欧姆定律含义范文第1篇

关键词：欧姆定律；适用范围；微观机理；导电材料；能量转化

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）12-0039-2

人教版《普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1》《欧姆定律》一节内容围绕电阻的定义式、欧姆定律和伏安特性曲线三部分展开，图1为教材的两段文字，意思是当金属导体的电阻不变时，伏安特性曲线是一条直线，叫做线性元件，满足欧姆定律；“这些情况”的电流与电压不成正比，是非线性元件，欧姆定律不适用[1]。随后，教材举例小灯泡和二极管的伏安特性曲线，指出两个元件都是非线性元件。在遇到欧姆定律时，不论是年轻教师还是学生常常感到疑惑：欧姆定律适用范围究竟是金属和电解质溶液还是线性元件？小灯泡是金属，又是非线性元件，究竟是否满足欧姆定律？

[导体的伏安特性曲线 在实际应用中，常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U，这样画出的I-U图象叫做导体的伏安特性曲线。对于金属导体，在温度没有显著变化时，电阻几乎是不变的（不随电流、电压改变），它的伏安特性曲线是一条直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。图2.3-2中导体A、B的伏安特性曲线如图2.3-3所示。

欧姆定律是个实验定律，实验中用的都是金属导体。这个结论对其他导体是否适用，仍然需要实验的检验。实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。也就是说，在这些情况下电流与电压不成正比，这类电学元件叫做非线性元件。]

1 欧姆定律的由来

1826年4月，德国物理学家欧姆《由伽伐尼电力产生的电现象的理论》，提出欧姆定律：在同一电路中，通过某段导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比。欧姆实验中用八根粗细相同、长度不同的板状铜丝分别接入电路，推导出 ，其中s为金属导线的横截面积，k为电导率，l为导线的长度，x为通过导线l的电流强度，a为导线两端的电势差[2]。当时只有电导率的概念，后来欧姆又提出 为导体的电阻，并将欧姆定律表述为“导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。”

关于欧姆定律的m用范围，一直存在争议，笔者认为可以从不同角度进行陈述。

2 欧姆定律的适用范围

2.1 从导电材料看适用范围

欧姆当年通过对金属导体研究得出欧姆定律，后来实验得出欧姆定律也适用于电解质溶液，但不适用于气体导电和半导体元件。

从微观角度分析金属导体中的电流问题，金属导体中的自由电子无规则热运动的速度矢量平均为零，不能形成电流。有外电场时，自由电子在电场力的作用下定向移动，定向漂移形成电流，定向漂移速度的平均值称为漂移速度。电子在电场力作用下加速运动，与金属晶格碰撞后向各个方向运动的可能性都有，因此失去定向运动的特征，又回归无规则运动，在电场力的作用下再做定向漂移。如果在一段长为L、横截面积为S的长直导线，两端加上电压U，自由电子相继两次碰撞的间隔有长有短，设平均时间为τ，则自由电子在下次碰撞前的定向移动为匀加速运动，

2.2 从能量转化看适用范围

在纯电阻电路中，导体消耗的电能全部转化为电热，由UIt=I2Rt，得出 在非纯电阻电路中，导体消耗的电能只有一部分转化为内能，其余部分转化为其他形式的能（机械能、化学能等）， 因此，欧姆定律适用于纯电阻电路，不适用于非纯电阻电路。

金属导体通电，电能转化为内能，是纯电阻元件，满足欧姆定律。小灯泡通电后，电能转化为内能，灯丝温度升高导致发光，部分内能再转化为光能，因此小灯泡也是纯电阻，满足欧姆定律。电解质溶液，在不发生化学反应时，电能转化为内能，也遵守欧姆定律。气体导电是因为气体分子在其他因素（宇宙射线或高电压等条件）作用下，产生电离，能量转化情况复杂，不满足欧姆定律。半导体通电时内部发生化学反应，电能少量转化为内能，不满足欧姆定律。电动机通电但转子不转动时电能全部转化为内能，遵从欧姆定律；转动时，电能主要转化为机械能，少量转化为内能，为非纯电阻元件，也不满足欧姆定律。

2.3 从I-U图线看适用范围

线性元件指一个量与另一个量按比例、成直线关系，非线性元件指两个量不按比例、不成直线的关系。在电流与电压关系问题上，线性元件阻值保持不变，非线性元件的阻值随外界情况的变化而改变，在求解含有非线性元件的电路问题时通常借助其I-U图像。

从 知导体的电阻与自由电子连续两次碰撞的平均时间有关，自由电子和晶格碰撞将动能传递给金属离子，导致金属离子的热运动加剧，产生电热。由 知导体的温度升高，τ减小，电阻增大。因此，导体的电阻不可能稳定不变。当金属导体的温度没有显著变化时，伏安特性曲线是直线，满足“电阻不变时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比”。理想的线性元件是不存在的，温度降低时，金属导体的电阻减小，当温度接近绝对零度时，电阻几乎为零。小灯泡的伏安特性曲线是曲线，是非线性元件，当灯泡电阻变化时，仍有I、U、R瞬时对应，满足欧姆定律 如同滑动变阻器电阻变化时也满足欧姆定律[3]。

2.4 结论

综上所述，从导电材料的角度看，欧姆定律适用于金属和电解质溶液（无化学反应）；从能量转化的角度看，欧姆定律适用于纯电阻元件。对于线性元件，电阻保持不变，导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，欧姆定律适用。从物理学史推想，欧姆当年用八根不同铜丝进行实验，应该是研究了电压保持不变时，电流与电阻的关系，以及电阻保持不变时，电流与电压的关系。虽然都是非线性元件，小灯泡是金属材料，是纯电阻元件，满足欧姆定律，二极管是半导体材料，却不满足欧姆定律。因此，线性非线性不能作为欧姆定律是否适用的标准。

3 教材编写建议

“有了电阻的概念，我们可以把电压、电流、电阻的关系写成 上式可以表述为：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。这就是我们在初中学过的欧姆定律。”[1]笔者以为，欧姆定律的内容是 这个表达式最重要的意义是明确了电流、电压、电阻三个量的关系，而不是其中的正比关系和反比关系，教材没必要对欧姆定律进行正比反比的表述。

“实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。”教材已明确欧姆定律的适用范围，建议教材将线性元件和非线性元件的概念与欧姆定律的适用范围分开，同时明确线性、非线性不能作为欧姆定律是否适用的标准。

参考文献：

[1]普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010.

