วิทยาศาสตร์ PISA

นักวิทยาศาสตร์วัดพลังงานแสงที่ถูกดูดซับโดยใบพืชหนึ่งต้นภายใต้แสงแดด เมื่อใบพืชทำการสังเคราะห์แสง มันจะเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานเคมี แต่พืชไม่ได้ใช้พลังงานแสงทั้งหมดในการผลิตน้ำตาล พลังงานส่วนหนึ่งจะถูกสูญเสียไปในรูปแบบของความร้อน

คำถาม:
จากการสังเกตนี้ ข้อใดต่อไปนี้เป็นคำอธิบายที่ถูกต้องเกี่ยวกับการถ่ายโอนพลังงานในกระบวนการสังเคราะห์แสง?

• พลังงานทั้งหมดที่ใบพืชได้รับจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมี

• พลังงานแสงจะถูกแปลงเป็นพลังงานเคมีทั้งหมด และพลังงานเคมีนี้จะถูกเก็บไว้ในรากของพืช

• พลังงานบางส่วนจะถูกสูญเสียไปในรูปของความร้อน ขณะที่พลังงานที่เหลือถูกแปลงเป็นพลังงานเคมีในน้ำตาล

• ใบพืชจะสะท้อนแสงที่ไม่สามารถใช้ในการสังเคราะห์แสง และแสงนี้จะเปลี่ยนเป็นพลังงานเสียง

Answer explanation

ในการสังเคราะห์แสง พลังงานแสงที่พืชได้รับจะถูกแปลงบางส่วนเป็นพลังงานเคมีในรูปของน้ำตาล แต่อีกส่วนหนึ่งจะถูกสูญเสียไปในรูปของความร้อน เนื่องจากกระบวนการทางชีวภาพมีประสิทธิภาพไม่สมบูรณ์

รถไฟความเร็วสูงที่มีมวล 500 ตัน กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ 300 กิโลเมตรต่อชั่วโมง บนรางรถไฟซึ่งมีแรงเสียดทานเพียงเล็กน้อย นักวิทยาศาสตร์ต้องการคำนวณพลังงานจลน์ (kinetic energy) ของรถไฟนี้

คำถาม:
พลังงานจลน์ของรถไฟจะมีค่าเท่าใด ถ้าความเร็วของรถไฟเพิ่มขึ้นเป็น 400 กิโลเมตรต่อชั่วโมง?

• เพิ่มขึ้นเป็น 1.33 เท่าของค่าเดิม

• เพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าของค่าเดิม

• เพิ่มขึ้นเป็น 1.78 เท่าของค่าเดิม

• เพิ่มขึ้นเป็น 4 เท่าของค่าเดิม

ในบางพื้นที่ที่เป็นทะเลทราย มีการสร้างอุปกรณ์ที่สามารถดักจับน้ำจากความชื้นในอากาศและนำมาใช้ในการเกษตร น้ำนี้ได้มาจากกระบวนการควบแน่นที่เกิดขึ้นตอนกลางคืน

คำถาม:
เพราะเหตุใดการควบแน่นของน้ำถึงเกิดขึ้นในตอนกลางคืนมากกว่าตอนกลางวันในทะเลทราย?

• อุณหภูมิในตอนกลางคืนลดต่ำลงจนถึงจุดน้ำค้าง ทำให้ไอน้ำกลายเป็นหยดน้ำ

• แสงแดดในตอนกลางวันทำให้น้ำในอากาศระเหยไปจนหมด

• ในตอนกลางวันมีความชื้นต่ำ ทำให้ไม่มีการควบแน่นของน้ำ

• พืชในทะเลทรายจะปล่อยน้ำในตอนกลางคืน ทำให้มีไอน้ำมากพอสำหรับการควบแน่น

Answer explanation

ในตอนกลางคืน อุณหภูมิจะลดลงจนถึงจุดน้ำค้าง (dew point) ทำให้ไอน้ำในอากาศกลายเป็นหยดน้ำผ่านกระบวนการควบแน่น การเกิดหยดน้ำนี้สามารถดักจับเพื่อนำมาใช้ในการเกษตรในพื้นที่ทะเลทรายที่มีความชื้นในอากาศต่ำ

ในการทดลองหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์พบว่าการเพิ่มความเข้มข้นของสารละลาย A ทำให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดเร็วขึ้น แต่เมื่อความเข้มข้นของสารละลาย A สูงเกินไป ปฏิกิริยากลับช้าลง
คำถาม สาเหตุที่เป็นไปได้มากที่สุดคืออะไร?

• สารละลาย A ทำให้เกิดการตกตะกอน

• สารละลาย A ทำให้เกิดการระเหย

• สารละลาย A ทำให้เกิดการอิ่มตัว

• สารละลาย A ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี

Answer explanation

สารละลาย A ทำให้เกิดการอิ่มตัว (เมื่อความเข้มข้นสูงเกินไป สารละลายอาจถึงจุดอิ่มตัว ทำให้ปฏิกิริยาเกิดช้าลง)

ในการทดลองเกี่ยวกับการละลายของเกลือในน้ำ นักเรียนพบว่าเมื่อเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ การละลายของเกลือเพิ่มขึ้น แต่เมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป การละลายกลับลดลง

คำถาม สาเหตุที่เป็นไปได้มากที่สุดคืออะไร?

• การเกิดการระเหยของน้ำ

• การเกิดการตกตะกอนของเกลือ

• การเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของเกลือ

• การเกิดการอิ่มตัวของเกลือ

Answer explanation

การเกิดการอิ่มตัวของเกลือ (เมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป เกลืออาจถึงจุดอิ่มตัว ทำให้การละลายลดลง)