Реферат на тему:
Система “Тематическая задача” при изучении магнитного поля
электрического тока в курсе физики общеобразовательной средней школы
Анализ содержания учебного материала по рассматриваемому вопросу курса
физики (программы, учебники, сборники задач, методическая литература)
позволяет сделать следующие выводы:
– традиционно магнитное поле электрического тока изучается в
общеобразовательной средней школе в основном с качественной стороны, что
противоречит принципу неразрывности качественной и количественной сторон
явлений природы;
– не даётся представления об одном из основных законов
электромагнетизма – законе Био-Савара-Лапласа, изучение которого вполне
доступно учащимся 10 класса общеобразовательной средней школы;
– не рассматриваются основные модели магнитного поля электрического
тока, имеющие конкретное практическое значение, что противоречит
диалектическому пути познания “от живого созерцания к абстрактному
мышлению и от него к практике”;
– отсутствует система задач, отражающих последовательность изучения
рассматриваемого явления: магнитное поле электрического тока, его
материальность; основные модели магнитного поля электрического тока
(прямой ток, круговой ток, тороид или длинный тонкий соленоид);
взаимодействие проводников с током; действие магнитного поля на
проводник с током; работа по перемещению проводника с током в магнитном
поле; явление электромагнитной индукции.
При изучении «Электромагнетизма» учащимся следует уяснить:
– экспериментальные исследования Био и Савара не позволили им получить
соотношение для расчета магнитной индукции В магнитного поля проводника
произвольной формы в любой точке пространства окружающего проводник;
было лишь установлено наличие прямой пропорциональной зависимости
магнитной индукции В от силы тока I в проводнике В ~ I
– Лаплас предложил записать выражение для расчета магнитной индукции
?Вi элемента тока I?li в произвольной точке М, а затем, опираясь на
принцип суперпозиции применительно к магнитному полю электрического
тока, провести суммирование по всем элементам тока
– используя этот способ можно получить математические соотношения для
расчета магнитной индукции В основных моделей проводников с током,
применимых в практике.
Изучение материала по данному разделу сопровождалось решением задач,
представляющих взаимосвязанную систему “Тематическая задача” (СТЗ), при
решении которых использовались не только закономерности
электромагнетизма, но и законы механики, постоянного тока и др. Учащимся
предлагалось выполнять пространственные рисунки, иллюстрирующие
содержание задач.
СТЗ предусматривает, что каждый учащийся получает свой набор данных (за
каждым закрепляется определенный вариант – номер по списку в классном
журнале). В то же время условие задачи единое для всех учащихся. С
развитием “системы” число величин, которые нужно определить, возрастает
и может достигать 10-12. При введении СТЗ целесообразно давать учащимся
образец решения той или иной задачи (приводим такой образец ниже). От
учащихся требуется строгое следование образцу и по форме, и главное, по
содержанию.
Что же даёт СТЗ при обучении физике? На этот вопрос дал ответ
педагогический эксперимент, проводившийся в течении нескольких лет в
педагогическом лицее (10-11 кл.), в общеобразовательной городской школе
(10-11 кл.) и в общеобразовательной сельской школе (7-11 кл.), который
показал:
– изучаемый материал по физике систематизируется и в определённых
рамках объединяется во взаимосвязанную систему;
– при решении СТЗ имеется возможность использовать межпредметные связи
с математикой, химией, черчением, языком;
– появляются возможности развивать логическое мышление учащихся;
– приучает учащихся работать самостоятельно со справочными
материалами;
– поскольку мы избегаем применения “лакированных данных” развивается
техника и культура расчетов при математической обработке СТЗ.
Мы пришли к убеждению, что ориентирование учителя физики на решение
задач в одно и даже в два “действия” очень мало способствует развитию
учащихся. Учащиеся 7 класса уверенно справлялись с СТЗ, в которых нужно
было определять пять-шесть неизвестных величин.
Ниже приводим СТЗ, посвященную магнитному полю электрического тока
(МПТ). Предварительно учащиеся получают следующие материалы:
– текст “Электромагнетизм”, содержащий физические закономерности с
пояснением их и соответствующие графические материалы;
– тексты СТЗ, содержащие 36 вариантов (представляем для примера по 5
вариантов);
– образец решения задачи СТЗ;
Задача МПТ-01. По прямому проводнику длиной l течет ток силой I (рис.1).
На расстоянии d от проводника находится точка M из которой концы
проводника А и В видны под углами ? и ? к проводнику. Магнитная индукция
в точке M равна В. Определить неизвестные (?) величины.
djae
e
ba
gdC`?
V (рис.2). Магнитная индукция в точке M, удалённой от проводника на
расстоянии d, равна В. Определить неизвестную(?) величину.
