“磁場(chǎng)方向”不可定義為“磁場(chǎng)的方向”

王偉民 辛存良

(1. 安徽省太和縣宮集鎮(zhèn)中心學(xué)校,安徽 太和 236652； 2. 山東省陽(yáng)谷縣西湖中學(xué)，山東 陽(yáng)谷 252311)

?

“磁場(chǎng)方向”不可定義為“磁場(chǎng)的方向”

王偉民1辛存良2

(1. 安徽省太和縣宮集鎮(zhèn)中心學(xué)校,安徽 太和 236652； 2. 山東省陽(yáng)谷縣西湖中學(xué)，山東 陽(yáng)谷 252311)

以“一般”的實(shí)體物質(zhì)作比,說(shuō)明“特殊”物質(zhì)磁場(chǎng)是一種沒(méi)有方向的物質(zhì),論述新版教科書(shū)將“磁場(chǎng)方向”定義名稱更改為“磁場(chǎng)的方向”,以及教科書(shū)中多處出現(xiàn)“磁場(chǎng)有方向”、“磁場(chǎng)的方向”說(shuō)法不妥的原因,并提出修正方案．

磁場(chǎng)； 磁場(chǎng)方向； 小磁針； 物質(zhì)

“磁場(chǎng)方向”是物理學(xué)科電磁學(xué)板塊一個(gè)重要的基礎(chǔ)性概念,電磁學(xué)問(wèn)題中的很多定性分析或定量計(jì)算,都會(huì)牽扯到該物理概念的內(nèi)含．不知是由于印刷排版時(shí)的疏忽大意,還是編者的有意而為,新版人教社物理教科書(shū)不論是初中物理課本,還是高中物理課本,都將之前命名為“磁場(chǎng)方向”的定義,“統(tǒng)一”更名為“磁場(chǎng)的方向”．筆者以為,這樣隨意更改物理定義名稱的做法是非常不合適的．

為便于分析,我們把人教社初中物理及高中物理教科書(shū)在最近不同年份的版本中對(duì)這一物理概念的定義分別摘錄如下.

“在磁場(chǎng)中的不同點(diǎn),小磁場(chǎng)靜止時(shí)指的方向一般并不相同．這個(gè)事實(shí)說(shuō)明,磁場(chǎng)是有方向性的．物理學(xué)規(guī)定,磁場(chǎng)中的任一點(diǎn),小磁針北極受力的方向,亦即小磁針靜止時(shí)北極所指的方向,就是那一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向”．[1](人教社高中物理教科書(shū),必修加選修第2冊(cè)第144頁(yè)，2000年版)

“小磁針在磁場(chǎng)中停在一定的方向,這顯示出磁場(chǎng)的方向性．人們規(guī)定,在磁場(chǎng)中的某一點(diǎn),小磁針靜止時(shí)北極所指的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向”．[2](人教社初級(jí)中學(xué)教科書(shū)物理第2冊(cè)第151頁(yè)，2001年版)

“在條形磁鐵周圍的不同地方,小磁針靜止時(shí)指示著不同的方向．條形磁鐵的磁場(chǎng)好像有些復(fù)雜,為了形象地描述磁場(chǎng),在物理學(xué)中,把小磁針靜止時(shí)北極所指的方向規(guī)定為那點(diǎn)磁場(chǎng)的方向”．[3](人教社義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理8年級(jí)下冊(cè)第64頁(yè)，2006年版)

“小磁針總有兩個(gè)磁極,它在磁場(chǎng)中受力后,一般情況下將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)．小磁針靜止后,它的指向也就確定了,顯示出這一點(diǎn)的磁場(chǎng)對(duì)小磁針N極和S極的作用力的方向．物理學(xué)中把小磁場(chǎng)靜止時(shí)N極所指的方向規(guī)定為該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向.簡(jiǎn)稱磁場(chǎng)的方向”.[4](人教社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)選修3-1第83頁(yè)，2010年版)

“在條形磁鐵周圍的不同地方,小磁針靜止時(shí)指示著不同的方向．物理學(xué)中把小磁針靜止時(shí)北極所指的方向規(guī)定為該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向”[人教社義務(wù)教育教科書(shū)9年級(jí)物理(全一冊(cè))第121頁(yè)，2013年版]．[5]

可以看出,雖然這些定義的語(yǔ)言組織各不相同,但各定義的內(nèi)含是一樣的,不同之處僅僅是定義最后的“稱呼”不同——“磁場(chǎng)方向”與“磁場(chǎng)的方向”的區(qū)別,那么,究竟哪一種“稱呼”更為合適一些呢?

