเตอร์
    contact/ˈkɒntækt/ แรงสัมผัส
    non-contact/nɒn ˈkɒntækt/ แรงไม่สัมผัส
    weight/weɪt/ น้ำหนัก
    centre of mass/ˈsentə ɒv mæs/ จุดศูนย์กลางมวล
    resultant force/rɪˈzʌltənt fɔːs/ แรงลัพธ์
    free-body diagrams/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræmz/ แผนภาพแรง
    5.2

    Work done and energy transfer

    หลักสูตร

    งานที่ทำและการถ่ายโอนพลังงาน (AQA 8463 ข้อความ 4.5.2)

    1. ใช้สูตร งานที่ทำ = แรง × ระยะทางที่เคลื่อนที่ตามแนวของแรง
    2. จำได้ว่า 1 จูล = 1 นิวตัน-เมตร และแปลงหน่วยระหว่างสองค่านี้ได้
    3. อธิบายการถ่ายโอนพลังงานเมื่อมีงานทำ รวมถึงการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจากการทำงานต้านแรงเสียดทาน

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    A force does work when it moves its point of application through a distance:

    $$W = Fs$$
    • $W$ work done in J; $F$ force in N; $s$ ระยะทาง moved along the line of action of the force, in m.
    • 1 J = 1 N·m: one joule is the work of one newton over one metre.
    • Work done against friction raises the object's temperature — the energy transfers to thermal stores.

    Worked example. A child pushes a baby walker 2.8 m with a horizontal force of 25 N.

    $$W = Fs = 25\ \text{N} \times 2.8\ \text{m} = 70\ \text{J}$$
    5.3

    Forces and elasticity (RP6)

    หลักสูตร

    แรงและความยืดหยุ่น (AQA 8463 ข้อความ 4.5.3, RP6)

    1. อธิงว่าทำไมต้องอาศัยแรงมากกว่าหนึ่งแรงในการทำให้วัตถุหยุดนิ่งยืด弯曲หรืออัดตัว
    2. แยกแยะความเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นและไม่ยืดหยุ่น
    3. ใช้สูตร แรง = ค่าคงที่สปริง × การยืด และ E = 0.5 k e² เมื่ออยู่ภายใต้ขีดจำกัดของความแปรผันตรง
    4. ตีความข้อมูลและกราฟแรงต่อการยืด; คำนวณค่าคงที่สปริงจากความชันของกราฟ
    5. การปฏิบัติที่ต้องทำ 6: ตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างแรงและการยืดของสปริง

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    More than one force is needed to stretch, bend or compress a stationary object (a single force would just move it). Elastic deformation 弹性形变 is recovered when the forces are removed; inelastic 非弹性 is not.

    Below the limit of proportionality:

    $$F = ke \qquad E_e = \tfrac12 ke^2$$
    • $k$ spring constant in N/m (stiff spring → large $k$); $e$ extension = stretched length − original length (or compression).
    • Work done on the spring = elastic energy stored (if not inelastically deformed).

    Required practical 6: hang masses on a spring, measure extension for each (ruler at eye level), plot force against extension. The linear section's gradient is $k$; beyond the limit of proportionality the line curves. Hooke's-law reasoning: doubling the force doubles the extension only below the limit.

    Force against extension for the sheet 5.3 measurements; use metres for the gradient.

    Worked example (AQA June2025 Q02.7). A force of 4.0 N produces extension 0.064 m. Choose $F=ke$ in the proportional region, then rearrange:

    $$k=\frac{F}{e}=\frac{4.0\ \text{N}}{0.064\ \text{m}}=62.5\ \text{N/m}$$

    A plot of total ความยาว has a non-zero intercept because the unloaded spring has a non-zero length. A curve away from the proportional line means $F$ และ $e$ are no longer proportional; unload the spring to test for permanent deformation. Secure the stand, limit loading, keep the ruler vertical and close, and use a pointer at eye level.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    Elastic/ɪˈlæstɪk/ ยืดหยุ่น
    inelastic/ɪnɪˈlæstɪk/ ไม่ยืดหยุ่น
    5.4

    Moments, levers and gears (physics only)

    หลักสูตร

    โมเมนต์ คานงอ และเฟือง, วิชาฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อความ 4.5.4)

    1. ใช้สูตร โมเมนต์ของแรง = แรง × ระยะตั้งฉากจากจุดหมุน
    2. ใช้หลักการสมดุลของโมเมนต์ตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกา
    3. อธิบายวิธีการส่งต่อผลหมุนของแรงโดยผ่านคานงอและเฟือง

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    $$M = Fd$$
    • $M$ ปัจจุบัน 力矩 in N·m; $d$ is the perpendicular distance from the pivot to the line of action of the force.
    • ความสมดุล: total clockwise moment = total anticlockwise moment.

    Levers และ gears transmit the rotational effect of a force. A longer lever arm produces a larger moment for the same perpendicular force. In an ideal pair of meshed gears, the teeth exert equal forces at the contact: a larger driven gear turns more slowly with a larger moment. The meshed gears turn in opposite directions.

    A 300 N load at 2.0 m balances 150 N at 4.0 m.

    Worked example. Choose the pivot and equate clockwise and anticlockwise moments:

    $$F_Rd_R=F_Ld_L$$
    $$F_R=\frac{F_Ld_L}{d_R}=\frac{300\ \text{N}\times2.0\ \text{m}}{4.0\ \text{m}}=150\ \text{N}$$

    For AQA June2024 Q02.6, convert the perpendicular distance 7.5 cm to 0.075 m: $M=Fd=2.0\ \text{N}\times0.075\ \text{m}=0.15\ \text{N\,m}$. In a pair of meshed gears, the teeth produce a force and moment on the other gear; adjacent gears rotate in opposite directions.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    moment/ˈməʊmənt/ โมเมนต์ของแรง
    5.5

    Pressure and fluids (physics only)

    หลักสูตร

    ความดันและความแตกต่างของความดันในของไหล, วิชาฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อความ 4.5.5)

    1. ใช้สูตร ความดัน = แรงตั้งฉากกับพื้นผิว / พื้นที่ของพื้นผิวนั้น
    2. (HT) ใช้สูตร ความดัน = สูง × ความหนาแน่น × g สำหรับของเหลวในแนวตั้ง
    3. อธิบายแรงลอยตัวและปัจจัยที่ทำให้วัตถุลอยหรือจม
    4. อธิบายว่าทำไมความดันบรรยากาศจึงลดลงตามความสูง

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    $$p = \frac{F}{A} \qquad \text{(HT only)} \qquad p = h\rho g$$
    • $p$ pressure in Pa; $F$ แรง เส้นปกติ to the surface; $A$ area in m².
    • (HT) $h$ column height in m, $\rho$ liquid density in kg/m³. Pressure grows with depth and density.
    • A submerged object feels greater pressure on its bottom than its top → a resultant upthrust 浮力. Floating at rest: upthrust = weight. If weight initially exceeds upthrust, a released object accelerates downwards; a sinking object can later move at constant speed when upthrust plus drag balances its weight.
    • Atmospheric pressure decreases with height: fewer air molecules above a surface as you climb, so less weight of air; the atmosphere gets less dense with altitude.
    Liquid pressure is greater on the bottom of a submerged object than its top.