欧姆定律含义范文第2篇

社会学法学是法学的一个分支，其发展源于欧洲，由于欧洲和美国的历史传承性，美国人学习到了社会学法学思想，将其引入美国。但是其后社会学法学在美国的发展展现出了与欧洲大陆相比风格迥异的特点。其中最具特色的是美国社会学法学深受实用主义和经验理论的影响，它是以实用主义哲学为基础的法学理论，同时在发展别注重根据社会现实而产生的经验。在这一法学流派向前发展的道路上，出现了两位美国社会学法学先驱式的人物，霍姆斯和卡多佐。霍姆斯和卡多佐都深受实用主义哲学的熏陶，同时对于经验都秉持推崇的态度。他们分别以自己独特的思维方式，推动美国社会学法学走向成熟，产生了重大而深远的影响。

关键词：

经验；实用主义；社会学法学；思考

到了近代，法学的发展出现了三个不同的流派，社会学法学便是其中之一，社会学法学同分析法学、自然法学一道对法学研究乃至整个人类社会产生了重大而深远的影响。社会学法学和法律社会学不是同一个概念，是有区别的，这些区别在于二者所属学科范畴不同。法律社会学属于社会学，而社会学法学是法学的分支。但是社会学法学和法律社会学二者之间也有相同之处，两者在研究方法上采用的多为社会学的研究方法，并且都是将法律置于社会的运行之中，来观察法律的实际运行效果的。总之，社会学法学是同时以法学和社会学这样一种综合视角来考察法律的。

一、经验和实用在美国社会学法学概念中的体现

美国社会学法学是在欧洲社会学法学理论学说基础上发展而来的，但是美国社会学法学在发展过程中出现了与欧洲社会学法学理论很大的差异。欧洲一直是法学理论研究的高地，社会学法学理论同样在欧洲较为发达，美国作为一个“后起之秀”，就较少的受到这些理论的影响，它更看重的是法律在社会中的实际效能而非理论。对此可以从美国法学学者特雷瓦诺对社会学法学的观念一窥端倪，他认为：“社会学法学的最主要目的是研究社会和法律两者之间的关系，法律在社会这一层面的表现以及从事法律相关职业的社会人物是如何利用法律影响社会的。”由此可以看出，美国学者在研究社会学法学理论时，完全是以一种从社会实际出发的角度开始的。

二、美国社会学法学产生背景

十九世纪中后期，美国经济像起他资本主义国家一样出现了许多新的变化，开始由自由资本主义时期转为垄断资本主义时期，美国国内的经济结构发生了许多变革，美国政府为适应社会中出现的新情况，开始改变之前放任自由的政策传统，逐渐开始加强社会调控，制定并实施了许多的福利政策，与此同时法律就承担了更多的任务，也改变了原来奉行的放任不干预自由主义，开始转为对社会的积极干预，美国社会的思想观念层面，之前由欧洲传播而来的理性至上理念开始被人们怀疑，以树立信念作为开端的把实行行为和采取措施为主要方式并且注重行为最终取得的效果，这样一种思潮逐渐占领了当时美国民众的头脑，实用主义日益成为主流。任何一种理论学说社会潮流的兴起必有其哲学根基，这也解释了美国和欧洲之间社会学法学缘何差异。

三、美国社会学法学的哲学基础

美国社会学法学的理论源泉是实用主义哲学和社会学，因此，他的哲学基础是实用主义哲学，这也是美国社会学法学区别于欧洲理论的一大特点。实用主义是美国的一大标签，是美国社会的哲学理念，法国学者托克维尔就曾说过，美国如果有哲学的话就是实用主义。实用主义产生于十九世纪七十年代的现代哲学派别，是美国土生土长的一个哲学流派，其代表人物有皮尔士，费斯克，霍姆斯和詹姆斯。实用主义最鲜明的观点就是：有用即真理，无用即谬误。它强调经验的重要性，对于理论原则则次而待之，在看待信仰和观念时，也是从考察信仰和观念能否带来实际的效果为出发点的，能对活动带来指导并指导活动取得成就的理论才是真理，也就是说，真理的价值只在于行动的成功，那么与此同时，对于人来说，人们看待事物的视角也是完全从是否对自己有利出发的。重视行动，轻视教条，重视经验，轻视原则，认为概念的意义仅是来源于其结果，一切理论只有以行动的成功来印证。这种一切以效果功用为标准的学说，有人批评他根本不能称之为理论，因为它只是一种方法、实用主义并不反对什么，前提是其对于现实生活是有价值的，对于有价值的东西，就对其真实性予以承认，否则不予认同，这也说明了实用主义并不和神学相对立，因为神学中对于现实生活有价值的东西，也是被实用主义认同的。这同时也就决定了实用主义在审视自身存在时，只认可“效果至上”，那么按照这一说法，唯心还是唯物，这一传统哲学里最基本也是不可避免必须要首先回答的问题就变成了多余的无意义的了，实用主义认为自身是多元的，因为实用价值是多元的，因此在其他学者看来实用主义既包含了唯物色彩，也包含了一定的唯心色彩。

我国著名学者冯友兰在其《三松堂自序》中道出了对实用主义的一些看法：“实用主义的特点在于它的真理论，它的真理论实际上是一种不可知论。它认为，人是来源于经验，且只限于经验。无论如何，人不能走出经验范围之外去认识世界的。所为真理，就是对于经验的解释。如果解释的通，它就是真理。”由此可以看出实用主义的真谛。实用主义的这种强调经验注重目的的思潮给美国带来了深刻的影响，有人曾说：实用主义成就了美国。这种注重经验和实用至上的哲学思潮也同样深刻影响了美国的法学发展。作为美国社会学法学先驱的霍姆斯就是同皮尔士、詹姆斯一道成立了“形而上学俱乐部”，这是实用主义流派的一个组织，可见霍姆斯的思想是深受实用主义哲学的熏陶的。因而，霍姆斯的法学理论有时也会被人们称作“实用主义法学理论”。

