Проблемные ситуации при довузовской подготовке

Уже в школьных учебниках следует приводить утверждение о том, что сила Ампера, действующая на проводник в однородном магнитном поле, не зависит от формы проводника, а это доказывается методами элементарной геометрии приблизительно так же, как потенциальность силы тяжести или электростатического поля. Это свойство снимает проблему решения многих, казавшихся сложными, задач. С обоснованием работы силы Ампера и связанными с ней противоречиями соотносится немало проблемных ситуаций, которые доступны слушателям, об этом уже говорилось в начале раздела.

Неглубоко продуманные утверждения школьных учебников о взаимосвязи векторов электрического и магнитного полей в электромагнитной волне порождают много проблемных ситуаций. Каждое из полей максимально там, где скорость изменения другого равна нулю и наоборот, а обучаемым объясняют, что одно из полей тем больше, чем быстрее меняется другое. Связанные с каждым из полей части энергии волны обращаются в нуль одновременно, что противоречит утверждениям об их взаимопревращении, вполне справедливым для колебательного контура. Правильный результат получится, если в отличие от авторов цитированной выше работы, рассмотрим поля не стоячей, а бегущей волны плотности заряда в проводнике. Тогда будет видно, что максимумы магнитной индукции и напряженности электрического поля будут одновременно наблюдаться в максимумах плотности заряда, только первая будет пропорциональна еще и скорости их движения, т.е. силе тока. При этом легко убедиться, что векторы полей взаимно перпендикулярны и оба перпендикулярны направлению распространения волны.

С энергией магнитного поля может быть связано не меньше проблемных ситуаций, чем с энергией электрического, поскольку обе они неаддитивны. Если вложить один в другой равные соленоиды с одинаковым направлением поля, то энергия учетверяется (вместо ожидаемого удвоения), а если направления полей противоположны, то она обращается в ноль. Проблема в том, откуда берется энергия в первом случае и куда исчезает во втором. Ее не разрешить, не вспоминая о работе внешних сил или над внешними телами. При внесении внутрь соленоида ферромагнитного сердечника энергия поля возрастает в тысячи раз, хотя работа внешних сил при этом отрицательна. Только понимание процессов в магнетике и характера изменений тока в соленоиде позволит разрешить противоречие.

К понятию относительности магнитного поля легче подойти, если рассмотреть вопрос о его значении (показании измеряющего поле прибора) в системе отсчета, движущейся со скоростью электронов в электронном пучке, либо со скоростью дрейфа электронов в проводнике. Противоречивость результатов возникает из-за того, что относительно движущейся системы отсчета с той же скоростью дрейфа начинают двигаться положительные ионы проводника, создавая магнитное поле такой же величины.

Традиционная система изучения основ геометрической, волновой и квантовой оптики имеет существенный недостаток, который заключается в их искусственном разделении и формировании ложных представлений об отсутствии у них единого предметного поля. Между тем и волновая и квантовая природа света имеют отношение к механизмам возникновения и построения изображений в оптических системах, содержащих зеркала, призмы, линзы и т.п. Само понятие светового луча, фундаментального в геометрической оптике, не моделируется предельно узкими пучками света, рассмотрение которых почти всегда приводит к противоречиям. Волновая же оптика вводит световой луч, как прямую (иногда кривую), перпендикулярную волновому фронту и этим не ставит даже вопроса о его размерах. Получение изображения в любой оптической системе является интерференционным эффектом, который не требует привлечения геометрической оптики. Но преобразование волновых фронтов в оптических системах сопровождается соответственным преобразованием и нормальных к ним лучей, что, как следствие, ведет к геометрическим законам этих преобразований, одновременно устанавливая границы их применимости.

Еще по теме:

Роль природы в экологическом воспитании дошкольников
В «Программе воспитания в детском саду» предусмотрено всестороннее развитие детей – физическое, умственное, нравственное, трудовое и эстетическое. В процессе деятельности детей: игре, учебе, труде – формируется личность ребенка. Основу содержания деятельности детей составляют те знания и умения, ко ...

Тканые орнаменты стран Балтии
Орнаментальное искусство в странах Балтии занимает особо важное место. Именно в произведениях народного крестьянского ремесла (вязание, вышивка, ткачество) на протяжении столетий бережно сохраняются и утверждаются национальные художественные традиции. Они отличаются органическим слиянием эстетическ ...

Подготовка к обучению чтению
Теперь проанализируем попытки педагогов формировать действия воссоздания звуковой формы слова по его буквенной (графической) модели. Поиски шли от показа ребенку материала, с которым надо действовать и образца получаемого результата к показу материала и образца способа действий с ним. Во всех букво ...