О физиках и демонстрационных экспериментах

17 сентября – Всероссийский день физики, поэтому я решил продолжить тему об устаревшей информации в учебниках.
По итогам обсуждений моих предыдущих статей на АШ у меня сложилось впечатление, что в XXI веке физики забыли, зачем были нужны демонстрационные опыты. Риторический вопрос: сколько новых демонстрационных экспериментов было придумано за последние 20 лет?
Господа физики, вы правда верите в то, что одними только формулами можно убедить скептиков? Схоластика вместе с формулами выглядит еще более сомнительно, чем схоластика без формул.

А ведь еще пятьдесят назад проведение демонстрационных экспериментов во время занятий было вполне обычным делом и в необходимости подобных экспериментов никто не сомневался. Вот в качестве примера ссылка на книгу с описанием школьных демонстрационных экспериментов:

Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах. ЧАСТЬ I. МЕХАНИКА, ТЕПЛОТА

Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах. ЧАСТЬ II. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, ОПТИКА, ФИЗИКА АТОМА

К демонстрационным экспериментам предъявлялся целый ряд требований: видимость, наглядность, выразительность, надежность, кратковременность, содержательность, безопасность (данные требования разъясняются на страницах 8 – 10 в упомянутой выше первой части учебника).
Я предлагаю обратить внимание на одно из перечисленных требований: убедительность.
Цитата со страницы 9:

Опыты должны быть всегда убедительными, не вызывать каких-либо сомнений в их справедливости и не давать повода к неправильному толкованию. Поэтому все побочные явления, сопровождающие основное, должны быть сведены к минимуму, сделаны незаметными и не отвлекающими внимание от главного.

Пример простого эксперимента, демонстрирующего распространение звука в воздухе (стр. 184 – 185):

Вначале показывают хорошо известный опыт с электрическим звонком, помещенным под колокол воздушного насоса. При откачивании воздуха из колокола звук постепенно слабеет и становится очень тихим. Если снова впустить воздух, то громкость звука восстанавливается. Опыт раскрывает роль среды в передаче звука: если между источником и приемником звука удалить упругую среду, то звук не сможет распространяться.

Пояснительная картинка к данному эксперименту, заимствованная со стр. 185 учебника, показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Электрический звонок под колоколом воздушного насоса

Опыты со звуком в показаны прекрасно, но уже с радиоволнами обнаруживаются проблемы. Посмотрим вторую часть книги: приведены эксперименты, демонстрирующие отражение, преломление и интерференцию электромагнитных волн (стр. 301 – 304). Описания каких опытов явно не хватает?
В учебниках плоскую электромагнитную волну традиционно, с XIX века, изображают так, как показано на рисунке 2: напряженности электрического (E) и магнитного полей (H) то одновременно достигают максимального значения, то одновременно обращаются в ноль.

Рисунок 2. Так принято изображать плоскую электромагнитную волну в учебниках физики

Картинка на рисунке 2 заимствована авторами всех современных учебников из работы Джеймса Максвелла, написанной в середине XIX века для объяснения явления поперечной поляризации света. Как стало понятно гораздо позже, в XX веке, после открытия фотонов, к поляризации света данная картинка никакого отношения не имеет: каждый фотон поляризован сам по себе.
Но для демонстрации поляризации радиоволн картинка почему-то продолжает использоваться, причем для объяснения того, почему E и H ведут себя в плоской волне именно так, применяется чистая схоластика, а ссылки на какие-либо подтверждающие подобную картинку результаты натурных экспериментов в учебниках отсутствуют.

На рисунке 3 приведен пример подобного объяснения из методички по проведению лабораторных работ (страница 5):

Антенны

Рисунок 3. Современное объяснение графика, изображающего плоскую электромагнитную волну

Иными словами, в настоящее время принято считать, что в ближней зоне полуволнового вибратора (на расстоянии, меньшем размеров антенны) сдвиг по фазе между E и H имеется, а в дальней зоне (расстояние до которой много больше размеров антенны) сдвига по фазе нет.
Господа физики, а где в литературе (в статьях, учебниках или методичках к лабораторным работам) вы видели описание хотя-бы одного эксперимента, подтверждающего подобные убеждения?

Как должен выглядеть подобный эксперимент?
Какое оборудование необходимо для его проведения?

Очевидно, что потребуется генератор, формирующий высокочастотный сигнал синусоидальной формы, антенна-излучатель (полуволновой вибратор), датчики, регистрирующие напряженность электрического и магнитного поля, устройство, предназначенное для измерения сдвига по фазе между сигналами, поступающими с датчиков, и индикаторное устройство, предназначенное для отображения сдвига по фазе.
В данном эксперименте необходимо обеспечить свободное пространство вокруг экспериментальной установки, то есть и антенна-излучатель, и пара датчиков должны быть установлены на лабораторные штативы.
Необходимо иметь возможность изменять расстояние между излучателем и датчиками: в простейшем случае – путем перестановки одного из штативов на другое место.
В момент измерения показаний датчиков вблизи от экспериментальной установки не должно быть объектов, заметным образом искажающих результаты эксперимента, например, школьной «белой» доски, представляющей собой покрытый лаком металлический лист, или людей, также способных отражать и поглощать радиоволны.
В качестве измерительного устройства удобнее всего было-бы использовать двухлучевой осциллограф, обеспечивающий наглядность, если бы не одно «но»: современные дешевые осциллографы «радиолюбительского» уровня обычно имеют полосу пропускания 100 МГц, в лучшем случае – 200 МГц. Длина волны при использовании сигнала с частотой 100 МГц составляет 3 метра, а при частоте 200 МГц – 1,5 метра, то есть даже в лучшем случае экспериментальная установка будет громоздкой и неудобной (длина полуволновой антенны, например, по определению составляет половину длины волны).
Следовательно, желательно использовать более высокие частоты, и придется отказаться от осциллографа. Непосредственно рядом с датчиками, на штативе нужно установить электронное устройство, преобразующее сдвиг по фазе в постоянное напряжение (в этом случае в качестве индикаторного устройства можно будет использовать, например, бытовой мультиметр, а сигнал к нему подавать по кабелю или витой паре проводов) или сразу в цифровую форму (в этом случае можно применить беспроводную передачу сигнала, а в качестве индикаторного устройства использовать смартфон или планшет).

Основную проблему при проведении эксперимента, с моей точки зрения, представляют датчики, предназначенные для измерения напряженностей E и H: в типовых наборах для демонстрационных экспериментов по физике они отсутствуют. Их придется подбирать отдельно, искать инструкции по их применению и учиться правильно их использовать.