    Worked example (teacher-written; HT). A 2.0 m water column has density 1000 kg/m³; $g=9.8$ N/kg. Its pressure, additional to that at the free surface, is:

    $$p=h\rho g=2.0\ \text{m}\times1000\ \text{kg/m}^3\times9.8\ \text{N/kg}=19600\ \text{Pa}$$

    Floating at rest requires a complete force balance. A sinking object can reach constant velocity when upthrust + drag = weight; sinking does not always mean downward acceleration.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    upthrust/ˈʌpθrʌst/ แรงลอยตัว
    5.6

    Describing motion along a line

    หลักสูตร

    อธิบายการเคลื่อนที่ตามเส้นตรง (AQA 8463 statement 4.5.6.1)

    1. แยกแยะระหว่างระยะทางกับตำแหน่งสัมพัทธ์ และความเร็วกับโมเมนตัมเชิงเวกเตอร์
    2. จำค่าความเร็วโดยทั่วไปของการเดิน วิ่ง ขี่จักรยาน และเสียงในอากาศ
    3. ใช้ s = vt และความเร็วเฉลี่ย; อ่านกราฟระยะเวลา-เวลาจากความชันด้วย (HT) เส้นสัมผัส
    4. ใช้ a = การเปลี่ยนแปลงความเร็ว / เวลา; ความชันของกราฟความเร็ว-เวลา และ (HT) พื้นที่; v² - u² = 2as
    5. อธิบายการเคลื่อนที่ในสสารไหลจนถึงความเร็วคงที่

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    • ระยะทาง 路程 (scalar): how far. การแทนที่ 位移 (vector): straight-line distance and direction.
    • Speed 速率 (scalar) — typical values: walking ≈ 1.5 m/s, running ≈ 3 m/s, cycling ≈ 6 m/s, sound in air ≈ 330 m/s. ความเร็ว 速度 (vector): speed in a given direction.
    • $s = vt$ (constant speed); average speed = total distance ÷ total time.
    • Distance–time graph: gradient = speed; (HT) a tangent gives instantaneous speed of an accelerating object.
    • ความเร่ง 加速度: $a = \Delta v / t$, in m/s²; deceleration means slowing down. With the initial direction chosen positive, its acceleration is negative. Estimate everyday accelerations.
    • Velocity–time graph: gradient = acceleration; (HT) signed area gives displacement. Add the magnitudes of areas above and below zero to find total distance. If velocity stays positive, area also gives distance.
    • Uniform acceleration: $v^2 - u^2 = 2as$. Free fall near Earth: $a \approx 9.8$ m/s².

    Worked example (graph). A v–t graph rises straight from 0 to 20 m/s in 8 s, then stays flat for 12 s.

    • Acceleration (gradient): $a=\Delta v/\Delta t=(20-0)/8=2.5$ m/s².
    • (HT) Positive-velocity areas: $s=s_1+s_2=\tfrac12\Delta t_1v+v\Delta t_2=\tfrac12\times8\times20+20\times12=320$ m.

    ความเร็วปลาย 末速度: a falling object accelerates (weight > drag 空气阻力); as speed grows, drag grows until resultant force = 0 — constant speed = ความเร็วสูงสุด. Skydiver: fast terminal before the chute, slow after; interpret the v–t curve shape.

    Read the axes: distance–time gradient gives speed; velocity–time gradient gives acceleration.
    Teacher example: drag is less than weight while accelerating down; equal at terminal velocity.

    Worked tangent example (HT; teacher-written). At a chosen instant, a tangent to a distance–time curve passes through (2 s, 3 m) and (6 s, 15 m):

    $$v=\frac{\Delta s}{\Delta t}=\frac{(15-3)\ \text{m}}{(6-2)\ \text{s}}=3.0\ \text{m/s}$$

    This is instantaneous speed at the point of tangency. A chord over a time interval instead gives an average rate.

    Exam demand. AQA June2025 Q05.2 gives mean acceleration 0.64 m/s² from rest for 2.5 minutes. Convert time to 150 s, then:

    $$v=u+a\Delta t=0+0.64\ \text{m/s}^2\times150\ \text{s}=96\ \text{m/s}$$

    Q05.3 needs the linked terminal-velocity explanation: speed rises → drag rises → drag equals weight → resultant and acceleration become zero. On opening a parachute, drag initially exceeds weight: upward acceleration slows the still downward-moving skydiver.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    Distance/ˈdɪstəns/ ระยะทาง
    Displacement/dɪˈspleɪsmənt/ การกระจัด
    Speed/spiːd/ อัตราเร็ว
    Velocity/vəˈlɒsɪti/ ความเร็ว
    Acceleration/əkˌseləˈreɪʃn/ ความเร่ง
    terminal velocity/ˈtɜːmɪnl vəˈlɒsɪti/ ความเร็วปลาย
    drag/dræɡ/ แรงต้านอากาศ
    5.7

    Newton's laws (RP7)

    หลักสูตร

    Forces, accelerations and Newton's laws (AQA 8463 statement 4.5.6.2, RP7).

    1. State and apply Newton's first law, including (HT) inertia.
    2. Use resultant force = mass x acceleration; (HT) inertial mass.
    3. State and apply Newton's third law to equilibrium situations.
    4. Required practical 7: investigate the effect of force on acceleration at constant mass, and mass at constant force.

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    • First law: zero resultant force → stationary stays stationary; moving keeps the same velocity. For motion in a straight line at steady speed, driving force = resistive forces. (HT) Inertia 惯性: the tendency to keep the state of motion.
    • Second law: $a \propto F$, $a \propto 1/m$, so:
    $$F = ma$$

    (HT) Inertial mass = force ÷ acceleration — resistance to change of velocity.

    Required practical 7: trolley on a runway — vary the driving force by transferring masses from the trolley to its hanging holder, keeping the total moving mass constant. For the combined trolley–hanger system, the driving force is the hanger's weight when resistance is negligible or compensated; the string tension on the trolley is a different force. Then keep hanger mass constant and add mass to the trolley. Measure acceleration with light gates; plot $a$ against driving force at fixed total mass, or $a$ ข้าม (Against) $1/m$ where $m$ is total moving mass.

    • Third law: two interacting objects exert equal and opposite forces on each other — same type, opposite directions, on different objects.
    RP7: the combined moving system includes trolley, hanger and all moving loads.

    Worked uncertainty example (AQA June2024 Q05.4). Three accelerations are 1.36, 1.39 and 1.33 m/s². The range is 0.06 m/s²; using half the range, report uncertainty ±0.03 m/s². Repeats reveal spread; a mean reduces random variation but does not remove a common calibration error.

    From rest under uniform acceleration, acceleration can also be found from distance and time: average speed is $s/t$, final speed is twice the average, and acceleration is final speed divided by time. State the rest/uniform-acceleration assumptions.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    Inertia/ɪˈnɜːʃə/ ความเฉื่อย
    5.8

    Forces and braking

    หลักสูตร

    แรงและเบรก (AQA 8463 statement 4.5.6.3)

    1. นิยามระยะหยุดเป็นผลรวมของระยะคิดและระยะเบรก
    2. อธิบายปัจจัยที่มีผลต่อเวลาตอบสนอง; วัดเวลาตอบสนองของมนุษย์
    3. อธิบายว่าความเร็ว สภาพถนน/สภาพอากาศ และสภาพยานพาหนะส่งผลต่อระยะเบรกอย่างไร
    4. อธิบายการเบรกเป็นการทำงานของแรงเสียดทานต่อบันทึกพลังงานจลน์ และอันตรายจากการลดความเร็วอย่างรวดเร็วมาก

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Stopping distance = thinking distance + braking distance.

    • Thinking (reaction) distance = reaction time × speed. Reaction time 0.2–0.9 s typically; affected by tiredness, drugs, alcohol, distractions. Measure it: drop a ruler between a partner's fingers — distance fallen → time from $s = \tfrac12 at^2$ (or electronic timers).
    • ระยะเบรก: grows with speed (for a given braking force); wet or icy roads, worn brakes or tyres lengthen it.
    • Braking physics: friction between brake and wheel does work on the kinetic energy store; the brakes' temperature rises; a higher speed or shorter stop → larger force needed → larger deceleration → overheating brakes, loss of control. (HT) Estimate deceleration forces with $F = ma$.

    Worked example. A 1500 kg car brakes from 30 m/s to rest in 60 m.

    • Choose initial motion positive. From $v^2-u^2=2as$, $a=(v^2-u^2)/(2s)=(0-30^2)/(2\times60)=-7.5$ m/s².
    • Braking-force magnitude: $|F|=m|a|=1500\times7.5=11250\approx11000$ N, opposite the initial motion.
    Thinking distance and braking distance are consecutive parts of the stop.

    Worked exam example (AQA June2025 Q06.3). A 1400 kg car slows uniformly from 18 m/s to rest over 24 m of เบรก. Choose the initial direction positive:

    $$a=\frac{v^2-u^2}{2s}=\frac{0-(18\ \text{m/s})^2}{2\times24\ \text{m}}=-6.75\ \text{m/s}^2$$
    $$F=ma=1400\ \text{kg}\times(-6.75\ \text{m/s}^2)=-9450\ \text{N}$$

    The force has magnitude 9450 N, opposite the initial motion. Do not insert thinking distance into the braking equation.