四、经验和实用主义的展现———霍姆斯与卡多佐的社会学法学思想

霍姆斯出生于美国波士顿，在兵役结束后一直从事法律工作，但直到年过四旬，霍姆斯才开始担任法官工作，并与1902年起担任了联邦最高法院法官。霍姆斯最广为人知的是他对于言论自由“现实而紧迫的危险”的限定。早在霍姆斯刚从部队退役的时候，他就与詹姆斯，皮尔士等进行思想上的交流，并和皮尔士一起成立了“形而上学俱乐部”，因此，霍姆斯在从事法律工作时亦带有十分浓厚的实用哲学气息。在霍姆斯审判的案件中，有这样一个案例，就是1927年的布克诉贝尔案，马萨诸塞州政府出于社会利益的考虑，出台了一项意欲给痴呆人做绝育手术的政策，意在通过这一项政策减轻政府和社会的负担。这就引发了对于公民权利侵犯的争议，反对方认为这项政策侵犯了痴呆人作为公民的生育权利，是对宪法的公然违反，因此上诉到联邦最高法院。霍姆斯在审理案件时认为马萨诸塞州政府强制给智障者做绝育手术并不违反联邦宪法，他声称：“痴呆人有三代就够了。”霍姆斯信奉实用主义的理念被完全体现出来，这是一种社会达尔文主义，认为人并不是完全平等的，人类社会也会优胜劣汰，对于健全的人才有权利生活并繁育后代，痴呆人等不健全的人，是需要被人类社会淘汰的，显然这违反了人人平等这一宪法的最基本理念。这是霍姆斯奉行实用主义最典型的例子，他认为痴呆人是对于社会毫无价值的人，只会是社会的负担，依据他日常所奉行的有用才是真理的理论，就不难得出他支持给痴呆人做绝育手术的政策这一结果了。霍姆斯在对待种族和贫困问题时，也具有相同的态度，他认为只有有所成就的人才是有价值的，结果是考量一切包括人在内的标准，只有有所作为的人才具备了公民的权利，虽然因此霍姆斯饱受批评，但是从侧面可以看出实用主义对其影响是如此之深。

一些观点的争议不能掩盖霍姆斯的伟大，霍姆斯被称作“美国社会学法学的先驱”。他的社会学法学思想充满着智慧。在他的《普通法》一书中，他直接写到：“法律的生命不在于逻辑，而在于经验……”在霍姆斯看来，经验的重要性远比教条的法律重要的多，一些社会上的习惯，人民的普遍认识，根据社会情况制定政策，甚至法官在自己成长的过程中所接受的知识哪怕是不正确的认识在让法官作出判断时所发挥的作用都比死板的法律规则所发挥的作用大得多。霍姆斯认为那些固定的法律先例只能在当时适用，随着历史的变迁，现在的社会的以及具体案件的情况早已经不同以往，况且根据制定法律时的时代情况所制定的法律，只反映了立法一方对于法律问题的见解，如果还呆板的套用之前的先例和法律规则，只能导致法律运用的失败，造成当下社会的混乱，因此，法官必须摒弃一成不变的东西，要依据当下社会的情况，赋予古老的先例以新时代的内容，这就是霍姆斯称之为的“法律的成长”，只有在赋予了法律以新的内容，法律才会一直保持生命力。

霍姆斯极力的反对逻辑，他认为一个法官如果只会按照法律逻辑推理法律的适用，那么这个法官就是不合格的，一个合格的法官应该是依据经验进行审判的，法官所处理的每一个案件才是事实上的法律。众所周知，在十九世纪后期，美国在经济上已经完成了对英国的超越，新的经济形势需要美国以新的法律来应对，旧的完全仿照英国的遵循先例的法律传统已经不适用美国的现实，改变正是适应这种变化的正确途径。作为一个实用主义者，一个以目的和效果作为出发点来考察一切的人，霍姆斯不可能固守原来的法律传统一成不变，坚持传统上严格意义的司法形式，因此只有根据经验和社会具体情况的法律，才是霍姆斯心中的完美形式。但是同时需要注意的是，霍姆斯并不是一个完全反叛传统、旧的制度的人，他主张的是一种进化理论，就像前面提到的霍姆斯在“布克诉贝尔案”中的表现一样，他所信奉的是一种循序渐进的进化理论，并不是一蹴而就的革命。依据霍姆斯的理论，法官的作用就比以往大得多了，这时的法官不仅是一个审判者，更像是一个集立法权和司法权于一身的形象。此时法官并不是只有权力的增加，对于他们更多的是提出了新的要求，承担新的责任。既然法官已经是不同于以往的新角色，并且并不是按照原来的司法模式进行审判，那么就要求法官在进行审判工作的时候必须考虑的更多方面的因素：必须明确法官在案件中的任务有哪些？在一个法官面对的案件中哪些方面是其所必须严谨对待的？法官必须清楚遵循先例是在什么样的案件情况下能具体适用的？在案件审判时，如果法官选择遵循先例，那么支持这一决定的理由有哪些？如果法官们选择按照自己的决定行事，不遵循先例，那么他们必须明确支持自己作出新的判决的理由又是哪些？综上可以看出，经验和实用主义在霍姆斯身上的烙印，霍姆斯被称为是那个时代“最杰出的法学家”，一个完全的信奉以实用主义哲学为基础的经验至上的社会学法学家。

卡多佐于1932年接替霍姆斯出任联邦最高法院法官，卡多佐视霍姆斯为自己的偶像。这也就表明在思想观念上，卡多佐和霍姆斯是有一脉相承的关系的。霍姆斯主张改变原来呆板僵化的法律模式，把他的实用主义和经验理论引入到了司法活动当中，给美国司法印上了属于经验和实用主义的社会学法学烙印。在卡多佐看来，现实主义也是当时法律活动所必需的，他不认同一成不变的法律规则，卡多佐认为法律规则是流动的，是按照一定的发展路径不断发展的，其中一个最重要的方向就是“朝着社会正义、道德和社会福利以及当时社会风气的路线。”这也体现了卡多佐以社会学的角度看待法律。对于法官的权力，卡多佐不同于霍姆斯的是他对于法官进行了一些限制，他认为法官应该在遵循先例的基础上才能进行创新，而且，法官并不是创造法律，而只是“创造性的发现法律”。从上述论述可以看出，美国早期社会学法学的发展充满着经验和实用主义的气息，以经验和实用主义为指导的该时期美国法律活动焕发出了耀眼的光芒，也为后来法学理论的发展以及法律活动的进步提供了指导和借鉴。