Задача МПТ-03. Проводник длиной l, имеющий сопротивление R свёрнут в
короткую круглую катушку, содержащую N витков радиуса r. При напряжении
на катушке U сила тока в ней I и магнитная индукция в центре катушки B.
Найти неизвестные(?) величины.
Задача МПТ-04. Проводник длиной L, имеющий сопротивление R свёрнут в
короткую круглую катушку, содержащую N витков радиуса r. Длина одного
витка l. При напряжении на катушке U сила тока в ней I и магнитная
индукция на оси катушки в её центре – B. Определить неизвестные(?)
величины.
Задача МПТ-05. Из металлического (Me) проводника с диаметром d круглого
поперечного сечения площадью s, намотан соленоид диаметром D и длиной l.
Длина металлического проводника L, сопротивление R. При подключении
соленоида к источнику электроэнергии под напряжением U, сила тока в
обмотке I, магнитная индукция на оси соленоида B. Oбмотка соленоида
однослойная. Определить неизвестные(?) величины.
вари
ант B
мТл I
А n
м-1 U
В R
Ом Me
– L
м s
мм2 N
– l
м d
мм D
мм
01 2,51 ? 1000 ? 1,10 Cu ? ? ? 0,80 ? ?
02 ? ? 800 5,00 1,25 ? ? ? 720 ? ? 24
03 ? 4,0 ? ? ? Fe 31,4 ? ? 0,80 2,0 ?
04 2,01 ? ? ? 2,0 ? ? 1,23 600 ? ? 18
05 1,88 1,2 ? 6,0 ? ? 47,1 ? 750 ? ? ?
Удельное сопротивление некоторых металлов Ом·м
Ме ? Ом·м Ме ? Ом·м
Аl 2,78·10-8 Fe 9,80·10-8
Co 6,20·10-8 Ni 10,02·10-8
Cu 1,72·10-8 Zn 5,90·10-8
СТЗ на каждой своей ступени является системой условно замкнутой. Это
объясняется тем, что в пределах данных задачи на каждой из ступеней
можно определить строго ограниченное число неизвестных величин. Так на
ступени, для которой можно составить не более пяти уравнений связи между
величинами входящими в условие задачи, можно определить не более пяти
неизвестных.
Если мы желаем систему расширить, то для этого следует ввести еще
какую-либо связь с внешними по отношению к имеющейся ступени СТЗ
явлениями или же с другими сторонами того же явления. Например, СТЗ
“Магнитное поле постоянного тока” на уровне МПТ-04 имеет еще одну
незадействованную связь: мощность электрического тока. Эта связь для
МПТ-04 внутренняя.
. При этом возможны два пути:
– создать СТЗ электромагнитная индукция (ЭМИ), а затем обе системы (МПТ
и ЭМИ) объединить с помощью связи “магнитный поток”;
– ввести связь “магнитный поток”, и далее вводить дополнительно по одной
за другой связи характеризующие ЭМИ. Очевидно, что оба пути способствуют
более углубленному изучению материала по той или иной теме: в данном
случае по теме (разделу) “Электромагнетизм”.
Пример реализации второго пути – МПТ-06.
Задача МПТ-06. На обмотку длинного соленоида, содержащего n витков на
единицу длины, подано постоянное напряжение U. Сопротивление обмотки
соленоида R, сила тока в ней I, магнитная индукция на оси соленоида – B.
Под углом ( к оси соленоида внутри него расположена квадратная (круглая,
треугольная равносторонняя) рамка с линейным размером a (r, b), имеющая
N витков. Угол между осями соленоида и рамки (. Площадь рамки s,
магнитный поток через ее плоскость – Ф. Потокосцепление (. Найти
неизвестные величины (?)
Ва-риант n
м-1 U
В R
Ом I
А B
мТл (o
a r b
см N
s
см2 Ф
мкВб (
05 ? 48 16 ? 3,02 60 2,0 ? ? ? 297 30
При разработке CТЗ отчётливо просматриваются взаимосвязи между
отдельными частями учебного материала и также хорошо видны его изъяны.
Изъяны состоят в том, что неизвестно по каким соображениям тот или иной
вопрос исключается из рассмотрения.
Методическая наука не всегда достаточно успешно справляется с важной
задачей – определять оптимальное содержание изучаемого материала и очень
осторожно относиться к исключению из изучаемого тех или иных вопросов. В
первую очередь необходимо бережно соблюдать целостность знания. И здесь
нужно суметь найти такой подход к обучению, чтобы как можно меньшее
количество материала исключать по причине трудности его восприятия.
Литература
1. Философский энциклопедический словарь М., СЭ. 1983. Статьи:
Диалектика, с. 154; Качество, с. 252; Количество, с. 263; Теория
познания, с. 678; Часть и целое, с. 768.
М
Рис. 1
А
В
?
М
•
?
d
d
•
Рис. 2
I
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