    5.9

    Momentum (HT; calculations physics only)

    หลักสูตร

    โมเมนตัม, เฉพาะระดับสูง (AQA 8463 statement 4.5.7)

    1. ใช้ โมเมนตัม = มวล × ความเร็ว
    2. ใช้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมในการชนในระบบปิด
    3. ใช้แรง = การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม / เวลา
    4. อธิบายคุณลักษณะด้านความปลอดภัยโดย使用时间ที่นานขึ้นจะลดแรง

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    $$p = mv \qquad F = \frac{m\Delta v}{\Delta t}$$
    • $p$ momentum in kg m/s (a vector); conservation: in a closed system, total momentum before = total momentum after an event (collisions).
    • $F = m\Delta v/\Delta t$: force = rate of change of momentum (this is $F = ma$ restated).
    • Safety features explained by it: air bags, seat belts, crash mats, cycle helmets, cushioned playgrounds — all increase the time over which momentum changes, so $\Delta v/\Delta t$ falls and the force falls.

    Worked example. A 1000 kg car at 20 m/s hits a barrier and stops in 0.25 s.

    • Magnitude of momentum change: $|\Delta p| = m|\Delta v| = 1000 \times 20 = 20\,000$ kg m/s.
    • Mean force magnitude: $|\bar F| = |\Delta p| / \Delta t = 20\,000/0.25 = 80\,000$ N, opposite the motion. With a crumple zone ($\Delta t = 0.50$ s), the mean force magnitude halves to 40 000 N for the same momentum change.

    Worked collision example (sheet 5.9). A 2.0 kg trolley moving right at 3.0 m/s sticks to a stationary 1.0 kg trolley. With negligible external horizontal impulse, take right positive:

    $$p_i=m_Au_A+m_Bu_B=2.0\times3.0+1.0\times0=6.0\ \text{kg\,m/s}$$
    $$v=\frac{p_i}{m_A+m_B}=\frac{6.0\ \text{kg\,m/s}}{3.0\ \text{kg}}=2.0\ \text{m/s}\ \text{right}$$

    Momentum conservation does not require kinetic energy conservation. For a rebound, keep signed velocities: a 0.16 kg ball changes from +12 to −8.0 m/s, so $\Delta p=m(v-u)=-3.2$ kg m/s. Over 0.020 s, mean force is $\bar F=\Delta p/\Delta t=-160$ N (160 N left). The wall experiences the equal, opposite mean force.

    Air-bag explanation (AQA June2025 Q06.2). For the same driver and momentum change, the bag lengthens stopping time, reducing the rate of momentum change and mean force. This reduces injury risk; it does not guarantee a harmless collision.

    5.9

    Checklist before you call this topic done

    • Classify scalar/vector, contact/non-contact; compute $W = mg$; find collinear resultants; (HT) draw free-body and scale-diagram resultants.
    • $W = Fs$ with energy transfer story; $F = ke$, $E_e = \tfrac12 ke^2$; RP6 with gradient = $k$.
    • (physics only) Moments balance; levers and gears trade force for distance; $p = F/A$, (HT) $p = h\rho g$; upthrust and floating; atmospheric pressure vs height.
    • Distance vs displacement; typical speeds; read d–t and v–t graphs (gradient, tangent, area); $v^2 - u^2 = 2as$; terminal velocity story.
    • Newton's three laws with examples; RP7 method and graphs.
    • Stopping distance split; reaction-time measurement; braking energy and deceleration dangers.
    • (HT) $p = mv$, conservation in collisions, $F = m\Delta v/\Delta t$, safety features via longer $\Delta t$.
  • 6

    คลื่น

    6.1

    Waves: energy that travels

    Ripples on a pond, the sound of a voice, the light of a distant star — all are waves carrying energy from a source to an absorber. This reference covers AQA GCSE Physics 8463, topic 4.6 Waves.

    How the exam treats this topic:

    • Paper 2 carries this topic. $T = 1/f$, $v = f\lambda$ and magnification are on the enclosed sheet.
    • Reflection (RP9), sound, detection waves, lenses, visible light and black-body radiation are physics only; sound and detection are also HT only; parts of EM properties are HT only.
    • Required practicals: RP8 (wave speed in a ripple tank and a solid) and RP9 (reflection and refraction, physics only).
    • You must construct ray diagrams for reflection, refraction and lenses.
    6.1

    คลื่นขวางและคลื่นยาว

    หลักสูตร

    คลื่นในอากาศ ของเหลว และของแข็ง (AQA 8463 ข้อความ 4.6.1.1-4.6.1.2, RP8)

    1. อธิบายความแตกต่างระหว่างคลื่นตามขวางและคลื่นตามยาว พร้อมตัวอย่าง
    2. อธิบายหลักฐานที่แสดงว่าคลื่น而非วัสดุ คือสิ่งที่เคลื่อนที่
    3. ใช้แอมพลิจูด ความยาวคลื่น ความถี่ และคาบ; ใช้คาบ = 1/ความถี่ และความเร็วคลื่น = ความถี่ x ความยาวคลื่น
    4. อธิบายวิธีการวัดความเร็วเสียงในอากาศและความเร็วของระลอกน้ำ
    5. การทดลองที่จำเป็น 8: วัดความถี่ ความยาวคลื่น และความเร็วในถังระลอกน้ำและในของแข็ง
    6. (เฉพาะฟิสิกส์) เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว ความถี่ และความยาวคลื่นเมื่อเสียงผ่านจากสสารหนึ่งไปยังอีกสสารหนึ่ง

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    ประเภท Vibration direction ตัวอย่าง
    ตามขวาง 横波 across the travel direction water ripples, all electromagnetic waves
    ตามยาว 纵波 along the travel direction sound in air

    Longitudinal waves show compressions 密部 (particles squashed) and rarefactions 疏部 (particles spread).

    A transverse displacement graph and a longitudinal density pattern.

    Evidence that the wave travels, not the material: a ripple moves across a pond but the water itself just bobs up and down (a ball on the surface stays put); sound reaches you but the air does not travel from source to ear.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    transverse/trænsˈvɜːs/ คลื่นตามขวาง
    longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ คลื่นตามยาว
    compressions/kəmˈpreʃnz/ ส่วนอัด
    rarefactions/ˌreərɪˈfækʃnz/ ส่วนขยาย
    6.1

    Properties of waves and the wave equation

    หลักสูตร

    คลื่นในอากาศ ของเหลว และของแข็ง (AQA 8463 ข้อความ 4.6.1.1-4.6.1.2, RP8)

    1. อธิบายความแตกต่างระหว่างคลื่นตามขวางและคลื่นตามยาว พร้อมตัวอย่าง
    2. อธิบายหลักฐานที่แสดงว่าคลื่น而非วัสดุ คือสิ่งที่เคลื่อนที่
    3. ใช้แอมพลิจูด ความยาวคลื่น ความถี่ และคาบ; ใช้คาบ = 1/ความถี่ และความเร็วคลื่น = ความถี่ x ความยาวคลื่น
    4. อธิบายวิธีการวัดความเร็วเสียงในอากาศและความเร็วของระลอกน้ำ
    5. การทดลองที่จำเป็น 8: วัดความถี่ ความยาวคลื่น และความเร็วในถังระลอกน้ำและในของแข็ง
    6. (เฉพาะฟิสิกส์) เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงของความเร็ว ความถี่ และความยาวคลื่นเมื่อเสียงผ่านจากสสารหนึ่งไปยังอีกสสารหนึ่ง

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    ปริมาณ ความหมาย Unit
    แอมพลิจูด 振幅 maximum displacement from the undisturbed position m
    ความยาวคลื่น 波长 distance from a point on one wave to the equivalent point on the next m
    ความถี่ 频率 number of waves passing a point each second เฮิรตซ์
    รอบ 周期 time for one wave s
    $$T = \frac{1}{f} \qquad v = f\lambda$$
    • Wave speed is the speed at which energy is transferred through the medium.
    • Read amplitude and wavelength straight off a labelled diagram.

    Worked example. A water wave has frequency 2.0 Hz and wavelength 0.35 m.

    $$v = f\lambda = 2.0 \times 0.35 = 0.70\ \text{m/s}$$

    Worked example (kHz and μm). Sound of frequency 4.0 kHz travels at 330 m/s.