参考文献：

［1］孙文恺．社会学法学［M］．北京：法律出版社，2005．

［2］沈宗灵．现代西方法理学［M］．北京：北京大学出版社，1992．

［3］冯友兰．三松堂•自序［M］．北京：北京三联书店，1984．

［4］本杰明•卡多佐．司法过程的性质：中译本［M］．北京：商务印书馆，1998．

［5］AJayierTrevino．TheSociologyofLaw：ClassicalandContemporaryPerspectives［M］．NewYork：St．Mar－tin，1990．

欧姆定律含义范文第3篇

一、常规的实验电路图有两种连接方式，如图1所示电流表内接法和如图2所示的电流表外接法.

其实验原理相同.闭合电路欧姆定律E=U+Ir，改变外电阻R，就能测得U、I的数据，利用两组数据代入公式可求得E、r的数值，若不考虑电流表和电压表的内阻，进行两次测量，由闭合电路欧姆定律列方程得

E测=U1+I1r测，

E测=U2+I2r测，

解得E测=I2U1―I1U2DI2―I1，

r=U1―U2DI2―I1.

图1中，考虑电压表的内阻，由闭合电路欧姆定律有

E=U1+（I1+U1DRV）r，

E=U2+（I2+U2DRV）r，

其中，E和r为真实值，解得

E=I2U1―I1U2D（I2―I1）―U1―U2DRV，

r=U1―U2D（I2―I1）―U1―U2DRV.

比较可知E>E测，r>r测.当电池的电阻较小（几欧姆或以下）时，式中U1―U2DRV很小，测量值与真实值很接近.系统误差较小.

图2中，考虑电流表的内阻，由闭合电路欧姆定律有

E=U1+I1r+I1RA，

E=U2+I2r+I2RA，

解得E=I2U1―I1U2DI2―I1，

r=U1―U2DI2―I1―RA.

比较可知，E=E测，r

以上两种方法都能测出电池的电动势和内阻，并且误差较小.

二、下面结合例题作具体分析

例1在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：干电池（电动势E约为1.5 V，内电阻r约为1.0 Ω）；电流表G（满偏电流3.0 mA，内阻Rg=10 Ω）；电流表A（量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω）；滑动变阻器R（0～20 Ω，10 A）；滑动变阻器R′（0～100 Ω，1 A）；定值电阻R3=990 Ω；开关和导线若干.

（1）为了能准确地进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是.（填写数字代号）

（2）请画出实验原理图.

解析由闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知，只要能测出两组路端电压和电流即可，但题目中只给出两个电流表且其中一个电流表G的内阻已知，可以把内阻已知的电流表和定值电阻R3串联改装成一个电压表.为了减少误差，滑动变阻器应选R，设计实验原理图如图3所示.

分别测两组电流表G和A的读数，则有

E=IG1（R3+Rg）+（IA1+IG1）r，

E=IG2（R3+Rg）+（IA2+IG2）r，

可得E=（R3+Rg）（IG1IA2―IA1IG2）DIA2+IG2―IA1―IG1，

r=（R3+Rg）（IG1―IG2）DIA2+IG2―IA1―IG1.

此方法能准确地测量出电源的电动势和内阻，无系统误差.

例2用一块内阻已知的电流表和一块内阻未知的电流表可以测量内阻较大的电源的电动势和内电阻，其电路原理图如图4所示.设A1的内电阻为R0，假设两电流表的总量程略大于所在回路的电流，若S1闭合，S2断开时，电流表A1的示数为I1，则有

E=I1（R0+r），

若S1闭合，S2闭合时，电流表的示数为I1′和I2′，则有

E=I1′R0+（I1′+I2′）r，

联立以上两式可得电源的电动势和内电阻分别为

E=I1I2′R0DI1′+I2′―I1，

r=I1―I1′DI1′+I2′―I1R0.

例3在“测定电源电动势和内阻”的实验中，除待测电源（E，r），足够的连接导线外，实验室仅提供：两只量程合适的电压表V1、V2及V1的内阻R1，一只单刀双掷开关S.

（1）画出实验原理图；

（2）写出用测量值表示的电源电动势E和内阻r的表达式，并注明式中各量的含义.

解析依据题意可知，电压表V1的内阻已知，则可由电流――电压变换法用V1测出它所在支路的电流，设计实验电路原理图如图5所示.

设当开关S与1接触时，电压表V1的读数为U0；当开关S与2接触时，电压表V1、V2的读数分别为U1、U2，由欧姆定律E=U+Ir，即有

U0=E―U0rDR1，

U1+U2=E―U1rDR1，

可得E=U0U2DU0―U1，

欧姆定律含义范文第4篇

【关键词】康德哲学/非欧几何/狭义相对论/批判精神

【正文】

20世纪早期可谓科学史上罕有的黄金时代。其间，现代物理学的两大支柱——相对论和量子力学相继创立，由此不仅为物理学提供了新的范式，而且为人类的整个自然观带来了重大变革。赞叹之余，我们更应细察这些科学思想的源流，从而发现通向未来的重要启迪。这就必然把我们带到19世纪后半叶这一令德国人为之骄傲的时代，尤其是在被誉为“德国科学的帝国首相”的亥姆霍兹身上，我们将会发现导向20世纪物理学革命的一系列重要思想。

一　追踪“先天”空间形式的世俗血统

在人类文明史上，数学因其在我们的整个知识体系中的特殊地位而与哲学有着非同寻常的关系。对数学基本问题的思考不仅是推动数学发展的重要动力，而且也使数学的内容不断深化和发展。从柏拉图到康德的哲学唯理论流派就把数学当作自己重要的理论基石，欧氏几何学曾被康德看作是存在先天综合判断的根本依据之一。“经验论哲学家们则反对这一论证，结果都失败了；唯理论者有数学家站在他的一边，要反对他的逻辑，似乎是没有希望的。非欧几何发现之后，情况为之逆转。”[1]经验主义思潮随开始盛行。对于认识论的这次重大革命，亥姆霍兹功不可没。

