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:

Понятия воображения его свойства и виды, формирование в онтогенезе
Воображение, пожалуй, одно из самых известных и вместе с тем непонятных психологических явлений. Его природа и жизненное значение до сих пор до конца не выяснены, несмотря на многочисленные попытки его изучения. Как только ни трактовали, какими - только свойства ни наделяли воображение. Теологи усм ...

План – конспект урока по физическому воспитанию
Тема: «Гимнастика в 3 классе» Задачи: •Закрепление двигательных навыков и умений в выполнении общеразвивающих упражнений; • Изучение элементов акробатики, кувырков вперёд. Тип урока: комбинированный Место проведения: спортивный зал. Инвентарь: маты, короткие скакалки, гимнастическая палка. Ход урок ...

Закономерности усвоения звукопроизношения в онтогенезе
Ребенок овладевает речью постепенно, переходя от более простых структур к более сложным. Овладение речью — активный процесс поисков, наблюдений, сравнений, установления отношений и обобщений, нуждающийся в использовании ребенком всех анализаторов. Язык представляет собой совокупность языковых едини ...