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:

Идея школы Френе
Мастерская, где главный материал – фантазия В литературе склонны называть Селестена Френе революционером. Селестен Френе ответил на вопрос, как организовать начальную школу в стенах одной-единственной сельской однокомплектной школы на заре ХХ века. Как им, то есть семилеткам, нежнейшему человеческо ...

Причины возникновения РДА
В качестве объяснений возникновения РДА выдвигались различного рода гипотезы, среди которых можно выделить основные предположения, первое из которых было сформулировано Л. Каннером и в некоторых источниках звучит как "теория эмоциональной холодности родителей". Значимость недостаточно нас ...

Оптимизации учебной музыкально-эстетической деятельности
Постановка проблемы. В настоящее время под оптимизацией учебного процесса подразумевается выбор из многих возможных или создание нового варианта деятельности. Это получение наилучших результатов при минимально необходимых затратах времени и усилий педагогов и учащихся. Это не особый метод или прием ...