从其科学生涯的早期，亥姆霍兹就致力于对数学、物理学基本概念的哲学分析和批判考察。wwW.133229.cOM在他看来，自然科学与逻辑学在思维方式上是根本不同的。因为在作为“哲学的一部分的逻辑学中，关于大前提及小前提的起源问题一般是没有说明的，……传统逻辑把自己限于那种方式、方法，由这种方式、方法你就能从已知的和给定的命题推出新命题，即一个人如何从三段论中推出命题。它并没有给出我们如何达到最初命题的大前提和小前提的任何信息。一般说来，这正是由一位未知的权威所给的命题。”[2]而自然科学的程序则恰恰相反，它的目的在于获得先前未知的知识，这些知识是不能由任何权威给出的。正是那些先前不知道的命题，形成了自然科学的主要部分及最重要的部分。按照这种精神，对于一个理论来说，亥姆霍兹最为关注的必然是对其前提及基本原理的批判性审查，并进而揭示出它们的“世俗血统”，这正是他科学与哲学研究的突出特色，也是一切富有创造性的杰出科学家及哲学家所共有的优秀品格。因此，从其对生理光学的研究到对一般空间知觉的起源和本性的沉思，再到对几何学及算术公理之基础的批判性考察就成了亥姆霍兹科学与哲学探索的必然发展趋势。

早在1857年给其父亲的信中，亥姆霍兹就明确谈到：“我正感到某些问题急需特别处理的必要性。就我所知，还没有任何一位现代哲学家着手处理这些问题，它们全部属于康德所探讨的先验概念的范围。例如几何学原理和力学原理的起源问题，以及我们必须逻辑地把实在归诸于物质和力这两个抽象概念的理由。其次是来自类比的无意识推理的规律，由此规律我们才从感觉进到知觉。我清楚地认识到这些只有通过哲学探讨才能被解决，也才是可能解决的，以致我感到对更深奥的哲学知识的迫切需要。”[3]但另一方面，他也深知解决这些重大问题决不能像前人那样单靠纯思辨的方法，否则就会重蹈覆辙。随之，亥姆霍兹对感官生理学、特别是生理光学及知觉的起源与本性进行了长期的深入研究，直到1866年才真正转向几何学公理及算术公理之基础的研究。

在亥姆霍兹看来，像几何学这样的科学可以存在，而且按它的方式被建构起来这一事实，已经必然地引起每个对认识论问题感兴趣的人的关注。我们的知识中没有别的学科像几何学那样似乎是现成地出现的。在这方面，它完全避开了其它的自然科学学科必须做的那种收集经验材料的繁琐任务，以致它的程序的形式是唯一地演绎的，结论来自结论，并且谁都不最终地怀疑这些几何定理对现实世界的有效性，从而使得几何学总是被当作令人叹服的例子去证明，不必借助经验我们也能获得关于实在内容的命题的知识，特别是被康德当成了存在先天综合判断的根据，这是不符合批判精神的。亥姆霍兹要进一步对这些所谓的“自明公理”进行批判考察，其目标在于“给出有关几何公理，它们与经验的关系以及用其他公理代替原有公理的逻辑可能性的最新研究成果的一种解释。”[4]

那么，欧氏几何所隐含的基本事实是什么呢？亥姆霍兹的分析表明，欧氏几何的所有证明的基础都在于确立相关的线、角、平面图形及立体图形的叠合。只有当两个图形完全重合时，它们才是相等的。对之作进一步的分析将会发现，为了使两个图形相等，必须把一个图形移向另一个图形。但是如何移动呢？答案无疑是要保证移动过程中图形保持不变，这相当于移动一个不变的刚体。显然，这里隐含的公设是不变刚体的存在，而这个概念是来自对自然物体所显现的物理的或化学的特性的抽象。如果刚体或质点系统不能形状不变地相互移动，如果几何图形的叠合不是一个独立于一切运动的事实，我们就不能谈论全等，也不会有空间测量的可能性。因而，对欧氏几何来说，首要的是全等概念，而不是两点间的最短线，这就是亥姆霍兹基于事实的分析而非解析的准则所得到的一个重要结论。正如他在谈到这一点时所说：“我的出发点是一切最初的空间测量都是基于对全等的观察。显然，光作为直线的性质是一个物理事实，它受到其它领域的特定实验的支持，对于可以获得对几何公理的精确性充分确信的盲人来说，光的这一特性是绝对不重要的。”[5]因为盲人不借助光的直线性也能理解欧氏几何学，但盲人并非通过触觉没有领悟全等。

亥姆霍兹认为，riemann的解析方法的不足之处在于它没有反映出我们的空间概念所必须的经验部分。而他自己的目标则在于以确立重合为起点，去假定空间测量的可能性并进而探求多维空间的一般解析表达式，这就意味着经验地得到了几何公理。在谈到与riemann的研究思路的重大区别时，亥姆霍兹指出：“我自己达到同样的考虑部分地来自对于颜色的空间描述的研究，部分地通过对以视野中的测量为目的的视觉估计之起源的研究。riemann从描述空间中无限接近的两点间距离的一般解析表达式开始，由此导出了关于不变的空间结构的自由运动定理，而我则从观察事实出发，这一事实即不变的空间构形在我们空间中运动的自由性是可能的，并且我由这一事实导出了较riemann当作公理的解析表达式的必然性。以下就是我的计算所基于的假定：(a)关于空间的连续性和维数；(b)可动刚体的存在，它是通过叠合而进行空间测量的比较时所必需的；(c)这种刚体的可自由运动特性，由(b)(c)两点可保证两个空间图形的叠合与其所在的空间位置无关；(d)刚体的旋转不变性。”[6]亥姆霍兹认为，这四个假定都是普通几何所具有的，“尽管以上假定没有关于直线和平面的存在的公理及平行线公理，它也是完备的和自足的，并且从理论上看，它具有完备性和易于检验的优点。”[7]

