在电磁学中右手的妙用

摘 要：右手在电磁学中的妙用，对认识和学习电磁理论非常重要，将左、右手定则转换成右手判定的方法，在解决一些综合性电磁现象的问题时尤为方便。

关键词：右手定律；电磁学；工作原理

人类的双手是劳动与智慧的结晶，而右手的用途更广，在电磁学中用右手可以判定电流的磁场、磁场对电流的作用、电磁感应、磁场对运动电荷（或粒子）的作用以及楞次定律的应用。对电磁理论的认识与掌握需通过实验、观察，将识图、绘图、空间想象融为一体，从而揭示电与磁的微观联系，定性地研究电流（运动电荷）、磁场、导体运动间的相互关系。从理论上让学生了解自控电路、电动机、发电机的工作原理，体会磁场知识的重要性。

下面分三部分，综合介绍用右手判定某些电磁现象的定则、判定方法，以及对左、右手判定方法的改进、完善与尝试。

一、安培定则（也称右手螺旋定则）

直线电流周围磁力线方向跟电流方向之间的关系用安培定则（一）来判定。

安培定则（一）：用右手握住导线让大拇指所指的方向跟电流的方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁力线的环绕方向。

使用安培定则（一）：首先确定电流方向，其次运用图1所示判定方法确定磁力线环绕方向，最后用虚线画出磁力线并标有箭头。

这一定则的理解与掌握对于识图能力和空间想象能力薄弱的学生，有一定的困难。因此，在教学中，借助辅助教具帮助学生理解安培定则（一）创造条件。例如，可以剪一大小适当的圆硬纸板，中心开一个直径略小于铅笔直径的小孔，在纸片正面以孔心为圆心，用虚线画出同心圆，圆弧线上标以逆时针方向的箭头，将铅笔从反面插入（如图2所示），这时铅笔尖的指向和电流方向相同，圆纸上磁力线方向就表示通电直导线周围的磁场方向。

让学生跟着做图2的模具，边制作边绘图，培养学生的识图、绘图、空间想象的能力。

直线电流磁场的磁力线的三种表示法，如图3所示。

再如，为了帮助学生了解螺线管的两种不同绕法的表示。事先让学生自备一根线，在铅笔上（或将练习本卷成圆柱形）练习绕线，并画出相应的前绕与后绕图形。螺线管绕法不同与电源正负极接法不同，在螺线管的图形上标明电流方向（如图4）。图4：A、B、C、D

通电螺线管两端的磁极性质（N、S极）跟电流方向间的关系用安培定则（二）。

用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，那么，大拇指所指的那端就是通电螺线管的北极（N极），另一端为南极（S极）。如图5示：

判定螺线管（通电）的N、S极：首先确定螺线管的电流方向，其次用图5方法判定N、S极，最后标出N、S极。

螺线管磁力线与条形磁铁的周围的磁力线相似。如图6所示：

例如，判断如图7通电螺线管的N、S极，电流方向和电源的正负极。

安培定则（二）在楞次定律中的应用。

楞次定律：感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

当磁铁移近或插入线圈时，线圈中感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反。阻碍磁通量的增加，相邻磁极同性。（如图8：甲、乙）

当磁铁离开线圈或从线圈中拔出时，线圈中感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同。阻碍磁通量减少，相邻磁极异性。（如图8：丙、丁）

说明：虚线表示磁铁磁力线，实线表示感应电流磁力线方向。

楞次定律的应用：首先由楞次定律确定了线圈的N、S极，再用安培定则（二）判定线圈中感应电流的方向。

二、右手定则改变为“右手动、磁、电法则”

物理学中，右手定则可看作是楞次定律的特殊情况，那么，在什么情况下用右手定则来确定感应电流的方向比较简便呢？

电磁感应：

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁力线运动时，导体中就会产生感生电流。

若导体不是闭合的，即使做切割磁力线运动，也不会产生感生电流，只是在导体两端产生感生电压。

闭合电路中感生电流方向、导体运动方向、磁力线方向间关系用右手定则判定：

伸开右手，使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁力线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，那么其余四指所指的方向就是感生电流方向。如图9所示。

