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:

Преподавание физики в условиях модернизации образования
Модернизация образования - объективное требование, вытекающее из главной задачи российской образовательной политики, заключающейся в обеспечении современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным и перспективным потребностям личности, общества и г ...

Основные методы преподавания в Вальдорфской школе
Метод «душевной экономии» — основной метод вальдорфской педагогики. Метод состоит в том, что в процессе обучения у детей развивают ту деятельность, которую ребенок может освоить на данном этапе развития без внутреннего сопротивления организма. Так, от периода смены зубов до полового созревания, обя ...

Исследование реального использования межпредметных связей в традиционной и экспериментальной школах
Исследование по применению межпредметных связей на разных уроках, в том числе и на уроках биологии было проведено в 2001 году в течении II полугодия. Были опрошены учителя-предметники и учителя биологии лицея №1 и школы №57 г. Красноярка. Цель исследования заключалась в следующем: рассмотреть возмо ...