定义物理量的原则与方法 新课标 人教版

定义物理量的原则与方法

—兼谈磁感应强度为何用B = F/IL定义

(401326)重庆市铝城中学牟长元

定义是揭示概念内涵的逻辑方法。是从内涵角度明确概念的基本方法。概念从逻辑顺序上可区分为基本概念和导出概念。二者定义的方法有原则的不同。导出概念可由形式逻辑定义，但基本概念由于它是最前提的概念，故无法从形式逻辑去定义，而是基于实践提出的人为规定。

定义应遵循的重要原则

一、辩证逻辑学在定义内容上要求的普遍原则（对基本概念、导出概念均适用）

1、定义不能与客观事实、客观规律相矛盾

2、定义要反映事物的本质

3、定义不能人为的主观杜撰。基本概念是基于实践的人为规定；导出概念所依据的形式逻辑法则与来源于实践。定义某一物理概念是实践的需要，而不是纯粹头脑中的产生物。

4、定义要全面（即完备性）

物理量定义的完备性，其定义必备下述两个方面才是完成整的：必须从两个方面定义概念

⑴定性定义：要能反映出该物理量的本质特点

⑵定量定义：要给出与其它已知物理量间的定量关系，即数学形式的定义式。

二、形式逻辑对导出概念定义要求的原则

总的来说，只能用确切已知的概念去正确定义未知的概念。

1、定义者的外延与被定义者的外延必须相等，即定义不能太宽或太窄。

2、定义不能是否定判断。因为否定判断一般不能使人把握其本质。

3、定义不能是一个比喻

4、定义不能循环或同义反复（一种自身的循环）。在形式逻辑中即为“定义项中不能直接或间接包含被定义项”。即导出概念必须用已知概念去定义未在概念。例如，这样同时对能量和功下定义就有这种弊病。“能量是物体做功的本领。功是能量转化的量度”；“物理学是研究物理的科学”等。

因此，严格的科学定义要注意概念定义的顺序。

三、物理量定义的方法

物理量是定量化的物理概念，因此它的定义有其独具的特点，即“完备性”，由定性定义和定量定义构成。

1、基本概念物理量的“定义”方法。

基本物理量的定义是基于实验的人为规定，可以不遵守形式逻辑法则。从“完备性”考虑，基本物理量的定义应有：

定性定义：是人为规定物质及其运动的某一基本的本质属性。

定量定义：操作性定义的要求是：人为规定单位标准；有时还须人为给定数值的定量计算式。

需要说明的是，这里所说的基本物理量是理论系统的基本概念，与国际单位制中的七个基本量有区别。国际单位制中只有七个基本量，但全部物理学中“基本概念物理量”却较多。

2、导出概念物理量的定义方法

定性定义：由基本概念物理量按上述的形式逻辑法则定义的某一物理量，它要反映物质及其运动某一方面的本质特征。

定量定义：其定量公式是由一定的实验规律确定的，它反映了导出概念物理量与已知量的逻辑关系。

在定义某一个导出物理量时，有以下几个问题需要注意：

⑴不要人为杜撰导出概念物理量。

我们学习过的有些物理量的定量式所以这样规定是考虑了内在地与规律一致性；是考虑了整个理论系统有尽可能统一而简洁的表达形式。爱因斯坦基于自然科学的大量实践，坚信：理论体系的逻辑简单性与客观世界的客观规律是一致的。这是需要我们继续用实践证明的。但正由于这种原因，我们总乐于采用使理论具有逻辑简单性的物理量的定义，使理论过于复杂化的定义而引出的物理量，是多余而不必要的。所以，“逻辑简单性”可以作为定义物理量的一个原则。

⑵物理量定量式的选择

这一选择原则上是任意的。所谓定量定义只要能从公式中指出该量的大小、方向即可。对初学者，通常采用直观上与定性定义一致的定量式，这样易使学生认识该概念的物理实质，但又要注意该式定义的普遍性原则。

例如，对一段导线的电阻的定义，有下面两定义可供选择：

R =U/I ……①

R =ρL/S ……②

其中②式反映“R是由材料本身决定的电学性质”较直观。但②式只对某种导线成立（柱形的均匀导体），有局限性。从①式也能讨论出R只由材料决定的性质（即不论U多大，比值U/I总不变，说明R只由材料本身决定），但对初学者感到不直观。可是①式却有它的优点，即普遍性。无论何种形状的导线均可由此式测出其R值。所以，从理论上讲，①式作为R的定义更恰当。

⑶定量式中要正确反映该物理量的方向性性质：即是标量？还是矢量？或张量？

国际单位制的七个基本量均是标量，称为基本标量。基本矢量只有一个，即位矢r.其它物理量的标量、矢量和张量性质均由定义或定律导出。

四、关于磁感应强度B 的定义式为何用B =F/IL而不采用B =F/ (IL)2 n

磁感应强度B是一个导出概念物理量。它的定义除了必须反映物质及其运动某一方面的特征（磁场对放入其中的磁体或电流的作用强弱和方向）外，它必须跟客观规律在逻辑上自洽。即定量式必须由某一实验规律确定；其次，在表达形式上应遵守“逻辑简单性”原则。

磁感应强度B的定义式可以由安培定律和毕奥—萨伐尔定律导出。这两条定律都是研究两段电流元之间的相互作用力的定量式。而安培定律是安培通过“四个零实验”并结合理论分析总结出来

的，毕奥—萨伐尔定律是毕奥与萨伐尔两人运用弯折导线对磁极作用力的实验并结合理论分析总结出来的。（参阅赵凯华、陈熙谋合编的《电磁学》上册和陈秉乾、舒幼生、胡望雨合编《电磁学专题研究》），从这两条规律中非常自然地得到B的定义式。而且只能是B =F/IL，而不是其它形式。第三条原则，即可操作性。作为一个物理量的定式，它应该给人们提供一种测量方法，而且要便于操作和运算。这一点跟逻辑简单性也是相通的。形式上简单，逻辑上来源于实验规律，具有测量的可操作性，三方面的要求或原则决定了磁感应强度B的定义式B =F/IL是最科学规范的表达形式。

参考文献

[1] 《物理学概念教学研究》李忠湖南教育出版社 2000年4月第1版。

[2] 《电磁学专题研究》陈秉乾等高等教育出版社 2001年12月第1版。

[3] 《电磁学》上册。赵凯华、陈熙谋人民教育出版社 1978年4月第1版。

附作者简介

牟长元, 重庆市铝城中学物理教师，中学高级职称；77级大学专科，90级大专起点函授本科，理学学士学位，97年西南师范大学＜教学论专业＞硕士课程进修班结业。95起在〈物理教学探讨〉中教版和学生版和〈物理教师〉等杂志上发表文章十余篇。