“磁场方向”不可定义为“磁场的方向”

王伟民 辛存良

(1. 安徽省太和县宫集镇中心学校,安徽 太和 236652； 2. 山东省阳谷县西湖中学，山东 阳谷 252311)



“磁场方向”不可定义为“磁场的方向”

王伟民1辛存良2

(1. 安徽省太和县宫集镇中心学校,安徽 太和 236652； 2. 山东省阳谷县西湖中学，山东 阳谷 252311)

以“一般”的实体物质作比,说明“特殊”物质磁场是一种没有方向的物质,论述新版教科书将“磁场方向”定义名称更改为“磁场的方向”,以及教科书中多处出现“磁场有方向”、“磁场的方向”说法不妥的原因,并提出修正方案．

磁场； 磁场方向； 小磁针； 物质

“磁场方向”是物理学科电磁学板块一个重要的基础性概念,电磁学问题中的很多定性分析或定量计算,都会牵扯到该物理概念的内含．不知是由于印刷排版时的疏忽大意,还是编者的有意而为,新版人教社物理教科书不论是初中物理课本,还是高中物理课本,都将之前命名为“磁场方向”的定义,“统一”更名为“磁场的方向”．笔者以为,这样随意更改物理定义名称的做法是非常不合适的．

为便于分析,我们把人教社初中物理及高中物理教科书在最近不同年份的版本中对这一物理概念的定义分别摘录如下.

“在磁场中的不同点,小磁场静止时指的方向一般并不相同．这个事实说明,磁场是有方向性的．物理学规定,磁场中的任一点,小磁针北极受力的方向,亦即小磁针静止时北极所指的方向,就是那一点的磁场方向”．[1](人教社高中物理教科书,必修加选修第2册第144页，2000年版)

“小磁针在磁场中停在一定的方向,这显示出磁场的方向性．人们规定,在磁场中的某一点,小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向”．[2](人教社初级中学教科书物理第2册第151页，2001年版)

“在条形磁铁周围的不同地方,小磁针静止时指示着不同的方向．条形磁铁的磁场好像有些复杂,为了形象地描述磁场,在物理学中,把小磁针静止时北极所指的方向规定为那点磁场的方向”．[3](人教社义务教育课程标准实验教科书物理8年级下册第64页，2006年版)

“小磁针总有两个磁极,它在磁场中受力后,一般情况下将会转动．小磁针静止后,它的指向也就确定了,显示出这一点的磁场对小磁针N极和S极的作用力的方向．物理学中把小磁场静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向.简称磁场的方向”.[4](人教社普通高中课程标准实验教科书选修3-1第83页，2010年版)

“在条形磁铁周围的不同地方,小磁针静止时指示着不同的方向．物理学中把小磁针静止时北极所指的方向规定为该点磁场的方向”[人教社义务教育教科书9年级物理(全一册)第121页，2013年版]．[5]

可以看出,虽然这些定义的语言组织各不相同,但各定义的内含是一样的,不同之处仅仅是定义最后的“称呼”不同——“磁场方向”与“磁场的方向”的区别,那么,究竟哪一种“称呼”更为合适一些呢?

1 磁场是一种没有方向的物质

磁场是在磁体周围空间存在的一种“特殊”物质．从哲学的观点来看,凡是不依赖人的意识,并能为人的意识所反映的客观存在,都是物质．哲学上的物质包括两类,一类是由原子、分子等微小颗粒组成的实体物质,也是我们通常所说的物质,如空气、水、铁、木、石头等,这类物质的一些属性大多可以被人们的感觉器官直接感知,例如,人们可以用眼睛看到物质的颜色,耳朵听到物质发出的声音,鼻子嗅到物质的气味,皮肤触摸感知物质的硬度、温度,等等,人们最初就是根据对物质的不同感知来认识并研究物质的;另一类便是场,主要有电场、磁场、引力场．说“场”是一种“特殊”物质,是因为“场”不是由分子、原子等微小颗粒所组成,跟一般的实体物质相比,由于“场”这种物质的构成“特殊”,所以,它们肯定具备一般物质所不具备的一些“特殊”性质,除了无法用密度、质量等物理量来描述它的相关属性之外,更主要的一点是场这种物质人们看不见,摸不到,感到非常抽象(但它又是真真实实的一种客观存在),人们主要是根据场表现出的一些性质来研究它．

物质是一种不依赖于人的意识并能为人的意识所反映的客观存在,任何一种物质(指的是所有物质),当描述它某一属性的物理量是矢量时,可以说该物理量是有方向的,但物理量有方向不代表物质本身有什么“方向”,对实体物质来讲,我们不能说“铁的方向”、“石头的方向”(至于我们常说的“水流的方向”、“风的方向”分别指的是物质水和空气的“运动”方向,并非说“水”和“空气”这些物质具有方向)——所有的实体物质均无“方向”可言．“磁场”是一种“特殊”物质,但其“特殊”性仅仅表现在不是由分子、原子等微小颗粒构成,它也是一种真实的客观存在,撇开物质的“构成”这一“特殊”性不看,它与实体物质没有什么本质的不同,所有物质具有的“共性”,“特殊”物质磁场也应该同时具有,既然实体物质没有“方向”,而且物质是否具有“方向”跟其“构成”没有丝毫的关系,“没有方向”就应该是所有物质的“共性”,那么“特殊”物质“磁场”也不应该有方向,所以说,“磁场”这种物质是没有方向的.

