幾種教材中安培力方向表述的對(duì)比及修改建議

李海浪

摘要：安培力的方向是物理教學(xué)中一個(gè)重要的基本知識(shí)點(diǎn)。本文通過比較國(guó)內(nèi)外幾種教材的安培力方向的表述的差異，試圖綜合出更合適中學(xué)物理教學(xué)的科學(xué)表述。

關(guān)鍵詞：安培力；方向；多版本教材

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）4（S）-0041-2

安培力的方向是物理教學(xué)中一個(gè)重要的基本知識(shí)點(diǎn)。但我們發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外幾種教材對(duì)安培力方向的表述有明顯或細(xì)微差異。到底哪種表述更科學(xué)，更適合中學(xué)物理教學(xué)，抑或如何修改完善教材中的表述呢？

我們先看最新的新課標(biāo)人教版教材表述的“左手定則”：“伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)：讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向?！?/p>

再看新課標(biāo)之前的人教社老教材表述的“左手定則”：“伸開左手。使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)。把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向電流的方向。那么，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向?！?/p>

這兩種表述看似差不多，但細(xì)心比較會(huì)發(fā)現(xiàn)新課標(biāo)教材一句話“讓磁感線從掌心進(jìn)入”沒有要求“垂直掌心”，而老教材中有要求。再查看新課標(biāo)粵教版等其他教材發(fā)現(xiàn)左手定則表述中也有“垂直掌心”要求?！按怪笔中摹边@一要求為什么有的表述中有，有的表述中沒有呢？

可能的解釋是：新課標(biāo)人教版教材考慮到磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流方向有不垂直情況，這種情況無法做到讓磁感線垂直進(jìn)入掌心。但不說“垂直掌心”，又可能出現(xiàn)磁感線不垂直大拇指，斜穿入掌心而導(dǎo)致安培力方向未垂直電流與磁場(chǎng)所在平面的錯(cuò)誤結(jié)果。也許人教版老教材和粵教版等教材正是為避免出現(xiàn)此類錯(cuò)誤才強(qiáng)調(diào)要“垂直掌心”。不過，不管是不是要求“垂直掌心”，都有漏洞。

美國(guó)著名教授保羅·齊策維茨編著的教材《物理：原理與問題》對(duì)安培力方向的表述概括為“第三類右手定則”，即“將你的右手的四指指向磁場(chǎng)的方向，將拇指指向電流的方向，則你手掌的朝向就是作用在導(dǎo)線上的力的方向”。如圖1所示。這種表述方式與現(xiàn)行中學(xué)教材表述大不相同，其優(yōu)點(diǎn)是：大拇指代表的電流方向與代表磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的四指方向可以不垂直，更具一般性，但這樣表示缺點(diǎn)也明顯，容易與判斷電磁感應(yīng)問題的“右手定則”混淆。

趙凱華和張維善主編的《新概念高中物理讀本》中表述安培力方向也用的是“右手定則”：“伸出右手，先讓拇指垂直于四指在同一平面，當(dāng)四指指向電流方向并沿小于180°的角度彎向磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向時(shí)，拇指所指的方向就是安培力F的方向。”見圖2所示。這種表述方式的優(yōu)缺點(diǎn)類似上述“第三類右手定則”。

對(duì)比上述有代表性的幾種安培力方向表述，筆者認(rèn)為各有利弊?，F(xiàn)行中學(xué)物理教材中一直“左”、“右”分明，有助于學(xué)生區(qū)分安培力（洛倫茲力）和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)方向判斷。這對(duì)學(xué)生區(qū)別掌握這兩類問題有好處，但左、右手定則中是否要加入“垂直”一詞左右為難。如果引用“第三類右手定則”之類的方式表述又可能因“左”改“右”變化太大而“天下大亂”。

鑒于以上情況，筆者有一個(gè)建議也許可以解決上述麻煩：只要在現(xiàn)行中學(xué)物理教材“左手定則”中稍微修正一下，把“讓磁感線從掌心進(jìn)入”改為“讓磁感線垂直大拇指從掌心進(jìn)入”即可，且中學(xué)教材中判斷動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的“右手定則”也可參照此法稍作修改。

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（欄目編輯 羅琬華）