    • Convert: $f = 4000$ Hz.
      $$\lambda = \frac{v}{f} = \frac{330}{4000} = 0.0825 \approx 8.3\times10^{-2}\ \text{m}$$

    Measuring wave speeds (RP8)

    RP8: ripple tank with bar motor, lamp and screen.
    • Ripples: darkened ripple tank, straight-bar motor makes continuous waves; photograph/measure the wavelength with a ruler on the screen, count waves passing a point in 10 s for frequency; $v = f\lambda$.
    • Waves in a solid: a vibration generator sends waves along a stretched string; adjust the frequency until a clear whole number of loops appears — measure the length and count loops for $\lambda$; $f$ is read from the signal generator.
    • Speed of sound: stand a known distance from a wall, clap and time the echo for many claps, divide (or use two people with a stopwatch over a large distance; electronic timing is better).

    (Physics only) Sound changing medium: if speed changes, either frequency or wavelength (or both) change with it — $v = f\lambda$ links all three.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ แอมพลิจูด
    wavelength/ˈweɪvleŋθ/ ความยาวคลื่น
    frequency/ˈfriːkwənsi/ ความถี่
    period/ˈpɪərɪəd/ คาบ
    6.2

    Reflection (physics only)

    หลักสูตร

    Reflection, sound and detection waves, physics only (AQA 8463 statements 4.6.1.3-4.6.1.5, RP9).

    1. Construct ray diagrams for reflection at a surface; describe absorption and transmission at interfaces.
    2. Required practical 9: investigate reflection by different surfaces and refraction by different substances.
    3. (HT) Describe sound conversion to vibrations of solids, the ear, and the 20 Hz to 20 kHz human hearing range.
    4. (HT) Explain ultrasound imaging by partial reflection at boundaries, and seismic P-wave/S-wave exploration.

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    At a boundary a wave may be reflected, absorbed หรือ transmitted:

    • specular reflection 镜面反射: from a smooth surface, one direction;
    • diffuse reflection 漫反射: from a rough surface, scattered;
    • absorption: energy stays in the material; transmission: passes through.

    Construct the reflection ray diagram: the เส้นปกติ at right angles to the surface at the point of incidence; the angle of incidence equals the angle of reflection — both measured from the normal.

    Reflection ray diagram with the normal and equal angles.

    RP9: shine a ray box at plane mirror / rough surfaces; trace incident and reflected rays with a pencil, measure angles with a protractor; for refraction, pass light through a glass block and trace the bent path at each boundary.

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    specular reflection/ˈspekjʊlə rɪˈflekʃn/ การสะท้อนแบบ specular
    diffuse reflection/dɪˈfjuːz rɪˈflekʃn/ การสะท้อนแบบกระจาย (diffuse reflection)
    6.2

    Sound waves and hearing (physics only, HT)

    หลักสูตร

    Reflection, sound and detection waves, physics only (AQA 8463 statements 4.6.1.3-4.6.1.5, RP9).

    1. Construct ray diagrams for reflection at a surface; describe absorption and transmission at interfaces.
    2. Required practical 9: investigate reflection by different surfaces and refraction by different substances.
    3. (HT) Describe sound conversion to vibrations of solids, the ear, and the 20 Hz to 20 kHz human hearing range.
    4. (HT) Explain ultrasound imaging by partial reflection at boundaries, and seismic P-wave/S-wave exploration.

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Sound travels through solids as vibrations. In the ear, sound waves vibrate the ear drum and other parts — the sensation of sound is vibration converted. This works only over a limited frequency range: human hearing spans 20 Hz to 20 kHz. Examples of conversion: a microphone's diaphragm, a drum skin, windows rattling near a bass speaker.

    6.2

    Waves for detection (physics only, HT)

    หลักสูตร

    Reflection, sound and detection waves, physics only (AQA 8463 statements 4.6.1.3-4.6.1.5, RP9).

    1. Construct ray diagrams for reflection at a surface; describe absorption and transmission at interfaces.
    2. Required practical 9: investigate reflection by different surfaces and refraction by different substances.
    3. (HT) Describe sound conversion to vibrations of solids, the ear, and the 20 Hz to 20 kHz human hearing range.
    4. (HT) Explain ultrasound imaging by partial reflection at boundaries, and seismic P-wave/S-wave exploration.

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    • Ultrasound: frequency above 20 kHz; partially reflected at boundaries between media; the echo time gives the distance to a boundary ($s = vt$, with the path often there-and-back). Uses: medical prenatal scanning (safe, non-ionising), industrial flaw detection.
    • Seismic waves: earthquakes produce P-waves (longitudinal) และ S-waves (transverse), travelling at different speeds through the Earth; P-waves pass through liquids, S-waves do not — the shadow zones reveal the Earth's layered structure. Echo sounding with ultrasound/sound pulses maps seabeds.
    6.3

    Electromagnetic waves

    หลักสูตร

    คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (AQA 8463 ข้อความ 4.6.2.1-4.6.2.4)

    1. อธิบายคลื่น EM ว่าเป็นคลื่นตามขวาง ประกอบด้วยสเปกตรัมต่อเนื่องทั้งหมดมีความเร็วเท่ากันในสุญญากาศหรืออากาศ
    2. จำลำดับสเปกตรัมตั้งแต่วิทยุไปจนถึงรังสีแกมมาทั้งความยาวคลื่นและความถี่
    3. บอกประโยชน์ของแต่ละย่านและ (HT) อธิบายความเหมาะสมของการใช้งาน
    4. บอกรายการอันตรายของรังสี UV รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา; ตีความข้อมูลปริมาณรังสี
    5. (HT) อธิบายว่าสสารดูดกลืน ส่งผ่าน หักเหอ หรือสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่างกันอย่างไรตามความยาวคลื่น; สร้างแผนภาพรังสีและการหักเหอและหน้าคลื่น

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    All EM waves are ตามขวาง, transferring energy from source to absorber. They form a continuous spectrum and all travel at the same speed in vacuum or air ($3\times10^8$ m/s). From long to short wavelength:

    $$\text{radio} \to \text{microwave} \to \text{infrared} \to \text{visible (red to violet)} \to \text{ultraviolet} \to \text{X-ray} \to \text{gamma}$$

    Eyes detect only visible light — a tiny band.

    The EM spectrum bands from radio to gamma with uses.
    Wave Typical use Why (HT)
    วิทยุ TV and radio long wavelength, diffracts around hills; (HT) produced by oscillations in circuits, absorbed to induce matching alternating currents
    microwave satellite TV, cooking passes through the atmosphere; absorbed by water in food
    infrared heaters, night vision, remote controls emitted by warm bodies; absorbed as heat
    ที่มองเห็นได้ vision, fibre optics, photography detected by eyes and cameras
    ultraviolet fluorescence lamps, tanning, sterilising energises chemicals;
    เอ็กซ์เรย์ medical imaging of bones penetrates flesh, absorbed by bone
    แกมมา sterilising medical equipment, cancer treatment kills bacteria and cells

    Hazards: UV ages skin prematurely and raises skin-cancer risk; X-rays and gamma rays are ionising — they can mutate genes and cause cancer. Radiation dose in sieverts measures the risk of harm (1000 mSv = 1 Sv; recall of the unit not required). Draw conclusions from dose data.

    (HT) Substances absorb, transmit, refract or reflect EM waves in ways that vary with wavelength; refraction comes from the change of speed between substances. Show refraction on a ray diagram (bending towards the normal when slowing) and on wavefront diagrams (wavefronts closer together in the slower medium).

    Refraction as a ray and as bunched wavefronts.
    6.4

    Lenses (physics only)

    หลักสูตร

    เลนส์และแสงที่มองเห็นได้, ฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อบ่งชี้ 4.6.2.5-4.6.2.6)

    1. สร้างแผนภาพรังสีสำหรับเลนส์นูนและเลนส์เว้า; แยกแยะภาพจริงและภาพเสมือน
    2. ใช้การขยาย = ความสูงของภาพ / ความสูงของวัตถุ เป็นอัตราส่วนที่ไม่มีหน่วย
    3. อธิบายสีจากการสะท้อนและการดูดกลืนที่แตกต่างกัน; การกรองด้วยการส่งผ่าน; การสะท้อนแบบ spéculiar และแบบกระจาย

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    A lens forms an image by refracting light:

    • convex 凸透镜: parallel rays converge at the principal focus; focal length = lens-to-focus distance; images real or virtual.
    • concave 凹透镜: rays spread; image always virtual.

    Ray-diagram rules (two rays locate the image): a ray parallel to the axis refracts through the focus (convex) or appears to come from it (concave); a ray through the centre of the lens goes straight on.

    A convex lens ray diagram forming a real inverted image.
    $$\text{magnification} = \frac{\text{image height}}{\text{object height}}$$
    • A ratio, no units; both heights in mm or both in cm.

