哲學(xué)觀下左右手定則的統(tǒng)一

李海明

摘 要：從哲學(xué)觀點(diǎn)解讀物理學(xué)中的左右手定則，通過(guò)對(duì)右手定則統(tǒng)一過(guò)程的分析體現(xiàn)出物理學(xué)所追求的統(tǒng)一而簡(jiǎn)潔的美。

關(guān)鍵詞：左手定則;右手定則;統(tǒng)一;物理美

在中學(xué)物理電磁相關(guān)知識(shí)中，左手定則、右手定則和安培定則彼此不同，是獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)。在多年教學(xué)過(guò)程中，作者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)和使用左右手定則時(shí)經(jīng)常會(huì)感到困惑。經(jīng)過(guò)分析和探究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)這種學(xué)習(xí)困擾的原因主要是學(xué)生對(duì)定則的熟悉度和掌握比較弱。但如果將左右手定則統(tǒng)一在右手上體現(xiàn)，即運(yùn)用右手來(lái)表達(dá)就會(huì)大大減少混淆的現(xiàn)象，此外，它可以使學(xué)生的解決問(wèn)題的思路更加清晰，在審查和復(fù)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中方便快捷。同時(shí)，它可以反映出電磁世界的和諧、簡(jiǎn)潔和多樣性的美。在教學(xué)過(guò)程中，教師有意識(shí)地滲透和運(yùn)用物理學(xué)家的和諧美。這是一種教學(xué)理念，可以讓學(xué)生感受到物理學(xué)的樂(lè)趣和神秘感。

一、物理學(xué)中的統(tǒng)一規(guī)律

通過(guò)梳理物理學(xué)的發(fā)展，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)物理學(xué)的發(fā)展實(shí)際上是追求統(tǒng)一的過(guò)程，例如：牛頓的萬(wàn)有引力定律實(shí)現(xiàn)天與地運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一;而法國(guó)物理學(xué)家安培的分子電流假說(shuō)實(shí)現(xiàn)的是天然磁和電流磁的統(tǒng)一;Maxwell的電磁理論實(shí)現(xiàn)了電磁和光學(xué)現(xiàn)象的統(tǒng)一;DeBloj提出的物質(zhì)波假說(shuō)是微觀粒子的波粒二象性;愛因斯坦以探索和理解自然的統(tǒng)一為目的，他提出的光量子假設(shè)統(tǒng)一了光的波粒二象性，他的特殊相對(duì)論將動(dòng)量守恒和能量守恒統(tǒng)一為一個(gè)定律。他進(jìn)一步揭示了廣義相對(duì)論中時(shí)間、空間和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一。所有有成就的物理學(xué)家為探索統(tǒng)一做出了巨大貢獻(xiàn)。因此，探索統(tǒng)一不僅是物理學(xué)家的崇高的任務(wù)，也應(yīng)是我們?cè)趯W(xué)習(xí)物理中對(duì)真理和美的追求。而現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展也是循著“統(tǒng)一”的思想在進(jìn)步著。

1820年，單導(dǎo)線右手螺旋定則和螺線管右手螺旋定則（統(tǒng)稱安培定則）被法國(guó)物理學(xué)家安培總結(jié)歸納提出。他在研究直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管對(duì)磁針作用時(shí)發(fā)現(xiàn)了電流和磁場(chǎng)關(guān)系，通過(guò)總結(jié)安培定則主要有以下觀點(diǎn)：①左手定則涉及三個(gè)方向：導(dǎo)體的電流方向、磁場(chǎng)的方向和力的方向，其作用是確定通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的力的方向。②右手定則涉及三個(gè)方向：導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向、磁場(chǎng)的方向和感應(yīng)電流的方向。本文的主要思路就是來(lái)討論將這幾個(gè)定則的統(tǒng)一，以使它更方便地使用。

二、將左手定則統(tǒng)一到右手定則

在普通高中的物理教科書中，左手定則用于判斷磁場(chǎng)中安培力的方向（圖1）：伸展左手，使拇指和四個(gè)手指垂直于手掌，讓磁力線垂直進(jìn)入手掌。并且四個(gè)指狀物指向電流的方向，拇指指示的方向是通電線在磁場(chǎng)中的力的方向。電動(dòng)機(jī)的制作正是運(yùn)用了左手定則這一原理。使用右手定則來(lái)確定通過(guò)在閉環(huán)中切割導(dǎo)體的一部分而產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向（參見圖2）。伸出右手使拇指垂直于四個(gè)手指的其余部分并在同一平面上，讓磁力線垂直進(jìn)

入手掌，拇指指向?qū)w的運(yùn)動(dòng)方向，發(fā)電機(jī)就是基于這一基本原理的。

我們發(fā)現(xiàn)兩個(gè)法則當(dāng)中磁場(chǎng)的方向均是垂直于手掌方向。伸出右手時(shí)，使拇指垂直于四個(gè)手指的其余部分，并且它們與手掌處于同一平面，讓磁力線垂直于手掌。將拇指指向“原因”方向，將四指指向“結(jié)果”方向。這里的“原因”和“結(jié)果”是特指。在判斷通電導(dǎo)線處在磁場(chǎng)中所受安培力時(shí)，“原因”指電流，“結(jié)果”指安培力，有電流這個(gè)原因才導(dǎo)致安培力這個(gè)結(jié)果。而在判斷切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)“原因”指運(yùn)動(dòng)，“結(jié)果”指感生電流，由于切割磁感線這個(gè)原因，才導(dǎo)致感生電流這個(gè)結(jié)果。無(wú)論判斷生電還是判斷受力都統(tǒng)一成：拇指指向“原因”方向，四個(gè)手指指向“結(jié)果”方向，這樣的統(tǒng)一合理且易于記憶。這樣就把左手定則統(tǒng)一到右手上了。其實(shí)任何事物的發(fā)展總是有因有果，這樣的統(tǒng)一有利于學(xué)生學(xué)會(huì)從因果關(guān)系來(lái)分析問(wèn)題，培養(yǎng)其科學(xué)思維能力，因此左右手定則統(tǒng)一為右手定則有其現(xiàn)實(shí)意義。

上文我們主要將左手定則統(tǒng)一于右手，這在我們中學(xué)的左右手定則的教學(xué)中有非常重要的作用，學(xué)生在解題過(guò)程中可以統(tǒng)一使用右手，統(tǒng)一從“原因”找到“結(jié)果”，方便簡(jiǎn)潔，雖然這種處理方法并不否認(rèn)“左手定則”和“右手定則”，但應(yīng)用哲學(xué)觀念上的辯證統(tǒng)一思想的這一創(chuàng)新，也給我們?cè)诮虒W(xué)中，在繼續(xù)的深入學(xué)習(xí)提供了一個(gè)新的啟發(fā)，指導(dǎo)我們?cè)谖锢斫虒W(xué)中不斷創(chuàng)新突破。

編輯 謝尾合