Методика формирования основных понятий электродинамики

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ФИЗИКИ

Процесс формирования понятий, как известно, процесс длительный и сложный. Обычно понятие электрического поля вводят при изучении электростатических явлений и связывают с покоящимися зарядами, а понятие магнитного поля вводят при изучении постоянного тока и связывают с током или движущимися зарядами. Понятие электромагнитного поля можно вводить в различных местах раздела «Электродинамика»: в начале раздела «Электродинамика», при изучении магнитного поля движущегося заряда. Чаще всего это делают при изучении электромагнитных колебаний и волн; программа одиннадцатилетней средней школы рекомендует ввести его при изучении явления электромагнитной индукции.

Наиболее целесообразно вводить понятие электромагнитного поля в начале раздела «Электродинамика».

Школьникам напоминают, что в механике они изучали силы тяготения, упругости и трения, которые зависят или от расстояния между взаимодействующими телами, или от их относительных скоростей. Затем предлагают пронаблюдать опыт по взаимодействию параллельных токов. Это типичный пример электромагнитного взаимодействия. Ребята наблюдают взаимодействие проводников, но не могут объяснить причину возникновения силы притяжения или отталкивания, так как расстояние между проводниками и относительная скорость электронов в проводниках не изменяются (если токи одного направления). Значит, возникли силы, которые в механике не рассматривали, это Силы электромагнитного взаимодействия. В этом случае говорят, что вокруг каждого из проводников возникло магнитное поле. Магнитное поле одного проводника действует на другой проводник с током с некоторой силой. Правомерно говорить и наоборот: магнитное поле второго проводника действует на первый. Затем излагают вопрос о передаче взаимодействий. Ньютоновская механика опирается на принцип дальнодействия (взаимодействия передаются мгновенно на сколь угодно большие расстояния). По существу, учащиеся это знают, но данную сторону вопроса теперь следует подчеркнуть и оттенить. Отличительная особенность электродинамики — необходимость трактовки электромагнитных явлений с позиций другой концепции (концепции близкодействия), согласно которой взаимодействия между зарядами (токами, магнитами) передаются с конечной скоростью.

Далее школьникам сообщают, что конечность скорости передачи взаимодействий приводит к тому, что если заряд из точки, А переместится в некоторую точку А', то изменение силы, действующей на заряд в точке В, произойдет не мгновенно, а спустя некоторое время. Поскольку взаимодействие между электрическими зарядами распространяется с конечной скоростью (и в среде, и в пустоте), то имеет место какой-то процесс, распространение которого происходит с конечной скоростью. Тогда должен быть и какой-то материальный объект (материальный агент, материальная среда), с которым этот процесс происходит, так как нельзя представить себе процесса, который бы осуществлялся при отсутствии чего бы то ни было реально существующего. Все это можно объяснить, только введя понятие об электромагнитном поле. Реальность электромагнитного поля подтверждается и иллюстрируется хорошо известными учащимся фактами: распространением электромагнитных волн (радиосвязь, телевидение). Эффектны примеры с радиолокацией Луны, с управлением луноходом.

Знания учащихся об электрическом и магнитном полях, а также рассмотрение этих полей в различных системах отсчета дают возможность сделать вывод: существует единое электромагнитное Поле — электрическое и магнитное. Школьникам сообщают, что задача электродинамики — выяснить свойства и закономерности поведения электромагнитного поля.