“磁場方向”不可定義為“磁場的方向”

王偉民 辛存良

(1. 安徽省太和縣宮集鎮中心學校,安徽 太和 236652； 2. 山東省陽谷縣西湖中學，山東 陽谷 252311)

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“磁場方向”不可定義為“磁場的方向”

王偉民1辛存良2

(1. 安徽省太和縣宮集鎮中心學校,安徽 太和 236652； 2. 山東省陽谷縣西湖中學，山東 陽谷 252311)

以“一般”的實體物質作比,說明“特殊”物質磁場是一種沒有方向的物質,論述新版教科書將“磁場方向”定義名稱更改為“磁場的方向”,以及教科書中多處出現“磁場有方向”、“磁場的方向”說法不妥的原因,并提出修正方案．

磁場； 磁場方向； 小磁針； 物質

“磁場方向”是物理學科電磁學板塊一個重要的基礎性概念,電磁學問題中的很多定性分析或定量計算,都會牽扯到該物理概念的內含．不知是由于印刷排版時的疏忽大意,還是編者的有意而為,新版人教社物理教科書不論是初中物理課本,還是高中物理課本,都將之前命名為“磁場方向”的定義,“統一”更名為“磁場的方向”．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在最近不同年份的版本中對這一物理概念的定義分別摘錄如下.

“在磁場中的不同點,小磁場靜止時指的方向一般并不相同．這個事實說明,磁場是有方向性的．物理學規定,磁場中的任一點,小磁針北極受力的方向,亦即小磁針靜止時北極所指的方向,就是那一點的磁場方向”．[1](人教社高中物理教科書,必修加選修第2冊第144頁，2000年版)

“小磁針在磁場中停在一定的方向,這顯示出磁場的方向性．人們規定,在磁場中的某一點,小磁針靜止時北極所指的方向就是該點的磁場方向”．[2](人教社初級中學教科書物理第2冊第151頁，2001年版)

“在條形磁鐵周圍的不同地方,小磁針靜止時指示著不同的方向．條形磁鐵的磁場好像有些復雜,為了形象地描述磁場,在物理學中,把小磁針靜止時北極所指的方向規定為那點磁場的方向”．[3](人教社義務教育課程標準實驗教科書物理8年級下冊第64頁，2006年版)

“小磁針總有兩個磁極,它在磁場中受力后,一般情況下將會轉動．小磁針靜止后,它的指向也就確定了,顯示出這一點的磁場對小磁針N極和S極的作用力的方向．物理學中把小磁場靜止時N極所指的方向規定為該點的磁感應強度的方向.簡稱磁場的方向”.[4](人教社普通高中課程標準實驗教科書選修3-1第83頁，2010年版)

“在條形磁鐵周圍的不同地方,小磁針靜止時指示著不同的方向．物理學中把小磁針靜止時北極所指的方向規定為該點磁場的方向”[人教社義務教育教科書9年級物理(全一冊)第121頁，2013年版]．[5]

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

1 磁場是一種沒有方向的物質

磁場是在磁體周圍空間存在的一種“特殊”物質．從哲學的觀點來看,凡是不依賴人的意識,并能為人的意識所反映的客觀存在,都是物質．哲學上的物質包括兩類,一類是由原子、分子等微小顆粒組成的實體物質,也是我們通常所說的物質,如空氣、水、鐵、木、石頭等,這類物質的一些屬性大多可以被人們的感覺器官直接感知,例如,人們可以用眼睛看到物質的顏色,耳朵聽到物質發出的聲音,鼻子嗅到物質的氣味,皮膚觸摸感知物質的硬度、溫度,等等,人們最初就是根據對物質的不同感知來認識并研究物質的;另一類便是場,主要有電場、磁場、引力場．說“場”是一種“特殊”物質,是因為“場”不是由分子、原子等微小顆粒所組成,跟一般的實體物質相比,由于“場”這種物質的構成“特殊”,所以,它們肯定具備一般物質所不具備的一些“特殊”性質,除了無法用密度、質量等物理量來描述它的相關屬性之外,更主要的一點是場這種物質人們看不見,摸不到,感到非常抽象(但它又是真真實實的一種客觀存在),人們主要是根據場表現出的一些性質來研究它．

物質是一種不依賴于人的意識并能為人的意識所反映的客觀存在,任何一種物質(指的是所有物質),當描述它某一屬性的物理量是矢量時,可以說該物理量是有方向的,但物理量有方向不代表物質本身有什么“方向”,對實體物質來講,我們不能說“鐵的方向”、“石頭的方向”(至于我們常說的“水流的方向”、“風的方向”分別指的是物質水和空氣的“運動”方向,并非說“水”和“空氣”這些物質具有方向)——所有的實體物質均無“方向”可言．“磁場”是一種“特殊”物質,但其“特殊”性僅僅表現在不是由分子、原子等微小顆粒構成,它也是一種真實的客觀存在,撇開物質的“構成”這一“特殊”性不看,它與實體物質沒有什么本質的不同,所有物質具有的“共性”,“特殊”物質磁場也應該同時具有,既然實體物質沒有“方向”,而且物質是否具有“方向”跟其“構成”沒有絲毫的關系,“沒有方向”就應該是所有物質的“共性”,那么“特殊”物質“磁場”也不應該有方向,所以說,“磁場”這種物質是沒有方向的.