从以上四个假设出发，亥姆霍兹达到了riemann的研究起点，即n维空间中扩展了的毕达哥拉斯定理。如令维数为三，并假定空间是无限扩展的，就只有欧氏空间是可能的。也就是说，欧氏空间只是满足叠合条件的不同类型的空间中的一种。这些空间包括球面空间和伪球面空间，它们也是可设想的无矛盾的几何学。

那么，为什么我们接受了欧氏几何，而没有接受其它可能形式的非欧几何呢？为此，亥姆霍兹认为必须首先研究可想象的和可知觉的东西之间的关系，并进一步从中发现新的准则，以便用于有关几何学的特殊考虑，从而区别出空间知觉中的先天因素和后天因素。他先后研究了假想的二维生物在平面、球面及椭球面上所产生的几何学。从而得出结论：欧氏几何学之所以是我们周围实在世界的几何学，这没有什么可奇怪的，因为我们的视觉观念已经变得与这一环境相适应，因而也服从欧氏几何定律。如果生活在另一种几何结构不同的环境中，我们就会与新的环境相适应，学会看非欧几里德式的三角形，会觉得三角形的内角和不等于180度是正常的，我们也将学会用被那个世界的刚体所定义的一致性来测量距离。也就是说，欧氏几何的优先权是古老习惯的产物，它的基础在于我们的物质环境的欧几里德特性，我们由之认识几何关系的物理实体——刚体和光线在结构上是与欧氏几何定律相一致的，这种经验事实正是这类习惯的源泉。因而，康德意义上的终极范畴是不存在的，它所被赋予的确定性和固有的必然性也是虚幻的。由此，空间直观的“世俗血统”显然无疑其基础受到了根本性的动摇。一场新的认识论革命即将到来，它的目标正是对那些被赋予先天性的基本概念进行彻底地批判和清洗。马赫及赫兹的力学批判正是这一革命的重要组成部分，相对论的创立则是这一认识论革命的重大成果。在爱因斯坦看来，如果没有亥姆霍兹的非欧几何思想，就不可能通向相对论。

二　爱因斯坦：“时间是可疑的”

众所周知，爱因斯坦是完成人类时空观根本变革的伟大哲人——科学家。他的青年时期正值追寻科学原理之基础的英雄时代，而善于从思想起源对基本概念进行批判性考察恰是爱因斯坦成功的关键，这与亥姆霍兹不无重大关系。

正如爱因斯坦多次谈到的那样：还在苏黎世联邦工业大学学习时，他就利用课余时间认真研读了亥姆霍兹、玻耳兹曼、赫兹等人的论著，特别是亥姆霍兹的五卷本《理论物理学讲义》使他受益匪浅。其中的第一卷有一半讲的都是哲学和认识论，具体实验却很少提及，甚至连那个在他的赞同下首次完成的迈克尔逊实验都未提及。正是这套讲义加强了爱因斯坦的批判意识及研究认识论的自觉性。当谈及这段经历时，爱因斯坦不无感慨地说：“在那里我有几位卓越的老师（比如胡尔维兹(a.hurwitz)、明可夫斯基(h.minkowski)），所以照理说，我应在数学方面得到深造。可是我大部分时间却是在物理实验室里工作，迷恋于同经验直接接触。其余时间，则主要用于在家里阅读基尔霍夫(g.r.kirchhoff)、亥姆霍兹(h.l.f.von helmholtz)、赫兹(h.r.hertz)等人的著作。”[8]大学毕业后，在伯尔尼专利局做试用检验员的爱因斯坦与c·哈比希特、m·索洛文三人组成了奥林比亚科学院，其中研读和讨论包括亥姆霍兹在内的大师们的著作是科学院的主要活动之一。因而，亥姆霍兹对于几何学、数学及力学基本概念的批判对爱因斯坦的认识论及其对康德哲学的看法有着直接影响。

在爱因斯坦看来，康德哲学中最重要的东西是他所说的构成科学的先验概念，而承认先验综合判断的存在则是他设下的圈套。[9]事实上，康德在那些作为任何思维的必要前提的基本概念与来自经验的概念间所作的根本性区分是不正确的，其原因在于康德只强调了那些基本概念的有效性而忘记了它们的世俗来源，从而它们就会被看作是一成不变的既定的东西，并打上“思维的必然性”、“先验地给予”等等烙印。康德正是这样去看欧氏几何的。正如爱因斯坦在“物理学与实在”一文中所指出的那样：“欧几里德几何的纯逻辑的（公理学的）表示，固然有较大的简单性和明确性这个优点，可是它为此所付出的代价是放弃概念构造同感觉经验之间的联系，而几何学对于物理学的意义仅仅是建筑在这种联系之上的。致命的错误在于：认为先于一切经验的逻辑必然性是欧几里德几何的基础，而空间概念是从属于它的。这个致命错误是由这样的事实所引起的：欧几里德几何的公理构造所依据的经验基础已被遗忘了。”[10]既然“先天”空间形式已不可能，“先天的”时间形式还成立吗？这便是相对论的诞生必须突破的一道难关。在放弃了许多无效的尝试之后，爱因斯坦终于醒悟到：“时间是可疑的。”谈到这一点时，爱因斯坦特别强调了休谟和马赫的影响，在他看来：“只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里。那么任何想令人满意地澄清这个悖论的尝试，都是注定要失败的。清楚地认识这条公理以及它的任意性，实际上就意味着问题的解决。对于发现这个中心点所需要的思想，就我的情况来说，特别是由于阅读了戴维·休谟和恩斯特·马赫的哲学著作而得到决定性的进展。”[11]这里并未提到亥姆霍兹的作用。的确，亥姆霍兹由于认识到“时间”观念的复杂性而更关注于空间观念的批判性考察。但这种批判对相对论的创立同样有着至关重要的作用。其影响并不亚于马赫那“坚不可摧的怀疑论”。[12]在谈到非欧几何与物理学时爱因斯坦也指出：“物理世界的几何究竟是怎样的？它究竟是欧几里德式的还是任何别种的？许多人都争论过这个问题有没有意义。为了说明这种争论，必须在下面两种观点中彻底坚持一种。第一种观点，同意几何‘体’实际上体现着物理固体，当然，这只要固体遵守那些关于温度、机械应力等等已知的规定就行了。这是从事实际工作的实验物理学家的观点。如果几何的‘截段’，同自然界的一定客体相对应，那么几何的一切命题也都具有说明现实物体的性质。这种观点亥姆霍兹说得最明白，可以补充一句：要是没有这种观点，实际上就不可能通向相对论”。[13]对此应怎样理解呢？如果我们深入考察亥姆霍兹的非欧几何思想，我们将发现，其中不仅仅有对先天空间形式的批判，而且包含着关于“空间”相等的一种操作定义，从而为建立新的时空观指明了方向。

