Проблемные ситуации при довузовской подготовке

Так, в тупик многих ставит предложение указать направление силы трения при ходьбе с постоянной скоростью: если оно противоположно скорости, то будет уменьшать ее, если направлено в ту же сторону, то увеличит ее. Разрешает противоречие наличие у человека двух ног, одна из которых отталкивает землю в начале каждого шага, а другая в конце; одновременно выясняется и причина неравномерности движения. Такой подход опровергает заблуждение авторов многих учебных пособий о наличии в природе каких-то сил тяги - это как раз и есть силы трения ведущих колес о землю, именно они ускоряют движение при разгоне автомобилей, уравновешивают силы сопротивления при движении с постоянной скоростью и т.д.

В школьных учебниках нет единства в формулировках закона Архимеда для жидкостей и газов: выталкивающая сила в одних определяется весом вытесненных жидкости или газа, а в других - силой их тяжести. Эту проблему можно, конечно же, разрешить при рассмотрении действия закона в неинерциальной системе отсчета, однако, думается проще напомнить, что вес это сила, с которой тело действует на опору, в данном случае на жидкость, а выталкивающая сила действует со стороны жидкости на тело, они равны согласно третьему закону динамики Ньютона в условиях равновесия.

К числу заблуждений, которыми грешат даже участники конференций по проблемному обучению, относится утверждение о некорректности постановки задач о канате, который тянут с двух сторон с разными силами. Блестящее противоречие такого рода раскрывается при замене каната динамометром, который на своей шкале показывает, насколько растянута его пружина. Разрешать противоречие и опровергнуть заблуждение по силам слушателю, который знает твердо, что под действием суммы приложенных сил любое тело, в том числе и канат и динамометр, приобретают ускорение.

Проблемную ситуацию о несохранении механической энергии в сообщающихся сосудах уместно использовать в качестве введения в рассмотрение физики колебаний и их энергии. Без их учета простой расчет дает, что потенциальная энергия жидкости, собранной в одном сосуде, вдвое больше ее энергии в положении равновесия, когда уровень жидкости в сосудах одинаков. Затухание колебаний (даже периодическое) приведет к переходу их энергии в тепловую. Полностью аналогичная ситуация возникает при сравнении потенциальных энергий груза и растянутой им пружины в двух положениях: первая тоже вдвое превышает вторую. Забегая вперед, отметим, что также разрешается ситуация с исчезновением энергии зарядов в конденсаторах, поэтому разобраться с ней поможет предварительное рассмотрение более простых для понимания механических задач.

Особую роль играют задачи, в которых обнаруживается несохранение энергии в разных инерциальных системах отсчета. Так, рассмотрение падения камня в системе отсчета, движущейся с его конечной скоростью, приводит к острому противоречию: в начальный момент его энергия складывается из кинетической и потенциальной, а в конечный обе они обращаются в нуль. Внимательное рассмотрение показывает, что нулевой уровень потенциальной энергии в движущейся системе отсчета за время падения камня смещается как раз на величину недостающей энергии. К этому стоит добавить, что в этой системе отсчета камень падает вверх, так что работа силы тяжести при падении уже не уменьшает, а увеличивает потенциальную энергию камня. С вычислением работы в инерциальных системах отсчета всегда будет связано много парадоксов и противоречий, поскольку она не является инвариантом преобразований координат и скоростей, что уже отмечалось в предыдущем разделе на примере соскальзывания тела с наклонной плоскости.

Еще по теме:

Содержание технологического образования школьников
Сформулированные новые принципы государственной политики в области образования учли, в том числе и недостатки существовавшей системы трудовой подготовки молодежи, несоответствие ее изменившимся задачам развития подрастающего поколения. Длительная работа по созданию федеральных компонентов государст ...

Содержание учебного материала по плаванию для детей среднего дошкольного возраста
Дети среднего дошкольного возраста (4-5 лет) должны воспринимать показ и выслушивать пояснение заданий находясь на суше, а затем выполнять их в воде. Показ должен быть четким, правильным и сопровождаться пояснениями. Содержание учебного материала. Беседы о разных способах плавания и их особенностях ...

Анализ содержания линии моделирования школьного курса информатики и ИКТ
Целями обучения моделированию, согласно учебнику, являются формирование научного мировоззрения учащихся, знаний о моделировании как методе научного познания. Сама тема формализации и моделирования входит в теоретический раздел образовательной области «Информатика». Она относится к научным основам и ...