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:

Теоретический анализ научных источников и современное состояние изучаемой проблемы
В учебном пособии «Редактор Word 2003» авторами О.А. Житковой и др. описаны основные команды редактора Word и способы применения их на практике. В учебном пособии «Методика преподавания информатики» автора М.П. Лапчик, И.Г. Семакин и Е.К. Хеннер предлагают методику обучения обработке текстовой инфо ...

Разработка наглядного пособия для технических средств обучения по теме «Технические средства статической проекции»
Проекционные аппараты - оптические устройства, образующие на экране увеличенные изображения различных объектов. Источником света в проекционных аппаратах служит специальная электрическая лампа накаливания - проекционная лампа. Зеркальный отражатель, или рефлектор (от лат. reflecto - загибаю назад, ...

Методика руководства двигательной деятельностью детей с разным уровнем да на прогулке
Комплексная оценка ДА детей позволяет выделить три уровня ее развития. Наибольший процент среди дошкольников всех возрастов составляют дети со средним уровнем ДА. Они охотно выполняют разнообразные движения (ходьба в чередовании с бегом и прыжками; бег в разных направлениях с обеганием предметов, в ...