右手定则，从本质上讲运动是原因，通过磁场的作用，产生感生电流是结果。故更能反映其本质特征，简称为右手动、磁、电法则：

伸出右手，让大拇指、食指、中指两两相互垂直呈三维坐标形。让大拇指指向导体运动方向，食指指向磁场方向，那么，中指所指的方向即为产生感生电流的方向。如图10所示：

右手定则改变为：右手“动磁电”法则，它更形象地反映了电磁现象的本质特征，从定则本质科学地反映了发电机是把机械能转化为电能的机器。发电机是电磁感应现象的重要应用之一。

三、左手定则改为：右手“电磁动”法则

磁场对电流的作用。通电导体的受力方向、磁场方向、电流方向间的关系用左手定则判定：

伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在同一平面内，把左手放入磁场中，让磁力线垂直穿入手心，并四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导体在磁场中的受力方向。如图11所示。

运用左、右手定则时，教科书上都得据因果关系，然后选择左手、右手确定判定法则，这种较繁杂的选择对以后的学习可能会造成不必要的麻烦，导致错误结果。

左手定则变为右手“电磁动”法则：

伸开右手，使大拇指、食指、中指两两相互垂直，让大拇指指向导体的电流方向（原因）、食指指向磁场方向，那么中指所指的方向就是导体的运动方向（结果）。如图12所示：

利用右手拇指、食指、中指构成的三维坐标系的判定方法：大拇指始终是指原因的，食指指向磁场方向，中指所指方向始终是结果。因此，我们只要根据已知条件分清因果关系，将左、右手定则合二为一，省时省事，事半功倍。这种方法也可以判定磁场对运动电荷（粒子）的作用（教科书上用左手定则判定）。

根据规定：正电荷定向移动的方向为电流方向，运动电荷是负电荷为带负电的粒子，粒子运动方向与电流方向相反。即是正电荷运动方向为电流方向，负电荷运动方向与电流方向相反。

应用右手“电磁动”法则：

伸开右手，使大拇指、食指、中指两两相互垂直，让大拇指指向电流方向，食指指向磁场方向，那么中指所指的方向即为洛伦兹力的方向（运动方向）。

例1.试判断如图13带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向。

例2.如图14，判断出通电导体在磁场中的受力方向。

[分析]

原因：电流

结果：受力方向（运动方向）

用右手电磁动法则，（即左手定则）

例3.如图15是闭合电路部分导体AB要在磁场中做切割磁力线运动，在导线中标出感生电流方向。

[分析]

原因：运动

结果：电流，用右手动磁电法则（即右手定则）

例4.如图16，在平行的金属导轨上放有两根互相平等且可以自由滑动的导体ab和cd，它们放在匀强磁场中，磁场方向如图16所示。当导体ab向右运动时，导体cd将向哪个方向运动？如果不要求判定导体cd中感应电流的方向，你能不能直接运用楞次定律判定导体cd的运动方向？

[解答]导体ab在匀强磁场中作切割磁力线运动产生感生电流。用右手动磁电法则（右手定则）。导体ab电流方向由b→a，abcd构成闭合回路，cd中电流方向由c到d（c→d），导体cd的运动方向确定用右手电磁动法则

（即左手定则）判定，导体cd运动方向向右。

楞次定律判定：因为ab向右运动，由abcd构成回路，磁通量增加，cd阻碍磁通量的变化，所以abcd回路的磁场方向与原磁场方向相反，即cd向右运动，与ab同向。

右手在电磁学中的妙用，对我们认识和学习电磁理论非常重要，将左、右手定则转换成右手判定的（电磁动法则、动磁电法则）方法，在解决一些综合性电磁现象的问题时尤为方便捷径。

参考文献：

金演宁.左手定则和右手定则的正确认识和运用.技术物理教学，1996（02）.

（作者单位 山西省原平市段家堡中学）

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