关于电场强度比值定义法的哲学思考

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1、关于电场强度比值定义法的哲学思考　　哲学是研究世界观、方法论的科学，是研究事物发展的最一般规律。在物理学中比值定义法是研究如何选用已知物理量并用相比的形式定义出新的物理量的方式或方法。比值定义法中蕴含的一般规律是什么？本文以电场强度这一物理量的引入过程，试图说明这个问题。　　在电荷的周围空间存在着电场，电场的显著特征是对放置其中的电荷有力的作用。如何描述电场的这一力学特性？显然应该从电荷受力谈起。　　由于任一电荷都会在其周围产生电场，为了描述场源点电荷的电场，可引入另一电荷做研究。当引入另一个点电荷时，点电荷本身也产生电场，此时的电场已不是原来的电场了，而是一个复合

2、电场，它的力学特性也不是原来电场的了。　　哲学上讲“要抓主要矛盾”的方法启发了我们。为了研究场源点电荷的电场情况，我们引入的一个检验电荷应满足两个条件，一是电荷电量足够小，产生的电场足够弱，它引入后的复合电场主要是场源电荷产生；二是体积足够小，可以看成质点，这样可以描述电场中某一点的特征。　　能否用检验电荷q所受的力F来描述场源点电荷Q的电场力学特征呢？从F=kQ?q?r2可知，这是不行的，引入的描述电场力学特征的物理量必须只能反映电场本身的特点，不能与外在的因素有关。而上式中，F与检验电荷的电量q有关，且如果在电场中同一点，分别放置正、负电荷，电场力的方向也不同。

3、　　虽然不能用检验电荷受力来描述电场，但也给了我们启发。我们注意到，在电场中的同一点，放入不同电量的检验电荷，它所受的电场力是不同的，且电量越大，电场力越大。在电场中的不同点，即使放入同一检验电荷q，一般来说，所受的电场力也不同，但检验电荷的电量越大，电场力就越大。由此，我们可以考查一下电场力与检验电荷电量的比值。　　在电场中的同一点，分别放入电量为q1、q2、q3的检验电荷，它们所受的电场力分别为F1、F2、F3，则有：　　F1=kQ?q1?r2F2=kQ?q2?r2F3=kQ?q3?r2　　显然：F1?q1=F2?q2=F3?q3=kQ?r2　　上式表明，在电场

4、中的同一点，不同检验电荷所受的电场力不同，但它所受的电场力与其电量的比值却相同，与检验电荷无关，只跟场源电荷有关（场源电荷的电量Q及在电场中的位置r）。　　若将同一检验电荷放在电场中的不同点，则有：　　F1=kQ?q?r12F2=kQ?q?r22F3=kQ?q?r32　　则：F1?q≠F2?q≠F3?q　　上式表明，即使是同一检验电荷q，放置在电场中的不同的点（r1≠r2≠r3），它所受的电场力是不同的，且电场力与电量的比值也不同，但它们的比值仅由场源电荷的电场决定。　　这样说来，检验电荷在电场中所受到的电场力与其电量的比值F?q有三个特性：　　1、确定性。在电场中

5、的同一点（如：距场源电荷Q距离为r处），不同的检验电荷的F?q均相同（kQ?r2），且只与场源电荷有关。　　2、区别性。在电场的不同点，即使是相同的检验电荷，其F?q也是不相同的（r1≠r2），F?q只与场源电荷及在电场中的位置有关。　　3、本质性。电场中某点F?q越大，表明单位电量的电荷在该点所受的电场力越大，表明该点的电场就越强；反之，则表明该点的电场就越弱，F?q可以反映电场力学特性的本质特点。　　据此，我们可以引入电场强度的概念，它是用电荷所受电场力与其电量的比值而定义的，这就是用比值定义法定义的新物理量。　　考虑到电荷有正、负，我们规定电场强度的方向与放置

6、在该点的正的点电荷的受力方向相同，与负的点电荷的受力方向相反。　　从电场强度的引入过程可以看出，E=F?q只是电场强度的量度式而非决定式，因而不能说“E与q成反比，与F成正比”，事实上E与q、F无关。它的有无、大小是由电场本身属性所决定的，与外在的因素无关。即使不放入检验电荷，该点的电场也是客观存在的，它可以通过外在的两个物理量的比值来度量其本质。正如问一个人的身高是多少？它是由本人长的高度决定的，但可以利用刻度尺来测量，即使不用尺子去测量，人的高度也是确定不变的，因而正确的测量可以反映出而并非决定人的高度。　　利用比值的方法定义新的物理量必须满足以下条件：一是已知

7、的两个物理量与要反映的事物本质属性有关，如电场强度这一概念的引入中，电场就对放入其中的电荷有力的作用。二是已知两个物理量的比值具有确定性和区别性，即对于不同事物或同一事物的不同特点一般是不同的，能够将它们区别开。三是两个物理量比值的结果有意义，能反映事物的本质特征。如本例中，F?q的大小能反映出该点电场的强弱。　　利用比值定义法定义新的物理量，建立新的物理概念，这在物理学中俯拾皆是。如速度的概念V=s/t，加速度概念a=ΔV/t，密度概念ρ=m/v，电阻的定义R=U/I，电容概念C=Q/U等，都是用这种方法引入的。比较复杂的情况，可能涉及到三个物理量的比值问题，