在有关空间知觉的早期研究中，亥姆霍兹就指出，我们对各种空间形状、距离及空间关系的知识的获得都是通过我们的身体或简单仪器的操作及实验而达到的。他关于非欧几何的探讨是通过空间中刚体的运动而进行的，而其中的相等关系正是由刚体向它的比较对象发生的真实运动来作出操作定义的。关于空间间隔的测量，必须首先对作为测量标准的刚体的某些特性给出明确规定，此后测量的意义就由这个作为标准的刚体的重复操作而确定。也就是说，康德意义上的那种绝对普遍而必然的几何学并不存在，只有与关于等同性的操作定义相关的几何学。按着这一观点，爱因斯坦在长时间的沉思之后，对时间概念提出了类似思考：同时性也没有任何绝对意义，它只能在一个确定的操作定义之上讨论，即同时性的爱因斯坦定义。

在“论动体的电动力学”这一划时代论文中，爱因斯坦基于对电动力学所导致的不对称现象的深刻分析和长达十年之久的追光悖论的沉思，首先提出了相对性原理和光速不变原理这两个公设。在随后的运动学部分，爱因斯坦首先给出了同时性的操作定义，从而使得“同时性”概念不仅摆脱先验色彩和直觉性，而且使它与经验建立了密不可分的联系，其结论是同时性的相对性。这个突破之后，先前的极大困难就迎刃而解了，时间的相对性和空间的相对性以及新的时空变换都不过是同时性的相对性的必然结果。这便是该文的运动学部分所提供的狭义相对论的完整的基本原理。

三　从亥姆霍兹到爱因斯坦：富有批判精神的优良传统

科学哲学家赖欣巴哈在谈到相对论的哲学意义时曾指出：“我们把几何学问题的哲学说明归功于亥姆霍兹。他看出物理几何依赖于刚体全等的定义，并因此推得，物理几何本质的清楚说明在逻辑上比几十年之后发展起来的彭加勒的约定论更优越。又是亥姆霍兹，借助于形象化是有关固体和光线的经验结果这一发现，澄清了非欧几何的直观说明。……亥姆霍兹不能成功地劝服他的同代人脱离康德的时空先验论并不是他的错误。只有很少的专家知道他的哲学观点。当由于爱因斯坦的理论使公众的兴趣转向这些问题时，哲学家便开始让步并脱离了康德的先验论”。[14]我们认为，其中的“哲学说明”是指亥姆霍兹的思维和方法在本质上是哲学的，即对基本概念和理论前提进行彻底的批判考察，这正是康德哲学所富有的批判精神。正如海涅谈到康德的《纯粹理性批判》在德国引起的哲学热潮时所说：“康德引起这次巨大的精神运动，与其说是通过他的著作的内容，倒不如说是通过在他著作中的那种批判精神，那种现在已经渗入于一切科学之中的批判精神。所有学科都受到了它的侵袭。……德国被康德引入了哲学的道路，因此哲学变成了一件民族的事业。一群出色的大思想家突然出现在德国的国土上，就像用魔法呼唤出来的一样。”[15]的确，在康德之后，出现了费希特、谢林和黑格尔，他们沿着唯心主义道路进一步发展了康德哲学。与之不同的是，稍后的一大批德国杰出的科学家走的是另外一条以实证科学去解释和发展康德哲学的道路，其结果是康德哲学的许多结论得到了改造，但就其精神本质而论，则是对康德哲学的精神——批判精神的真正继承与发扬，这也正是德国科学的优秀传统的突出特点。这后一条道路的开拓者正是亥姆霍兹，他也因而被看作新康德主义的领导者和科学哲学的先驱者。赫兹、普朗克、爱因斯坦则是他的直接传人。他们的思维在本质上是哲学的思维，他们既是科学家，也是哲学家。在此，富有批判精神的文化传统发挥着重要的助长剂和催化剂的作用。爱因斯坦对此深有感触，他认为：“使青年人发展批判的独立思考，对于有价值的教育也是生命攸关的。”[16]

以上探讨不免使我们联想到中国教育的现状。我们的课堂、教材灌入给青少年的都是无血无肉的死的东西，知识技能化的倾向愈演愈烈，科学精神、科学思想丧失殆尽。由此，怎么能培育出世界级的科学大师呢？这或许可算作我们从本文得到的一个重要启示吧！

【参考文献】

[1]赖欣巴哈．科学哲学的兴起[m]．北京：商务印书馆，1983.112．

[2]helmholtz: vorlesungen uber theorerische phydsik, bd.i, leipzig,1897.s.5-6．

[3]l.koenigsberger:hermann von helmholtz, oxford,1906.p.160．

[4][5]helmholtz: epistemological writings,boston,1997,p.2;p.39．

[6][7]helmholtz: wissenschaftliche abhandlungen,leigzig,1868,s.621.s.616．

[8][9][10][11][13]爱因斯坦文集（第一卷）[m]．北京：商务印书馆，1983.7、104、349、24、207．

[12]a·i·米勒．科学思维中的意象[m]．武汉：湖北教育出版社，1991.104．

[14]albert einstein: philosopher--scientist,edited by p. a. schilpp, new york,1949,p.304．