2 “磁場方向”是一個固有名詞,與“磁場的方向”詞性不同,含義也不相同

從語法的角度來看,“磁場方向”是一個固有名詞,按“老”教科書對“磁場方向”的定義,其內含是“磁場對其中能夠自由轉動小磁針N極作用力的方向,亦即磁場中靜止小磁針N極的指向”,固有名詞“磁場方向”中的“磁場”不是用來修飾或限制“方向”的,四個字組成一個不可分割的整體,不能將其拆開分成兩個詞“磁場”和“方向”來進行解釋詞義,否則,就是對“磁場方向”的斷章取義．而“磁場的方向”是一個偏正詞組,名詞“磁場”是用來修飾限制“方向”的——顯然,這個偏正詞組所說的“方向”不是指力的方向、物體的運動方向等其他各種方向,而是指“磁場”的“方向”．

這樣看來,單從字面來理解,“磁場的方向”只能讓人解釋為“特殊”物質“磁場”所具有的“方向”,這樣的說法顯然與“物質沒有方向”的論斷相矛盾．

當然,物理定義只是人們為了研究物理問題的方便而進行的一種人為的規定,就像給剛出生的小孩取名字一樣,從某個方面來說,所取名稱僅僅是一種符號,沒有什么對錯可言．就好比,我們將老教科書中的定義——“人們規定,在磁場中的某一點,小磁針靜止時北極所指的方向就是該點的磁場方向”更改為“人們規定,在磁場中的某一點,小磁針靜止時北極所指的方向就是該點的A”,如果能夠得到大家的公認也未嘗不可(實際上,如果教科書真的這樣規定,大家也不得不這樣“公認”)——在這樣的“規定”下,磁場中每一點的“A”就表示磁場對該點小磁針N極作用力的方向．但是,由于“磁場的方向”是一個偏正詞組,該偏正詞組的含義是“磁場”的“方向”,前文已說,這樣的說法將與物質“磁場”沒有“方向”的論斷相矛盾,所以,教科書將之前的定義名稱“磁場方向”更改為“磁場的方向”的做法是非常不合適的．

需要說明的是,不論是現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(不僅限于人教版)都存在將磁場視為有方向物質的描述語段,最典型的語句是“磁場的方向”和“磁場具有方向”．

例如,2000年版高中物理教科書(必修加選修)第2冊第144頁在介紹磁場方向和磁感線時,就以“磁場的方向 磁感線”[1]為標題;再如,2013年版初中物理教科書9年級(全1冊)第121頁,有一個演示實驗:探究條形磁鐵周圍磁場的分布規律,是以“研究磁場的方向”[5]為標題的．

筆者再從教科書中摘取兩段“磁場有方向”的描述語段.

“把小磁針放在磁體或電流的磁場中,小磁針因受磁場力的作用,它的兩極靜止時不一定指向南北方向,而指向另外某一個方向,在磁場中的不同點,小磁針靜止時的指向一般并不相同,這個事實說明,磁場是有方向的”[1][人教社高中物理教科書(實驗修訂本.必修加選修)第2冊第144頁，2000年版](注:這段對磁場屬性的描述語段,出現于“磁場方向”定義之前,但教科書所描述的“這個事實”,只能說明磁場中的不同點,磁場對小磁針N極作用力的方向不同,并不能說明“磁場是有方向的”)

“磁場具有方向,物理學中,把小磁針在磁場中靜止時北極所指的方向規定為該點的磁場方向”[人教社義務教育教科書9年級物理(全1冊)第121頁，2013年版]．[5](注:讓人不可思議的是,新版初中物理教科書在章末的“學到了什么”知識板塊,進行本章主要知識歸納時,又重新將定義名稱更改為之前的“磁場方向”了)

既然磁場是一種沒有方向的物質,“磁場方向”僅僅是物質“磁場”對其中小磁針N極作用力的方向(或者磁場中靜止小磁針N極的指向),不是物質“磁場”的“方向”,那么教科書中多處出現的類似“磁場有方向”、“磁場的方向”之說顯然都是錯誤的．

另外,教科書關于“磁場有方向”的描述已存在很多年,受教科書對磁場相關屬性描述的影響,幾乎所有資料中都存在“磁場有方向”、“磁場的方向”等把磁場視為“有方向物質”的語句描述,“磁場有方向”的錯誤理念也根深蒂固地根植于教師和學生的心目之中,盡管這種錯誤觀念對人們解決電磁現象中的相關問題(包括定性分析和定量計算)沒有明顯的負面影響,但無論是從邏輯學的角度,還是從人們對物質認識的角度看,“磁場有方向”的說法均是錯誤的．如果教科書在以后的改版中,能夠將這些錯誤說法改正,并在本節“磁場方向”定義之后設置一些諸如“‘磁場方向’可以說成‘磁場的方向’嗎,為什么?”的問題,可以將師生的錯誤認識很快扭轉過來．

1 人民教育出版社物理室.義務教育教科書.全日制普通高級中學教科書(實驗修訂本必修加選修)物理第2冊.北京:人民教育出版社,2000：144-145.

2 人民教育出版社物理室 中國教育學會物理教學專業委員會.九義務教育三年制初級中學教科書.物理第2冊.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發中心.義務教育課程標準實驗教科書.物理(八年級 下冊).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發中心.普通高中課程標準實驗教科書.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發中心.義務教育教科書.物理(九年級 全1冊).北京:人民教育出版社,2013：120-143.

2016-06-19)