1 磁場(chǎng)是一種沒(méi)有方向的物質(zhì)

磁場(chǎng)是在磁體周圍空間存在的一種“特殊”物質(zhì)．從哲學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看,凡是不依賴人的意識(shí),并能為人的意識(shí)所反映的客觀存在,都是物質(zhì)．哲學(xué)上的物質(zhì)包括兩類,一類是由原子、分子等微小顆粒組成的實(shí)體物質(zhì),也是我們通常所說(shuō)的物質(zhì),如空氣、水、鐵、木、石頭等,這類物質(zhì)的一些屬性大多可以被人們的感覺(jué)器官直接感知,例如,人們可以用眼睛看到物質(zhì)的顏色,耳朵聽(tīng)到物質(zhì)發(fā)出的聲音,鼻子嗅到物質(zhì)的氣味,皮膚觸摸感知物質(zhì)的硬度、溫度,等等,人們最初就是根據(jù)對(duì)物質(zhì)的不同感知來(lái)認(rèn)識(shí)并研究物質(zhì)的;另一類便是場(chǎng),主要有電場(chǎng)、磁場(chǎng)、引力場(chǎng)．說(shuō)“場(chǎng)”是一種“特殊”物質(zhì),是因?yàn)椤皥?chǎng)”不是由分子、原子等微小顆粒所組成,跟一般的實(shí)體物質(zhì)相比,由于“場(chǎng)”這種物質(zhì)的構(gòu)成“特殊”,所以,它們肯定具備一般物質(zhì)所不具備的一些“特殊”性質(zhì),除了無(wú)法用密度、質(zhì)量等物理量來(lái)描述它的相關(guān)屬性之外,更主要的一點(diǎn)是場(chǎng)這種物質(zhì)人們看不見(jiàn),摸不到,感到非常抽象(但它又是真真實(shí)實(shí)的一種客觀存在),人們主要是根據(jù)場(chǎng)表現(xiàn)出的一些性質(zhì)來(lái)研究它．

物質(zhì)是一種不依賴于人的意識(shí)并能為人的意識(shí)所反映的客觀存在,任何一種物質(zhì)(指的是所有物質(zhì)),當(dāng)描述它某一屬性的物理量是矢量時(shí),可以說(shuō)該物理量是有方向的,但物理量有方向不代表物質(zhì)本身有什么“方向”,對(duì)實(shí)體物質(zhì)來(lái)講,我們不能說(shuō)“鐵的方向”、“石頭的方向”(至于我們常說(shuō)的“水流的方向”、“風(fēng)的方向”分別指的是物質(zhì)水和空氣的“運(yùn)動(dòng)”方向,并非說(shuō)“水”和“空氣”這些物質(zhì)具有方向)——所有的實(shí)體物質(zhì)均無(wú)“方向”可言．“磁場(chǎng)”是一種“特殊”物質(zhì),但其“特殊”性僅僅表現(xiàn)在不是由分子、原子等微小顆粒構(gòu)成,它也是一種真實(shí)的客觀存在,撇開(kāi)物質(zhì)的“構(gòu)成”這一“特殊”性不看,它與實(shí)體物質(zhì)沒(méi)有什么本質(zhì)的不同,所有物質(zhì)具有的“共性”,“特殊”物質(zhì)磁場(chǎng)也應(yīng)該同時(shí)具有,既然實(shí)體物質(zhì)沒(méi)有“方向”,而且物質(zhì)是否具有“方向”跟其“構(gòu)成”沒(méi)有絲毫的關(guān)系,“沒(méi)有方向”就應(yīng)該是所有物質(zhì)的“共性”,那么“特殊”物質(zhì)“磁場(chǎng)”也不應(yīng)該有方向,所以說(shuō),“磁場(chǎng)”這種物質(zhì)是沒(méi)有方向的.