    Worked example. An object 5.0 mm high forms an image 20 mm high.

    $$m = \frac{20}{5.0} = 4.0\ (\text{no unit})$$
    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    convex/kɒnˈveks/ เลนส์นูน (convex lens)
    concave/kɒnˈkeɪv/ เลนส์เว้า (concave lens)
    6.4

    Visible light and colour (physics only)

    หลักสูตร

    เลนส์และแสงที่มองเห็นได้, ฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อบ่งชี้ 4.6.2.5-4.6.2.6)

    1. สร้างแผนภาพรังสีสำหรับเลนส์นูนและเลนส์เว้า; แยกแยะภาพจริงและภาพเสมือน
    2. ใช้การขยาย = ความสูงของภาพ / ความสูงของวัตถุ เป็นอัตราส่วนที่ไม่มีหน่วย
    3. อธิบายสีจากการสะท้อนและการดูดกลืนที่แตกต่างกัน; การกรองด้วยการส่งผ่าน; การสะท้อนแบบ spéculiar และแบบกระจาย

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    Each colour is its own narrow band of wavelength (red longest, violet shortest in the visible band).

    • Filters absorb some wavelengths and transmit others (a red filter transmits red).
    • An opaque object's colour = the wavelengths it strongly reflects; the rest are absorbed. All reflected → white; all absorbed → black.
    • Transparent/translucent objects transmit light.
    • Specular vs diffuse reflection (from the reflection section) explains why a smooth red surface looks glossy but paper looks matt.
    6.5

    Black body radiation (physics only)

    หลักสูตร

    การแผ่รังสีของวัตถุดำ, ฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อบ่งชี้ 4.6.3.1-4.6.3.2)

    1. ระบุ ότι ทุกวัตถุแผ่รังสีอินฟราเรดและดูดกลืนรังสีอินฟราเรด เมื่อร้อนมากขึ้นจะแผ่รังสีมากขึ้น
    2. นิยามวัตถุดำสมบูรณ์ว่าเป็นตัวดูดกลืนอย่างสมบูรณ์และตัวแผ่รังสีที่ดีที่สุด
    3. เชื่อมโยงความเข้มและการกระจายของความยาวคลื่นของการแผ่รังสีกับอุณหภูมิ
    4. (HT) อธิบายอุณหภูมิคงที่เป็นการสมดุลระหว่างการดูดกลืนและการแผ่รังสี และนำไปใช้กับปัจจัยอุณหภูมิของโลก

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    All bodies, at any temperature, emit and absorb infrared. The hotter the body, the more radiation it emits per second.

    A perfect black body absorbs all incident radiation — no reflection, no transmission — and (good absorber = good emitter) is also the best possible emitter.

    เลข intensity and wavelength distribution of the emitted radiation depend on the body's temperature: hotter → more intense, and the peak shifts to shorter wavelength.

    (HT) A body at constant temperature absorbs at the same rate as it emits.

    The Earth's radiation balance. Absorbing faster than emitting → temperature rises. The Earth's temperature depends on the balance of absorbed and emitted radiation and on reflection back to space — use it to explain warming and ice-albedo style examples, and read the standard diagram.

    6.5

    Checklist before you call this topic done

    • Define amplitude, wavelength, frequency, period; use $T = 1/f$ และ $v = f\lambda$ with prefixes.
    • Describe RP8 in a ripple tank and on a string; describe a speed-of-sound method.
    • (physics only) Draw reflection and refraction ray diagrams with the normal; RP9.
    • Recite the EM spectrum order; match uses and hazards with reasons; compare dose data.
    • (physics only) Draw lens ray diagrams (convex/concave); magnification as a unitless ratio.
    • (physics only) Explain colour by reflection, filters by transmission.
    • (physics only) Black-body emission, absorption and the Earth's radiation balance (HT).
  • 7

    Magnetism and electromagnetism

    7.1

    แม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้า: การเคลื่อนที่จากกระแสไฟฟ้า

    แม่เหล็กที่เคลื่อนที่สามารถสร้างกระแสได้; กระแสไฟฟ้าสามารถทำให้เกิดการเคลื่อนที่ได้ เครื่องยนต์, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, โรงไฟฟ้า และลำโพงทั้งหมดอยู่ในหัวข้อนี้ เอกสารอ้างอิงนี้ครอบคลุม AQA GCSE Physics 8463, หัวข้อ 4.7 แม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้า

    วิธีการทดสอบหัวข้อนี้ในการสอบ:

    • ใบสอบ 2 มีหัวข้อนี้อยู่ $F = BIl$ และสมการหม้อแปลงทั้งสองอยู่บนแผ่นแนบมาด้วย
    • กฎมือซ้ายของเฟลมิ่ง, เครื่องยนต์, ลำโพง, ผลกระทบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, อัลเทอร์เนเตอร์/ไดนามो, ไมโครโฟน และหม้อแปลง เป็น เฉพาะ HT; ทุกอย่างตั้งแต่ 4.7.3 เป็นต้นไปเป็น เฉพาะฟิสิกส์
    • คุณต้อง วาดรูปแบบสนามแม่เหล็ก: แท่งแม่เหล็ก, ลวดตรง, โซเลנוอิด
    7.1

    แม่เหล็กถาวรและแม่เหล็กเหนี่ยวนำ, สนามแม่เหล็ก

    หลักสูตร

    แม่เหล็กถาวรและแม่เหล็กเหนี่ยวนำ, แรงและสนามแม่เหล็ก (AQA 8463 ข้อบ่งชี้ 4.7.1)

    1. อธิบายแรงดึงดูดและแรงผลักระหว่างขั้วแม่เหล็กถาวรเป็นแรงที่ไม่สัมผัส
    2. แยกแยะแม่เหล็กถาวรออกจากแม่เหล็กเหนี่ยวนำ และจำได้ว่าแม่เหล็กเหนี่ยวนำจะเกิดแรงดึงดูดเสมอ
    3. อธิบายสนามแม่เหล็กและทิศทางของมัน; จำชื่อวัสดุแม่เหล็กสี่ชนิด
    4. อธิบายว่าเข็มทิศวัดสนามแสดงทิศทางของสนามได้อย่างไร, และหลักฐานจากเข็มทิศเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของโลก

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    • ขั้วแม่เหล็ก: ตำแหน่งที่แรงแม่เหล็กมีความแรงที่สุด

    เส้นสนามแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็กจาก N ไป S ขั้วเหมือนกันจะผลักกัน ขั้วต่างชนิดกันจะดึงดูดกัน — เป็นแรงที่ไม่สัมผัส

    • แม่เหล็กถาวร สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง แม่เหล็กเหนี่ยวนำ จะกลายเป็นแม่เหล็กก็ต่อเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กเท่านั้น — และ แม่เหล็กเหนี่ยวนำจะดึงดูดเสมอ (จะสูญเสียคุณสมบัติความเป็นแม่เหล็กเมื่อถูกนำออก)
    • สนามแม่เหล็ก คือบริเวณที่มีแรงกระทำต่อแม่เหล็กอื่นหรือวัสดุที่เป็นแม่เหล็ก (เหล็ก, สตีล, คอบอลต์, นิกเกิล) แม่เหล็กจะ ดึงดูด วัสดุที่เป็นแม่เหล็กเสมอ
    • สนามแม่เหล็ก มีความแรงที่สุดที่ขั้ว; ทิศทาง = แรงที่กระทำต่อ ขั้วเหนือ ณ จุดนั้น เส้นสนามวิ่งจาก เหนือ → ใต้
    • เข็มทิศ เป็นแท่งแม่เหล็กขนาดเล็ก ชี้ไปตามสนามแม่เหล็กของโลก — เป็นหลักฐานว่าโลกมีสนามแม่เหล็ก (แกนโลกทำหน้าที่เหมือนแม่เหล็กยักษ์)

    การทำแผนภูมิสนามแม่เหล็ก: วางเข็มทิศเล็กใกล้กับแม่เหล็ก ทำเครื่องหมายปลายเข็ม, ย้ายเข็มทิศให้ปลายหางวางอยู่บนเครื่องหมายล่าสุด, ทำซ้ำแล้วเชื่อมจุดเข้าด้วยกัน ขี้เหล็กแสดงรูปแบบทั้งหมดในครั้งเดียว