欧姆定律含义范文第5篇

关键词：人教版；高中物理；素质教育；结合

中图分类号：G633.7 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）34-0041-02

中学时代基础教育的根本目标是提升全民族的基本素质，培养一批怀抱理想、充满文化、具备道德、时刻有严明纪律性的良好公民，同时灌输相应的基础知识，为培养我国现代化建设所需要的各类人才奠定基础。新时代背景下的高中物理教学目标，不再仅仅以分数为目的，开始重视学生的全面发展。素质教育中最关键的是以提高全民族素质为目的，以全面发展为根本任务。以下就物理教学中结合素质教育的途径展开探讨。

一、时代背景下素质教育与高中物理结合的基本教育内容

1.物理教学中对学生的思想素质教育。辩证唯物主义的思想要求在物理教学中用唯物主义的观点客观地地阐述物理知识，让学生在潜移默化中接受物理知识并领会辩证唯物主义。爱国主义思想，即要求教师在授课过程中介绍科学家们为了祖国的发展献身研究事业的事迹，讲述我国目前的发展现状以及存在的问题，表示出对青少年的殷切期望。从而也能培养学生的民族使命感，鼓励学生为家乡的富饶安定和祖国的繁荣富强而不断学习。

2.物理教学中对学生的科学素质教育。在高中物理教学中结合科学的素质教育，不但要让学生掌握物理知识，了解它们在生活中的实际应用，并提高相应的技能和技巧，还要注重培养学生对物理知识的探索能力，培养学生对科学的进取精神，让学生从小养成实事求是的科学素质，为今后的研究做铺垫。

3.物理教学中对学生的身心素质教育。身心教育是基础素质教育的重要内容，其中最主要的就是帮助学生发展非智力因素。非智力因素的处理能够直接影响到学生的发展。在高中物理教学中，发展学生的非智力因素主要是培养学生实事求是的态度以及克服困难的意志等。

4.物理教学中对学生的劳动素质教育。在物理教学中对学生进行劳动素质教育，主要是用来揭示物理学和生活实践之间的关系。在高中物理教学中劳动素质教育主要体现在物理实践教学中，教师要着重培养学生的实际动手能力及运用所学的知识解决实际物理问题的习惯和技巧。

二、素质教育与高中物理结合的基本原则

从物理教学的特点出发，结合素质教育的要求，总结出如下五条基本原则：

1.互动原则。教学活动和课堂教学的设计要注意“教”、“学”双方的互动，真正体现教、学并存的关系。

2.发展原则。发展原则即是指高中物理教学要以促进学生的全面发展为目标。从广度上讲，就是人们常说的“全面发展”，这是我们实施素质教育的目标；从深度上讲，指教学要着眼于学生的最近发展，要让学生以前期学习为基础逐步掌握新的知识。

3.结构原则。结构原则指在教学中要通过对知识结构的教学，为学生构建良好、有序的物理认知结构。帮助学生梳理知识结构，从而整体、有序地对知识进行系列性的了解。

4.内化原则。在物理教学中，教师必须创造条件，引导学生将物理知识结构内化为物理认知结构。

5.反馈原则。反馈原则即是将大脑里的主观的物理转化为外部实际存在的东西，比如应用所学的知识解决生活中的实际问题、解释有关的物理现象等，之后从外界对学生的学习成果作出评价，学生再根据反馈，改正今后的学习行为。

三、以《欧姆定律》教学为例阐述素质教育与高中物理的结合

1.高二学生学科知识现状和能力分析。高二学生在之前的学习阶段中已经学习并掌握了电路方面的部分基本知识，学习了电压、电流的基本含义，理论上而言已经完全具备了学习欧姆定律的能力。目前存在的问题就是现有教材中应用型的事例比较少，在实际的应用问题上，学生无法改变传统的学习方法、思维和认知经验，导致在学习方法上形成了无法突破的障碍。因此，在课堂教学中，老师要注重图像教学法，利用ppt或者现场试验的方法能够让学生想到或者看到，这样就更易于学生理解这方面的知识。

2.学生生活环境与心理素质分析。电和电路是我们生活中很常见的事物，尽管不陌生，但是学生对电和电路的原理也不是很了解。教师可以利用学生对未知事物的探索心理培养学生的学习兴趣，依靠这一兴趣，学生才能自愿并大胆地尝试新事物并深入了解新事物，以此为课堂操作和教学打基础。

3.课程设计。《欧姆定律》是高中物理第二册第十四章第一节的内容，教学对象是高二理科生。欧姆定律是下一章恒定电流的基础内容，它的重要性不需要多加证明，高二物理中的欧姆定律是对初中内容的补充和延伸，在理解的基础上加以实际的应用。本章按照如下的方案展开：首先从初中课本学过的基本电路知识引入欧姆定律，接下来解释影响导体的电阻的因素，然后介绍半导体和超导体，在半导体和超导体的介绍中提高学生的学习兴趣，培养学生对科学的向往，再然后引入电功和电功，最后介绍在闭合电路中的欧姆定律。具体几点要求如下：①课程目的：全面提升学生的科学素养，让学生掌握并利用图象法分析问题，进行研究。②课程结构：注重全班同学的共同参与，调动课堂氛围，因材施教，有利地利用学生现有的知识和理解力。③课程内容：体现这门课程的公共基础性和参与性，联系生活展望未来，了解时代需求。④课程实施：积极调动学生的积极性，营造良好的学习氛围，鼓励学生自己思考、主动参与、团队合作，共同讨论并得出结论，最后由老师作总结并指出存在的问题。这样既能让学生学到知识，也能培养学生的学习能力，还能培养学生的团队意识，实现“人性化课堂”。

四、结束语

随着教育部门对素质教育要求的提高，对高素质人才培养的重视，高中物理教学工作面临着新的要求。面对这种情况，学校要加强对物理教学工作的重视，积极树立科学的素质教育理念，不断提升教学团队的教学素质，从而不断提高物理教学的质量，实现人才培养的终极目标。

参考文献：

[1]董晓莉.物理教学中激发学生的学习兴趣[J].中学生数理化（教与学），2011，（04）.

[2]王大可.谈高中物理实验教学中的素质教育[J].科教新报（教育科研），2011，（18）.

[3]欧伟.浅谈如何在初中物理教学中提高学生的观察能力[J].新课程学习（学术教育），2010，（09）.