2 “磁場(chǎng)方向”是一個(gè)固有名詞,與“磁場(chǎng)的方向”詞性不同,含義也不相同

從語(yǔ)法的角度來(lái)看,“磁場(chǎng)方向”是一個(gè)固有名詞,按“老”教科書(shū)對(duì)“磁場(chǎng)方向”的定義,其內(nèi)含是“磁場(chǎng)對(duì)其中能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)小磁針N極作用力的方向,亦即磁場(chǎng)中靜止小磁針N極的指向”,固有名詞“磁場(chǎng)方向”中的“磁場(chǎng)”不是用來(lái)修飾或限制“方向”的,四個(gè)字組成一個(gè)不可分割的整體,不能將其拆開(kāi)分成兩個(gè)詞“磁場(chǎng)”和“方向”來(lái)進(jìn)行解釋詞義,否則,就是對(duì)“磁場(chǎng)方向”的斷章取義．而“磁場(chǎng)的方向”是一個(gè)偏正詞組,名詞“磁場(chǎng)”是用來(lái)修飾限制“方向”的——顯然,這個(gè)偏正詞組所說(shuō)的“方向”不是指力的方向、物體的運(yùn)動(dòng)方向等其他各種方向,而是指“磁場(chǎng)”的“方向”．

這樣看來(lái),單從字面來(lái)理解,“磁場(chǎng)的方向”只能讓人解釋為“特殊”物質(zhì)“磁場(chǎng)”所具有的“方向”,這樣的說(shuō)法顯然與“物質(zhì)沒(méi)有方向”的論斷相矛盾．

當(dāng)然,物理定義只是人們?yōu)榱搜芯课锢韱?wèn)題的方便而進(jìn)行的一種人為的規(guī)定,就像給剛出生的小孩取名字一樣,從某個(gè)方面來(lái)說(shuō),所取名稱僅僅是一種符號(hào),沒(méi)有什么對(duì)錯(cuò)可言．就好比,我們將老教科書(shū)中的定義——“人們規(guī)定,在磁場(chǎng)中的某一點(diǎn),小磁針靜止時(shí)北極所指的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向”更改為“人們規(guī)定,在磁場(chǎng)中的某一點(diǎn),小磁針靜止時(shí)北極所指的方向就是該點(diǎn)的A”,如果能夠得到大家的公認(rèn)也未嘗不可(實(shí)際上,如果教科書(shū)真的這樣規(guī)定,大家也不得不這樣“公認(rèn)”)——在這樣的“規(guī)定”下,磁場(chǎng)中每一點(diǎn)的“A”就表示磁場(chǎng)對(duì)該點(diǎn)小磁針N極作用力的方向．但是,由于“磁場(chǎng)的方向”是一個(gè)偏正詞組,該偏正詞組的含義是“磁場(chǎng)”的“方向”,前文已說(shuō),這樣的說(shuō)法將與物質(zhì)“磁場(chǎng)”沒(méi)有“方向”的論斷相矛盾,所以,教科書(shū)將之前的定義名稱“磁場(chǎng)方向”更改為“磁場(chǎng)的方向”的做法是非常不合適的．

需要說(shuō)明的是,不論是現(xiàn)在的新課本還是之前的老教材,除該定義之外,各種版本的教科書(shū)(不僅限于人教版)都存在將磁場(chǎng)視為有方向物質(zhì)的描述語(yǔ)段,最典型的語(yǔ)句是“磁場(chǎng)的方向”和“磁場(chǎng)具有方向”．

例如,2000年版高中物理教科書(shū)(必修加選修)第2冊(cè)第144頁(yè)在介紹磁場(chǎng)方向和磁感線時(shí),就以“磁場(chǎng)的方向 磁感線”[1]為標(biāo)題;再如,2013年版初中物理教科書(shū)9年級(jí)(全1冊(cè))第121頁(yè),有一個(gè)演示實(shí)驗(yàn):探究條形磁鐵周圍磁場(chǎng)的分布規(guī)律,是以“研究磁場(chǎng)的方向”[5]為標(biāo)題的．

筆者再?gòu)慕炭茣?shū)中摘取兩段“磁場(chǎng)有方向”的描述語(yǔ)段.