    7.2

    ไฟฟ้าแม่เหล็ก

    หลักสูตร

    แม่เหล็กไฟฟ้าและผลมอเตอร์, HT (AQA 8463 ข้อบ่งชี้ 4.7.2.1-4.7.2.4)

    1. อธิบายสนามแม่เหล็กรอบสายไฟที่มีกระแสไหลผ่านและสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอและเข้มภายในโซเลโน이드; อธิบายแม่เหล็กไฟฟ้า
    2. วาดรูปแบบสนามสำหรับสายตรงและโซเลโน이드พร้อมทิศทาง
    3. ใช้กฎมือซ้ายของเฟลมิ่งและ F = BIl กับตัวนำที่ตั้งฉากกับสนาม
    4. อธิบายการหมุนของคอยล์ในมอเตอร์และบทบาทของคอมมิวเตเตอร์แบบวงแหวนแยก
    5. (ฟิสิกส์เท่านั้น) อธิบายว่าลำโพงและหูฟังแปลงการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าเป็นการเปลี่ยนแปลงความดันเสียงได้อย่างไร

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    ลวดที่มีกระแสไหลผ่าน จะมีสนามแม่เหล็กล้อมรอบ (วงกลมซ้อนกัน; กุมมือขวา — นิ้วโป้งชี้ตามกระแส, นิ้วที่เหลืองุ้มตามทิศทางสนาม) สนามจะ แรงขึ้นเมื่อมีกระแสมากขึ้น และ อ่อนลงเมื่อห่างจากลวดมากขึ้น

    การดัดลวดให้เป็น โซเลนอยด์:

    สนามของลวดตรงและของโซเลนอยด์.
    • สนามของแต่ละวงลวดรวมกัน — สนามภายในมี ความเข้มสูงและเป็นเอกภาพ;
    • ด้านนอก มีรูปร่างคล้าย แม่เหล็กแท่ง;
    • การใส่ แกนเหล็ก เข้าไป会增加ความเข้มยิ่งขึ้น — นี่คือ แม่เหล็กไฟฟ้า.

    แม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเปิด-ปิดได้ และปรับความเข้มได้ตามกระแสไฟ — จึงเหนือกว่าแม่เหล็กถาวรในโรงเก็บรถขยะและรีเลย์

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    poles/pəʊlz/ ขั้วแม่เหล็ก (magnetic poles)
    permanent magnet/ˈpɜːmənənt ˈmæɡnɪt/ แม่เหล็กถาวร (permanent magnet)
    induced magnet/ɪnˈdjuːst ˈmæɡnɪt/ วัตถุที่แม่เหล็ก induce (induced magnet)
    magnetic field/mæɡˈnetɪk fiːld/ สนามแม่เหล็ก (magnetic field)
    solenoid/ˈsəʊlənɔɪd/ คอยล์โซลินอยด์ (solenoid)
    electromagnet/ɪˌlektrəʊˈmæɡnɪt/ แม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnet)
    magnetic flux density/mæɡˈnetɪk flʌks ˈdensɪti/ ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก (magnetic flux density)
    7.2

    ผลจากมอเตอร์ (HT)

    หลักสูตร

    แม่เหล็กไฟฟ้าและผลมอเตอร์, HT (AQA 8463 ข้อบ่งชี้ 4.7.2.1-4.7.2.4)

    1. อธิบายสนามแม่เหล็กรอบสายไฟที่มีกระแสไหลผ่านและสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอและเข้มภายในโซเลโน이드; อธิบายแม่เหล็กไฟฟ้า
    2. วาดรูปแบบสนามสำหรับสายตรงและโซเลโน이드พร้อมทิศทาง
    3. ใช้กฎมือซ้ายของเฟลมิ่งและ F = BIl กับตัวนำที่ตั้งฉากกับสนาม
    4. อธิบายการหมุนของคอยล์ในมอเตอร์และบทบาทของคอมมิวเตเตอร์แบบวงแหวนแยก
    5. (ฟิสิกส์เท่านั้น) อธิบายว่าลำโพงและหูฟังแปลงการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าเป็นการเปลี่ยนแปลงความดันเสียงได้อย่างไร

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    ตัวนำที่ไหลผ่านกระแสไฟในสนามแม่เหล็กจะ受到的แรง (ผลจากมอเตอร์ — สนาม, แม่เหล็ก และตัวนำ互相推挤กัน)

    กฎมือซ้ายของเฟมิ่ง: นิ้วโป้ง = แรง, นิ้วชี้ = สนาม (N→S), นิ้วกลาง = กระแส — ทั้งสามตั้งฉากกันทั้งหมด

    กฎมือซ้ายของเฟมینگ.
    $$F = BIl$$
    • $F$ แรงเป็นนิวตัน; $B$ ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก เป็นเทสลา, T; $I$ กระแสเป็นแอมแปร์; $l$ ความยาวของตัว导 อยู่ในสนาม, เป็นเมตร
    • แรงมากขึ้นเมื่อ: สนามแรงขึ้น (ค่า $B$更大), กระแสใหญ่ขึ้น, ตัว导ยาวขึ้นในสนาม. แรงสูงสุดเมื่อตัว导ตั้งฉากกับสนาม

    มอเตอร์ไฟฟ้า: ขดลวดที่มีกระแสไหลผ่านในสนามแม่เหล็กจะหมุนเพราะสองด้าน受到的力ในทิศทางตรงข้ามกัน

    ขดลวดมอเตอร์พร้อมคอมมิวเตเตอร์แบบแยกวง. คอมมิวเตเตอร์แบบแยกวง เปลี่ยนทิศทางกระแสทุกครึ่งรอบเพื่อให้การหมุนดำเนินต่อไป

    ลำโพง (ทางฟิสิกส์เท่านั้น): กระแสสลับไหลผ่านขดลวดในสนามทำให้ขดลวดสั่นเข้าออก;กรวยดันอากาศให้เกิด การเปลี่ยนแปลงความดัน — คลื่นเสียง ที่มีความถี่ตรงกับสัญญาณ

    7.3

    ผลจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ทางฟิสิกส์เท่านั้น, HT)

    หลักสูตร

    Induced potential, transformers and the National Grid, physics only and HT (AQA 8463 statement 4.7.3).

    1. State the conditions for the generator effect and the factors affecting the size and direction of the induced pd.
    2. Explain alternators (ac) and dynamos (dc) and interpret their pd-time graphs.
    3. Explain how moving-coil microphones convert sound to current variations.
    4. Use the transformer turns and power equations; explain induction between coils and the advantage of high-pd transmission.

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    หากตัว导 เคลื่อนที่เทียบกับสนามแม่เหล็ก, หรือสนามรอบๆเปลี่ยนไป, ** potenciale difference จะถูกเหนี่ยวนำ**; หากวงจรสมบูรณ์จะมีกระแสไหล — คือ ผลจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

    • สนามของกระแสที่ถูกเหนี่ยวนำจะต้านทานการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดมัน
    • Potenciale difference ถูกเหนี่ยวนำมากขึ้นเมื่อ: เคลื่อนที่เร็วขึ้น, สนามแรงขึ้น, ขดลวดมีจำนวนรอบมากขึ้น. ทิศทางกลับเมื่อ: เคลื่อนที่กลับหรือขั้วสนามกลับ

    อะลเทอร์เนเตอร์ (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า AC): ขดลวดหมุนในสนาม — potenciale difference就被เหนี่ยวนำ เปลี่ยนทิศทาง ทุกครึ่งรอบ, ดังนั้นกราฟ potenciale difference–เวลาจึงเป็นคลื่นซ้ำซ้อนที่ตัดศูนย์

    กราฟกระแสสลับของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง. เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (ไดนามो): คอมมิวเตเตอร์แบบวงแหวนแยกจะกลับการเชื่อมต่อทุกครึ่งรอบหมุน ทำให้เอาต์พุตอยู่ด้านเดียวของศูนย์ (กราฟที่เป็นยอดสูงและบวกตลอดเวลา)

    ไมโครโฟน: เป็นการทำงานย้อนกลับของลำโพง — การเปลี่ยนแปลงของความดันเสียงทำให้คอยล์เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดกระแสแปรผัน ที่สะท้อนรูปแบบเสียง

    7.3

    เทรนส์ฟอร์เมอร์ (ฟิสิกส์เท่านั้น, HT)

    หลักสูตร

    Induced potential, transformers and the National Grid, physics only and HT (AQA 8463 statement 4.7.3).