2 “磁场方向”是一个固有名词,与“磁场的方向”词性不同,含义也不相同

从语法的角度来看,“磁场方向”是一个固有名词,按“老”教科书对“磁场方向”的定义,其内含是“磁场对其中能够自由转动小磁针N极作用力的方向,亦即磁场中静止小磁针N极的指向”,固有名词“磁场方向”中的“磁场”不是用来修饰或限制“方向”的,四个字组成一个不可分割的整体,不能将其拆开分成两个词“磁场”和“方向”来进行解释词义,否则,就是对“磁场方向”的断章取义．而“磁场的方向”是一个偏正词组,名词“磁场”是用来修饰限制“方向”的——显然,这个偏正词组所说的“方向”不是指力的方向、物体的运动方向等其他各种方向,而是指“磁场”的“方向”．

这样看来,单从字面来理解,“磁场的方向”只能让人解释为“特殊”物质“磁场”所具有的“方向”,这样的说法显然与“物质没有方向”的论断相矛盾．

当然,物理定义只是人们为了研究物理问题的方便而进行的一种人为的规定,就像给刚出生的小孩取名字一样,从某个方面来说,所取名称仅仅是一种符号,没有什么对错可言．就好比,我们将老教科书中的定义——“人们规定,在磁场中的某一点,小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向”更改为“人们规定,在磁场中的某一点,小磁针静止时北极所指的方向就是该点的A”,如果能够得到大家的公认也未尝不可(实际上,如果教科书真的这样规定,大家也不得不这样“公认”)——在这样的“规定”下,磁场中每一点的“A”就表示磁场对该点小磁针N极作用力的方向．但是,由于“磁场的方向”是一个偏正词组,该偏正词组的含义是“磁场”的“方向”,前文已说,这样的说法将与物质“磁场”没有“方向”的论断相矛盾,所以,教科书将之前的定义名称“磁场方向”更改为“磁场的方向”的做法是非常不合适的．

需要说明的是,不论是现在的新课本还是之前的老教材,除该定义之外,各种版本的教科书(不仅限于人教版)都存在将磁场视为有方向物质的描述语段,最典型的语句是“磁场的方向”和“磁场具有方向”．

例如,2000年版高中物理教科书(必修加选修)第2册第144页在介绍磁场方向和磁感线时,就以“磁场的方向 磁感线”[1]为标题;再如,2013年版初中物理教科书9年级(全1册)第121页,有一个演示实验:探究条形磁铁周围磁场的分布规律,是以“研究磁场的方向”[5]为标题的．

笔者再从教科书中摘取两段“磁场有方向”的描述语段.

“把小磁针放在磁体或电流的磁场中,小磁针因受磁场力的作用,它的两极静止时不一定指向南北方向,而指向另外某一个方向,在磁场中的不同点,小磁针静止时的指向一般并不相同,这个事实说明,磁场是有方向的”[1][人教社高中物理教科书(实验修订本.必修加选修)第2册第144页，2000年版](注:这段对磁场属性的描述语段,出现于“磁场方向”定义之前,但教科书所描述的“这个事实”,只能说明磁场中的不同点,磁场对小磁针N极作用力的方向不同,并不能说明“磁场是有方向的”)

“磁场具有方向,物理学中,把小磁针在磁场中静止时北极所指的方向规定为该点的磁场方向”[人教社义务教育教科书9年级物理(全1册)第121页，2013年版]．[5](注:让人不可思议的是,新版初中物理教科书在章末的“学到了什么”知识板块,进行本章主要知识归纳时,又重新将定义名称更改为之前的“磁场方向”了)

既然磁场是一种没有方向的物质,“磁场方向”仅仅是物质“磁场”对其中小磁针N极作用力的方向(或者磁场中静止小磁针N极的指向),不是物质“磁场”的“方向”,那么教科书中多处出现的类似“磁场有方向”、“磁场的方向”之说显然都是错误的．

另外,教科书关于“磁场有方向”的描述已存在很多年,受教科书对磁场相关属性描述的影响,几乎所有资料中都存在“磁场有方向”、“磁场的方向”等把磁场视为“有方向物质”的语句描述,“磁场有方向”的错误理念也根深蒂固地根植于教师和学生的心目之中,尽管这种错误观念对人们解决电磁现象中的相关问题(包括定性分析和定量计算)没有明显的负面影响,但无论是从逻辑学的角度,还是从人们对物质认识的角度看,“磁场有方向”的说法均是错误的．如果教科书在以后的改版中,能够将这些错误说法改正,并在本节“磁场方向”定义之后设置一些诸如“‘磁场方向’可以说成‘磁场的方向’吗,为什么?”的问题,可以将师生的错误认识很快扭转过来．

1 人民教育出版社物理室.义务教育教科书.全日制普通高级中学教科书(实验修订本必修加选修)物理第2册.北京:人民教育出版社,2000：144-145.

2 人民教育出版社物理室 中国教育学会物理教学专业委员会.九义务教育三年制初级中学教科书.物理第2册.北京:人民教育出版社,2001：151.

3 课程教材研究所.物理课程教材研究开发中心.义务教育课程标准实验教科书.物理(八年级 下册).北京:人民教育出版社,2006：64.

4 人民教育出版社课程教材研究所 物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书.物理(选修3-1).北京:人民教育出版社,2010：83.

5 人民教育出版社课程教材研究所 物理课程教材研究开发中心.义务教育教科书.物理(九年级 全1册).北京:人民教育出版社,2013：120-143.

2016-06-19)