“把小磁針?lè)旁诖朋w或電流的磁場(chǎng)中,小磁針因受磁場(chǎng)力的作用,它的兩極靜止時(shí)不一定指向南北方向,而指向另外某一個(gè)方向,在磁場(chǎng)中的不同點(diǎn),小磁針靜止時(shí)的指向一般并不相同,這個(gè)事實(shí)說(shuō)明,磁場(chǎng)是有方向的”[1][人教社高中物理教科書(shū)(實(shí)驗(yàn)修訂本.必修加選修)第2冊(cè)第144頁(yè)，2000年版](注:這段對(duì)磁場(chǎng)屬性的描述語(yǔ)段,出現(xiàn)于“磁場(chǎng)方向”定義之前,但教科書(shū)所描述的“這個(gè)事實(shí)”,只能說(shuō)明磁場(chǎng)中的不同點(diǎn),磁場(chǎng)對(duì)小磁針N極作用力的方向不同,并不能說(shuō)明“磁場(chǎng)是有方向的”)

“磁場(chǎng)具有方向,物理學(xué)中,把小磁針在磁場(chǎng)中靜止時(shí)北極所指的方向規(guī)定為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向”[人教社義務(wù)教育教科書(shū)9年級(jí)物理(全1冊(cè))第121頁(yè)，2013年版]．[5](注:讓人不可思議的是,新版初中物理教科書(shū)在章末的“學(xué)到了什么”知識(shí)板塊,進(jìn)行本章主要知識(shí)歸納時(shí),又重新將定義名稱更改為之前的“磁場(chǎng)方向”了)

既然磁場(chǎng)是一種沒(méi)有方向的物質(zhì),“磁場(chǎng)方向”僅僅是物質(zhì)“磁場(chǎng)”對(duì)其中小磁針N極作用力的方向(或者磁場(chǎng)中靜止小磁針N極的指向),不是物質(zhì)“磁場(chǎng)”的“方向”,那么教科書(shū)中多處出現(xiàn)的類似“磁場(chǎng)有方向”、“磁場(chǎng)的方向”之說(shuō)顯然都是錯(cuò)誤的．

另外,教科書(shū)關(guān)于“磁場(chǎng)有方向”的描述已存在很多年,受教科書(shū)對(duì)磁場(chǎng)相關(guān)屬性描述的影響,幾乎所有資料中都存在“磁場(chǎng)有方向”、“磁場(chǎng)的方向”等把磁場(chǎng)視為“有方向物質(zhì)”的語(yǔ)句描述,“磁場(chǎng)有方向”的錯(cuò)誤理念也根深蒂固地根植于教師和學(xué)生的心目之中,盡管這種錯(cuò)誤觀念對(duì)人們解決電磁現(xiàn)象中的相關(guān)問(wèn)題(包括定性分析和定量計(jì)算)沒(méi)有明顯的負(fù)面影響,但無(wú)論是從邏輯學(xué)的角度,還是從人們對(duì)物質(zhì)認(rèn)識(shí)的角度看,“磁場(chǎng)有方向”的說(shuō)法均是錯(cuò)誤的．如果教科書(shū)在以后的改版中,能夠?qū)⑦@些錯(cuò)誤說(shuō)法改正,并在本節(jié)“磁場(chǎng)方向”定義之后設(shè)置一些諸如“‘磁場(chǎng)方向’可以說(shuō)成‘磁場(chǎng)的方向’嗎,為什么?”的問(wèn)題,可以將師生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)很快扭轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)．

1 人民教育出版社物理室.義務(wù)教育教科書(shū).全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)(實(shí)驗(yàn)修訂本必修加選修)物理第2冊(cè).北京:人民教育出版社,2000：144-145.

2 人民教育出版社物理室 中國(guó)教育學(xué)會(huì)物理教學(xué)專業(yè)委員會(huì).九義務(wù)教育三年制初級(jí)中學(xué)教科書(shū).物理第2冊(cè).北京:人民教育出版社,2001：151.

3 課程教材研究所.物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū).物理(八年級(jí) 下冊(cè)).北京:人民教育出版社,2006：64.

4 人民教育出版社課程教材研究所 物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū).物理(選修3-1).北京:人民教育出版社,2010：83.

5 人民教育出版社課程教材研究所 物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.義務(wù)教育教科書(shū).物理(九年級(jí) 全1冊(cè)).北京:人民教育出版社,2013：120-143.

2016-06-19)