    1. State the conditions for the generator effect and the factors affecting the size and direction of the induced pd.
    2. Explain alternators (ac) and dynamos (dc) and interpret their pd-time graphs.
    3. Explain how moving-coil microphones convert sound to current variations.
    4. Use the transformer turns and power equations; explain induction between coils and the advantage of high-pd transmission.

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    เทรนส์ฟอร์เมอร์: คอยล์ปฐมภูมิและทุติยภูมิพันอยู่บน แกนเหล็ก (ถูกแม่เหล็กได้ง่าย; ไม่จำเป็นต้องใช้แผ่นบางฉนวน)

    เทรนส์ฟอร์เมอร์พร้อมสมการทั้งสอง.

    กระแสสลับ ในคอยล์ปฐมภูมิสร้างสนามแม่เหล็กแปรผันในแกน; สนามแปรผันนี้ เหนี่ยวนำให้มีความต่างศักย์สลับ เกิดขึ้นในคอยล์ทุติยภูมิ

    $$\frac{V_p}{V_s} = \frac{n_p}{n_s} \qquad V_s I_s = V_p I_p \; (100\%\ \text{efficient})$$
    • เพิ่มแรงดัน: $V_s > V_p$ (จำนวนขดลวดทุติยภูมิจากเดิมมากกว่า). ลดแรงดัน: $V_s < V_p$.
    • สมการที่สองคือ กำลังเข้า = กำลังออก; ใช้หาค่ากระแสที่ดึงมาจากแหล่งจ่ายไฟขาเข้า

    ตัวอย่างวิธีทำ. เทรนส์ฟอร์เมอร์มี 345 ขดลวดปฐมภูมิ และ 6000 ขดลวดทุติยภูมิ; ค่าอินพุตคือ 230 โวลต์

    $$\frac{230}{V_s} = \frac{345}{6000} \quad\Rightarrow\quad V_s = 230 \times \frac{6000}{345} = 4000\ \text{V (a step-up)}$$

    ตัวอย่างวิธีทำ (กำลัง). เทรนส์ฟอร์เมอร์นี้จ่าย 50 มิลลิแอมแปร์ ที่ 4000 โวลต์

    • กำลังเอาท์พุต: $P = V_sI_s = 4000 \times 0.050 = 200$ วัตต์
    • กระแสอินพุต: $I_p = P/V_p = 200/230 = 0.87$ แอมแปร์

    เรื่องราวของระบบส่งกำลังไฟฟ้าแห่งชาติปิดวงจร: เพิ่มแรงดันก่อนการส่งผ่าน (กระแสน้อยลง → $P = I^2R$ ความสูญเสียลดลงอย่างมาก), ลดแรงดัน สำหรับใช้งานในบ้าน (ดูหัวข้อ 2.7)

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    transformer/trænsˈfɔːmə/ หม้อแปลง
    7.3

    รายการตรวจสอบก่อนจะจบหัวข้อนี้

    • ระบุกฎของขั้วแม่เหล็ก; แยกแยะระหว่างแม่เหล็กถาวรกับแม่เหล็กเหนี่ยวนำ
    • วาดรูปแบบสนามแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็ก ลวดตรง และโซเลนอยด์พร้อมทิศทาง; อธิบายความเชื่อมโยงระหว่างเข็มทิศกับโลก
    • (HT) ใช้กฎมือซ้ายของเฟลมिंग และ $F = BIl$; อธิบายการทำงานของมอเตอร์และคอมมิวเตเตอร์
    • (ฟิสิกส์เท่านั้น, HT) ระบุเงื่อนไขเกิดปรากฏการณ์กำเนิดกระแสและสนามเหนี่ยวนำที่ต้านทาน; แยกแยะกราฟของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรง; อธิบายการทำงานของไมโครโฟน
    • (ฟิสิกส์เท่านั้น, HT) ใช้สมการเทรนส์ฟอร์เมอร์ทั้งสอง; อธิบายการเหนี่ยวนำระหว่างคอยล์และข้อดีของระบบส่งกำลังไฟฟ้า
  • 8

    Space physics — physics only (4.8)

    8.1

    ฟิสิกส์อวกาศ: มุมมองภาพรวมที่ใหญ่ที่สุด

    ดาวฤกษ์เกิด燃烧และตาย; ดาราจักรวิ่งหนีออกจากกัน; และแสงที่ส่งมาหาเราบ่งบอกข่าวสารเหล่านี้ ฐานข้อมูลนี้ครอบคลุม AQA GCSE Physics 8463, หัวข้อ 4.8 ฟิสิกส์อวกาศ

    วิธีการทดสอบหัวข้อนี้ในการสอบ:

    • หัวข้อทั้งหมดเป็นฟิสิกส์เท่านั้น ตั้งอยู่ในข้อสอบ 2
    • ประโยคเกี่ยวกับการเคลื่อนที่วงโคจรทั้งสามข้อ เป็นเพียง HT เท่านั้น (วงโคจรวงกลม, ความเร็วเปลี่ยนแม้มีอัตราคงที่, การเปลี่ยนแปลงรัศมีของวงโคจรเสถียร)
    • ข้อเท็จจริงต้องแม่นยำ: ลำดับวงจรชีวิต, เรื่องการหลอมรวมของธาตุ และ سلسلةการเลื่อนไปทางแดง
    8.1

    ระบบสุริยะและดวงอาทิตย์

    หลักสูตร

    ระบบสุริยะและวัฏจักรชีวิตของดาว, ฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อstatement 4.8.1.1-4.8.1.2)

    1. อธิบายระบบสุริยะ: ดาวหนึ่งดวง, โลกแปดดวง, ดาวยักษ์และดาวเทียมธรรมชาติ; เป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือก
    2. อธิบายการก่อตัวของดวงอาทิตย์จากเมฆแก๊สที่ถูกดึงรวมกันโดยแรงโน้มถ่วง และความสมดุลการหลอมรวมในดาวลำดับหลัก
    3. อธิบายวัฏจักรชีวิตของดาวขนาดเดียวกับดวงอาทิตย์และดาวที่มีมวลมากกว่ามาก
    4. อธิบายว่ากระบวนการหลอมรวมผลิตธาตุตามธรรมชาติได้อย่างไร และการระเบิดซูเปอร์โนวาเกิดขึ้นและกระจายธาตุหนักกว่าเหล็กได้อย่างไร

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    ระบบสุริยะ: ดาวหนึ่งดวง (คือดวงอาทิตย์), ดาวเคราะห์แปดดวง, ดาวแคระ ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ และ ดาวเทียมธรรมชาติ (ดวงจันทร์) ที่โคจรรอบดาวเคราะห์ ระบบสุริยะของเราเป็นส่วนเล็ก ๆ ของกาแล็กซี ทางช้างเผือก

    การก่อตัวของดวงอาทิตย์: เมฆฝุ่นและแก๊ส (เนบิวลา) ถูกดึงเข้าหากันโดย แรงดึงดูด เมื่อมันยุบตัวลง:

    วงจรชีวิตของดาวขนาดดวงอาทิตย์และดาวมวลมาก จากเนบิวลาจนถึงซากเหลือ
    1. ศูนย์กลางที่หนาแน่นร้อนขึ้นจนเกิด ปฏิกิริยาฟิวชัน — ดาวส่องสว่างขึ้น;
    2. แรงดันจากฟิวชันที่พุ่งออกด้านนอกสมดุลกับแรงโน้มถ่วงที่ดึงเข้าด้านใน — สมดุล ที่คงอยู่ตลอดช่วงชีวิตบนแถบหลักของดาว;
    8.1

    วงจรชีวิตของดาว

    หลักสูตร

    ระบบสุริยะและวัฏจักรชีวิตของดาว, ฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อstatement 4.8.1.1-4.8.1.2)

    1. อธิบายระบบสุริยะ: ดาวหนึ่งดวง, โลกแปดดวง, ดาวยักษ์และดาวเทียมธรรมชาติ; เป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือก
    2. อธิบายการก่อตัวของดวงอาทิตย์จากเมฆแก๊สที่ถูกดึงรวมกันโดยแรงโน้มถ่วง และความสมดุลการหลอมรวมในดาวลำดับหลัก
    3. อธิบายวัฏจักรชีวิตของดาวขนาดเดียวกับดวงอาทิตย์และดาวที่มีมวลมากกว่ามาก
    4. อธิบายว่ากระบวนการหลอมรวมผลิตธาตุตามธรรมชาติได้อย่างไร และการระเบิดซูเปอร์โนวาเกิดขึ้นและกระจายธาตุหนักกว่าเหล็กได้อย่างไร

