左、右手定則兩種表述的理解與分析

朱海燕

摘 要：在電磁學(xué)中，對于“左手定則”與“右手定則”這兩個定則的表述主要有兩類——網(wǎng)絡(luò)課件中的表述和人民教育出版社出版的教科書中的表述。文章結(jié)合教學(xué)實踐，主要從這兩類表述的區(qū)別出發(fā)來理解這兩個定則。

關(guān)鍵詞：物理；左手定則；右手定則；表述；垂直；垂直分量；平行分量

中圖分類號：G421；G633.7 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1008-3561（2018）08-0039-01

左手定則與右手定則在高中教學(xué)階段通常是分別應(yīng)用，前者是對安培力及洛倫茲力方向的判斷，后者則用于對感應(yīng)電流或感應(yīng)電動勢方向的判斷。當(dāng)前，對于兩個定則的表述主要有兩類——網(wǎng)絡(luò)課件中的表述和人民教育出版社出版的教科書中的表述。本文主要從這兩類表述的區(qū)別出發(fā)來理解這兩個定則。

一、左手定則

（1）描述的區(qū)別。網(wǎng)絡(luò)課件中的表述和人民教育出版社高中物理選修3-1中的表述的主要區(qū)別為是否“讓磁感線垂直穿過掌心”。要解決這個問題，可從英國電機工程師、物理學(xué)家約翰·安布羅斯·弗萊明發(fā)現(xiàn)“左手定則”開始研究。左手定則是這樣誕生的：當(dāng)時英國倫敦大學(xué)的著名教授弗萊明先生為避免學(xué)生在磁場、電流與受力的方向上經(jīng)常出錯，他想出一個簡單的記憶方法并傳授給學(xué)生們：左手的食指、中指及拇指伸直，讓這三個手指在空間內(nèi)呈相互垂直關(guān)系。用食指表示磁場的方向，用中指表示電流的流向，拇指所指向的方向為受力方向。實踐證明，左手定則確實可以很好地幫助學(xué)生理解這一知識。這種教學(xué)思想和當(dāng)前眾多網(wǎng)絡(luò)課件上的教學(xué)思路是一致的，但這一定則其實僅適用于導(dǎo)線與磁場的方向兩兩垂直的情況，當(dāng)導(dǎo)線和磁場方向呈現(xiàn)新的情況時，這一定則無法使用。

（2）兩種表述的理解。在人教版新教材中，磁感線并不需要垂直穿過掌心，但必須確保安培力方向與電流、磁場兩者所在的平面垂直，這樣方能確定安培力的方向。該方法有部分學(xué)生不容易掌握，這時候教師可以對網(wǎng)絡(luò)課件中的描述進行改進，以確保學(xué)生能夠正確運用左手定則。當(dāng)磁感應(yīng)強度的方向與導(dǎo)線方向成θ角時，可以將B分解為與導(dǎo)線垂直的分量B⊥和與導(dǎo)線平行的分量B∥。導(dǎo)線所受安培力只是B⊥產(chǎn)生的。據(jù)此，學(xué)生根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的課件所介紹的辦法來判斷安培力的具體方向時，就可以先將B順著導(dǎo)線和垂直于導(dǎo)線做分解，然后將表述中“磁感線垂直穿過掌心”改為“B⊥垂直穿過掌心”。

（3）兩個版本的統(tǒng)一。用以上兩種方法分別解決上述問題時，最終結(jié)果是統(tǒng)一的。依據(jù)人教版教材方法處理安培力方向的問題，可以將左手四指指向電流的方向，將手掌繞著電流所在的直線旋轉(zhuǎn)，直至磁感線從掌心穿過，且拇指與B、I確定平面垂直，這時拇指的指向就是安培力的方向。網(wǎng)絡(luò)課件的方法是讓B⊥垂直穿過掌心，最后判斷出安培力的方向和人教版教材的方法是一致的。實質(zhì)上，采用人教版教材的方法時，旋轉(zhuǎn)手掌的過程就是為了讓B⊥垂直穿過掌心。

二、右手定則

（1）描述的區(qū)別。網(wǎng)絡(luò)課件中的表述和人民教育出版社高中物理選修3-2中右手定則的表述的主要區(qū)別也為是否需要“讓磁感線垂直穿過掌心”。右手定則可以理解為是楞次定律的特殊情況，這一定則可用于導(dǎo)體棒切割磁感線時對感應(yīng)電流方向進行判斷。當(dāng)磁感應(yīng)強度方向和切割的速度方向垂直時，那么網(wǎng)絡(luò)課件中的方法便可以直接使用，但若磁感應(yīng)強度方向和切割的速度方向不垂直就無法正常使用。

（2）兩種表述的理解。這一問題只討論當(dāng)導(dǎo)線和速度方向、磁場方向均呈現(xiàn)垂直時的情況。磁感應(yīng)強度為矢量，當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與速度成θ角時，可將它分解為與速度垂直的分量B⊥和與速度平行的分量B∥。其中B∥不產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流只是B⊥產(chǎn)生的。此時，網(wǎng)絡(luò)課件中“磁感線垂直穿過掌心”改為“B⊥垂直穿過掌心”。人教版教材中的方法只需要磁感線從掌心進入，保證四指和導(dǎo)線平行，此方法較方便。

（3）兩個版本的統(tǒng)一。人教社教材中的方法相當(dāng)于讓“B⊥垂直穿過掌心”。因為拇指和手掌共面，此時B⊥與速度垂直，必然與手掌垂直。

三、對兩個定則網(wǎng)絡(luò)課件表述的另一類改進

左手定則：當(dāng)導(dǎo)線和磁場方向不垂直時，“讓磁感線垂直穿入掌心”和“四指指向電流的方向”這兩者無法都得到保證。這時，可以先讓磁感線垂直穿入掌心，然后讓手掌繞磁感線所在直線進行轉(zhuǎn)動，直到四個手指指向有效電流方向，此時拇指的指向就是安培力方向。實質(zhì)上，導(dǎo)線受到的安培力是與磁場垂直的有效長度受到的安培力，四指的指向則是導(dǎo)線有效長度中電流的方向。

右手定則：當(dāng)磁場方向和速度方向不垂直時，“磁感線從手心垂直進入”和“大拇指指向?qū)w運動的方向”兩者也不能兩全。這時，保證四個手指與導(dǎo)線之間保持平行，讓磁感線垂直穿入掌心，讓大拇指指向為有效切割速度方向，此時四個手指的指向即感應(yīng)電流的方向。

四、結(jié)束語

綜上所述，每一種理解其實都是一種判斷方法，以上各種方法雖然有差異，但本質(zhì)上都會聯(lián)系到安培力的產(chǎn)生條件或感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。定則本身是為了幫助學(xué)生理解和記憶知識，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該尋找適合學(xué)生學(xué)情的方法，而不需要面面俱到。

參考文獻：

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