Основы формирования содержания курса физики в общеобразовательных учреждениях, страница 3

Ядро раздела: со стороны термодинамики представлено уравнением состояния идеального газа и первым законом термодинамики; со стороны статистической физики – качественными положениями МКТ и уравнениями, описывающими среднеквадратичные состояния скоростей и энергий частиц. В ядро входят постоянные Больцмана k и универсальная газовая R.  

Следствия сводятся к получению основного уравнения кинетической теории () и сопоставления его с уравнением газового состояния (pV=RT), которое приводит к молекулярно-кинетической трактовке температуры ( для одной частицы ).

Интерпретация сводится к объяснению тепловых явлений и принципа действия тепловых машин и агрегатов.

 

 

Рис. 2. Блок-схема построения раздела Молекулярная физика и термодинамика

Перейдем к вопросу построения школьного раздела Электродинамика.

К электродинамике относят теорию электромагнитного поля и электронную (неквантовую) теорию.

К экспериментальному базису электродинамики можно отнести эмпирические законы: Кулона (1785), Био-Савара (1820), Ампера (1826), Фарадея (1831). В основании теории лежит принципиально новая по отношению к механике модель материи и взаимодействия: материя представлена непрерывным электромагнитным полем, а вместо дальнодействия осуществляется близкодействие, т.е. действие поля на заряд в точке, в которой последний помещен. Кроме электромагнитного поля, рассматриваются электрические заряды (заряды макроскопические, без учета их дискретной микроструктуры); они способны создавать поле и испытывать на себе его действие. Величина заряда, электрическая напряженность поля и магнитная индукция устанавливаются по механическому силовому воздействию проводников с током и действию поля на заряженные тела.

Ядром электродинамики служит система уравнений Максвелла-Лоренца для электромагнитного поля в вакууме:

Эти дифференциальные уравнения связывают векторы электрической напряженности поля Е и магнитной индукции В между собой, с плотность зарядов  и плотностью тока  j в каждой точке пространства.

К ядру электродинамики относятся две константы: электрическая постоянная  вакуума  и магнитная постоянная , связанные со скоростью распространения электромагнитного поля в пространстве:

Эти константы измеряются экспериментально.

Следствия электродинамики сводятся к расчету поля по расположению и движению зарядов, либо к расчету зарядов и токов по полю. Из уравнений Максвелла следует закон сохранения электрического заряда.

Интерпретация электродинамики в объяснении электрических явлений, расчете электрических  и магнитных цепей, а так же объяснении принципов действия электрических машин.

В настоящее время общепринятого способа элементарного изложения уравнений Максвелла в средней школе не существует. Поэтому школьная электродинамика состоит из относительно самостоятельных тем, практически не имеющих общего ядра, а имеющих относительно независимые самостоятельные ядра. Так, ядром для изучения электростатического поля служит закон Кулона; для постоянного тока – закон Ома; магнитного поля – Био-Савара; электромагнитной индукции – Фарадея.

К обобщению электромагнитного поля возвращаются на качественном уровне при изучении электромагнитных волн. Ядром обобщения служат как правило словесные переложения уравнений Максвелла:

1.  Покоящиеся и движущиеся электрические заряды образуют электрическое поле, линии напряженности которого начинаются и оканчиваются на зарядах.

2.  Магнитных зарядов, которые образовали бы подобное электрическому магнитное поле, в природе нет.

3.  Движущиеся электрические заряды образуют (кроме электрического) магнитное поле, линии индукции которого являются замкнутыми кривыми, охватывающими линии тока.

4.  Переменное магнитное поле порождает электрическое, линии напряженности которого есть замкнутые кривые, охватывающие линии магнитного поля. Переменное электрическое поле порождает магнитное поле, линии индукции которого есть замкнутые кривые, охватывающие линии электрического поля.