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    วงจรชีวิตถูก กำหนดโดยขนาดของดาว

    ดาวขนาดดวงอาทิตย์: เนบิวลา → ดาวก่อนเกิด → แถบหลัก (ฟิวชันไฮโดรเจน; สมดุล) → ดาวยักษ์แดง (ไฮโดรเจนหมด; ฟิวชันฮีเลียมและธาตุหนักกว่านั้น; ดาวขยายตัว) → ดาวแคระขาว (ฟิวชันหยุด; แกนหดตัวและเย็นลง) → ในที่สุดจะเป็น ดาวแคระดำ

    ดาวมวลมาก (หนักกว่าดวงอาทิตย์มาก): เนบิวลา → ดาวก่อนเกิด → แถบหลัก → ดาวยักษ์แดง massif → ซูเปอร์โนวา (การระเบิด) → ดาวนิวตรอน, หรือ — สำหรับดาวที่มีมวลมากที่สุด — หลุมดำ

    ที่มาของธาตุต่างๆ (ลำดับที่ชอบมักถูกถาม):

    • ฟิวชันในดาวสร้างธาตุได้จนถึง เหล็ก
    • ธาตุที่ หนักกว่าเหล็ก เกิดขึ้นใน ซูเปอร์โนวา
    • ซูเปอร์โนวา กระจาย ธาตุเหล่านี้ทั่วจักรวาล — วัสดุที่ประกอบเป็นดาวเคราะห์และมนุษย์
    8.2

    การเคลื่อนที่วงโคจรและดาวเทียม

    หลักสูตร

    การเคลื่อนที่วงโคจร, ดาวเทียมธรรมชาติและดาวเทียมประดิษฐ์, ฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อstatement 4.8.1.3)

    1. อธิบายแรงโน้มถ่วงในฐานะแรงที่ทำให้ดาวเคราะห์และดาวเทียมคงอยู่ในวงโคจรรอบวงกลม
    2. อธิบายความคล้ายคลึงและความแตกต่างระหว่างดาวเคราะห์, ดวงจันทร์และดาวเทียมประดิษฐ์
    3. (ระดับสูงเท่านั้น) อธิบายอย่างมีคุณภาพว่าวงโคจรรอบวงกลมเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความเร็วแต่คงอัตราเร็วไว้ได้อย่างไร
    4. (ระดับสูงเท่านั้น) อธิบายว่าวงโคจรที่เสถียรต้องมีการเปลี่ยนรัศมีอย่างไรเมื่อความเร็วเปลี่ยนแปลง

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    แรงโน้มถ่วงทำหน้าที่เป็นแรงเข้าสู่ศูนย์กลาง ทำให้ดาวเคราะห์และดาวเทียมเคลื่อนที่ในวงโคจรวงกลม

    วงโคจรวงกลมด้วยแรงโน้มถ่วงเป็นแรงเข้าสู่ศูนย์กลางและความเร็วในแนวสัมผัส
    • ดาวเคราะห์: โคจรรอบดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์: ดาวเทียมธรรมชาติโคจรรอบดาวเคราะห์ ดาวเทียมประดิษฐ์: สร้างโดยมนุษย์ โคจรรอบโลก ทั้งหมดถูกยึดไว้ด้วยแรงโน้มถ่วง และแยกออกจากกันเพียงโดยการโคจรรอบวัตถุใด และใครเป็นผู้สร้าง
    • (HT) การโคจรแบบวงกลมมี ความเร็วที่เปลี่ยนแปลงแต่ขนาดความเร็วคงที่ — ความเร็วเป็นเวกเตอร์ และทิศทางเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง; แรงโน้มถ่วงกระทำในแนวตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ ทำให้เปลี่ยนทิศทางแต่ไม่เปลี่ยนขนาดความเร็ว
    • (HT) สำหรับ วงโคจรที่เสถียร ที่มีความเร็วต่างกัน รัศมีต้องเปลี่ยน: เคลื่อนที่เร็วขึ้นวงโคจรจะเล็กลง (หรือดวงดาวจะดึงคุณออกจากเส้นทาง); เคลื่อนที่ช้าลงวงโคจรจะต้องใหญ่ขึ้น
    8.3

    การเลื่อนไปทางแดงและทฤษฎีบิกแบง

    หลักสูตร

    การเลื่อนไปทางแดง, ฟิสิกส์เท่านั้น (AQA 8463 ข้อstatement 4.8.2)

    1. อธิบายการเลื่อนไปทางแดงเป็นการเพิ่มขึ้นของความยาวคลื่นแสงที่สังเกตได้จากกาแล็กซีที่อยู่ไกลที่สุด
    2. ระบุความสัมพันธ์ระหว่างระยะทาง, ความเร็วถอยห่างและขนาดของการเลื่อนไปทางแดง
    3. อธิบายว่าการเลื่อนไปทางแดงเป็นหลักฐานสนับสนุนทฤษฎีเอกภพที่กำลังขยายตัวและทฤษฎีบิกแบง
    4. อธิบายว่าผลการสังเกต รวมถึงผลลัพธ์ของ 1998 ซูโนวา ช่วยนำไปสู่ทฤษฎีได้อย่างไร และระบุความไม่รู้แจ้งปัจจุบัน เช่น สสารมืดและพลังงานมืด

    แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International

    แสงจาก ดาราจักรที่อยู่ไกลที่สุดส่วนใหญ่ แสดงให้เห็น ความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น — เลื่อนไปทางปลายสีแดง: การเลื่อนไปทางแดง

    เส้นสเปกตรัมเลื่อนไปทางแดงมากขึ้นสำหรับดาราจักรที่อยู่ไกลมากขึ้น
    • ดาราจักรยิ่ง อยู่ห่าง ยิ่ง เคลื่อนที่ออกด้วยความเร็วสูงขึ้น และค่าการเลื่อนไปทางแดงยิ่ง มาก
    • การเลื่อนไปทางแดงหมายความว่าเอกภพกำลัง ขยายตัว ถ้าย้อนกลับทุกอย่างเคยอยู่ใน พื้นที่เล็กมาก ร้อนจัด และหนาแน่นสูง — ซึ่งเรียกว่า บิกแบง

    ลำดับเหตุผลที่ยอมรับกัน: การสังเกตการเลื่อนไปทางแดง → ดาราจักรเคลื่อนที่ออก → ยิ่งไกลยิ่งเร็ว → ตัวอวกาศเองกำลังขยายตัว → บิกแบง และประเด็นวิธีวิทยาศาสตร์: การสังเกต (การสำรวจการเลื่อนไปทางแดง และตั้งแต่การสังเกต 1998 ซุปเปอร์โนวาที่แสดงว่าดาราจักรเคลื่อนที่ออก เร็วขึ้นเรื่อยๆ) เป็นหลักฐานที่สร้างทฤษฎีนี้ขึ้น; ยังมีอีกมากมายที่ไม่ทราบ เช่น สสารมืด และ พลังงานมืด

    คำศัพท์ ฝึกฝน
    English ไทย
    red-shift/red ʃɪft/ การเลื่อนไปทางแดง (red-shift)
    nebula/ˈnebjʊlə/ เนบิวลา (nebula)
    supernova/ˌsuːpəˈnəʊvə/ ซุปเปอร์โนวา (supernova)
    8.3

    รายการตรวจสอบก่อนจะจบหัวข้อนี้

    • อธิบายองค์ประกอบของระบบสุริยะและการเกิดดวงอาทิตย์จากเมฆโมเลกุลโดยแรงโน้มถ่วง
    • วาดหรือเรียงลำดับวงจรชีวิตทั้งสอง; ระบุตำแหน่งที่เกิดธาตุต่างๆ ทั้งสิ้น
    • อธิบายวงโคจรด้วยแรงโน้มถ่วง; (HT) อธิบายการเปลี่ยนแปลงความเร็วที่ขนาดความเร็วคงที่และการเปลี่ยนรัศมีสำหรับวงโคจรที่เสถียร
    • ระบุลำดับการเลื่อนไปทางแดงและข้อสรุปเรื่องบิกแบง, การสังเกต 1998 ซุปเปอร์โนวา และสิ่งที่ไม่ทราบหนึ่งอย่าง

เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี

IGCSE, A-Level & AP